ZEMAX光學設計超級學習手冊 林曉陽著 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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林曉陽著 著

圖書標籤:

• ZEMAX
• 光學設計
• 光學工程
• 物理光學
• 衍射光學
• 照明設計
• 激光設計
• 係統設計
• 林曉陽
• 教程

店鋪： 北京群洲文化專營店

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115345851

商品編碼：29357166890

包裝：平裝

基本信息

書名：ZEMAX光學設計超級學習手冊

定價：59.00元

作者：林曉陽著

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：

ISBN：9787115345851

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容全麵，結構清晰；
講解細緻，循序漸進。
工程應用實例豐富；所有實例均經過精心設計與篩選，代錶性強。

內容提要

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《ZEMAX光學設計超級學習手冊》以ZEMAX 2010作為軟件平颱，詳細講解瞭ZEMAX在光學設計中的使用方法與技巧，幫助讀者盡快掌握ZEMAX這一光學設計工具。 《ZEMAX光學設計超級學習手冊》結閤作者多年的使用和開發經驗，通過豐富的工程實例將ZEMAX的使用方法詳細介紹給讀者。全書共分為11章，主要講解瞭ZEMAX的使用界麵和基本功能，光學像差理論和成像質量的評價，以及各種透鏡和目鏡、顯微鏡、望遠鏡等目視光學係統的設計。 《ZEMAX光學設計超級學習手冊》注重基礎，內容詳實，突齣實例講解，既可以作為光學設計人員、科研人員等相關專業人士的工具書，也可以作為相關專業高年級本科生、研究生的學習教材。

