ZEMAX光学设计超级学习手册 林晓阳著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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林晓阳著 著

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• 林晓阳
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店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115345851

商品编码：29357166890

包装：平装

基本信息

书名：ZEMAX光学设计超级学习手册

定价：59.00元

作者：林晓阳著

出版社：人民邮电出版社

出版日期：

ISBN：9787115345851

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容全面，结构清晰；
讲解细致，循序渐进。
工程应用实例丰富；所有实例均经过精心设计与筛选，代表性强。

内容提要

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《ZEMAX光学设计超级学习手册》以ZEMAX 2010作为软件平台，详细讲解了ZEMAX在光学设计中的使用方法与技巧，帮助读者尽快掌握ZEMAX这一光学设计工具。 《ZEMAX光学设计超级学习手册》结合作者多年的使用和开发经验，通过丰富的工程实例将ZEMAX的使用方法详细介绍给读者。全书共分为11章，主要讲解了ZEMAX的使用界面和基本功能，光学像差理论和成像质量的评价，以及各种透镜和目镜、显微镜、望远镜等目视光学系统的设计。 《ZEMAX光学设计超级学习手册》注重基础，内容详实，突出实例讲解，既可以作为光学设计人员、科研人员等相关专业人士的工具书，也可以作为相关专业高年级本科生、研究生的学习教材。

