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课程大纲
 
第一阶段


第1章 ZEMAX入门

1.1 ZEMAX的启动与退出

1.2 用户界面

1.2.1 窗口类型

1.2.2 主窗口介绍 

1.2.3 文件菜单 

1.2.4 编辑菜单 

1.2.5 系统菜单 

1.2.6 分析菜单 

1.2.7 工具菜单 

1.2.8 报告菜单 

1.2.9 宏指令菜单 

1.2.10 外扩展菜单 

1.2.11 窗口菜单 

1.2.12 帮助菜单 

1.3 ZEMAX常用操作快捷键 

1.3.1 放弃长时间计算 

1.3.2 快捷方式的总结 35

 

第2章 像质评价 

2.1 外形图 

2.1.1 二维外形图 

2.1.2 3D外形图 

2.1.3 阴影图 

2.1.4 元件图 

2.1.5 ISO元件图 

2.2 几何光学像质量评价 

2.2.1 特性曲线 

2.2.2 点列图 

2.2.3 调制传递函数 

2.2.4 点扩散函数 

2.2.5 波前 

2.2.6 曲面 

2.2.7 均方根 

2.2.8 像差系数(Aberration Coefficients) 

2.2.9 杂项(Miscellaneous) 

2.3 能量分析 

2.3.1 能量分布 

2.3.2 照度 

2.4 像分析 

2.4.1 模拟图像 

2.4.2 双目分析 

2.4.3 计算 

2.5 其他 

2.5.1 玻璃和梯度折射率 

2.5.2 通用图表 

2.5.3 偏振状态 

2.5.4 镀膜(Coatings) 

2.5.5 物理光学(Physical Optics) 

2.6 本章小结 

 

第3章 初级像差理论与像差校正 

3.1 几何像差与像差表示方法及像差校正
3.1.1 球差 

3.1.2 慧差 

3.1.3 像散 

3.1.4 场曲 

3.1.5 畸变 

3.1.6 色差(ColorAberration) 

3.2 厚透镜初级像差

3.3 薄透镜初级像差 

3.4 像差校正和平衡方法 

第4章 ZEMAX基本功能详解

4.1 ZEMAX 3种优化方法 

4.1.1 优化方法选择 

4.1.2 Global Search和Hammer Optimization区别 

4.1.3 局部优化(Optimization)缺点

4.1.4 全局搜索优势 

4.2 ZEMAX评价函数使用方法

4.2.1 优化中的术语定义

4.2.2 评价函数方程表达 

4.2.3 波前优化方法 

4.2.4 光斑尺寸优化方法 

4.2.5 角谱半径优化方法 

4.3 ZAMAX多重结构使用方法

4.3.1 实例一:模拟元件的变化 

4.3.2 实例二:衍射级次显示

4.3.3 实例三:分光板模拟

4.4 ZAMAX坐标断点使用方法

4.4.1 ZEMAX坐标系

4.4.2 自带坐标断点使用方法

4.4.3 坐标断点面使用方法

4.4.4 样例一:旋转角度的优化方法

4.4.5 样例二:使用坐标断点精确寻找主光线位置及方向

4.4.6 样例三:坐标返回的使用方法

 

第5章 公差分析

5.1 公差

5.1.1 误差来源

5.1.2 设置公差 

5.1.3 公差操作数 

5.2 默认公差的定义 

5.2.1 表面公差 

5.2.2 元件公差

5.3 公差分析3种法则

5.3.1 灵敏度分析

5.3.2 反转灵敏度分析

5.3.3 蒙特卡罗分析

5.4 公差过程的使用 

5.4.1 公差分析的执行 

5.4.2 双透镜的公差分析 

第6章 非序列模式设计

6.1 ZEMAX中非序列模型介绍 

6.1.1 模型类别 

6.1.2 面元反射镜 

6.1.3 光源分布 

6.1.4 棱镜

6.1.5 光线分束

6.1.6 散射

6.1.7 衍射光学元件

6.1.8 相干模拟

6.1.9 复杂几何物体创建

6.1.10 吸收分析

6.2 创建非序列光学系统

6.2.1 建立基本系统特性

6.2.2 创建反射镜 

6.2.3 光源建模 

6.2.4 旋转光源 

6.2.5 放置探测器 

6.2.6 跟踪分析光线探测器

6.2.7 增加凸透镜 

6.2.8 光线跟踪分析和偏振损耗 

6.2.9 增加矩形ADAT光纤 

6.2.10 使用跟随解定位探测器 

6.2.11 整个系统光线追迹 

6.3 将序列面改成非序列物体 

6.3.1 转变NSC的工具 

6.3.2 初始结构 

6.3.3 使用转换工具 

6.3.4 插入非序列光源 

6.3.5 插入探测器物体

6.4 模拟混合式非序列(NSC with Ports)

