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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 8

3.1 对光学系统基本特性的要求 8

3.2 对光学系统外形尺寸的要求 8

3.3 对光学系统成像质量的要求 9

3.4 对光学系统使用条件的要求 10

3.5 对光学系统经济性的要求 11

3.6 对光学零件的技术要求 12

第4章 光学系统的像差概述 19

4.1 球差 19

4.2 正弦差与彗差 22

4.3 像散与场曲 25

4.4 色差 27

4.5 畸变 30

4.6 几何像差的曲线表示 32

4.7 小结 36

第5章 光学系统的像质评价 37

5.1 波像差与瑞利标准 37

5.2 分辨率 37

5.3 点列图在ZEMAX中的实现 38

5.4 光学传递函数在ZEMAX中的实现 41

5.5 点扩散函数PSF在ZEMAX中的实现 44

5.6 包围圆能量曲线在ZEMAX中的实现 45

第6章 光学系统的像差公差 47

6.1 望远物镜和显微物镜的像差公差 47

6.2 望远目镜和显微目镜的像差公差 48

6.3 照相物镜的像差公差 49

6.4 中心厚度、不平行度和角度公差 50

6.5 公差在ZEMAX软件中的实现 51

第二编 光学设计软件ZEMAX用户界面 52

第7章 国内外光学设计软件的发展概述 52

7.1 光学设计软件的发展简况 52

7.2 常见光学设计软件简介 52

第8章 ZEMAX用户界面 56

8.1 窗口类型 56

8.2 主窗口 58

8.3 透镜数据编辑窗口操作 77

8.4 图形窗口操作 83

8.5 文本窗口操作 85

8.6 对话框窗口操作 85

8.7 常用快捷键 86

第9章 文件菜单 88

9.1 文件菜单下拉选项 88

9.2 参数（Preferences）选项设置 89

第10章 编辑菜单 97

10.1 透镜数据编辑窗口（Lens Data Editor） 97

10.2 评价函数编辑窗口（Merit Function Editor） 100

10.3 多重数据结构（Multi-Configuration） 102

10.4 公差数据（Tolerance Data） 104

10.5 附加数据（Extra Data） 106

10.6 撤销（Undo）、重做（Redo） 108

第11章 系统菜单 110

11.1 更新（Update）和全部更新（Updata All） 110

11.2 通用数据（General） 111

11.3 视场（Fields） 123

11.4 波长（Wavelength） 124

11.5 结构（Configuration） 124

第12章 分析菜单 125

12.1 轮廓图（Layout） 126

12.2 特性曲线（Fans） 136

12.3 点列图（Spot Diagram） 140

12.4 调制传递函数（MTF） 145

12.5 点扩散函数（PSF） 159

12.6 波前（Wavefront） 165

12.7 均方根（RMS） 169

12.8 包围圆能量（Encircled Energy） 175

12.9 照度（Illumination） 181

12.10 像分析（Image Analysis） 185

12.11 杂项（Miscellaneous） 192

12.12 赛得系数（Seidel Coefficients） 203

第13章 工具菜单 205

13.1 优化菜单 205

13.2 评价函数列表 214

13.3 公差 214

13.4 样板 218

13.5 库文件 220

13.6 镀膜文件 222

13.7 孔径变换 223

13.8 镜头元件反转 223

13.9 焦距变换 224

13.10 添加折叠反射镜 225

13.11 幻像发生器 226

13.12 输出IGES/STEP文件 227

第14章 报告菜单 228

14.1 表面数据（Surface Data） 228

14.2 系统数据（System Data） 230

14.3 规格数据（Prescription Data） 232

14.4 报告图形（Report Graphics 4/6） 235

第三编 基于ZEMAX的光学设计实例 236

第15章 单透镜设计 236

15.1 设计任务 236

15.2 设计过程 236

15.3 设计结果 243

15.4 设计练习 244

第16章 双胶合设计 245

16.1 设计任务 245

16.2 设计过程 245

16.3 设计结果 248

16.4 设计练习 254

第17章 三片式照相物镜设计 255

17.1 设计任务 255

17.2 设计过程 255

17.3 设计结果 261

17.4 设计练习 268

第18章 双高斯照相物镜设计 269

18.1 设计任务 269

18.2 设计过程 269

18.3 设计结果 274

18.4 设计练习 283

第19章 反射式望远物镜设计 284

19.1 两反射镜式望远物镜设计 284

19.2 离轴反射式望远物镜设计 285

19.3 折反射混合式望远物镜设计 286

19.4 平面镜在ZEMAX中的设定 295

19.5 棱镜在ZEMAX中的设定 297

19.6 设计练习 298

第20章 变焦距照相物镜设计 299

20.1 变焦距理论基础 299

20.2 变焦距照相物镜设计示例 300

20.3 设计练习 311

第四编 典型光学系统设计的优化方法 312

第21章 光学系统初始结构的选定 312

21.1 代数法 312

21.2 缩放法 317

第22章 照相物镜设计的优化方法 324

22.1 照相物镜的光学特性参数 324

22.2 照相物镜的像差校正要求 327

22.3 照相物镜的类型及优化方法 331

第23章 望远物镜设计的优化方法 341

23.1 望远镜系统的特性参数 341

23.2 望远物镜设计的特点 343

23.3 望远物镜的类型及优化方法 344

第24章 显微物镜设计的优化方法 349

24.1 放大镜的工作原理 349

24.2 显微镜的工作原理 349

24.3 显微镜的光学特性参数 350

24.4 显微物镜的像差校正要求 352

24.5 显微物镜的类型及优化方法 352

第25章 目镜设计的优化方法 355

25.1 目镜的光学特性参数 355

25.2 目镜的像差校正要求 357

25.3 目镜的类型及优化方法 357

25.4 目镜的设计原则 360

25.5 目镜的设计示例 361

第26章 照明光学系统设计的优化方法 366

26.1 照明光学系统的设计要求 366

26.2 照明方式分类及其特点 366

26.3 照明光学系统的像差校正要求 367

26.4 照明光学系统的结构类型 368

26.5 聚光照明系统的作用 369

26.6 聚光照明系统的分类及其特点 369

26.7 聚光照明系统的设计原则 371

第五编 课程设计与毕业设计教与学指南 373

第27章 课程设计与毕业设计教与学指南 373

27.1 课程设计的任务书及其要求 373

27.2 课程设计的参考设计结果 376

27.3 毕业设计的大纲撰写指南 381

附录1 双胶合透镜的P0表 383

附录2 双胶合透镜参数表 384

参考文献 385