Zemax光学设计从基础到实践
本书系统讲解了利用Zemax 2023进行光学设计和仿真分析的各种方法和技巧,主要内容包括光学设计基础、认识Ansys Zemax OpticStudio、初识镜头数据编辑器、光学成像镜头设计、镜头编辑高级操作、光学系统分析、非序列模式设计、几何光学像质评价、物理光学像质评价、光学系统的优化、光学系统公差分析和光学系统设计实例等。本书内容全面实用,循序渐进,实例丰富,且提供全部实例源文件,方便读者上手实践。同时,重点实例配套视频讲解,扫描书中相应的二维码,即可边学边看,学习更加高效。本书非常适合从事光学系统设计、仿真与分析的技术人员自学使用,也可用作高等院校相关专业的教材及参考书。 ~ZL}j+L/
[attachment=130727] Imi_}NB+
whRc YnJ 目录 ("IRv>} 0 第1章 光学设计基础 001 unP7("A0D 1.1 光学系统基础 002 Xhi9\wteYw 1.1.1 光学系统中的概念 002 5 {'%trDEy 1.1.2 理想光学系统 004 Cee?%NaTS 1.1.3 近轴系统 005 dG6Mo76 1.2 光学设计概述 006
@(oz`|* 1.2.1 光学设计基本原理 006 jh}[7M 1.2.2 光学设计的具体步骤 007 #d__ 1.2.3 光学设计软件 007 ]<{BDXIGIE 1.3 Ansys Zemax简介 009 V,&s$eQC 1.3.1 Ansys Zemax 软件分类 009 Elm/T]6 1.3.2 Ansys Zemax的功能 011 Rl$NiY?2 1.3.3 启动Ansys Zemax OpticStudio 2023 012 py@5]n% 1.3.4 切换语言 013 ,mjwQ6:Ny 1.4 Ansys Zemax OpticStudio的帮助系统 014 '7wWdq 1.4.1 使用目录和索引查找联机帮助 015 -pcYhLIn 1.4.2 使用命令查找联机帮助 017 }vp\lKP 1.4.3 使用网络资源 017 |W{z,e01x 1.4.4 帮助工具 018 y{5ZC~Z<! 第2章 认识Ansys Zemax OpticStudio 019
\6nWt6M 2.1 Ansys Zemax OpticStudio用户界面 020 ;h] zN 2.2 编辑器窗口 023 "y>l2V,4j% 2.2.1 镜头数据编辑器 023 oIX]9~ 2.2.2 视场数据编辑器 024 (?)".Q0 2.2.3 窗口操作 027 k\1q Jr 2.3 文件操作与管理 029 n T\W| 2.3.1 新建项目 029 ezy0m}@ 2.3.2 新建设计 030 \
$z.x-U 2.3.3 打开项目 031 S9-K 2.3.4 保存文件 032 (<2PhJ| 2.3.5 关闭项目 033 xZbm,.v 2.3.6 文件存档 033 ZZ?=^g 2.3.7 文件导出 034 %6dFACv 2.4 工作环境的设置 036 QvjsI;CQ- 2.5 系统选项设置 037 Rq9v+Xq2 2.5.1 设置系统孔径 037 D.U)R7( 2.5.2 设置视场 040 uppA`> 2.5.3 设置波长 042 C$
nT&06o 2.5.4 设置系统环境 044 R:Z{,R+
2.5.5 设置偏振 044 7BdvJ" 2.5.6 设置高级选项 045 uiM*!ge 2.5.7 设置光线瞄准 046 4k<4=E 2.5.8 设置材料库 048 UPUO8W)<Z6 2.5.9 设置标题和注解 048 4AzS~5S 2.5.10 设置文件 049 A2$:p$[ 2.5.11 设置单位 049 OBl-6W 2.5.12 设置成本估计 050 $w#C;2k]N 2.5.13 设置非序列 051 U!