目錄

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目 錄



章 ZEMAX入門 1

1.1 ZEMAX的啓動與退齣 1

1.2 用戶界麵 3

1.2.1 窗口類型 4

1.2.2 主窗口介紹 4

1.2.3 文件菜單 5

1.2.4 編輯菜單 6

1.2.5 係統菜單 16

1.2.6 分析菜單 20

1.2.7 工具菜單 20

1.2.8 報告菜單 29

1.2.9 宏指令菜單 32

1.2.10 外擴展菜單 32

1.2.11 窗口菜單 33

1.2.12 幫助菜單 34

1.3 ZEMAX常用操作快捷鍵 34

1.3.1 放棄長時間計算 34

1.3.2 快捷方式的總結 35

1.4 本章小結 36



第2章 像質評價 37

2.1 外形圖 37

2.1.1 二維外形圖 37

2.1.2 3D外形圖 38

2.1.3 陰影圖 39

2.1.4 元件圖 39

2.1.5 ISO元件圖 41

2.2 幾何光學像質量評價 41

2.2.1 特性麯綫 41

2.2.2 點列圖 43

2.2.3 調製傳遞函數 46

2.2.4 點擴散函數 48

2.2.5 波前 51

2.2.6 麯麵 52

2.2.7 均方根 53

2.2.8 像差係數(Aberration Coefficients) 54

2.2.9 雜項(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 模擬圖像 64

2.4.2 雙目分析 68

2.4.3 計算 68

2.5 其他 69

2.5.1 玻璃和梯度摺射率 69

2.5.2 通用圖錶 70

2.5.3 偏振狀態 71

2.5.4 鍍膜(Coatings) 72

2.5.5 物理光學(Physical Optics) 73

2.6 本章小結 73



第3章 初級像差理論與像差校正 74

3.1 幾何像差與像差錶示方法及像差校正 74

3.1.1 球差 74

3.1.2 慧差 79

3.1.3 像散 85

3.1.4 場麯 89

3.1.5 畸變 95

3.1.6 色差(ColorAberration) 98

3.2 厚透鏡初級像差 103

3.3 薄透鏡初級像差 105

3.4 像差校正和平衡方法 106

3.5 本章小結 106



第4章 ZEMAX基本功能詳解 107

4.1 ZEMAX 3種優化方法 107

4.1.1 優化方法選擇 107

4.1.2 Global Search和Hammer Optimization區彆 108

4.1.3 局部優化(Optimization)缺點 112

4.1.4 全局搜索優勢 112

4.2 ZEMAX評價函數使用方法 114

4.2.1 優化中的術語定義 114

4.2.2 評價函數方程錶達 115

4.2.3 波前優化方法 118

4.2.4 光斑尺寸優化方法 120

4.2.5 角譜半徑優化方法 121

4.3 ZAMAX多重結構使用方法 122

4.3.1 實例一：模擬元件的變化 123

4.3.2 實例二：衍射級次顯示 127

4.3.3 實例三：分光闆模擬 131

4.4 ZAMAX坐標斷點使用方法 137

4.4.1 ZEMAX坐標係 137

4.4.2 自帶坐標斷點使用方法 139

4.4.3 坐標斷點麵使用方法 139

4.4.4 樣例一：鏇轉角度的優化方法 140

4.4.5 樣例二：使用坐標斷點尋找主光綫位置及方嚮 143

4.4.6 樣例三：坐標返迴的使用方法 144

4.5 本章小結 147



第5章 公差分析 148

5.1 公差 148

5.1.1 誤差來源 148

5.1.2 設置公差 149

5.1.3 公差操作數 149

5.2 默認公差的定義 150

5.2.1 錶麵公差 151

5.2.2 元件公差 152

5.3 公差分析3種法則 153

5.3.1 靈敏度分析 153

5.3.2 反轉靈敏度分析 154

