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。 b-Q*!Ut
[attachment=130727] dQX<X}
H =Y7#{} 目录 x$:>W3?T=^ 第1章 光学设计基础 001 V}?*kx~T2C 1.1 光学系统基础 002 asDk@Gcu 1.1.1 光学系统中的概念 002 Gjhpi5?%8 1.1.2 理想光学系统 004 HPz9Er 1.1.3 近轴系统 005 !*[Fw1-J 1.2 光学设计概述 006 }BTK+Tk8 1.2.1 光学设计基本原理 006 N_3$B= 1.2.2 光学设计的具体步骤 007 F8u;C:^d 1.2.3 光学设计软件 007 m=g\@&N 1.3 Ansys Zemax简介 009 up(6/-/.7 1.3.1 Ansys Zemax 软件分类 009 4RPc&% 1.3.2 Ansys Zemax的功能 011 ?8ZOiY( 1.3.3 启动Ansys Zemax OpticStudio 2023 012 \<cs:C\h7 1.3.4 切换语言 013 1~J:hjKQ 1.4 Ansys Zemax OpticStudio的帮助系统 014 O!uZykdX4! 1.4.1 使用目录和索引查找联机帮助 015 $KSdNFtM)A 1.4.2 使用命令查找联机帮助 017 R,+Pcn$ws 1.4.3 使用网络资源 017 Y^ Of 1.4.4 帮助工具 018 u'Od~x^z 第2章 认识Ansys Zemax OpticStudio 019 M)m( 2.1 Ansys Zemax OpticStudio用户界面 020 6wIo95` 2.2 编辑器窗口 023 T\ixS-%^ 2.2.1 镜头数据编辑器 023 $w,O[PIi 2.2.2 视场数据编辑器 024 ss{y=O%9" 2.2.3 窗口操作 027 ivgV5)". 2.3 文件操作与管理 029 CcGE4BB 2.3.1 新建项目 029 caG5S#8-" 2.3.2 新建设计 030 *Sd}cDCO% 2.3.3 打开项目 031 LS"_-4I} 2.3.4 保存文件 032 @ Sq
=q=S 2.3.5 关闭项目 033 Hnq$d6F 2.3.6 文件存档 033 Eo\pNz#) 2.3.7 文件导出 034 V-1H(wRu 2.4 工作环境的设置 036 Z<P?P` 2.5 系统选项设置 037 m`;dFL7"E 2.5.1 设置系统孔径 037 c0I;8z`b 2.5.2 设置视场 040 /nPNHO>U 2.5.3 设置波长 042 DGc5Lol~ 2.5.4 设置系统环境 044 MNuBZnO 2.5.5 设置偏振 044 V(lxkEu/Fj 2.5.6 设置高级选项 045 $Ph
T : 2.5.7 设置光线瞄准 046 _Wb3,E a= 2.5.8 设置材料库 048 +#;t.&\80N 2.5.9 设置标题和注解 048 Gy]ZYo( 2.5.10 设置文件 049 W"{:|'/v 2.5.11 设置单位 049 =c(t;u6m- 2.5.12 设置成本估计 050 sKg
IKYG}T 2.5.13 设置非序列 051 U"qR6 2.5.14 实例:新建材料库 051 !7rk>YrY 第3章 初识镜头数据编辑器 055 .RazjXAY 3.1 镜头数据基本操作 056 a^#\"c 3.1.1 单元格操作 056 -`f 1l8LD2 3.1.2 输入数据 057 s%bm1$} 3.1.3 行列操作 057 b] EC+. 