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。 +L$Xv
[attachment=130727] U4'#T%*
7g^]:3f! 目录 i$Ul(? 第1章 光学设计基础 001 x>K Or,f 1.1 光学系统基础 002 2Ah#<k-gC; 1.1.1 光学系统中的概念 002 cVv=*81\ 1.1.2 理想光学系统 004 <sbu;dQ` 1.1.3 近轴系统 005 Z-%\
<zT 1.2 光学设计概述 006 '@v\{ l 1.2.1 光学设计基本原理 006 H*n-_{h"t 1.2.2 光学设计的具体步骤 007 >>r(/81S 1.2.3 光学设计软件 007 %@b0[ZC 1.3 Ansys Zemax简介 009 LBeF&sb6 1.3.1 Ansys Zemax 软件分类 009 [>I<#_^~ 1.3.2 Ansys Zemax的功能 011 ; nfdGB 1.3.3 启动Ansys Zemax OpticStudio 2023 012 %6 zBSje 1.3.4 切换语言 013 ^CYl\.Y@ 1.4 Ansys Zemax OpticStudio的帮助系统 014 <d Wv?<o 1.4.1 使用目录和索引查找联机帮助 015 ,Fl)^Gl8? 1.4.2 使用命令查找联机帮助 017 Wtd/=gmiI 1.4.3 使用网络资源 017 !qQl@j O 1.4.4 帮助工具 018 9.M4o[ 第2章 认识Ansys Zemax OpticStudio 019 R_cA:3qc~ 2.1 Ansys Zemax OpticStudio用户界面 020 L[fiU0^o 2.2 编辑器窗口 023 KZY}%il!` 2.2.1 镜头数据编辑器 023 $99n&t$Y 2.2.2 视场数据编辑器 024 x8B}ZIbT9 2.2.3 窗口操作 027 k
.;j 2.3 文件操作与管理 029 H2 {+) 2.3.1 新建项目 029 FX&~\kmV'j 2.3.2 新建设计 030 gs[uD5oo< 2.3.3 打开项目 031 K7B/s9/xs 2.3.4 保存文件 032 4Z=_,#h4. 2.3.5 关闭项目 033 7nTeP(M% 2.3.6 文件存档 033 2wg5#i 2.3.7 文件导出 034 1=c\Rr9] 2.4 工作环境的设置 036 8 >EWKI9 2.5 系统选项设置 037 pj{`';
:g 2.5.1 设置系统孔径 037 i>A s;* 2.5.2 设置视场 040 65P0,b6"OT 2.5.3 设置波长 042 P )"m0Lu< 2.5.4 设置系统环境 044 _Ey9G 2.5.5 设置偏振 044
(N6i4
g6 2.5.6 设置高级选项 045 l/GGCnO/ 2.5.7 设置光线瞄准 046 `2WFk8) F 2.5.8 设置材料库 048 .V/Rfq 2.5.9 设置标题和注解 048 GW@;}m( 2.5.10 设置文件 049 zkrM/ @p# 2.5.11 设置单位 049 wE>\7a*P% 2.5.12 设置成本估计 050 O,
wJR 2.5.13 设置非序列 051 6dt]`zv/ 2.5.14 实例:新建材料库 051 %6,SKg p 第3章 初识镜头数据编辑器 055 #aJ(m& 3.1 镜头数据基本操作 056 29"'K.r 3.1.1 单元格操作 056 %QGC8Tz 3.1.2 输入数据 057 ) 1f~ dR88 3.1.3 行列操作 057 o Q2Fjj 3.1.4 切换视图显示 059 QB uMJm 3.1.5 输入表面参数 060 =F~S?y 3.2 镜头数据设置 061 ]EBxl=C}D 3.2.1 表面类型设置 061 nI-w}NQ 3.2.2 实例:切换双折射透镜光学系统表面 064 W=><)miQ@ 3.2.3 定义表面注释 067 y/cvQY0pU 3.2.4 定义曲率半径 067 x b~yM%*c 3.2.5 设置厚度 068 ^z IW+: 3.2.6 选择材料 074 O!