目录

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目 录



章 ZEMAX入门 1

1.1 ZEMAX的启动与退出 1

1.2 用户界面 3

1.2.1 窗口类型 4

1.2.2 主窗口介绍 4

1.2.3 文件菜单 5

1.2.4 编辑菜单 6

1.2.5 系统菜单 16

1.2.6 分析菜单 20

1.2.7 工具菜单 20

1.2.8 报告菜单 29

1.2.9 宏指令菜单 32

1.2.10 外扩展菜单 32

1.2.11 窗口菜单 33

1.2.12 帮助菜单 34

1.3 ZEMAX常用操作快捷键 34

1.3.1 放弃长时间计算 34

1.3.2 快捷方式的总结 35

1.4 本章小结 36



第2章 像质评价 37

2.1 外形图 37

2.1.1 二维外形图 37

2.1.2 3D外形图 38

2.1.3 阴影图 39

2.1.4 元件图 39

2.1.5 ISO元件图 41

2.2 几何光学像质量评价 41

2.2.1 特性曲线 41

2.2.2 点列图 43

2.2.3 调制传递函数 46

2.2.4 点扩散函数 48

2.2.5 波前 51

2.2.6 曲面 52

2.2.7 均方根 53

2.2.8 像差系数(Aberration Coefficients) 54

2.2.9 杂项(Miscellaneous) 56

2.3 能量分析 61

2.3.1 能量分布 62

2.3.2 照度 62

2.4 像分析 64

2.4.1 模拟图像 64

2.4.2 双目分析 68

2.4.3 计算 68

2.5 其他 69

2.5.1 玻璃和梯度折射率 69

2.5.2 通用图表 70

2.5.3 偏振状态 71

2.5.4 镀膜(Coatings) 72

2.5.5 物理光学(Physical Optics) 73

2.6 本章小结 73



第3章 初级像差理论与像差校正 74

3.1 几何像差与像差表示方法及像差校正 74

3.1.1 球差 74

3.1.2 慧差 79

3.1.3 像散 85

3.1.4 场曲 89

3.1.5 畸变 95

3.1.6 色差(ColorAberration) 98

3.2 厚透镜初级像差 103

3.3 薄透镜初级像差 105

3.4 像差校正和平衡方法 106

3.5 本章小结 106



第4章 ZEMAX基本功能详解 107

4.1 ZEMAX 3种优化方法 107

4.1.1 优化方法选择 107

4.1.2 Global Search和Hammer Optimization区别 108

4.1.3 局部优化(Optimization)缺点 112

4.1.4 全局搜索优势 112

4.2 ZEMAX评价函数使用方法 114

4.2.1 优化中的术语定义 114

4.2.2 评价函数方程表达 115

4.2.3 波前优化方法 118

4.2.4 光斑尺寸优化方法 120

4.2.5 角谱半径优化方法 121

4.3 ZAMAX多重结构使用方法 122

4.3.1 实例一：模拟元件的变化 123

4.3.2 实例二：衍射级次显示 127

4.3.3 实例三：分光板模拟 131

4.4 ZAMAX坐标断点使用方法 137

4.4.1 ZEMAX坐标系 137

4.4.2 自带坐标断点使用方法 139

4.4.3 坐标断点面使用方法 139

4.4.4 样例一：旋转角度的优化方法 140

4.4.5 样例二：使用坐标断点寻找主光线位置及方向 143

4.4.6 样例三：坐标返回的使用方法 144

4.5 本章小结 147



第5章 公差分析 148

5.1 公差 148

5.1.1 误差来源 148

5.1.2 设置公差 149

5.1.3 公差操作数 149

5.2 默认公差的定义 150

5.2.1 表面公差 151

5.2.2 元件公差 152

5.3 公差分析3种法则 153

5.3.1 灵敏度分析 153

5.3.2 反转灵敏度分析 154

5.3.3 蒙特卡罗分析 154

5.4 公差过程的使用 157

5.4.1 公差分析的执行 157

5.4.2 双透镜的公差分析 160

5.5 本章小结 166



第6章 非序列模式设计 167

6.1 ZEMAX中非序列模型介绍 167

6.1.1 模型类别 167

6.1.2 面元反射镜 168

6.1.3 光源分布 169

6.1.4 棱镜 172

6.1.5 光线分束 173

6.1.6 散射 175

6.1.7 衍射光学元件 177

6.1.8 相干模拟 178

6.1.9 复杂几何物体创建 179

6.1.10 吸收分析 181

6.2 创建非序列光学系统 182

6.2.1 建立基本系统特性 183

6.2.2 创建反射镜 185

6.2.3 光源建模 186

6.2.4 旋转光源 187

6.2.5 放置探测器 189

6.2.6 跟踪分析光线探测器 190

6.2.7 增加凸透镜 192

6.2.8 光线跟踪分析和偏振损耗 194

6.2.9 增加矩形ADAT光纤 195

6.2.10 使用跟随解定位探测器 198

6.2.11 整个系统光线追迹 198

6.3 将序列面改成非序列物体 199

6.3.1 转变NSC的工具 199

