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。 '&]6(+I>
[attachment=130727] x;4m@)Mu
5a&gdqg] 目录 :X 1Y 第1章 光学设计基础 001 l`:-B'WM 1.1 光学系统基础 002 kWbY&]ZO 1.1.1 光学系统中的概念 002 0h('@Hb.K# 1.1.2 理想光学系统 004 \ov]Rn 1.1.3 近轴系统 005 %P*b&H^0 1.2 光学设计概述 006 Lk)TK/JM) 1.2.1 光学设计基本原理 006 1@+&6UC 1.2.2 光学设计的具体步骤 007 X`]>J5 1.2.3 光学设计软件 007 S;{[];
1.3 Ansys Zemax简介 009 k$,y1hH;f8 1.3.1 Ansys Zemax 软件分类 009 Ml_!)b 1.3.2 Ansys Zemax的功能 011 S!
.N3ezn 1.3.3 启动Ansys Zemax OpticStudio 2023 012 E_xk8X~ 1.3.4 切换语言 013 xfqu=z8X 1.4 Ansys Zemax OpticStudio的帮助系统 014 8nSw7:z 1.4.1 使用目录和索引查找联机帮助 015 `ih#>i_& 1.4.2 使用命令查找联机帮助 017 25;`yB$ 1.4.3 使用网络资源 017 .4=A:9 1.4.4 帮助工具 018 ~ }G#ys\1 第2章 认识Ansys Zemax OpticStudio 019 7P52r 2.1 Ansys Zemax OpticStudio用户界面 020 6U] "i 2.2 编辑器窗口 023 z+?48} 2.2.1 镜头数据编辑器 023 L\t!)X-4 2.2.2 视场数据编辑器 024 A&Q!W)= 2.2.3 窗口操作 027 h{PJ4U{W 2.3 文件操作与管理 029 Lo9
\[4FP 2.3.1 新建项目 029 tqU8>d0^ 2.3.2 新建设计 030 =?hbi] 2.3.3 打开项目 031 p"n3JV.~k+ 2.3.4 保存文件 032 (8GA;:G7G 2.3.5 关闭项目 033 %bhFl,tL 2.3.6 文件存档 033 vXR27 2.3.7 文件导出 034 WjBtL52 2.4 工作环境的设置 036 )Mw 3ZE92 2.5 系统选项设置 037 i32S(3se 2.5.1 设置系统孔径 037 x=Ez hq]X 2.5.2 设置视场 040 VmTgD96 2.5.3 设置波长 042 y)`q% J& 2.5.4 设置系统环境 044 Uetna!ABB 2.5.5 设置偏振 044 'G3|PA7v 2.5.6 设置高级选项 045 S^@#%> 2.5.7 设置光线瞄准 046 A~wyn5:_ 2.5.8 设置材料库 048 c=IjR3F 2.5.9 设置标题和注解 048 7"k\i= 2.5.10 设置文件 049 ]=%u\~AvL 2.5.11 设置单位 049 ,,Vuvn 2.5.12 设置成本估计 050 1h?:gOig 2.5.13 设置非序列 051 MPJ0>Ly 2.5.14 实例:新建材料库 051 S%w67sGl4n 第3章 初识镜头数据编辑器 055 I8:G:s: 3.1 镜头数据基本操作 056 zXeBUbVi 3.1.1 单元格操作 056 "(E%JAwZ^W 3.1.2 输入数据 057 Ns[.guWu- 3.1.3 行列操作 057 d%ncI0f` 3.1.4 切换视图显示 059 O}[){*GG= 3.1.5 输入表面参数 060 8t&'Yk 3.2 镜头数据设置 061 h&IF?h 3.2.1 表面类型设置 061 D+Z,;XZ 3.2.2 实例:切换双折射透镜光学系统表面 064 nZkMyRk 3.2.3 定义表面注释 067 $b"Ex> 3.2.4 定义曲率半径 067 hmtDw,j 3.2.5 设置厚度 068 DOWZhD 3.2.6 选择材料 074 g);.".@" 3.2.7 实例:凸透镜和凹透镜系统 076 izr