#g<`r{K 3.2.7 实例:凸透镜和凹透镜系统 076 Q800y??&J 3.2.8 膜层设置 082 ]"hFC<w 3.2.9 设置净口径 084 '(f* 2eE: 3.2.10 实例:设置凸凹透镜系统表面孔径 085 =JEv,ZGT3 3.2.11 延伸区设置 086 Eu d*_>| 3.2.12 机械半直径 087 v5#jZ$<F 3.2.13 实例:二元面单透镜系统 087 eK?MKe 3.2.14 圆锥系数设置 091 IqaT?+O\?r 3.2.15 TCE设置 092 QvlObEhcS 第4章 光学成像镜头设计 094 {j?FNOJn 4.1 光学成像系统 095 *xxx:*6rk; 4.1.1 物体成像原理 095 *=/ { HvJ 4.1.2 光学透镜 095 :Uzm
4.1.3 光阑 096 30#s aGV 4.2 Zemax模型 098 Eex~xiiV 4.2.1 序列模型 098 fP
1[[3i 4.2.2 非序列模型 098 rxvx 4.3 光线追迹 099 .Ni\\ 4.3.1 二维布局图 099 X8a/ `Y, 4.3.2 三维布局图 103 |}s*E_/[ 4.3.3 实例:平行光光学系统设计 104 <e=#F-DE 4.3.4 实例:双折射透镜光学系统 107 }_M~2L?i 4.3.5 实体模型图 110 jjB~G^n 4.3.6 CAD零件图 112 Q^9_'t}X 4.3.7 实例:投影仪光学系统 112 Fx_z 6a 第5章 镜头编辑高级操作 117 *MhRW,= 5.1 表面参数设置 118 Olt?~} 5.1.1 设置绘图属性 118 36&e.3/# 5.1.2 设置通光孔径 119 8?#/o c 5.1.3 实例:设置凸凹透镜系统表面参数 120 hc(#{]]. 5.1.4 设置表面散射类型 122 E1aHKjLQ 5.1.5 设置表面倾斜和偏心 124 1Kw+,.@d 5.1.6 实例:玻璃透镜系统 126 r,8 [O 5.2 坐标间断 128 ~OYiq}g 5.2.1 选择坐标间断面 128 +;(c:@>@, 5.2.2 表面旋转偏心 130 ~~/|dh5 5.2.3 转折反射镜 132 CAig]=2' 5.2.4 实例:反射镜光学系统设计 132 } ^~F| 5.3 表面转换设置 134 XB;7!8| 5.3.1 坐标系转换 134 +/4A 5.3.2 双通系统 135 u
OmtyX 5.3.3 实例:玻璃透镜双通系统设计 136 +5g_KS 5.3.4 复合表面 136 n:I,PS0H< 5.3.5 表面翻转 138 lne4-(DJ 5.3.6 转换TrueFreeForm表面 138 <[a=ceL]| 5.3.7 改变焦距 139 ?um;s-x) 5.3.8 实例:镜头组光学系统 139 kf\PioD8 5.4 多重结构设计 143 m^!Z_]A![ 5.4.1 多重结构编辑器 143 5 Aw"B 5.4.2 操作数类型 145 58}U^IW 5.4.3 实例:系统孔径多重结构设计 149 KC*e/J 5.4.4 热分析 151 '|6]_ 5.4.5 共轭分析 152 9d0@wq. 5.4.6 实例:多重结构共轭分析 152 W]$w@.oW[ 第6章 光学系统分析 154 //up5R_nx 6.1 光线追迹分析 155 (U DnsF 6.1.1 光线追迹过程 155 rK8lBy:< 6.1.2 单光线追迹 156 x /(^7#u, 6.1.3 光迹图 156 *P[hy 6.1.4 基面数据 158 JMCKcZ%N 6.1.5 Y-Ybar 图 159 c8 )DuJ#U 6.1.6 渐晕图 159 d(ZO6Nr Q 6.1.7 入射角 vs.