5.3.3 濛特卡羅分析 154

5.4 公差過程的使用 157

5.4.1 公差分析的執行 157

5.4.2 雙透鏡的公差分析 160

5.5 本章小結 166



第6章 非序列模式設計 167

6.1 ZEMAX中非序列模型介紹 167

6.1.1 模型類彆 167

6.1.2 麵元反射鏡 168

6.1.3 光源分布 169

6.1.4 棱鏡 172

6.1.5 光綫分束 173

6.1.6 散射 175

6.1.7 衍射光學元件 177

6.1.8 相乾模擬 178

6.1.9 復雜幾何物體創建 179

6.1.10 吸收分析 181

6.2 創建非序列光學係統 182

6.2.1 建立基本係統特性 183

6.2.2 創建反射鏡 185

6.2.3 光源建模 186

6.2.4 鏇轉光源 187

6.2.5 放置探測器 189

6.2.6 跟蹤分析光綫探測器 190

6.2.7 增加凸透鏡 192

6.2.8 光綫跟蹤分析和偏振損耗 194

6.2.9 增加矩形ADAT光縴 195

6.2.10 使用跟隨解定位探測器 198

6.2.11 整個係統光綫追跡 198

6.3 將序列麵改成非序列物體 199

6.3.1 轉變NSC的工具 199

6.3.2 初始結構 200

6.3.3 使用轉換工具 202

6.3.4 插入非序列光源 203

6.3.5 插入探測器物體 205

6.4 模擬混閤式非序列(NSC with Ports) 208

6.4.1 序列/非序列模式 208

6.4.2 建立非序列組件 211

6.4.3 定義多焦透鏡 212

6.4.4 帶狀優化 215

6.4.5 目標局部 216

6.4.6 係統性能 217

6.4.7 運行影像分析性能之優化 218

6.4.8 終設計 219

6.5 優化非序列光學係統 219

6.5.1 Damped Least Squares和Orthogonal Descent 220

6.5.2 建立係統 222

6.5.3 評價函數 223

6.5.4 自由麯麵反射鏡 224

6.5.5 優化 226

6.6 本章小結 228



第7章 基礎設計實例 229

7.1 單透鏡設計 229

7.1.1 ZEMAX序列模式簡介 229

7.1.2 單透鏡係統參數 231

7.1.3 單透鏡初始結構 233

7.1.4 單透鏡的變量與優化目標 235

7.1.5 單透鏡優化結果分析與改進設計 237

7.2 雙膠閤消色差透鏡設計 240

7.2.1 雙膠閤透鏡設計規格參數及係統參數輸入 241

7.2.2 雙膠閤透鏡初始結構 242

7.2.3 設置變量及評價函數 244

7.2.4 優化及像質評價 245

7.2.5 玻璃優化——校正色差 247

7.3 牛頓望遠鏡設計 249

7.3.1 牛頓望遠鏡來源簡介及設計規格 249

7.3.2 牛頓望遠鏡初始結構 251

7.3.3 添加反射鏡及遮攔孔徑 253

7.3.4 修改反射鏡以提高MTF 258

7.4 變焦鏡頭設計 260

7.4.1 變焦鏡頭設計原理介紹 261

7.4.2 變焦鏡頭設計規格及參數輸入 261

7.4.3 多重結構實現變焦 263

7.4.4 變焦鏡頭的優化設置 265

7.5 掃描係統設計 268

7.5.1 掃描係統參數 269

7.5.2 多重結構下的掃描角度設置 273

7.6 本章小結 276



第8章 目視光學係統設計方法 277

8.1 人眼光學係統的創建 277

8.1.1 眼睛概述 277

8.1.2 眼睛模型 277

8.1.3 使用ZEMAX創建人眼模型結構 278

8.2 放大率與視覺 281

8.2.1 近距離物體成像標準 281

8.2.2 小型放大鏡放大率 281

8.3 本章小結 284



第9章 目鏡設計 285

9.1 目鏡介紹 285

設計案例一：惠更斯目鏡 286

設計案例二：冉斯登目鏡 288

設計案例三：凱爾納目鏡 290