^\DocAY 2.5.14 实例:新建材料库 051 F;5.nKo 第3章 初识镜头数据编辑器 055 :!'aP\uE 3.1 镜头数据基本操作 056 w/E4wp 3.1.1 单元格操作 056 +n9]c~g!T0 3.1.2 输入数据 057 RY&Wvkjh 3.1.3 行列操作 057 ~z%K9YcyU 3.1.4 切换视图显示 059 rh?!f(_@ 3.1.5 输入表面参数 060 ?VO*s-G:J 3.2 镜头数据设置 061 wp$CJ09f* 3.2.1 表面类型设置 061 \0'o*nlJ 3.2.2 实例:切换双折射透镜光学系统表面 064 ~'=s?\I 3.2.3 定义表面注释 067 q2Ax-# 3.2.4 定义曲率半径 067 OGrp{s 3.2.5 设置厚度 068 0;} 9XZ 3.2.6 选择材料 074 VQ{}S $jQ 3.2.7 实例:凸透镜和凹透镜系统 076 fA2H8"r 3.2.8 膜层设置 082 K/
I3r_ 3.2.9 设置净口径 084 <s)+V6\E 3.2.10 实例:设置凸凹透镜系统表面孔径 085 \y"!`.E7\d 3.2.11 延伸区设置 086 wQlK[F]!> 3.2.12 机械半直径 087 j'#W)dp( 3.2.13 实例:二元面单透镜系统 087 #rF|X6P 3.2.14 圆锥系数设置 091 _<=U.T` 3.2.15 TCE设置 092 p4bQCI 第4章 光学成像镜头设计 094 WojZ[j> 4.1 光学成像系统 095 K q: +{' 4.1.1 物体成像原理 095 0^?(;AK 4.1.2 光学透镜 095 Z,!
w.TYo 4.1.3 光阑 096 E<>n0", 4.2 Zemax模型 098 ]ta]OK{s" 4.2.1 序列模型 098 \[%[`m 4.2.2 非序列模型 098 -r_z,h| 4.3 光线追迹 099 p&_Kb\}U 4.3.1 二维布局图 099 3)Wi?
- 4.3.2 三维布局图 103 90Jxn'>^ 4.3.3 实例:平行光光学系统设计 104 =Bu d! 4.3.4 实例:双折射透镜光学系统 107 \\Fl,' 4.3.5 实体模型图 110 ijw'7d|, 4.3.6 CAD零件图 112 {UT^pIP\ 4.3.7 实例:投影仪光学系统 112 xbxU`2/ 第5章 镜头编辑高级操作 117 F'|D 5.1 表面参数设置 118 JLp.bxx 5.1.1 设置绘图属性 118 #(?EL@5 5.1.2 设置通光孔径 119 "9Sxj 5.1.3 实例:设置凸凹透镜系统表面参数 120 bP`yLz 5.1.4 设置表面散射类型 122 / 9/=] 5.1.5 设置表面倾斜和偏心 124 &D\~-fOGb 5.1.6 实例:玻璃透镜系统 126 MR:Co4( 5.2 坐标间断 128 &$ia#j{l 5.2.1 选择坐标间断面 128 wBTnI>l9[ 5.2.2 表面旋转偏心 130 f5IO<(:E^ 5.2.3 转折反射镜 132 A84I*d 5.2.4 实例:反射镜光学系统设计 132 ~raRIh= 5.3 表面转换设置 134 vClD)Ar 5.3.1 坐标系转换 134 Ie`kzssM 5.3.2 双通系统 135 J0~Ha u 5.3.3 实例:玻璃透镜双通系统设计 136 8B"jvrs 5.3.4 复合表面 136 lBvQ?CJ<y 5.3.5 表面翻转 138 ?dVF@ 5.3.6 转换TrueFreeForm表面 138 w4<RV:Vmt 5.3.7 改变焦距 139 \(R(S!xr_
5.3.8 实例:镜头组光学系统 139 N1jj\.nB 5.4 多重结构设计 143 3b
(I~ 5.4.1 多重结构编辑器 143 m