6.3.2 初始结构 200

6.3.3 使用转换工具 202

6.3.4 插入非序列光源 203

6.3.5 插入探测器物体 205

6.4 模拟混合式非序列(NSC with Ports) 208

6.4.1 序列/非序列模式 208

6.4.2 建立非序列组件 211

6.4.3 定义多焦透镜 212

6.4.4 带状优化 215

6.4.5 目标局部 216

6.4.6 系统性能 217

6.4.7 运行影像分析性能之优化 218

6.4.8 终设计 219

6.5 优化非序列光学系统 219

6.5.1 Damped Least Squares和Orthogonal Descent 220

6.5.2 建立系统 222

6.5.3 评价函数 223

6.5.4 自由曲面反射镜 224

6.5.5 优化 226

6.6 本章小结 228



第7章 基础设计实例 229

7.1 单透镜设计 229

7.1.1 ZEMAX序列模式简介 229

7.1.2 单透镜系统参数 231

7.1.3 单透镜初始结构 233

7.1.4 单透镜的变量与优化目标 235

7.1.5 单透镜优化结果分析与改进设计 237

7.2 双胶合消色差透镜设计 240

7.2.1 双胶合透镜设计规格参数及系统参数输入 241

7.2.2 双胶合透镜初始结构 242

7.2.3 设置变量及评价函数 244

7.2.4 优化及像质评价 245

7.2.5 玻璃优化——校正色差 247

7.3 牛顿望远镜设计 249

7.3.1 牛顿望远镜来源简介及设计规格 249

7.3.2 牛顿望远镜初始结构 251

7.3.3 添加反射镜及遮拦孔径 253

7.3.4 修改反射镜以提高MTF 258

7.4 变焦镜头设计 260

7.4.1 变焦镜头设计原理介绍 261

7.4.2 变焦镜头设计规格及参数输入 261

7.4.3 多重结构实现变焦 263

7.4.4 变焦镜头的优化设置 265

7.5 扫描系统设计 268

7.5.1 扫描系统参数 269

7.5.2 多重结构下的扫描角度设置 273

7.6 本章小结 276



第8章 目视光学系统设计方法 277

8.1 人眼光学系统的创建 277

8.1.1 眼睛概述 277

8.1.2 眼睛模型 277

8.1.3 使用ZEMAX创建人眼模型结构 278

8.2 放大率与视觉 281

8.2.1 近距离物体成像标准 281

8.2.2 小型放大镜放大率 281

8.3 本章小结 284



第9章 目镜设计 285

9.1 目镜介绍 285

设计案例一：惠更斯目镜 286

设计案例二：冉斯登目镜 288

设计案例三：凯尔纳目镜 290

设计案例四：RKE目镜 292

设计案例五：消畸变目镜 294

设计案例六：对称式目镜 297

设计案例七：埃尔弗目镜 299

设计案例八：西德莫尔目镜 301

设计案例九：RKE广角目镜 304

9.2 目镜调焦 306

9.3 本章小结 311



0章 显微镜设计 312

10.1 技术指标 312

10.1.1 基本系统技术要求 312

10.1.2 分辨率目标和极限 312

10.2 10倍物镜初始透镜形式 313

10.2.1 显微镜设计步骤 313

10.2.2 物镜与目镜的连接 319

10.3 本章小结 322



1章 望远镜设计 323

11.1 天文望远镜 323

11.1.1 天文望远镜设计步骤 323

11.1.2 分辨率与衍射极限 328

11.2 地上望远镜 328

11.3 本章小结 334

作者介绍

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文摘

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序言

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光影的奥秘，设计的智慧：探索光学世界的无限可能 在人类文明的长河中，光始终扮演着至关重要的角色。从古老的灯火照明，到现代的激光手术，再到我们手中信息传递的载体，光学技术以其无穷的魅力和强大的力量，深刻地改变着世界的面貌。当我们凝视宇宙深处的星辰，或是透过显微镜观察微观世界的奇妙，都离不开光学的指引。然而，将无形的“光”转化为有形的工具，将抽象的“设计”转化为精密的仪器，背后蕴含着怎样的科学原理？又需要何种深厚的专业知识和实践经验？ 本书并非直接教授某一本特定的书籍，而是致力于揭示光学设计这一复杂而迷人的学科的本质，带领读者穿越光线传播的迷宫，理解光学系统的设计原理，掌握先进的光学设计工具，最终激发我们在各个领域运用光学技术解决实际问题的创造力。它是一次对光学设计领域宏观探索的邀请，旨在构建一个坚实的知识框架，让读者能够独立思考、深入钻研，并能触类旁通，将所学应用于更广阔的知识体系。 第一篇：光学设计的基石——理解光与物质的互动 在深入光学设计的殿堂之前，我们必须牢固掌握光学的基础理论。这一部分将从最基本的物理概念出发，阐述光的本质，包括光的波动性与粒子性，以及它们在不同光学现象中的体现。我们将一起探索光的传播规律，从简单的直线传播到复杂的衍射和干涉，理解这些现象是如何影响光学系统的性能的。 光波的语言： 我们将深入讲解电磁波理论，理解光作为一种电磁波，其频率、波长、振幅等参数如何决定光的颜色和强度。