設計案例四：RKE目鏡 292

設計案例五：消畸變目鏡 294

設計案例六：對稱式目鏡 297

設計案例七：埃爾弗目鏡 299

設計案例八：西德莫爾目鏡 301

設計案例九：RKE廣角目鏡 304

9.2 目鏡調焦 306

9.3 本章小結 311



0章 顯微鏡設計 312

10.1 技術指標 312

10.1.1 基本係統技術要求 312

10.1.2 分辨率目標和極限 312

10.2 10倍物鏡初始透鏡形式 313

10.2.1 顯微鏡設計步驟 313

10.2.2 物鏡與目鏡的連接 319

10.3 本章小結 322



1章 望遠鏡設計 323

11.1 天文望遠鏡 323

11.1.1 天文望遠鏡設計步驟 323

11.1.2 分辨率與衍射極限 328

11.2 地上望遠鏡 328

11.3 本章小結 334

作者介紹

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文摘

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序言

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光影的奧秘，設計的智慧：探索光學世界的無限可能 在人類文明的長河中，光始終扮演著至關重要的角色。從古老的燈火照明，到現代的激光手術，再到我們手中信息傳遞的載體，光學技術以其無窮的魅力和強大的力量，深刻地改變著世界的麵貌。當我們凝視宇宙深處的星辰，或是透過顯微鏡觀察微觀世界的奇妙，都離不開光學的指引。然而，將無形的“光”轉化為有形的工具，將抽象的“設計”轉化為精密的儀器，背後蘊含著怎樣的科學原理？又需要何種深厚的專業知識和實踐經驗？ 本書並非直接教授某一本特定的書籍，而是緻力於揭示光學設計這一復雜而迷人的學科的本質，帶領讀者穿越光綫傳播的迷宮，理解光學係統的設計原理，掌握先進的光學設計工具，最終激發我們在各個領域運用光學技術解決實際問題的創造力。它是一次對光學設計領域宏觀探索的邀請，旨在構建一個堅實的知識框架，讓讀者能夠獨立思考、深入鑽研，並能觸類旁通，將所學應用於更廣闊的知識體係。 第一篇：光學設計的基石——理解光與物質的互動 在深入光學設計的殿堂之前，我們必須牢固掌握光學的基礎理論。這一部分將從最基本的物理概念齣發，闡述光的本質，包括光的波動性與粒子性，以及它們在不同光學現象中的體現。我們將一起探索光的傳播規律，從簡單的直綫傳播到復雜的衍射和乾涉，理解這些現象是如何影響光學係統的性能的。 光波的語言： 我們將深入講解電磁波理論，理解光作為一種電磁波，其頻率、波長、振幅等參數如何決定光的顔色和強度。對偏振的研究也將幫助我們理解光的方嚮性，這在液晶顯示、3D成像等領域有著至關重要的應用。 光的摺射與反射： 這是光學設計中最基本也最重要的原理。我們將詳細解析斯涅爾定律，理解光綫在不同介質界麵傳播時發生角度變化的規律。對反射定律的深入剖析，將為我們理解鏡麵成像和漫反射打下基礎。 色散現象的奧秘： 光通過三棱鏡會分解成彩虹般的光譜，這是色散現象的直觀展示。我們將探討不同材料的色散特性，以及它們如何影響光學係統的成像質量，為理解消色差設計提供理論支撐。 幾何光學與物理光學： 我們將區分這兩種描述光傳播的重要方法。幾何光學將我們引導至對光綫路徑的幾何分析，是理解透鏡成像、反射鏡成像的基礎；而物理光學則更進一步，關注光的波動特性，是理解衍射、乾涉等現象的關鍵，也是精密光學設計不可或缺的部分。 第二篇：光學係統的構成與成像原理 瞭解瞭光與物質的基本互動，我們便可以開始構建復雜的光學係統。這一部分將聚焦於構成光學係統的基本單元——透鏡和反射鏡，以及它們如何組閤形成各種功能的光學儀器。 透鏡的魔力： 從簡單的凸透鏡和凹透鏡開始，我們將解析它們如何匯聚或發散光綫，以及焦距、物距、像距之間的關係。對球麵像差、彗差、像散、場麯和畸變等基本像差的深入解析，將是理解光學係統成像質量的關鍵。我們將學習如何通過透鏡的形狀、材料和組閤來校正這些像差，以獲得清晰銳利的圖像。 反射鏡的智慧： 球麵鏡和拋物麵鏡等不同類型的反射鏡，在天文學、激光技術等領域發揮著不可替代的作用。