jC6(?V 5.4.2 操作数类型 145 CL5u{i5 5.4.3 实例:系统孔径多重结构设计 149 />S=Y"a/7 5.4.4 热分析 151 Y .Na9&-( 5.4.5 共轭分析 152 U<|kA(5 5.4.6 实例:多重结构共轭分析 152 B8NOPbT 第6章 光学系统分析 154 H1N_ 6.1 光线追迹分析 155 Xhe2 5 6.1.1 光线追迹过程 155 H,9e<x#own 6.1.2 单光线追迹 156 Af pB=3 6.1.3 光迹图 156 +e. bO5Y 6.1.4 基面数据 158 IKb 7#Ut 6.1.5 Y-Ybar 图 159 -z)I;R 6.1.6 渐晕图 159 /m%i"kki 6.1.7 入射角 vs.像高 160 /[`bPKr 6.1.8 实例:平行光光学系统光线追迹 160 |XzqP +t 6.2 偏振与表面物理分析 163 :(VD<"X 6.2.1 偏振分析 163 qd6XKl\5 6.2.2 表面分析 164 Gdq _T* 6.2.3 实例:不规则面光学系统表面分析 165 GxL5yeN@( 6.2.4 膜层分析 168 }@_F( B 6.2.5 实例:屏蔽蓝光光学系统分析 169 t5G@M&d4Eo 6.3 材料分析 172 .-T^S"`d| 6.3.1 色散图 172 yf(VwU,
x 6.3.2 玻璃图 172 |Tuk9d4] 6.3.3 无热化玻璃图 173 MQ9 9fD$ 6.3.4 透过率曲线 173 b/5 6.4 输出报告 174 m{gx\a.5 6.4.1 表面数据报告 174 'z0@|a 6.4.2 分类数据报告 175 y)X1!3~( 6.4.3 实例:1/4玻板光学系统偏振分析 176 D|}
y{~ 6.5 几何像差分析 178 Z.Z+cFi 6.5.1 球差 178 N'w;1,c+ 6.5.2 实例:凸凹透镜系统球差分析 179 Z6\OkD 6.5.3 彗差 179 # kl?ww U 6.5.4 实例:凸凹透镜系统彗差分析 180 rwGY )9| 6.5.5 像散 181 [vV]lWOp' 6.5.6 实例:凸凹透镜系统像散分析 181 ]f=108|8 6.5.7 场曲 184 $q.%4 6.5.8 实例:凸凹透镜系统场曲分析 184 Ufd{.o[{- 6.5.9 畸变 186 ZgVYC4=Q-\ 6.5.10 色差 186 (Vnv"= ( 6.5.11 实例:衍射光栅光学系统色差分析 186 IFYGl 第7章 非序列模式设计 190 uA dgR 7.1 非序列模式 191 QL%&b\K 7.1.1 非序列元件编辑器 191 3Z;`n,g 7.1.2 布局图显示 193 _PZGns,u 7.1.3 实例:创建菲涅耳透镜 194 4Z5ZV! 7.2 物体编辑 203 JK34pm[s 7.2.1 物体编辑器 203 l?LwQmq6 7.2.2 调整物体位置 205 ohklLZoZ 7.2.3 阵列物体 206 >u?pq6; 7.2.4 实例:阵列透镜 206 .I_Mmaq;i 7.2.5 合并物体 210 MgyV{` 7.2.6 创建多面体 211 o5)lTVQ~~ 7.2.7 实例:创建六角形透镜 212 -\xNuU 7.3 物体属性设置 217 u+"3l@Y# 7.3.1 “类型”选项卡 217 h BD .IB 7.3.2 “绘图”选项卡 218 ^u`1W^> 7.3.3 “光源”选项卡 219 v#J2yg 7.3.4 “膜层/散射”选项卡 221 qT}<D`\ 7.3.5 “散射路径”选项卡 222 xsn2Qn/P 7.3.6 “体散射”选项卡 222 ".Z|zt6C 7.3.7 “折射率”选项卡 222 Ib3n%AG 7.3.8 实例:环形镜头 223 |X@ZM 7.4 探测器分析 227 2>3#/I9Y 7.4.1 探测器的形状 227 y5gTd_- 7.4.2 探测器工具 228 mDZ/Kp{ 7.4.3 探测器查看器 229 }wZ9#Ll 7.4.4 实例:GRIN透镜光学系统 229 3BHPD;U 7.5 非序列光线追迹 236 OOJg%y*H 7.5.1 非序列系统光线追迹方法 236 y}Ji( q~ 7.5.2 定义光源模型 237 8>Az<EF^=# 7.5.3 光线追迹控制 239 o6L\39v_ 7.5.4 Lightning追迹 240 xe9E</M_ 7.5.5 特定光线比对 240 4+Aht]$hC 7.5.6 单光线追迹 241 !c+,OU[ 7.5.7 实例:双折射立方体成像系统 242 ;Qe-y|> 第8章 几何光学像质评价 249 W