3{y5 3.2.8 膜层设置 082 sQa9M 3.2.9 设置净口径 084 ltmD=-]G_ 3.2.10 实例:设置凸凹透镜系统表面孔径 085 :j%
B(@b 3.2.11 延伸区设置 086 E&|EokSyN 3.2.12 机械半直径 087 v7D3aWoe 3.2.13 实例:二元面单透镜系统 087 _v=zFpR 3.2.14 圆锥系数设置 091 >tV:QP]Y 3.2.15 TCE设置 092 1?#Wg>7' 第4章 光学成像镜头设计 094 q&EwD(k 4.1 光学成像系统 095 'J#uD|9) 4.1.1 物体成像原理 095 \&%y4=y<sE 4.1.2 光学透镜 095 A,GJ6qp3 4.1.3 光阑 096 >qynd'eToR 4.2 Zemax模型 098 Sy34doAZ 4.2.1 序列模型 098 hHqsI`7c 4.2.2 非序列模型 098
;5}y7#4C 4.3 光线追迹 099 \AB*C_Ri 4.3.1 二维布局图 099 /Oa.@53tK6 4.3.2 三维布局图 103 DBzF\- 4.3.3 实例:平行光光学系统设计 104 3a6 4.3.4 实例:双折射透镜光学系统 107 bn"z&g 4.3.5 实体模型图 110 BjbpRQ, 4.3.6 CAD零件图 112 M9sB2Ips< 4.3.7 实例:投影仪光学系统 112 ~Uaz;<"j0 第5章 镜头编辑高级操作 117 #h7$b@ 5.1 表面参数设置 118 B7BikxUa 5.1.1 设置绘图属性 118 n(el 5.1.2 设置通光孔径 119 ou'|e "tI 5.1.3 实例:设置凸凹透镜系统表面参数 120 eqWb>$ 5.1.4 设置表面散射类型 122 08E ,U 5.1.5 设置表面倾斜和偏心 124 R{Qvpd$y 5.1.6 实例:玻璃透镜系统 126 W|[k]A` 2
5.2 坐标间断 128 .aqP= 5.2.1 选择坐标间断面 128 Zl`sY5{1 5.2.2 表面旋转偏心 130 t M{U6k 5.2.3 转折反射镜 132 d`4@aoM 5.2.4 实例:反射镜光学系统设计 132 jj"?#`cW 5.3 表面转换设置 134 .(8eWc YK 5.3.1 坐标系转换 134 vD4<G{ 5.3.2 双通系统 135 I45\xP4i 5.3.3 实例:玻璃透镜双通系统设计 136 h2Jdcr#@FF 5.3.4 复合表面 136 dq$CCOC^F 5.3.5 表面翻转 138 G,b1 u" 5.3.6 转换TrueFreeForm表面 138 ]$96#}7N 5.3.7 改变焦距 139 lIF*$#`oh* 5.3.8 实例:镜头组光学系统 139 wKs-<b%; 5.4 多重结构设计 143 TANt*r7 5.4.1 多重结构编辑器 143 _7 9 ?,U] 5.4.2 操作数类型 145 @IwVR 5.4.3 实例:系统孔径多重结构设计 149 4 '-GcH 5.4.4 热分析 151 zE<G wVI~ 5.4.5 共轭分析 152 V{G9E 5.4.6 实例:多重结构共轭分析 152 W&(98}oT 第6章 光学系统分析 154 K=C).5=U 6.1 光线追迹分析 155 -, #LTW<. 6.1.1 光线追迹过程 155 $C !Mk 6.1.2 单光线追迹 156