我們將探討它們如何成像，以及與透鏡相比的優缺點，為設計反射式光學係統提供指導。 棱鏡的妙用： 棱鏡不僅能引起光的色散，還可以改變光的傳播方嚮，實現光路的摺疊和成像。我們將學習各種棱鏡（如直角棱鏡、屋脊棱鏡、摺疊棱鏡）的成像原理和應用，理解它們在望遠鏡、潛望鏡等儀器中的重要作用。 人眼的啓示： 人眼是自然界中最精妙的光學係統之一。通過對人眼結構的仿生學研究，我們將學習其成像原理、視覺範圍，以及眼球如何通過晶狀體的調節來聚焦不同距離的物體。這不僅能加深我們對光學係統設計的理解，還能啓發我們設計更符閤人類視覺習慣的儀器。 第三篇：先進光學設計工具與方法 在現代光學工程領域，手動設計早已被強大的計算機軟件所取代。這一部分將介紹光學設計軟件的工作流程和核心功能，以及掌握這些工具所需的關鍵技能。 設計軟件的掃描： 我們將概述市場上主流的光學設計軟件，例如Zemax（此處僅為舉例，非直接介紹某本書的內容，而是泛指此類工具），並介紹它們的基本界麵、操作邏輯以及核心功能。學習如何建立一個光學係統模型，定義鏡片參數，設定光源和探測器，以及進行初步的優化。 優化設計的藝術： 光學設計的核心在於優化。我們將詳細講解如何設置評價函數，定義設計目標（如MTF、像差控製），以及利用軟件內置的優化算法（如變步長梯度下降法、阻尼最小二乘法）來逐步改進光學係統的性能。理解不同優化算法的原理和適用範圍，對於高效完成設計至關重要。 公差分析與靈敏度研究： 完美的設計在實際製造中往往難以實現。公差分析將幫助我們理解製造誤差、裝配誤差以及材料不均勻性等因素對光學係統性能的影響。通過靈敏度研究，我們可以識彆齣對係統性能影響最大的參數，從而製定閤理的製造和裝配公差，確保最終産品的性能達標。 濛特卡洛模擬的威力： 針對復雜係統或需要考慮隨機因素的設計，濛特卡洛模擬提供瞭一種強大的分析方法。我們將探討如何利用濛特卡洛方法來評估光學係統在存在不確定性條件下的性能錶現。 雜散光分析： 雜散光是指那些並非由目標成像路徑傳播的光綫，它們會嚴重影響成像質量，尤其是在低照度或高動態範圍成像場景下。我們將介紹如何利用軟件進行雜散光分析，識彆雜散光的來源，並探討抑製雜散光的常用方法，如使用光闌、遮光罩和錶麵塗層。 第四篇：光學設計的實踐與前沿 理論知識和軟件技能固然重要，但將它們轉化為實際應用，解決真實世界的問題，纔是光學設計的終極目標。這一部分將帶領讀者步入光學設計的實際應用領域，並展望未來的發展趨勢。 從理論到實踐的橋梁： 光學設計不僅僅是軟件操作，更是一門藝術與科學的結閤。我們將探討如何根據應用需求，選擇閤適的光學元件，進行係統架構設計，並進行初步的性能評估。理解不同應用場景對光學係統的特殊要求，例如望遠鏡需要高分辨率，顯微鏡需要高放大倍率，相機需要高透光率和低畸變。 照明設計的智慧： 照明設計是光學設計的一個重要分支，廣泛應用於室內照明、舞颱燈光、汽車照明等領域。我們將探討如何利用光學原理設計高效、舒適、具有特定光效的照明係統。 成像係統的多樣性： 從傳統的相機、顯微鏡、望遠鏡，到現代的機器視覺、安防監控、醫療成像，成像係統在各個領域都扮演著核心角色。我們將分析不同成像係統的設計特點，以及如何根據具體需求進行定製化設計。 激光技術與光通信： 激光以其高亮度、單色性好、方嚮性強等特點，在工業加工、醫療美容、科學研究和信息傳輸等領域展現齣巨大的潛力。我們將探討激光器的基本原理，以及如何設計激光係統，並簡要介紹光通信的基本原理和光學在其中的作用。 先進光學的前景： 隨著科技的不斷發展，光學領域也在不斷湧現新的技術和應用。我們將簡要介紹超材料、衍射光學元件、光子晶體、生物光學等前沿領域，展現光學設計的未來發展方嚮和無限可能性。 結語： 光學設計是一門充滿挑戰和機遇的學科。它要求從業者既要有紮實的物理基礎，又要有敏銳的工程思維，更要有不懈的探索精神。通過本書所構建的知識體係，我們希望能夠點燃您對光學世界的好奇心，為您鋪就通往光學設計殿堂的道路。無論您是初學者，還是希望提升專業技能的工程師，都能從中受益，掌握分析問題、解決問題的能力，並最終創造齣屬於您自己的光學傑作。光影交織，智慧閃耀，願您在光學設計的探索之旅中，收獲知識的豐盈與創新的喜悅。

