本書以Zemax OpticStudio（簡稱為ZEMAX）軟件為平臺，介紹了光學系統(tǒng)設計全過程相關理論、技術和方法。從典型光學系統(tǒng)的設計出發(fā)，用30余個工程設計案例，展現(xiàn)了不同功能類型、不同指標要求的光學系統(tǒng)設計過程和技巧，闡述了光學系統(tǒng)設計中共性問題的解決方案。全書章節(jié)順序安排符合光學設計者的認知和實踐規(guī)律。書中對光學基本理論的描述以及對ZEMAX軟件的使用介紹簡明扼要，讀者可從諸多實戰(zhàn)案例中體會光學系統(tǒng)設計的精髓和樂趣。

本書可供從事光學系統(tǒng)設計、光電儀器研發(fā)以及其他光學相關工作的工程技術人員參考使用，也可作為光學、光學工程、光電信息工程、測控技術與儀器等專業(yè)的本科及研究生實踐教學教材。

圖片:搜狗截圖20240826122719.png

目錄

第1章光學系統(tǒng)設計概要1

1.1光學設計概念1

1.2光學系統(tǒng)設計要求的提出2

1.2.1儀器對光學系統(tǒng)的設計要求2

1.2.2光學系統(tǒng)設計要求示例3

1.3光學系統(tǒng)設計流程4

1.4光學設計發(fā)展與光學軟件的關系5

1.4.1光學設計的發(fā)展歷程5

1.4.2光學設計軟件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細光束場曲及其校正方法14

2.3.2細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畸變在ZEMAX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中光學系統(tǒng)綜合像質評價方式28

3.1垂軸幾何像差曲線評價28

3.2點列圖評價29

3.3分辨率與點擴散函數(shù)評價30

3.4包圍圓能量曲線評價32

3.5光學傳遞函數(shù)評價33

3.6雜散光分析與評價35

第4章典型光學系統(tǒng)方案設計37

4.1開普勒望遠鏡系統(tǒng)方案設計（案例）37

4.2生物顯微鏡系統(tǒng)方案設計（案例）39

4.3投影光學系統(tǒng)方案設計（案例）41

4.4透鏡轉像系統(tǒng)方案設計44

第5章基于ZEMAX的光學系統(tǒng)設計過程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53

5.2光學系統(tǒng)初始結構的確定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像差評估（案例）56

5.3ZEMAX優(yōu)化方法與技巧57

5.3.1變量設定與ZEMAX優(yōu)化算法57

5.3.2在ZEMAX中處理光學材料58

5.3.3光學系統(tǒng)像差優(yōu)化技巧60

5.4ZEMAX中評價函數(shù)的使用61

5.4.1構建評價函數(shù)操作數(shù)的意義61

5.4.2ZEMAX中默認評價函數(shù)的使用61

5.4.3自定義評價函數(shù)操作數(shù)要點63

5.4.4光學系統(tǒng)優(yōu)化操作（案例）65

5.5基于ZEMAX的光學系統(tǒng)公差分析67

5.5.1光學零件的材料誤差68

5.5.2光學零件的加工公差68

5.5.3光學系統(tǒng)的公差分析（案例）72

第6章望遠物鏡設計80

6.1望遠物鏡設計的特點80

6.2望遠物鏡的像差公差81

6.3望遠物鏡結構類型82

6.4折射式望遠物鏡的設計（案例）85

6.5反射式望遠物鏡的設計（案例）91

6.6折反射式望遠物鏡的設計（案例）95

第7章顯微物鏡設計101

7.1顯微物鏡設計的特點101

7.2顯微物鏡的結構類型103

7.3低倍消色差顯微物鏡的設計（案例）105

7.4平場消色差顯微物鏡的設計（案例）111

第8章目鏡設計118

8.1目鏡系統(tǒng)的特點118

8.2目鏡的像差公差及設計思路119

8.3目鏡的基本結構類型120

8.4凱涅爾目鏡的設計（案例）123

8.5長出瞳距目鏡的設計（案例）128

8.6廣角目鏡的設計（案例）133

8.7目鏡系統(tǒng)的光路翻轉（案例）139

第9章攝影物鏡設計143

9.1攝影物鏡的光學特性和像差容差143

9.2攝影物鏡基本類型145

9.3非球面在物鏡設計中的應用151

9.4天塞型照相物鏡的設計（案例）154

9.5超廣角監(jiān)控鏡頭的設計（案例）159

9.6大孔徑攝影物鏡的設計（案例）166

9.7變焦攝影物鏡的設計（案例）173

第10章照明系統(tǒng)設計182

10.1照明光學系統(tǒng)的設計要求182

10.2照明光學系統(tǒng)的分類特點183

10.3照明光學系統(tǒng)的結構型式184

10.4非球面聚光照明系統(tǒng)的設計（案例）186

10.5基于積分管的勻光照明系統(tǒng)設計（案例）188

第11章現(xiàn)代光學系統(tǒng)設計196

11.1特殊光學材料簡介196

11.1.1紅外光學材料196

11.1.2紫外光學材料197

11.2紅外光學系統(tǒng)設計197

11.2.1概述197

11.2.2中波紅外成像物鏡的設計（案例）198

11.3紫外光學系統(tǒng)的設計204

11.3.1概述204

11.3.2日盲紫外光學系統(tǒng)的設計（案例）205

11.4激光光學系統(tǒng)的設計210

11.4.1概述210

11.4.2激光掃描物鏡的設計（案例）211

11.4.3變波長激光擴束鏡的設計（案例）215

11.5太赫茲光學系統(tǒng)的設計221

11.5.1概述221

11.5.2太赫茲成像系統(tǒng)的設計（案例）221

第12章其它類型光學系統(tǒng)設計227

12.1投影物鏡的設計（案例）227

12.2雙遠心工業(yè)鏡頭設計（案例）232

12.3醫(yī)用內窺鏡物鏡設計（案例）238

12.4自由空間光學天線的設計（案例）243

12.5光譜儀衍射系統(tǒng)設計（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常用公差設置操作數(shù)261

附錄D光學材料一覽表262

附錄E光學制圖示例269

參考文獻274