像高 160 lf`{zc r: 6.1.8 实例:平行光光学系统光线追迹 160 ~p6 V,Q 6.2 偏振与表面物理分析 163 ;DQ ZT 6.2.1 偏振分析 163 R3f89 6.2.2 表面分析 164 mX"oW_EK 6.2.3 实例:不规则面光学系统表面分析 165 #"6Qj'/h 6.2.4 膜层分析 168 ^cC,.Fdw 6.2.5 实例:屏蔽蓝光光学系统分析 169 nAAs{ 6.3 材料分析 172 G{~J|{t\yz 6.3.1 色散图 172 /obfw^ 6.3.2 玻璃图 172 fivw~z|[@ 6.3.3 无热化玻璃图 173 6xmZXpd! 6.3.4 透过率曲线 173 [-1^-bb 6.4 输出报告 174 D(op)]8 6.4.1 表面数据报告 174 Ys9[5@7 6.4.2 分类数据报告 175 H\" sgoJ 6.4.3 实例:1/4玻板光学系统偏振分析 176 ;3coP{ 6.5 几何像差分析 178 un"Gozmt5 6.5.1 球差 178 #<"~~2? 6.5.2 实例:凸凹透镜系统球差分析 179 h|9L5 6.5.3 彗差 179 Xh"n]TK 6.5.4 实例:凸凹透镜系统彗差分析 180 5X$ jl;6 6.5.5 像散 181 y3Qsv 6.5.6 实例:凸凹透镜系统像散分析 181 e(;,`L\* 6.5.7 场曲 184 wo{gG?B 6.5.8 实例:凸凹透镜系统场曲分析 184 LzKj=5'Y 6.5.9 畸变 186 Lnl(2xD 6.5.10 色差 186 ;u
({\K 6.5.11 实例:衍射光栅光学系统色差分析 186 dh iuI|?@ 第7章 非序列模式设计 190 &vMb_;~B 7.1 非序列模式 191 N7zft 7.1.1 非序列元件编辑器 191 K&]G3W%V 7.1.2 布局图显示 193 !dnH7" 7.1.3 实例:创建菲涅耳透镜 194 /& {A!.; 7.2 物体编辑 203 ;?iW%:_, 7.2.1 物体编辑器 203 g}{aZ$sta 7.2.2 调整物体位置 205 1N-\j0au 7.2.3 阵列物体 206 Z]Cq3~l 7.2.4 实例:阵列透镜 206 %p=M; 7.2.5 合并物体 210 ~rKrpb]ow 7.2.6 创建多面体 211 }@+0/W?\. 7.2.7 实例:创建六角形透镜 212 J/aC}}5D 7.3 物体属性设置 217 dn+KH+v 7.3.1 “类型”选项卡 217 !CT5!5T 7.3.2 “绘图”选项卡 218 Hg izW 7.3.3 “光源”选项卡 219 k$R-#f; 7.3.4 “膜层/散射”选项卡 221 "ne?P9'hF 7.3.5 “散射路径”选项卡 222 oW*16>IN9l 7.3.6 “体散射”选项卡 222 g|yvF-+ 7.3.7 “折射率”选项卡 222 $ @`V 7.3.8 实例:环形镜头 223 b9HtR -iR; 7.4 探测器分析 227 f+,qNvBY/ 7.4.1 探测器的形状 227 <)c)%'v 7.4.2 探测器工具 228 /]Md~=yNp 7.4.3 探测器查看器 229 { @{']Y 7.4.4 实例:GRIN透镜光学系统 229 :>f )g 7.5 非序列光线追迹 236 L+i=VGm0 7.5.1 非序列系统光线追迹方法 236 `0gyr(fES 7.5.2 定义光源模型 237 H3=qe I 7.5.3 光线追迹控制 239 $>eCqC3 7.5.4 Lightning追迹 