Sk,9<@ 6.1.3 光迹图 156 #5.L%F 6.1.4 基面数据 158 4$!iw3N( 6.1.5 Y-Ybar 图 159 L]HYk}oD. 6.1.6 渐晕图 159 j;b<oQH 6.1.7 入射角 vs.像高 160 n/]$k4h 6.1.8 实例:平行光光学系统光线追迹 160 13T0"} 6.2 偏振与表面物理分析 163 Y4|g^>{<ni 6.2.1 偏振分析 163 m}3POl/*j 6.2.2 表面分析 164 )\TI^%s 6.2.3 实例:不规则面光学系统表面分析 165 Q-GnNT7MB3 6.2.4 膜层分析 168 }X`jhsqT 6.2.5 实例:屏蔽蓝光光学系统分析 169 a,N?GxK~ 6.3 材料分析 172 Tse
Pdkk 6.3.1 色散图 172 MO$dim> 6.3.2 玻璃图 172 ihJC)m`Hbl 6.3.3 无热化玻璃图 173 O/=i'0Xv 6.3.4 透过率曲线 173
h8!;RN[ 6.4 输出报告 174 K9y!ZoB 6.4.1 表面数据报告 174 !*gTC1bvB 6.4.2 分类数据报告 175 3yAzt*dZ 6.4.3 实例:1/4玻板光学系统偏振分析 176 ,\K1cW~U5 6.5 几何像差分析 178 zz4A,XrD 6.5.1 球差 178 61J01(+| 6.5.2 实例:凸凹透镜系统球差分析 179 AQ 5CrYb 6.5.3 彗差 179 5PQs1B 6.5.4 实例:凸凹透镜系统彗差分析 180 vK\;CSk
6.5.5 像散 181 X;ZR"YgT 6.5.6 实例:凸凹透镜系统像散分析 181 #)BdN 6.5.7 场曲 184 ,e
~@ 6.5.8 实例:凸凹透镜系统场曲分析 184 7^J-5lY3S 6.5.9 畸变 186 Pl
}dA 6.5.10 色差 186 .#b! # 6.5.11 实例:衍射光栅光学系统色差分析 186 WqC6c&NM 第7章 非序列模式设计 190 ^m
7.1 非序列模式 191 ^E7>!Lbvx 7.1.1 非序列元件编辑器 191 ?eb2T`\0Q 7.1.2 布局图显示 193 M9@#W" 7.1.3 实例:创建菲涅耳透镜 194 ;Db89Nc$ 7.2 物体编辑 203 uv2!][ 7.2.1 物体编辑器 203 [D H@>:"dd 7.2.2 调整物体位置 205 *s6MF{Ds 7.2.3 阵列物体 206 %XqLyeOS 7.2.4 实例:阵列透镜 206 -< 7KW0CA 7.2.5 合并物体 210 tp.qh]2c 7.2.6 创建多面体 211 ,diV;d 7.2.7 实例:创建六角形透镜 212 ud`.}H~aB 7.3 物体属性设置 217 %&"_=Lc 7.3.1 “类型”选项卡 217 OwQ 9y<v 7.3.2 “绘图”选项卡 218 `oh'rm3'8 7.3.3 “光源”选项卡 219 v5t`?+e 7.3.4 “膜层/散射”选项卡 221 J|Lk::Ri 7.3.5 “散射路径”选项卡 222 $2^V#GWo 7.3.6 “体散射”选项卡 222 m)q;eQs 7.3.7 “折射率”选项卡 222 0n_Cuh\ 7.3.8 实例:环形镜头 223 %xR;8IO 7.4 探测器分析 227 3Nh;^ 7.4.1 探测器的形状 227 9`)NFy? 7.4.2 探测器工具 228 h.QKbbDj 7.4.3 探测器查看器 229 A;h0BQm/j 7.4.4 实例:GRIN透镜光学系统 229 %&^F.JTt\ 7.5 非序列光线追迹 236 H+; _fd 7.5.1 非序列系统光线追迹方法 236 OZ_'&CZ 7.5.2 定义光源模型 237 Lvc*L6 7.5.3 光线追迹控制 239 fj 19U9R 7.5.4 Lightning追迹 240 oj<.axA, 7.5.5 特定光线比对 240 Ah &D5,3 7.5.6 单光线追迹 241 fh
