ZEMAX光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)

本書以Zemax OpticStudio（簡稱為ZEMAX）軟件為平臺(tái)，介紹了光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)全過程相關(guān)理論、技術(shù)和方法。從典型光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出發(fā)，用30余個(gè)工程設(shè)計(jì)案例，展現(xiàn)了不同功能類型、不同指標(biāo)要求的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程和技巧，闡述了光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中共性問題的解決方案。全書章節(jié)順序安排符合光學(xué)設(shè)計(jì)者的認(rèn)知和實(shí)踐規(guī)律。書中對(duì)光學(xué)基本理論的描述以及對(duì)ZEMAX軟件的使用介紹簡明扼要，讀者可從諸多實(shí)戰(zhàn)案例中體會(huì)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精髓和樂趣。

本書可供從事光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光電儀器研發(fā)以及其他光學(xué)相關(guān)工作的工程技術(shù)人員參考使用，也可作為光學(xué)、光學(xué)工程、光電信息工程、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)的本科及研究生實(shí)踐教學(xué)教材。

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目錄

第1章光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要1

1.1光學(xué)設(shè)計(jì)概念1

1.2光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的提出2

1.2.1儀器對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求2

1.2.2光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求示例3

1.3光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程4

1.4光學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)展與光學(xué)軟件的關(guān)系5

1.4.1光學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程5

1.4.2光學(xué)設(shè)計(jì)軟件6

第2章像差綜述8

2.1球差8

2.1.1球差及其校正方法8

2.1.2球差在ZEMAX中的呈現(xiàn)10

2.2彗差11

2.2.1彗差定義及計(jì)算11

2.2.2彗差的校正方法12

2.2.3彗差在ZEMAX中的呈現(xiàn)13

2.3場曲與像散14

2.3.1細(xì)光束場曲及其校正方法14

2.3.2細(xì)光束像散及其校正方法16

2.3.3場曲與像散在ZEMAX中的呈現(xiàn)18

2.4畸變19

2.4.1畸變及其校正方法19

2.4.2畸變?cè)赯EMAX中的呈現(xiàn)20

2.5色差21

2.5.1軸向色差和倍率色差21

2.5.2色差校正方法24

2.5.3色差在ZEMAX中的呈現(xiàn)24

2.6波像差25

2.6.1波像差概述25

2.6.2波像差在ZEMAX中的呈現(xiàn)26

第3章ZEMAX中光學(xué)系統(tǒng)綜合像質(zhì)評(píng)價(jià)方式28

3.1垂軸幾何像差曲線評(píng)價(jià)28

3.2點(diǎn)列圖評(píng)價(jià)29

3.3分辨率與點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)評(píng)價(jià)30

3.4包圍圓能量曲線評(píng)價(jià)32

3.5光學(xué)傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)33

3.6雜散光分析與評(píng)價(jià)35

第4章典型光學(xué)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)37

4.1開普勒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（案例）37

4.2生物顯微鏡系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（案例）39

4.3投影光學(xué)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（案例）41

4.4透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)44

第5章基于ZEMAX的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程46

5.1ZEMAX用戶界面簡介46

5.1.1ZEMAX用戶界面46

5.1.2窗口類型及其操作51

5.1.3快捷鍵總結(jié)53

5.2光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)的確定54

5.2.1鏡頭選型（案例）54

5.2.2在ZEMAX中輸入初始系統(tǒng)數(shù)據(jù)（案例）55

5.2.3像差評(píng)估（案例）56

5.3ZEMAX優(yōu)化方法與技巧57

5.3.1變量設(shè)定與ZEMAX優(yōu)化算法57

5.3.2在ZEMAX中處理光學(xué)材料58