3.1.4 切换视图显示 059 ' ?4\ 3.1.5 输入表面参数 060 :@~Nszlb 3.2 镜头数据设置 061 qS9z0HLE 3.2.1 表面类型设置 061 5bj9S 3.2.2 实例:切换双折射透镜光学系统表面 064 6"o,)e/z 3.2.3 定义表面注释 067 5~R1KjjvA 3.2.4 定义曲率半径 067 G?,b51" 3.2.5 设置厚度 068 gN/kNck 3.2.6 选择材料 074 kd=|Iip;( 3.2.7 实例:凸透镜和凹透镜系统 076 vkj Hh. 3.2.8 膜层设置 082 1B0+dxN` 3.2.9 设置净口径 084 M#u~]?hS 3.2.10 实例:设置凸凹透镜系统表面孔径 085 >h
Rq 3.2.11 延伸区设置 086
+|w%}/N 3.2.12 机械半直径 087 "<N2TDF5 3.2.13 实例:二元面单透镜系统 087 -f-@[; D 3.2.14 圆锥系数设置 091 6)]zt 3.2.15 TCE设置 092 s7Z+--I)L 第4章 光学成像镜头设计 094 S^c;i 4.1 光学成像系统 095 VF bso3q<j 4.1.1 物体成像原理 095 ev4f9Fhu 4.1.2 光学透镜 095 b(HbwOt~3 4.1.3 光阑 096 mS9ITe
M 4.2 Zemax模型 098 d#U~>wr 4.2.1 序列模型 098 4!U)a 4.2.2 非序列模型 098 W#bOx0 4.3 光线追迹 099 -;Ij , 4.3.1 二维布局图 099 9F"^MzZ 4.3.2 三维布局图 103 WJ&a9]&C 4.3.3 实例:平行光光学系统设计 104 7Eo;TNbb 4.3.4 实例:双折射透镜光学系统 107 "*T4%3dA 4.3.5 实体模型图 110 /cX%XZg 4.3.6 CAD零件图 112 7L4~yazmK 4.3.7 实例:投影仪光学系统 112
/D>G4PP< 第5章 镜头编辑高级操作 117 '89nyx&W 5.1 表面参数设置 118 V |hr 9 5.1.1 设置绘图属性 118 6k6}SlN[ 5.1.2 设置通光孔径 119 ^Z>Nbzr{ 5.1.3 实例:设置凸凹透镜系统表面参数 120 <HfmNhI85( 5.1.4 设置表面散射类型 122 2EC<8}CG 5.1.5 设置表面倾斜和偏心 124 \LYNrL~?J 5.1.6 实例:玻璃透镜系统 126 L;i(@tp|v 5.2 坐标间断 128 PLueH/gC . 5.2.1 选择坐标间断面 128 #JYH5:* 5.2.2 表面旋转偏心 130 (hi{i 5.2.3 转折反射镜 132 wv.HPmq 5.2.4 实例:反射镜光学系统设计 132 o^3X5})sv 5.3 表面转换设置 134 |@Ze{\
5.3.1 坐标系转换 134 pmuT7*<19 5.3.2 双通系统 135 *3A)s
O 5.3.3 实例:玻璃透镜双通系统设计 136 H$k2S5,,z 5.3.4 复合表面 136 `9&~fWu 5.3.5 表面翻转 138 FT
Ytf4t 5.3.6 转换TrueFreeForm表面 138 [;pL15-}4 5.3.7 改变焦距 139 ^u+#x2$Mg 5.3.8 实例:镜头组光学系统 139 ~F.kgX 5.4 多重结构设计 143 zF@/8# 5.4.1 多重结构编辑器 143 _W 5.4.2 操作数类型 145 {lbNYjknS 5.4.3 实例:系统孔径多重结构设计 149 y41~ 5.4.4 热分析 151 NI85|*h 5.4.5 共轭分析 152 ,DD}o 5.4.6 实例:多重结构共轭分析 152 D}OhmOu3 第6章 光学系统分析 154 >9Z7l63+} 6.1 光线追迹分析 155 .c]@xoC 6.1.1 光线追迹过程 155 fn,