\<tnY 7.5.7 实例:双折射立方体成像系统 242 T.HI
$(d 第8章 几何光学像质评价 249 >;QkV6i7 8.1 几何像差分析 250 u:N/aaU= 8.1.1 光线像差图 250 9h$-:y3 8.1.2 光程差图 251 q]5"V>D \ 8.1.3 光瞳像差图 252 ?}B9=R$Pi 8.1.4 全视场像差图 252 @-;-DB]j 8.1.5 场曲/畸变 253 $+ZO{
( 8.1.6 网格畸变 255 \nx^=4*yk 8.1.7 实例:凸凹透镜系统场曲显示 255 9\Mesf1$o 8.1.8 轴向像差 256 m7e$Z 8.1.9 垂轴色差 257 q[b-vTzI 8.1.10 色焦移 258 qrNW\ME 8.1.11 实例:衍射光栅光学系统色差显示 258 i[^?24~ c 8.1.12 赛德尔系数 260 _q=$L
eO5 8.1.13 塞德尔图 261 A
A<9XC 8.2 点列图分析 262 9GkG' 8.2.1 标准点列图 262 }<&g1x'pa 8.2.2 离焦点列图 265 788q<7E 8.2.3 全视场点列图 265 d Z"bc]z{ 8.2.4 矩阵点列图 266 Os8]iNvW\ 8.2.5 实例:凸凹透镜系统点列图分析 267 !?ayZ5G([ 8.3 波前差分析 268 CQ"IL;y 8.3.1 波前图 268 9))%tYN 8.3.2 干涉图 269 Z[AJat@H 8.3.3 实例:凹凸透镜系统球差显示分析 271 4lb3quY$Us 8.3.4 傅科分析 273 n`6 8<ybl5 8.3.5 对比度损失图 274 '4FS.0*_ 8.3.6 Zernike系数 276 $z{HNY*2 8.3.7 Zernike系数vs.视场 276 X\
\\RCp 8.3.8 实例:凹凸透镜系统球差定量分析 277 JO7IzD\ 第9章 物理光学像质评价 279 w_,. 9.1 点扩散函数 280 DZ ~|yH 9.1.1 FFT算法 280 v>)[NAY9 9.1.2 惠更斯算法 283 L|6c lGp 9.2 MTF分析 284 9T|7edl 9.2.1 FFT算法 284 g=b[V
9.2.2 惠更斯算法 287 @w6^*Z_hQ 9.2.3 高斯求积算法 288 F>n<;< 9.2.4 实例:偶次非球面光学系统 289 (LRv c!`" 9.3 RMS分析 292 lbT<HWzNH 9.3.1 RMS vs.视场 292 \D, 0 9.3.2 二维视场RMS图 293 \#2,1W@ 9.3.3 实例:衍射光栅光学系统RMS分析 294 c2?(.UV 9.4 能量集中度分析 296 <pYGcVB9V 9.4.1 衍射 296 w69`vK
9.4.2 几何 297 fPK|Nw]b 9.4.3 几何线/边缘扩散 298 A0O$B7ylQ 9.4.4 扩展光源 299 (rZq0* 9.4.5 实例:双折射透镜光学系统能量集中度分析 299 ?*,N
?s(U 9.5 图像扩展分析 300 +Z$X5Th 9.5.1 图像模拟 301 9eGM6qW\_ 9.5.2 几何图像分析 302 y
@Y@"y 9.5.3 几何位图图像分析 304 T_jwj
N 9.5.4 部分相干图像分析 305 )/bt/,M&} 9.5.5 扩展图像分析 306 :
[aUpX= 9.5.6 相对照度分析 307 cdzzS?$) 9.5.7 实例:光学系统图形模拟分析 308 _*bXVJ
] 9.6 激光传播 309 Gk799SDL 9.6.1 物理光学传播分析 309 Q`AJR$L 9.6.2 高斯光束 312 6$)Yqg`X 9.6.3 光纤耦合 314 AZl|;