評分☆☆☆☆☆

拿到《ZEMAX光學設計超級學習手冊》之後，我做的第一件事就是將它擺放在書桌最顯眼的位置，時不時地翻閱一下。這本書帶給我的，不僅僅是ZEMAX軟件的操作技巧，更是一種光學設計思維的啓迪。林曉陽老師在書中提齣的很多觀點，比如“設計是平衡藝術”以及“細節決定成敗”，都深深地觸動瞭我。它讓我明白，優秀的光學設計不僅僅是參數的堆砌，更是對物理規律的深刻理解和巧妙運用。書中對於不同光學元件特性的分析，以及如何根據這些特性來選擇和組閤元件，這部分內容對我幫助很大。我過去可能更側重於軟件功能的使用，而這本書讓我重新審視瞭光學設計本身的邏輯和方法論。現在，每當我麵臨一個新的光學設計項目，我都會先從這本書中尋找靈感和指導，感覺自己不再是孤軍奮戰，而是有瞭一個強大的智囊團在背後支持。

評分☆☆☆☆☆

我是一位經驗豐富的工程師，在工作中已經使用瞭ZEMAX多年，接觸過不同版本的軟件，也解決過不少復雜的光學設計問題。然而，即使是這樣，在翻閱《ZEMAX光學設計超級學習手冊》時，依然感受到瞭知識的深度和廣度。林曉陽老師在書中展現齣的紮實功底和對ZEMAX的深刻理解，讓我這個“老兵”也獲益匪淺。書中對於一些優化算法的講解，以及如何根據不同的設計目標選擇閤適的優化策略，這部分內容讓我對ZEMAX的運用有瞭更精細化的思考。我過去可能隻是在摸索中應用這些功能，而現在，我能夠更加有針對性地去運用它們，從而縮短設計周期，提高設計效率。另外，書中關於復雜光學係統（例如集成光學、衍射光學等）的設計方法和案例，也為我打開瞭新的視野，讓我意識到ZEMAX的應用領域遠比我之前想象的要廣泛。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一名剛剛踏入光學設計領域的研究生來說，《ZEMAX光學設計超級學習手冊》簡直是雪中送炭。在學校的學習過程中，接觸到的ZEMAX操作大多是老師指導下的演示，自己動手時常常會遇到各種報錯或者設計結果不理想的情況。這本書的齣現，讓我對ZEMAX軟件的使用有瞭係統性的認知。它從最基礎的建立模型開始，到各種優化方法，再到結果的分析和報告生成，每一個環節都講解得細緻入微。我特彆喜歡書中關於“新手常見誤區”的章節，這些總結真的是太及時瞭，避免瞭我走很多不必要的彎路。而且，書中的圖文並茂，大量的截圖和示意圖讓抽象的光學概念變得更加直觀易懂。我常常一邊看書一邊對照ZEMAX軟件操作，事半功倍。現在，我已經能夠獨立完成一些簡單的光學係統設計，並且對設計結果有瞭更強的信心。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我購買《ZEMAX光學設計超級學習手冊》時，其實對ZEMAX已經有瞭一些基礎的瞭解，主要是看過一些零散的教程和視頻。然而，當我真正深入閱讀這本書後，纔意識到之前所學多麼淺顯。林曉陽老師的講解，不僅全麵，而且深入。他並沒有迴避ZEMAX中那些看似復雜的高級功能，而是用一種非常條理清晰的方式將其拆解，並且結閤瞭大量的實際應用場景。比如，書中關於像差理論的講解，以及如何利用ZEMAX進行像差優化，這部分內容對我來說是最大的提升。以前我對像差的概念隻是模糊的理解，通過這本書，我學會瞭如何具體地分析不同類型的像差，以及如何通過調整設計參數來有效抑製它們。書中關於公差分析的部分也讓我印象深刻，這對於將設計成果轉化為實際産品至關重要。很多時候，一個優秀的設計僅僅停留在理論層麵是不夠的，如何確保生産齣來的産品也能達到設計指標，這纔是真正的挑戰。這本書在這方麵提供瞭非常有價值的指導。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《ZEMAX光學設計超級學習手冊》已經是幾個月前的事情瞭，當時正是光學設計的瓶頸期，麵對錯綜復雜的ZEMAX界麵和數不清的參數，常常感到無從下手。這本書的齣現，就像在迷霧中點亮瞭一盞燈。一開始，我隻是被它“超級學習手冊”這個名字吸引，想著也許能找到一些快捷的學習方法。拿到書後，翻開第一頁，一股紮實的理論基礎和清晰的邏輯結構撲麵而來。它不是那種隻羅列軟件操作的“工具書”，而是真正從光學原理齣發，循序漸進地講解ZEMAX的各項功能。我尤其喜歡書中對於每一個操作背後原理的深入剖析，這讓我不再是機械地輸入參數，而是真正理解為什麼這麼做，這樣設計齣來的光學係統也更加可靠。而且，書中穿插的案例分析非常貼閤實際工程中的常見問題，我自己的項目中就遇到瞭類似的情況，通過書中指導的方法，很快就找到瞭解決方案。這種“授人以漁”的教學方式，讓我受益匪淺，感覺自己對光學設計的理解又上瞭一個颱階。