YH 6.1.2 单光线追迹 156 .OZ\s%h; 6.1.3 光迹图 156 i'3)5 6.1.4 基面数据 158 ;$g?W" 6.1.5 Y-Ybar 图 159 4G'-"u^g 6.1.6 渐晕图 159 #]*]qdQWV^ 6.1.7 入射角 vs.像高 160 >Q2kXwN 6.1.8 实例:平行光光学系统光线追迹 160 FnCMr_ 6.2 偏振与表面物理分析 163
NArr2o2 6.2.1 偏振分析 163 CE7{>pl 6.2.2 表面分析 164 }t0JI3 6.2.3 实例:不规则面光学系统表面分析 165 w^^8*b< 6.2.4 膜层分析 168 .\7AJB\l 6.2.5 实例:屏蔽蓝光光学系统分析 169 Ns$,.D 6.3 材料分析 172 l9z{pZ\KM 6.3.1 色散图 172 d Z}|G-: 6.3.2 玻璃图 172 zsr; 37 6.3.3 无热化玻璃图 173 4"s/T0C 6.3.4 透过率曲线 173 xm0(U0
> 6.4 输出报告 174 8 Y))/]R 6.4.1 表面数据报告 174 3'!*/UnU 6.4.2 分类数据报告 175 7`SrqI& 6.4.3 实例:1/4玻板光学系统偏振分析 176 .RpWE.C 6.5 几何像差分析 178 nq:'jdY5| 6.5.1 球差 178 %+oV-o\ #A 6.5.2 实例:凸凹透镜系统球差分析 179 KvumU>c#A 6.5.3 彗差 179 T U^s!Tj 6.5.4 实例:凸凹透镜系统彗差分析 180 Ki dbcZ 6.5.5 像散 181 *})Np0k 6.5.6 实例:凸凹透镜系统像散分析 181 [tkP2%1 6.5.7 场曲 184 d0YQLh 6.5.8 实例:凸凹透镜系统场曲分析 184 '[p0+5*x 6.5.9 畸变 186 FKy2C:R(] 6.5.10 色差 186 %']`t-N8 6.5.11 实例:衍射光栅光学系统色差分析 186 wg^'oy 第7章 非序列模式设计 190 H^XTzE 7.1 非序列模式 191 3 (F+\4aRm 7.1.1 非序列元件编辑器 191 9P*p{O{_ 7.1.2 布局图显示 193 #:=*n(GT 7.1.3 实例:创建菲涅耳透镜 194 gp-rTdN 7.2 物体编辑 203 Ee^>Q*wahw 7.2.1 物体编辑器 203 Je~`{n 7.2.2 调整物体位置 205 2XrYm"6w 7.2.3 阵列物体 206 {2LG$x-N% 7.2.4 实例:阵列透镜 206 A5~OHmeK 7.2.5 合并物体 210 {j%7/T{ 7.2.6 创建多面体 211 $AHdjQ[;6- 7.2.7 实例:创建六角形透镜 212 7)*QX,4C 7.3 物体属性设置 217 PoZxT-U 7.3.1 “类型”选项卡 217 m}]\ ^$d 7.3.2 “绘图”选项卡 218 3-gy)5.xe 7.3.3 “光源”选项卡 219 F6Qnz8| 7.3.4 “膜层/散射”选项卡 221 )PvB^n 7.3.5 “散射路径”选项卡 222 GriFb]ml" 7.3.6 “体散射”选项卡 222 #@<L$"L 7.3.7 “折射率”选项卡 222 XhmUtbs 7.3.8 实例:环形镜头 223 -o+; e3# 7.4 探测器分析 227 5}:`CC2,S~ 7.4.1 探测器的形状 227 Hd{@e6S 7.4.2 探测器工具 228 @DK`#, 7.4.3 探测器查看器 229 <%m$
V5h 7.4.4 实例:GRIN透镜光学系统 229 ldr~=<hsZ 7.5 非序列光线追迹 236 <+:
PTG/(' 7.5.1 非序列系统光线追迹方法 236 S6{u(=H 7.5.2 定义光源模型 237 ;rC< C 7.5.3 光线追迹控制 239 Hli22~7T: 7.5.4 Lightning追迹 240 w\ddC DZ 7.5.5 特定光线比对 240 RP%FMb}nt 7.5.6 单光线追迹 241 ]%+T+zg(Y 7.5.7 实例:双折射立方体成像系统 242 y)b=7sU 第8章 几何光学像质评价 249 bdHHOpXM 8.1 几何像差分析 250 X{P=2h#g
8.1.1 光线像差图 250 9lB$i2G>Zw 8.1.2 光程差图 251 y>] Yq- 8.1.3 光瞳像差图 252 "B0I$`~wu 8.1.4 全视场像差图 252 z)%]#QO 8.1.5 场曲/畸变 253 AL*M`m_ 8.1.6 网格畸变 255 =gHUY&sPu8 8.1.7 实例:凸凹透镜系统场曲显示 255 okH*2F(- 8.1.8 轴向像差 256 !rff/0/x" 8.1.9 垂轴色差 257 N]&:xd5 8.1.10 色焦移 258 s/Q8(sF5 8.1.11 实例:衍射光栅光学系统色差显示 258 "X\6tl7a| 8.1.12 赛德尔系数 260 !mK}Rim~ 8.1.13 塞德尔图 261 ZC3;QKw> 8.2 点列图分析 262 9/dADJe0b 8.2.1 标准点列图 262 `W2
o~r*& 8.2.2 离焦点列图 265 {11xjvAD 8.2.3 全视场点列图 265 wpcqgc 8.2.4 矩阵点列图 266 R+tQvxp# 8.2.5 实例:凸凹透镜系统点列图分析 267 T}K@ykT 8.3 波前差分析 268 ]p8<Vluv 8.3.1 波前图 268 URj2 evYW 8.3.2 干涉图 269 uuYeXI; 8.3.3 实例:凹凸透镜系统球差显示分析 271 -(9TM*)O 8.3.4 傅科分析 273 l]S% k& 8.3.5 对比度损失图 274 Wx|De7* 8.3.6 Zernike系数 276 b&*N 8.3.7 Zernike系数vs.视场 276 H.&"~eH
8.3.8 实例:凹凸透镜系统球差定量分析 277 U|+c&TY 第9章 物理光学像质评价 279 L+_
JKc 9.1 点扩散函数 280 &p5^Cjy L 9.1.1 FFT算法 280 )jm!^m 9.1.2 惠更斯算法 283 5QZ}KNJ|t~ 9.2 MTF分析 284 EC7)M}H 9.2.1 FFT算法 284 &+ UnPE(
9.2.2 惠更斯算法 287 \2 M{R 9.2.3 高斯求积算法 288 <J-.,: 9.2.4 实例:偶次非球面光学系统 289 YtA<4XHU 9.3 RMS分析 292 BB.120v&N 9.3.1 RMS vs.视场 292 b
4A1M 9.3.2 二维视场RMS图 293 wLy:S .r 9.3.3 实例:衍射光栅光学系统RMS分析 294 ex8}./mjJ 9.4 能量集中度分析 296 iO 7s zi 9.4.1 衍射 296 l4\ !J/df 9.4.2 几何 297 _Q7]Dw/w\ 9.4.3 几何线/边缘扩散 298 `+@r0:G&v 9.4.4 扩展光源 299 b?k6-r$j 9.4.5 实例:双折射透镜光学系统能量集中度分析 299 v;d3uunqv 9.5 图像扩展分析 300 G' mg-{ 9.5.1 图像模拟 301 VMw[M^ 9.5.2 几何图像分析 302 ^tI4 FQ>Y 9.5.3 几何位图图像分析 304 E51S#T 9.5.4 部分相干图像分析 305 oW3Uyj 9.5.5 扩展图像分析 306 hI,+J> 9.5.6 相对照度分析 307 7E;`1lh7 9.5.7 实例:光学系统图形模拟分析 308 .Zr3!N.t 9.6 激光传播 309 $'COsiK7 9.6.1 物理光学传播分析 309 M2LW[z 9.6.2 高斯光束 312 !&pk^VFl+ 9.6.3 光纤耦合 314 `_(N(dm 9.6.4 实例:近轴面光学系统全面衍射光学分析 315 fr8hT(,s) 第10章 光学系统的优化 317 >w#&fd 10.1 光学系统优化设计的过程 318 lKV7IoJ&; 10.2 手动调整 318 aMaqlqf 10.2.1 快速聚焦 318 B