对偏振的研究也将帮助我们理解光的方向性，这在液晶显示、3D成像等领域有着至关重要的应用。 光的折射与反射： 这是光学设计中最基本也最重要的原理。我们将详细解析斯涅尔定律，理解光线在不同介质界面传播时发生角度变化的规律。对反射定律的深入剖析，将为我们理解镜面成像和漫反射打下基础。 色散现象的奥秘： 光通过三棱镜会分解成彩虹般的光谱，这是色散现象的直观展示。我们将探讨不同材料的色散特性，以及它们如何影响光学系统的成像质量，为理解消色差设计提供理论支撑。 几何光学与物理光学： 我们将区分这两种描述光传播的重要方法。几何光学将我们引导至对光线路径的几何分析，是理解透镜成像、反射镜成像的基础；而物理光学则更进一步，关注光的波动特性，是理解衍射、干涉等现象的关键，也是精密光学设计不可或缺的部分。 第二篇：光学系统的构成与成像原理 了解了光与物质的基本互动，我们便可以开始构建复杂的光学系统。这一部分将聚焦于构成光学系统的基本单元——透镜和反射镜，以及它们如何组合形成各种功能的光学仪器。 透镜的魔力： 从简单的凸透镜和凹透镜开始，我们将解析它们如何汇聚或发散光线，以及焦距、物距、像距之间的关系。对球面像差、彗差、像散、场曲和畸变等基本像差的深入解析，将是理解光学系统成像质量的关键。我们将学习如何通过透镜的形状、材料和组合来校正这些像差，以获得清晰锐利的图像。 反射镜的智慧： 球面镜和抛物面镜等不同类型的反射镜，在天文学、激光技术等领域发挥着不可替代的作用。我们将探讨它们如何成像，以及与透镜相比的优缺点，为设计反射式光学系统提供指导。 棱镜的妙用： 棱镜不仅能引起光的色散，还可以改变光的传播方向，实现光路的折叠和成像。我们将学习各种棱镜（如直角棱镜、屋脊棱镜、折叠棱镜）的成像原理和应用，理解它们在望远镜、潜望镜等仪器中的重要作用。 人眼的启示： 人眼是自然界中最精妙的光学系统之一。通过对人眼结构的仿生学研究，我们将学习其成像原理、视觉范围，以及眼球如何通过晶状体的调节来聚焦不同距离的物体。这不仅能加深我们对光学系统设计的理解，还能启发我们设计更符合人类视觉习惯的仪器。 第三篇：先进光学设计工具与方法 在现代光学工程领域，手动设计早已被强大的计算机软件所取代。这一部分将介绍光学设计软件的工作流程和核心功能，以及掌握这些工具所需的关键技能。 设计软件的扫描： 我们将概述市场上主流的光学设计软件，例如Zemax（此处仅为举例，非直接介绍某本书的内容，而是泛指此类工具），并介绍它们的基本界面、操作逻辑以及核心功能。学习如何建立一个光学系统模型，定义镜片参数，设定光源和探测器，以及进行初步的优化。 优化设计的艺术： 光学设计的核心在于优化。我们将详细讲解如何设置评价函数，定义设计目标（如MTF、像差控制），以及利用软件内置的优化算法（如变步长梯度下降法、阻尼最小二乘法）来逐步改进光学系统的性能。理解不同优化算法的原理和适用范围，对于高效完成设计至关重要。 公差分析与灵敏度研究： 完美的设计在实际制造中往往难以实现。公差分析将帮助我们理解制造误差、装配误差以及材料不均匀性等因素对光学系统性能的影响。通过灵敏度研究，我们可以识别出对系统性能影响最大的参数，从而制定合理的制造和装配公差，确保最终产品的性能达标。 蒙特卡洛模拟的威力： 针对复杂系统或需要考虑随机因素的设计，蒙特卡洛模拟提供了一种强大的分析方法。我们将探讨如何利用蒙特卡洛方法来评估光学系统在存在不确定性条件下的性能表现。 杂散光分析： 杂散光是指那些并非由目标成像路径传播的光线，它们会严重影响成像质量，尤其是在低照度或高动态范围成像场景下。我们将介绍如何利用软件进行杂散光分析，识别杂散光的来源，并探讨抑制杂散光的常用方法，如使用光阑、遮光罩和表面涂层。 第四篇：光学设计的实践与前沿 理论知识和软件技能固然重要，但将它们转化为实际应用，解决真实世界的问题，才是光学设计的终极目标。这一部分将带领读者步入光学设计的实际应用领域，并展望未来的发展趋势。 从理论到实践的桥梁： 光学设计不仅仅是软件操作，更是一门艺术与科学的结合。我们将探讨如何根据应用需求，选择合适的光学元件，进行系统架构设计，并进行初步的性能评估。理解不同应用场景对光学系统的特殊要求，例如望远镜需要高分辨率，显微镜需要高放大倍率，相机需要高透光率和低畸变。 照明设计的智慧： 照明设计是光学设计的一个重要分支，广泛应用于室内照明、舞台灯光、汽车照明等领域。我们将探讨如何利用光学原理设计高效、舒适、具有特定光效的照明系统。 成像系统的多样性： 从传统的相机、显微镜、望远镜，到现代的机器视觉、安防监控、医疗成像，成像系统在各个领域都扮演着核心角色。我们将分析不同成像系统的设计特点，以及如何根据具体需求进行定制化设计。 激光技术与光通信： 激光以其高亮度、单色性好、方向性强等特点，在工业加工、医疗美容、科学研究和信息传输等领域展现出巨大的潜力。我们将探讨激光器的基本原理，以及如何设计激光系统，并简要介绍光通信的基本原理和光学在其中的作用。 先进光学的前景： 随着科技的不断发展，光学领域也在不断涌现新的技术和应用。我们将简要介绍超材料、衍射光学元件、光子晶体、生物光学等前沿领域，展现光学设计的未来发展方向和无限可能性。 结语： 光学设计是一门充满挑战和机遇的学科。它要求从业者既要有扎实的物理基础，又要有敏锐的工程思维，更要有不懈的探索精神。通过本书所构建的知识体系，我们希望能够点燃您对光学世界的好奇心，为您铺就通往光学设计殿堂的道路。无论您是初学者，还是希望提升专业技能的工程师，都能从中受益，掌握分析问题、解决问题的能力，并最终创造出属于您自己的光学杰作。光影交织，智慧闪耀，愿您在光学设计的探索之旅中，收获知识的丰盈与创新的喜悦。