!TnS/O_1 8.1 几何像差分析 250 OI:G~Wg 8.1.1 光线像差图 250 g:&YSjO>G 8.1.2 光程差图 251 KU:RS+,e; 8.1.3 光瞳像差图 252 ((OQs. 8.1.4 全视场像差图 252 &GMBvmP 8.1.5 场曲/畸变 253 ;nS.t_UW. 8.1.6 网格畸变 255 v;_m1UpuW 8.1.7 实例:凸凹透镜系统场曲显示 255 S~L;oX?(! 8.1.8 轴向像差 256 o3C7JG 8.1.9 垂轴色差 257 NL`}rj 8.1.10 色焦移 258 vl1`s
^}R 8.1.11 实例:衍射光栅光学系统色差显示 258 {"f4oK{w 8.1.12 赛德尔系数 260 SLI(;, s 8.1.13 塞德尔图 261 |7XPu 8.2 点列图分析 262 (@wgNA-P 8.2.1 标准点列图 262 WTWONO> 8.2.2 离焦点列图 265 Bgw=((p 8.2.3 全视场点列图 265 m/M=.\] 8.2.4 矩阵点列图 266 Jkf%k3H3I* 8.2.5 实例:凸凹透镜系统点列图分析 267 1{%3OG^' 8.3 波前差分析 268 \.!+'2!m 8.3.1 波前图 268 Vz4/u|gt 8.3.2 干涉图 269 7S^ba 8.3.3 实例:凹凸透镜系统球差显示分析 271 ~O|g~H5; 8.3.4 傅科分析 273 QlxzWd3=q 8.3.5 对比度损失图 274 YF)uAJ Ak 8.3.6 Zernike系数 276 $qndG,([F 8.3.7 Zernike系数vs.视场 276 M{(g"ha 8.3.8 实例:凹凸透镜系统球差定量分析 277 vMD%.tk 第9章 物理光学像质评价 279 (*6kYkUK 9.1 点扩散函数 280 (%N=7? 9.1.1 FFT算法 280 ,oin<K 9.1.2 惠更斯算法 283 ,#/%Fn%T 9.2 MTF分析 284 %X|fp{C 9.2.1 FFT算法 284 ]{.iv_I 9.2.2 惠更斯算法 287 Vv|%;5( 9.2.3 高斯求积算法 288 nr*nX 9.2.4 实例:偶次非球面光学系统 289 G+5_I"`W 9.3 RMS分析 292 m/E$0tf 9.3.1 RMS vs.视场 292 5)@UpcjUA 9.3.2 二维视场RMS图 293 \}Hi\k+h': 9.3.3 实例:衍射光栅光学系统RMS分析 294 :}B=Bk/q 9.4 能量集中度分析 296 Yee%
<<S 9.4.1 衍射 296 S1vUP5cZ 9.4.2 几何 297 r(qwzUI 9.4.3 几何线/边缘扩散 298 EOj.Jrs~ 9.4.4 扩展光源 299 U))2?# 9.4.5 实例:双折射透镜光学系统能量集中度分析 299 " z8iuF 9.5 图像扩展分析 300 FN+x<VXo( 9.5.1 图像模拟 301 &eA!h 9.5.2 几何图像分析 302 f)_k_ < 9.5.3 几何位图图像分析 304 XJSI/jpa@ 9.5.4 部分相干图像分析 305 [@_IUvf^. 9.5.5 扩展图像分析 306 O-3R#sZ0 9.5.6 相对照度分析 307 E[=#Rw!