240 {]@= ijjf 7.5.5 特定光线比对 240 oY3;.;'bk 7.5.6 单光线追迹 241 q{LF>Wi 7.5.7 实例:双折射立方体成像系统 242 `kXs;T6& 第8章 几何光学像质评价 249 ~P**O~ 8.1 几何像差分析 250 z,p~z*4 8.1.1 光线像差图 250 "JV_ 2K_i 8.1.2 光程差图 251 XK@E;Rv 8.1.3 光瞳像差图 252 s*]}QmRpr 8.1.4 全视场像差图 252 ;$wVu|& 8.1.5 场曲/畸变 253 ^k">A:E2 8.1.6 网格畸变 255 aeM+ d`f 8.1.7 实例:凸凹透镜系统场曲显示 255 c-6?2\]j@ 8.1.8 轴向像差 256 f46t9dxp$ 8.1.9 垂轴色差 257 }|NCboM^_ 8.1.10 色焦移 258 GGs}i1m 8.1.11 实例:衍射光栅光学系统色差显示 258 5Yq@;e 8.1.12 赛德尔系数 260 4!no~ $b 8.1.13 塞德尔图 261 7;wd(8 8.2 点列图分析 262 v PG},m~- 8.2.1 标准点列图 262 A$0fKko 8.2.2 离焦点列图 265 +',S]Edx 8.2.3 全视场点列图 265 u\;C;I-? ' 8.2.4 矩阵点列图 266 #.)0xfGW)n 8.2.5 实例:凸凹透镜系统点列图分析 267 "J_9WUN 8.3 波前差分析 268 )1`0PJoHE 8.3.1 波前图 268 >!1-lfa8 8.3.2 干涉图 269 r52gn(, 8.3.3 实例:凹凸透镜系统球差显示分析 271 n9ej7oj 8.3.4 傅科分析 273 |t#)~Oo 8.3.5 对比度损失图 274 f(y:G^V 8.3.6 Zernike系数 276 ,(^*+G.i 8.3.7 Zernike系数vs.视场 276 Z o(rTCZX 8.3.8 实例:凹凸透镜系统球差定量分析 277 u <v7;dF|s 第9章 物理光学像质评价 279 6A+nS= 9.1 点扩散函数 280 $}<e|3_ 9.1.1 FFT算法 280 PIS2Ed] 9.1.2 惠更斯算法 283 5MJS
~( 9.2 MTF分析 284 3{sVVq5Y 9.2.1 FFT算法 284 v O_*yh1 9.2.2 惠更斯算法 287 Y\g3hM 9.2.3 高斯求积算法 288 aHK}sr,U 9.2.4 实例:偶次非球面光学系统 289 PtiOz
:zV 9.3 RMS分析 292 }a(dyr`S 9.3.1 RMS vs.视场 292 ^v7gIC 9.3.2 二维视场RMS图 293 P.9>z7l{ 9.3.3 实例:衍射光栅光学系统RMS分析 294 UH"%N)[ 9.4 能量集中度分析 296 ri-b=|h2j 9.4.1 衍射 296 AFE~
v\Gz 9.4.2 几何 297 kc`Tdn 9.4.3 几何线/边缘扩散 298 <x>Mo 9.4.4 扩展光源 299 sdw(R#GE 9.4.5 实例:双折射透镜光学系统能量集中度分析 299 !'*-$e 9.5 图像扩展分析 300 ][Rh28?I{ 9.5.1 图像模拟 301 X$W~mQma6 9.5.2 几何图像分析 302 k~1?VQ+?M 9.5.3 几何位图图像分析 304 a<bwzX|. 