5.3.3光學(xué)系統(tǒng)像差優(yōu)化技巧60

5.4ZEMAX中評(píng)價(jià)函數(shù)的使用61

5.4.1構(gòu)建評(píng)價(jià)函數(shù)操作數(shù)的意義61

5.4.2ZEMAX中默認(rèn)評(píng)價(jià)函數(shù)的使用61

5.4.3自定義評(píng)價(jià)函數(shù)操作數(shù)要點(diǎn)63

5.4.4光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化操作（案例）65

5.5基于ZEMAX的光學(xué)系統(tǒng)公差分析67

5.5.1光學(xué)零件的材料誤差68

5.5.2光學(xué)零件的加工公差68

5.5.3光學(xué)系統(tǒng)的公差分析（案例）72

第6章望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)80

6.1望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)80

6.2望遠(yuǎn)物鏡的像差公差81

6.3望遠(yuǎn)物鏡結(jié)構(gòu)類型82

6.4折射式望遠(yuǎn)物鏡的設(shè)計(jì)（案例）85

6.5反射式望遠(yuǎn)物鏡的設(shè)計(jì)（案例）91

6.6折反射式望遠(yuǎn)物鏡的設(shè)計(jì)（案例）95

第7章顯微物鏡設(shè)計(jì)101

7.1顯微物鏡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)101

7.2顯微物鏡的結(jié)構(gòu)類型103

7.3低倍消色差顯微物鏡的設(shè)計(jì)（案例）105

7.4平場消色差顯微物鏡的設(shè)計(jì)（案例）111

第8章目鏡設(shè)計(jì)118

8.1目鏡系統(tǒng)的特點(diǎn)118

8.2目鏡的像差公差及設(shè)計(jì)思路119

8.3目鏡的基本結(jié)構(gòu)類型120

8.4凱涅爾目鏡的設(shè)計(jì)（案例）123

8.5長出瞳距目鏡的設(shè)計(jì)（案例）128

8.6廣角目鏡的設(shè)計(jì)（案例）133

8.7目鏡系統(tǒng)的光路翻轉(zhuǎn)（案例）139

第9章攝影物鏡設(shè)計(jì)143

9.1攝影物鏡的光學(xué)特性和像差容差143

9.2攝影物鏡基本類型145

9.3非球面在物鏡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用151

9.4天塞型照相物鏡的設(shè)計(jì)（案例）154

9.5超廣角監(jiān)控鏡頭的設(shè)計(jì)（案例）159

9.6大孔徑攝影物鏡的設(shè)計(jì)（案例）166

9.7變焦攝影物鏡的設(shè)計(jì)（案例）173

第10章照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)182

10.1照明光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求182

10.2照明光學(xué)系統(tǒng)的分類特點(diǎn)183

10.3照明光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式184

10.4非球面聚光照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（案例）186

10.5基于積分管的勻光照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)（案例）188

第11章現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)196

11.1特殊光學(xué)材料簡介196

11.1.1紅外光學(xué)材料196

11.1.2紫外光學(xué)材料197

11.2紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)197

11.2.1概述197

11.2.2中波紅外成像物鏡的設(shè)計(jì)（案例）198

11.3紫外光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)204

11.3.1概述204

11.3.2日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（案例）205

11.4激光光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)210

11.4.1概述210

11.4.2激光掃描物鏡的設(shè)計(jì)（案例）211

11.4.3變波長激光擴(kuò)束鏡的設(shè)計(jì)（案例）215

11.5太赫茲光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)221

11.5.1概述221

11.5.2太赫茲成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（案例）221

第12章其它類型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)227

12.1投影物鏡的設(shè)計(jì)（案例）227

12.2雙遠(yuǎn)心工業(yè)鏡頭設(shè)計(jì)（案例）232

12.3醫(yī)用內(nèi)窺鏡物鏡設(shè)計(jì)（案例）238

12.4自由空間光學(xué)天線的設(shè)計(jì)（案例）243

12.5光譜儀衍射系統(tǒng)設(shè)計(jì)（案例）248

附錄254

附錄AZEMAX優(yōu)化函數(shù)操作數(shù)匯總254

附錄BZEMAX常用多重配置操作數(shù)259

附錄CZEMAX常用公差設(shè)置操作數(shù)261

附錄D光學(xué)材料一覽表262

附錄E光學(xué)制圖示例269

參考文獻(xiàn)274