评分☆☆☆☆☆

拿到《ZEMAX光学设计超级学习手册》之后，我做的第一件事就是将它摆放在书桌最显眼的位置，时不时地翻阅一下。这本书带给我的，不仅仅是ZEMAX软件的操作技巧，更是一种光学设计思维的启迪。林晓阳老师在书中提出的很多观点，比如“设计是平衡艺术”以及“细节决定成败”，都深深地触动了我。它让我明白，优秀的光学设计不仅仅是参数的堆砌，更是对物理规律的深刻理解和巧妙运用。书中对于不同光学元件特性的分析，以及如何根据这些特性来选择和组合元件，这部分内容对我帮助很大。我过去可能更侧重于软件功能的使用，而这本书让我重新审视了光学设计本身的逻辑和方法论。现在，每当我面临一个新的光学设计项目，我都会先从这本书中寻找灵感和指导，感觉自己不再是孤军奋战，而是有了一个强大的智囊团在背后支持。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一名刚刚踏入光学设计领域的研究生来说，《ZEMAX光学设计超级学习手册》简直是雪中送炭。在学校的学习过程中，接触到的ZEMAX操作大多是老师指导下的演示，自己动手时常常会遇到各种报错或者设计结果不理想的情况。这本书的出现，让我对ZEMAX软件的使用有了系统性的认知。它从最基础的建立模型开始，到各种优化方法，再到结果的分析和报告生成，每一个环节都讲解得细致入微。我特别喜欢书中关于“新手常见误区”的章节，这些总结真的是太及时了，避免了我走很多不必要的弯路。而且，书中的图文并茂，大量的截图和示意图让抽象的光学概念变得更加直观易懂。我常常一边看书一边对照ZEMAX软件操作，事半功倍。现在，我已经能够独立完成一些简单的光学系统设计，并且对设计结果有了更强的信心。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《ZEMAX光学设计超级学习手册》已经是几个月前的事情了，当时正是光学设计的瓶颈期，面对错综复杂的ZEMAX界面和数不清的参数，常常感到无从下手。这本书的出现，就像在迷雾中点亮了一盏灯。一开始，我只是被它“超级学习手册”这个名字吸引，想着也许能找到一些快捷的学习方法。拿到书后，翻开第一页，一股扎实的理论基础和清晰的逻辑结构扑面而来。它不是那种只罗列软件操作的“工具书”，而是真正从光学原理出发，循序渐进地讲解ZEMAX的各项功能。我尤其喜欢书中对于每一个操作背后原理的深入剖析，这让我不再是机械地输入参数，而是真正理解为什么这么做，这样设计出来的光学系统也更加可靠。而且，书中穿插的案例分析非常贴合实际工程中的常见问题，我自己的项目中就遇到了类似的情况，通过书中指导的方法，很快就找到了解决方案。这种“授人以渔”的教学方式，让我受益匪浅，感觉自己对光学设计的理解又上了一个台阶。

评分☆☆☆☆☆

我是一位经验丰富的工程师，在工作中已经使用了ZEMAX多年，接触过不同版本的软件，也解决过不少复杂的光学设计问题。然而，即使是这样，在翻阅《ZEMAX光学设计超级学习手册》时，依然感受到了知识的深度和广度。林晓阳老师在书中展现出的扎实功底和对ZEMAX的深刻理解，让我这个“老兵”也获益匪浅。书中对于一些优化算法的讲解，以及如何根据不同的设计目标选择合适的优化策略，这部分内容让我对ZEMAX的运用有了更精细化的思考。我过去可能只是在摸索中应用这些功能，而现在，我能够更加有针对性地去运用它们，从而缩短设计周期，提高设计效率。另外，书中关于复杂光学系统（例如集成光学、衍射光学等）的设计方法和案例，也为我打开了新的视野，让我意识到ZEMAX的应用领域远比我之前想象的要广泛。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我购买《ZEMAX光学设计超级学习手册》时，其实对ZEMAX已经有了一些基础的了解，主要是看过一些零散的教程和视频。然而，当我真正深入阅读这本书后，才意识到之前所学多么浅显。林晓阳老师的讲解，不仅全面，而且深入。他并没有回避ZEMAX中那些看似复杂的高级功能，而是用一种非常条理清晰的方式将其拆解，并且结合了大量的实际应用场景。比如，书中关于像差理论的讲解，以及如何利用ZEMAX进行像差优化，这部分内容对我来说是最大的提升。以前我对像差的概念只是模糊的理解，通过这本书，我学会了如何具体地分析不同类型的像差，以及如何通过调整设计参数来有效抑制它们。书中关于公差分析的部分也让我印象深刻，这对于将设计成果转化为实际产品至关重要。很多时候，一个优秀的设计仅仅停留在理论层面是不够的，如何确保生产出来的产品也能达到设计指标，这才是真正的挑战。这本书在这方面提供了非常有价值的指导。