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第一编 光学设计基础1

第1章 光学设计的发展概述1

1.1 光学设计的概念1

1.2 光学设计的发展史概述2

第2章 光学设计的过程与步骤4

2.1 光学设计的一般过程4

2.2 光学设计的具体步骤5

第3章 仪器对光学设计的要求7

3.1 对光学系统基本特性的要求7

3.2 对光学系统外形尺寸的要求7

3.3 对光学系统成像质量的要求8

3.4 对光学系统使用条件的要求9

3.5 对光学系统经济性的要求10

3.6 对光学零件的技术要求11

第4章 光学系统的像差概述18

4.1 球差18

4.2 正弦差与彗差21

4.3 像散与场曲24

4.4 色差26

4.5 畸变29

4.6 几何像差的曲线表示31

4.7 小结35

第5章 光学系统的像质评价36

5.1 波像差与瑞利标准36

5.2 分辨率36

5.3 点列图在ZEMAX中的实现37

5.4 光学传递函数在ZEMAX中的实现40

5.5 点扩散函数PSF在ZEMAX中的实现43

5.6 包围圆能量曲线在ZEMAX中的实现44

第6章 光学系统的像差公差46

6.1 望远物镜和显微物镜的像差公差46

6.2 望远目镜和显微目镜的像差公差47

6.3 照相物镜的像差公差48

6.4 中心厚度、不平行度和角度公差49

6.5 公差在ZEMAX软件中的实现50

第二编 光学设计软件ZEMAX用户界面51

第7章 国内外光学设计软件的发展概述51

7.1 光学设计软件的发展简况51

7.2 常见光学设计软件简介51

第8章 ZEMAX用户界面55

8.1 窗口类型55

8.2 主窗口57

8.3 透镜数据编辑窗口操作76

8.4 图形窗口操作82

8.5 文本窗口操作84

8.6 对话框窗口操作84

8.7 常用快捷键85

第9章 文件菜单87

9.1 文件菜单下拉选项87

9.2 参数（Preferences）选项设置88

第10章 编辑菜单96

10.1 透镜数据编辑窗口（Lens Data Editor）96

10.2 评价函数编辑窗口（Merit Function Editor）99

10.3 多重数据结构（Multi-Configuration）101

10.4 公差数据（Tolerance Data）103

10.5 附加数据（Extra Data）105

10.6 撤销（Undo）、重做（Redo）107

第11章 系统菜单109

11.1 更新（Update）和全部更新（Update All）109

11.2 通用数据（General）110

11.3 视场（Fields）122

11.4 波长（Wavelength）123

11.5 结构（Configuration）123

第12章 分析菜单124

12.1 轮廓图（Layout）125

12.2 特性曲线（Fans）135

12.3 点列图（Spot Diagram）139

12.4 调制传递函数（MTF）144

12.5 点扩散函数（PSF）158

12.6 波前（Wavefront）164

12.7 均方根（RMS）168

12.8 包围圆能量（Encircled Energy）174

12.9 照度（Illumination）180

12.10 像分析（Image Analysis）184

12.11 杂项（Miscellaneous）190

12.12 赛得系数（Seidel Coeffcients）202

第13章 工具菜单203

13.1 优化菜单203

13.2 评价函数列表212

13.3 公差212

13.4 样板216

13.5 库文件218

13.6 镀膜文件220

13.7 孔径变换221

13.8 镜头元件反转221

13.9 焦距变换222

13.10 添加折叠反射镜223

13.11 幻像发生器224

13.12 输出IGES/STEP文件225

第14章 报告菜单226

14.1 表面数据（Surface Data）226

14.2 系统数据（System Data）228

14.3 规格数据（Prescription Data）230

14.4 报告图形（Report Graphics 4/6）233

第三编 基于ZEMAX的光学设计实例234

第15章 单透镜设计234

15.1 设计任务234

15.2 设计过程234

15.3 设计结果241

15.4 设计练习242

第16章 双胶合设计243

16.1 设计任务243

16.2 设计过程243

16.3 设计结果246

16.4 设计练习252

第17章 三片式照相物镜设计253

17.1 设计任务253

17.2 设计过程253

17.3 设计结果259

17.4 设计练习266

第18章 双高斯照相物镜设计267

18.1 设计任务267

18.2 设计过程267

18.3 设计结果272

18.4 设计练习281

第19章 反射式望远物镜设计282

19.1 两反射镜式望远物镜设计282

19.2 离轴反射式望远物镜设计283

19.3 折反射混合式望远物镜设计284

19.4 平面镜在ZEMAX中的设定293

19.5 棱镜在ZEMAX中的设定295

19.6 设计练习296

第20章 变焦距照相物镜设计297

20.1 变焦距理论基础297

20.2 变焦距照相物镜设计示例298

20.3 设计练习309

第四编 典型光学系统设计的优化方法310

第21章 光学系统初始结构的选定310

21.1 代数法310

21.2 缩放法315

第22章 照相物镜设计的优化方法322

22.1 照相物镜的光学特性参数322

22.2 照相物镜的像差校正要求325

22.3 照相物镜的类型及优化方法329

第23章 望远物镜设计的优化方法339

23.1 望远镜系统的特性参数339

23.2 望远物镜设计的特点341

23.3 望远物镜的类型及优化方法342

第24章 显微物镜设计的优化方法347

24.1 放大镜的工作原理347

24.2 显微镜的工作原理347

24.3 显微镜的光学特性参数348

24.4 显微物镜的像差校正要求350

24.5 显微物镜的类型及优化方法350

第25章 目镜设计的优化方法353

25.1 目镜的光学特性参数353

25.2 目镜的像差校正要求355

25.3 目镜的类型及优化方法355

25.4 目镜的设计原则358

25.5 目镜的设计示例359

第26章 照明光学系统设计的优化方法364

26.1 照明光学系统的设计要求364

26.2 照明方式分类及其特点364

26.3 照明光学系统的像差校正要求365

26.4 照明光学系统的结构类型366

26.5 聚光照明系统的作用367

26.6 聚光照明系统的分类及其特点367

26.7 聚光照明系统的设计原则369

第五编 课程设计与毕业设计教与学指南371

第27章 课程设计与毕业设计教与学指南371

27.1 课程设计的任务书及其要求371

27.2 课程设计的参考设计结果374

27.3 毕业设计的大纲撰写指南379

第六编 照明系统设计案例381

第28章 照明系统设计案例381

28.1 用TracePro设计积分球381

28.2 用TracePro设计导光管392

28.3 用TracePro设计LED光源模块402

附录A双胶合透镜的P0表418

附录B双胶合透镜参数表419

附录C 2016年CIOE光学镜头应用设计大赛420

附录D 2017年CIOE光学镜头应用设计大赛423

参考文献426