6.4.1 序列/非序列模式

6.4.2 建立非序列组件

6.4.3 定义多焦透镜 

6.4.4 带状优化 

6.4.5 目标局部 

6.4.6 系统性能 

6.4.7 运行影像分析性能之优化 

6.4.8 最终设计 

6.5 优化非序列光学系统

6.5.1 Damped Least Squares和Orthogonal Descent

6.5.2 建立系统 

6.5.3 评价函数 

6.5.4 自由曲面反射镜

6.5.5 优化 

第7章 基础设计实例 

7.1 单透镜设计

7.1.1 ZEMAX序列模式简介

7.1.2 单透镜系统参数 

7.1.3 单透镜初始结构 

7.1.4 单透镜的变量与优化目标 

7.1.5 单透镜优化结果分析与改进设计

7.2 双胶合消色差透镜设计

7.2.1 双胶合透镜设计规格参数及系统参数输入

7.2.2 双胶合透镜初始结构

7.2.3 设置变量及评价函数

7.2.4 优化及像质评价 

7.2.5 玻璃优化——校正色差

7.3 牛顿望远镜设计

7.3.1 牛顿望远镜来源简介及设计规格

7.3.2 牛顿望远镜初始结构

7.3.3 添加反射镜及遮拦孔径

7.3.4 修改反射镜以提高MTF

7.4 变焦镜头设计

7.4.1 变焦镜头设计原理介绍

7.4.2 变焦镜头设计规格及参数输入

7.4.3 多重结构实现变焦

7.4.4 变焦镜头的优化设置

7.5 扫描系统设计

7.5.1 扫描系统参数 

7.5.2 多重结构下的扫描角度设置

7.6 本章小结

 

第8章 目视光学系统设计方法

8.1 人眼光学系统的创建

8.1.1 眼睛概述

8.1.2 眼睛模型

8.1.3 使用ZEMAX创建人眼模型结构

8.2 放大率与视觉 

8.2.1 近距离物体成像标准

8.2.2 小型放大镜放大率

第9章 目镜设计

9.1 目镜介绍 

设计案例一:惠更斯目镜 

设计案例二:冉斯登目镜 

设计案例三:凯尔纳目镜 

设计案例四:RKE目镜 

设计案例五:消畸变目镜 

设计案例六:对称式目镜 

设计案例七:埃尔弗目镜 

设计案例八:西德莫尔目镜 

设计案例九:RKE广角目镜 

9.2 目镜调焦

第10章 显微镜设计 

10.1 技术指标

10.1.1 基本系统技术要求 

10.1.2 分辨率目标和极限 

10.2 10倍物镜初始透镜形式 

10.2.1 显微镜设计步骤 

10.2.2 物镜与目镜的连接 

 