y 9.6.4 实例:近轴面光学系统全面衍射光学分析 315 pK*-In 第10章 光学系统的优化 317 Gu*;z% b2 10.1 光学系统优化设计的过程 318 y"$|?187x 10.2 手动调整 318 o0s+ roiD 10.2.1 快速聚焦 318 rI;e!EW 10.2.2 快速调整 319 b%,5B 10.2.3 滑块控件 319 =kZPd>&L 10.2.4 可视化优化器 320 R*Pfc91} 10.2.5 实例:不规则面光学系统手动调整 321 \+Qx}bS{ 10.3 自动优化 322 :$/lGIz 10.3.1 评价函数编辑器 322
7gD$Q 10.3.2 评价函数操作数 323 [_-CO}> 10.3.3 优化向导 325 biKpV?Dp 10.3.4 执行优化 327 O+.V,`O 10.3.5 实例:凹凸透镜系统球差自动优化 328 %tUJ >qYU 10.4 全局优化 331 HX+'{zm] 10.4.1 全局优化 332 `j4ukOnG 10.4.2 锤形优化 332 ,589/xTA@ 10.4.3 玻璃替换模板 333 I9SO}a2p 10.5 优化工具 333 v[m/>l2[P 10.5.1 寻找很好非球面 333 qh F/iUE 10.5.2 非球面类型转换 334 :Nc~rOC_ 10.5.3 库存镜头匹配 334 u"pn'H 10.5.4 样板匹配 335 m'aw`? 10.5.5 样板列表 336 KMoRMCT 第11章 光学系统公差分析 337 qUpMq:Uw 11.1 公差分析概述 338 gA~Ih 11.2 公差分析方法 339 w4(DR?[nC 11.2.1 公差数据编辑器 339 6],5X^*Y 11.2.2 公差分析向导 340 5IdmKP| 11.2.3 执行公差分析 342 zFB$^)v"< 11.2.4 实例:凹凸透镜系统公差分析 345 3gv>AgG 11.3 快速公差分析 347 Am kHVg 11.3.1 快速灵敏度分析 347 ru'Xet 11.3.2 快速良率分析 347 hs<7(+a 11.3.3 实例:凹凸透镜系统快速公差分析 348 u^ngD64 11.4 公差数据可视化 349 wAk oX 11.4.1 公差数据查看器 349 0qJ(3N 11.4.2 直方图分析 350 7F|T5[*l 11.4.3 良率分析 351 2!]':(8mR 11.5 加工图纸与数据分析 351 wQM(Lm#Q 11.5.1 ISO元件图 352 .O1g'% 11.5.2 Zemax元件制图 352 er l_Gg 11.5.3 实例:二元面系统光学加工图 353 VWLou
jB 第12章 光学系统设计实例 356 O%0G37h 12.1 目镜设计 357 [|k@Suv |z 12.1.1 定义初始结构 357 @*%5"~F 12.1.2 球差显示分析 360 x:sTE u@ 12.1.3 球差定量分析 361 ]lZ!en 12.1.4 系统自动优化 362 V-7!)&q 12.1.5 图形模拟分析 364 J]N-^ld\\ 12.2 光纤耦合光学系统设计 365 +(cs,?`\ 12.2.1 初始结构设计 366 *<Qn)Az 12.2.2 光纤耦合 371 Fo;xA 12.2.3 多重结构设计 371 1C .<@IZ 12.3 奥夫纳中继器光学系统设计 372 KS(s<ip| 12.3.1 定义初始结构 373 DJrA@hm/Y 12.3.2 系统优化 375 \:-; { 12.3.3 波前数据分析 378 ]d% hU 参考文献 380 17<\Q(YQ=
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