!Z~j T 10.2.2 快速调整 319 T2 /u7<D- 10.2.3 滑块控件 319 \omfWWpK 10.2.4 可视化优化器 320 i: 7cdhz 10.2.5 实例:不规则面光学系统手动调整 321 %S<))G 10.3 自动优化 322 ^_k`@SU 10.3.1 评价函数编辑器 322 X)S4vqf} 10.3.2 评价函数操作数 323 x/IAc6H~_8 10.3.3 优化向导 325 NGkWr 10.3.4 执行优化 327 }[]1`2qD 10.3.5 实例:凹凸透镜系统球差自动优化 328 6k;>:[p 10.4 全局优化 331 %9_jF" 10.4.1 全局优化 332 [S?`OF12 10.4.2 锤形优化 332 ja^ 10.4.3 玻璃替换模板 333 yLQwG., 10.5 优化工具 333 "MgTfUIiyD 10.5.1 寻找很好非球面 333 U%KsD 4B 10.5.2 非球面类型转换 334 O;m [ 10.5.3 库存镜头匹配 334 fcw/l,k9 10.5.4 样板匹配 335 a@m
64l) 10.5.5 样板列表 336 Xvxj-\ - 第11章 光学系统公差分析 337 p?sFX$S 11.1 公差分析概述 338 4q\gFFV4 11.2 公差分析方法 339 G@rV9 11.2.1 公差数据编辑器 339 7e6;
|? 11.2.2 公差分析向导 340 CykvTV Q 11.2.3 执行公差分析 342 'S6JpWG1 11.2.4 实例:凹凸透镜系统公差分析 345 u>[hLXuB 11.3 快速公差分析 347 cCq mrjUmV 11.3.1 快速灵敏度分析 347 WTUC\}#E\ 11.3.2 快速良率分析 347 3<}r+, j 11.3.3 实例:凹凸透镜系统快速公差分析 348 a~F\2`Q 11.4 公差数据可视化 349 Os1=V 11.4.1 公差数据查看器 349 o^+g2;Ro 11.4.2 直方图分析 350 +4V"&S|& 11.4.3 良率分析 351 E|x t\* 11.5 加工图纸与数据分析 351 i?6#>;f 11.5.1 ISO元件图 352 wa$Q8/ 11.5.2 Zemax元件制图 352 z W*Z 11.5.3 实例:二元面系统光学加工图 353 <UbLds{+Uo 第12章 光学系统设计实例 356 Mi7LyIu 12.1 目镜设计 357 tfPe-U 12.1.1 定义初始结构 357 `9Q O'^) 12.1.2 球差显示分析 360 E*VOyH2[ 12.1.3 球差定量分析 361 &o7"L; 12.1.4 系统自动优化 362 vd0uI#g%# 12.1.5 图形模拟分析 364 5N$O 12.2 光纤耦合光学系统设计 365 }nMp.7b 12.2.1 初始结构设计 366 DVw 04ay% 12.2.2 光纤耦合 371 7a4h7/ 12.2.3 多重结构设计 371 2(25IYMS8 12.3 奥夫纳中继器光学系统设计 372 g.COKA 12.3.1 定义初始结构 373 BZk0B? 12.3.2 系统优化 375 SFVqUg3"Z 12.3.3 波前数据分析 378 :F
pt>g 参考文献 380 $q0i=l&$&
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