9.5.4 部分相干图像分析 305 \(2sW^fY 9.5.5 扩展图像分析 306 49HZ2`Y 9.5.6 相对照度分析 307 I51@QJX 9.5.7 实例:光学系统图形模拟分析 308 w ;^ra<*<+ 9.6 激光传播 309 XU(eEnmom 9.6.1 物理光学传播分析 309 A^<jy=F& 9.6.2 高斯光束 312 YT(AUS5n 9.6.3 光纤耦合 314 r mg}N 9.6.4 实例:近轴面光学系统全面衍射光学分析 315 RPRBmb940 第10章 光学系统的优化 317 tK\~A,= 10.1 光学系统优化设计的过程 318 1bX<$>x9u 10.2 手动调整 318 k;FUs[ 10.2.1 快速聚焦 318 $-sHWYZ 10.2.2 快速调整 319 97!;.f- 10.2.3 滑块控件 319 ~b8]H|<'Y 10.2.4 可视化优化器 320 *J`O"a 10.2.5 实例:不规则面光学系统手动调整 321 (SAs- 10.3 自动优化 322 {R`[kt 10.3.1 评价函数编辑器 322 $6poFo)U+ 10.3.2 评价函数操作数 323 |&i<bqLw: 10.3.3 优化向导 325 I-l_TpM) 10.3.4 执行优化 327 wk_@R=*(\ 10.3.5 实例:凹凸透镜系统球差自动优化 328 h<<v^+m 10.4 全局优化 331 ' S/gmn 10.4.1 全局优化 332 6.yu-xm 10.4.2 锤形优化 332 p9-K_dw3X@ 10.4.3 玻璃替换模板 333 :Zw2'IV 10.5 优化工具 333 O?#7N[7 10.5.1 寻找很好非球面 333 SXP]%{@R/ 10.5.2 非球面类型转换 334 uW
%# 10.5.3 库存镜头匹配 334 DkDmE 10.5.4 样板匹配 335 )zDCu` 10.5.5 样板列表 336 NC6&x=!3 第11章 光学系统公差分析 337 sc#qwQ# 11.1 公差分析概述 338 kb!%-k 11.2 公差分析方法 339 Z6MO^_m2 11.2.1 公差数据编辑器 339 kvu)y` 11.2.2 公差分析向导 340 M x"\5i 11.2.3 执行公差分析 342 YKK*ER0 11.2.4 实例:凹凸透镜系统公差分析 345 5~DJWi, 11.3 快速公差分析 347 @d1Q"9}B 11.3.1 快速灵敏度分析 347 q{x8_E!L 11.3.2 快速良率分析 347 lNO;O}8 11.3.3 实例:凹凸透镜系统快速公差分析 348 w7&A0M 11.4 公差数据可视化 349 A?OQE9' 11.4.1 公差数据查看器 349 h'nY3GrU 11.4.2 直方图分析 350 y$M%2mh` 11.4.3 良率分析 351 goWuw}? 11.5 加工图纸与数据分析 351 DzRFMYBR 11.5.1 ISO元件图 352 -yNlyHv9 11.5.2 Zemax元件制图 352 S$-7SEkO+ 11.5.3 实例:二元面系统光学加工图 353 es0hm2HT3 第12章 光学系统设计实例 356 $<[79al# 12.1 目镜设计 357 G=bCNn< 12.1.1 定义初始结构 357 uCB=u[]y4 12.1.2 球差显示分析 360 |;{6&S 12.1.3 球差定量分析 361 `\ol,B_l 12.1.4 系统自动优化 362 .x&%HA 12.1.5 图形模拟分析 364 xN'I/@ kb 12.2 光纤耦合光学系统设计 365 9;If&uM 12.2.1 初始结构设计 366 w&.aQGR# 12.2.2 光纤耦合 371 F((4U"
12.2.3 多重结构设计 371 :Llb< MY2 12.3 奥夫纳中继器光学系统设计 372 i"=\d 12.3.1 定义初始结构 373 ?gXp*>Kg[ 12.3.2 系统优化 375 ]/{)bpu 12.3.3 波前数据分析 378 cidP|ie^ 参考文献 380 z'7]h TA
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