* 9.5.7 实例:光学系统图形模拟分析 308 /z)H7s+ 9.6 激光传播 309 S\poa:D` 9.6.1 物理光学传播分析 309 [<nmJ-V 9.6.2 高斯光束 312 S Boi| 9.6.3 光纤耦合 314 bxc!x>) 9.6.4 实例:近轴面光学系统全面衍射光学分析 315 j9sLR 第10章 光学系统的优化 317 &Hj1jM' 10.1 光学系统优化设计的过程 318 t&>eZ" 10.2 手动调整 318 ^D]y<@01 10.2.1 快速聚焦 318 :OKU@l| 10.2.2 快速调整 319 -s_=4U, 10.2.3 滑块控件 319 hpBn_ 10.2.4 可视化优化器 320 yhsbso,5 a 10.2.5 实例:不规则面光学系统手动调整 321 Ib}~Q@?2 10.3 自动优化 322 Z~{0x#?4% 10.3.1 评价函数编辑器 322 ugy:^U 10.3.2 评价函数操作数 323 ).i :C(| 10.3.3 优化向导 325 9O{b8=\} 10.3.4 执行优化 327 k:yrh:JhB 10.3.5 实例:凹凸透镜系统球差自动优化 328
m1#,B<6 10.4 全局优化 331 ba"_!D1 10.4.1 全局优化 332 Fo;. 10.4.2 锤形优化 332 +\GuZ5` 10.4.3 玻璃替换模板 333 gk^`-`P 10.5 优化工具 333 *7`amF- 10.5.1 寻找很好非球面 333 +01bjM6F_1 10.5.2 非球面类型转换 334 2tMa4L%@C 10.5.3 库存镜头匹配 334 }nt,DG!r 10.5.4 样板匹配 335 f1wwx|b%. 10.5.5 样板列表 336 6xW17P 第11章 光学系统公差分析 337 3;er.SFu{ 11.1 公差分析概述 338 VD0U]~CWR 11.2 公差分析方法 339 eFz!`a^dX 11.2.1 公差数据编辑器 339 (U_dPf 11.2.2 公差分析向导 340 J PmZ%]wA 11.2.3 执行公差分析 342 hNL_e3 11.2.4 实例:凹凸透镜系统公差分析 345 eCy]ugsi% 11.3 快速公差分析 347 IWNIk9T,u 11.3.1 快速灵敏度分析 347 a-Ne!M[ 11.3.2 快速良率分析 347 gMB/ ~g5b0 11.3.3 实例:凹凸透镜系统快速公差分析 348 p}MH LM 11.4 公差数据可视化 349 _>/OqYR_jQ 11.4.1 公差数据查看器 349 ;Ebpf J 11.4.2 直方图分析 350 'U{6LSaCb 11.4.3 良率分析 351 G1S:hw%rp 11.5 加工图纸与数据分析 351 &aWY{ ?_ 11.5.1 ISO元件图 352 8
huB<^ 11.5.2 Zemax元件制图 352 wg{Y6XyH 11.5.3 实例:二元面系统光学加工图 353 q,fk@GI'2 第12章 光学系统设计实例 356 S+M:{<AR 12.1 目镜设计 357 QMBV"E_aY 12.1.1 定义初始结构 357 >YP]IQ 12.1.2 球差显示分析 360 h@D</2> 12.1.3 球差定量分析 361 .,( ,< 12.1.4 系统自动优化 362 Nbm=;FHB` 12.1.5 图形模拟分析 364 !Z`xwk"! 12.2 光纤耦合光学系统设计 365 +{/*P5 12.2.1 初始结构设计 366 d){Al(/ 12.2.2 光纤耦合 371 -E>se8 %" 12.2.3 多重结构设计 371 & wG3RR| 12.3 奥夫纳中继器光学系统设计 372 +H8;*uZ|k, 12.3.1 定义初始结构 373 Gj(UA1~1 12.3.2 系统优化 375 O-K!Bv^
Q 12.3.3 波前数据分析 378 wfc[B;K\ 参考文献 380 ne\N1`AU
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