ZEMAX光学系统设计实训教程

随着光电技术的发展，为适应武汉光谷地区对光学人才的需求，很多高校都设有光电方向专业，如光电信息科学与工程、应用物理学（光电方向）等，这些专业拥有共同的专业核心课程，如物理光学、应用光学等，其中光学系统设计是与应用光学紧密接轨的后续课程，具有较好的普适性及实践应用性的特点。本教材中使用的ZEMAX软件是由武汉宇熠公司提供使用的，通过与该公司建立ZEMAX软件的实训教学基地，可实现校企合作。本教材可作为该实训教学基地的实训教材，具有良好的经济价值，并且对应用型人才培养模式的发展也起到了积极的促进作用。 

随着光学设计CAD技术的发展，光学设计软件种类繁多，目前，国内外使用为广泛的光学设计软件为ZEMAX软件，而在国内现有教材中，利用ZEMAX软件进行光学设计的章节比例偏少，一般占全书的一至二章，严重制约了技能型及应用型人才的培养，因此本书特点在于：突出ZEMAX设计实例及使用技巧，有利于高校培养应用型光学设计人才。本书以必需、够用为度，采用项目式教学，以ZEMAX设计实例为主线，精选必需的内容，其余内容引导学生根据兴趣和需要有目的、有针对性自学。在ZEMAX设计实例内容安排上，既包含经典光学设计内容，又加入当今热门领域的相关设计实例，努力反映光学领域新进展。此外，本书特点还在于：去掉了传统教材中像差理论中大量繁琐的公式推导和理论分析，简明扼要阐述薄透镜初级像差理论及像质评价理论，便于读者理解掌握。为与ZEMAX软件说明书及工具书相区别，本书简化了对ZEMAX操作界面的详细介绍，避免读者对过厚的书本产生畏难情绪。本书章节大纲如下：第1部分 光学系统设计预备知识第1章 光学系统设计简介第2章 光学系统的几何像差第3章 光学系统的像质评价及像差公差第4章 基于ZEMAX软件的光学系统自动设计第2部分 基于ZEMAX的光学设计实训第5章 ZEMAX界面操作训练第6章 望远物镜设计训练第7章 显微物镜设计训练第8章 目镜设计训练第9章 照相物镜设计训练第3部分 光学系统设计知识拓展第10章 现代光学系统设计第4部分 附 录参考文献

第1部分
光学系统设计预备知识

第1章
光学系统设计简介

1.1  概述

1.2  仪器对光学系统的设计要求

1.3  光学系统设计过程与步骤

第2章
光学系统的几何像差

2.1  概述

2.2  球差

2.3  彗差

2.4  细光束像散

2.5  细光束场曲

2.6  畸变

2.7  色差

2.8  像差校正技巧的小结

第3章
光学系统的像质评价及像差公差

3.1  概述

3.2  分辨率

3.3  点列图

3.4  光学传递函数

3.5  相对畸变

3.6  点扩散函数

3.7  包围圆能量曲线

3.8  光线追迹曲线

3.9  光程差

3.10 光学系统的像差公差

第4章
基于ZEMAX软件的光学系统自动设计

4.1  概述

4.2 
ZEMAX优化方法介绍

4.3 
ZEMAX评价函数使用

4.4 
ZEMAX优化设计要点

第2部分  基于ZEMAX的光学设计实训

第5章 ZEMAX界面操作训练

5.1 
ZEMAX简介及基本界面介绍

5.2  实训项目1——单透镜的设计

5.3  实训项目2——消色差单透镜的设计

第6章  望远物镜设计训练

6.1  望远物镜设计的特点

6.2  折射式望远物镜的设计

6.3  实训项目3——双胶合望远物镜的设计

6.4  反射式望远物镜的设计

6.5  实训项目4——牛顿望远镜的设计

6.6  折反射望远物镜的设计

6.7  实训项目5——斯密特卡塞格林系统的设计

第7章  显微物镜设计训练

7.1  显微物镜设计的特点

7.2  显微物镜的类型

7.3  实训项目6——低倍消色差显微物镜的设计

7.4  实训项目7——中倍消色差显微物镜的设计

第8章  目镜设计训练

8.1  目镜设计的特点

8.2  目镜的类型

8.3  实训项目8——凯涅尔目镜的设计

8.4  实训项目9——广角目镜的设计

第9章  照相物镜设计训练

9.1  照相物镜的发展及其基本结构

9.2  照相物镜的光学特性及设计特点

9.3  实训项目10——三片式照相物镜的设计

9.4  实训项目11——双高斯照相物镜的设计

9.5  实训项目12——变焦距照相物镜的设计

第3部分
光学系统设计知识拓展

第10章  现代光学系统设计

10.1 
光学材料简介

10.2 
红外光学系统设计简介

10.3 
紫外光学系统设计简介

10.4 
激光扫描光学系统设计简介

10.5 
太赫兹光学系统设计简介

10.6 
光学系统设计的经验法则及提示

第4部分
附 录

附录1  实训报告及课程设计报告指南

附录2  ZEMAX 操作数手册

附录3  双胶合透镜的 表

附录4  双胶合薄透镜参数表

附录5  单透镜参数表

参考文献

随着光学设计CAD技术的发展，光学设计软件种类繁多，目前，国内外使用为广泛的光学设计软件为ZEMAX软件，而在国内现有教材中，利用ZEMAX软件进行光学设计的章节比例偏少，一般占全书的一至二章，严重制约了技能型及应用型人才的培养，因此本书特点在于：突出ZEMAX设计实例及使用技巧，有利于高校培养应用型光学设计人才。本书以必需、够用为度，采用项目式教学，以ZEMAX设计实例为主线，精选必需的内容，其余内容引导学生根据兴趣和需要有目的、有针对性自学。在ZEMAX设计实例内容安排上，既包含经典光学设计内容，又加入当今热门领域的相关设计实例，努力反映光学领域新进展。此外，本书特点还在于：去掉了传统教材中像差理论中大量繁琐的公式推导和理论分析，简明扼要阐述薄透镜初级像差理论及像质评价理论，便于读者理解掌握。为与ZEMAX软件说明书及工具书相区别，本书简化了对ZEMAX操作界面的详细介绍，避免读者对过厚的书本产生畏难情绪。