第11章 望远镜设计 

11.1 天文望远镜 

11.1.1 天文望远镜设计步骤 

11.1.2 分辨率与衍射极限 

11.2 地上望远镜 

第二阶段

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第一编 光学设计基础
第1章 光学设计的发展概述
1.1 光学设计的概念
1.2 光学设计的发展史概述
第2章 光学设计的过程与步骤
2.1 光学设计的一般过程
2.2 光学设计的具体步骤
第3章 仪器对光学设计的要求
3.1 对光学系统基本特性的要求
3.2 对光学系统外形尺寸的要求
3.3 对光学系统成像质量的要求
3.4 对光学系统使用条件的要求
3.5 对光学系统经济性的要求
3.6 对光学零件的技术要求
第4章 光学系统的像差概述
4.1 球差
4.2 正弦差与彗差
4.3 像散与场曲
4.4 色.差
4.5 畸变
4.6 几何像差的曲线表示
4.7 小结
第5章 光学系统的像质评价
5.1 波像差与瑞利标准
5.2 分辨率
5.3 点列图在ZEMAX中的实现
5.4 光学传递函数在ZEMAX中的实现
5.5 点扩散函数PSF在ZEMAX中的实现
5.6 包围圆能量曲线在ZEMAX中的实现
第6章 光学系统的像差公差
6.1 望远物镜和显微物镜的像差公差
6.2 望远目镜和显微目镜的像差公差
6.3 照相物镜的像差公差
6.4 中心厚度、不平行度和角度公差
6.5 公差在ZEMAX软件中的实现
第二编 光学设计软件zEMAX用户界面
第7章 国内外光学设计软件的发展概述
7.1 光学设计软件的发展简况
7.2 常见光学设计软件简介
第8章 ZEMAX用户界面
8.1 窗口类型
8.2 主窗口
8.3 透镜数据编辑窗口操作
8.4 图形窗口操作
8.5 文本窗口操作
8.6 对话框窗口操作
8.7 常用快捷键
第9章 文件菜单
9.1 文件菜单下拉选项
9.2 参数选项设置
第10章 编辑菜单
10.1 透镜数据编辑窗口
10.2 评价函数编辑窗口
10.3 多重数据结构
10.4 公差数据
10.5 附加数据
10.6 撤销、重做
第11章 系统菜单
11.1 更新和全部更新
11.2 通用数据
11.3 视场
11.4 波长
11.5 结构
第12章 分析菜单
12.1 轮廓图
12.2 特性曲线
12.3 点列图
12.4 调制传递函数
12.5 点扩散函数
12.6 波前
12.7 均方根
12.8 包围圆能量
12.9 照度
12.10 像分析
12.11 杂项
12.12 赛得系数
第13章 工具菜单
13.1 优化菜单
13.2 评价函数列表
13.3 公差
13.4 样板_
13.5 库文件
13.6 镀膜文件
13.7 孔径变换
13.8 镜头元件反转
13.9 焦距变换
13.10 添加折叠反射镜
13.11 幻像发生器
13.12 输出IGES/STEP文件
第14章 报告菜单
14.1 表面数据
14.2 系统数据
14.3 规格数据
14.4 报告图形

第三编 基于ZEMAX的光学设计实例
第15章 单透镜设计
15.1 设计任务
15.2 设计过程
15.3 设计结果
15.4 设计练习
第16章 双胶合设计
16.1 设计任务
16.2 设计过程
16.3 设计结果
16.4 设计练习
第17章 三片式照相物镜设计
17.1 设计任务
17.2 设计过程
17.3 设计结果
17.4 设计练习
第18章 双高斯照相物镜设计
18.1 设计任务
18.2 设计过程
18.3 设计结果
18.4 设计练习
第19章 反射式望远物镜设计
19.1 两反射镜式望远物镜设计
19.2 离轴反射式望远物镜设计
19.3 折反射混合式望远物镜设计
19.4 平面镜在ZEMAX中的设定
19.5 棱镜在ZEMAX中的设定
19.6 设计练习
第20章 变焦距照相物镜设计
20.1 变焦距理论基础
20.2 变焦距照相物镜设计示例
20.3 设计练习

第四编 典型光学系统设计的优化方法
第21章 光学系统初始结构的选定
21.1 代数法
21.2 缩放法
第22章 照相物镜设计的优化方法
22.1 照相物镜的光学特性参数
22.2 照相物镜的像差校正要求
22.3 照相物镜的类型及优化方法
第23章 望远物镜设计的优化方法
23.1 望远镜系统的特性参数
23.2 望远物镜设计的特点
23.3 望远物镜的类型及优化方法
第24章 显微物镜设计的优化方法
24.1 放大镜的工作原理
24.2 显微镜的工作原理
24.3 显微镜的光学特性参数
24.4 显微物镜的像差校正要求
24.5 显微物镜的类型及优化方法
第25章 目镜设计的优化方法
25.1 目镜的光学特性参数
25.2 目镜的像差校正要求
25.3 目镜的类型及优化方法
25.4 目镜的设计原则
25.5 目镜的设计示例
第26章 照明光学系统设计的优化方法
26.1 照明光学系统的设计要求
26.2 照明方式分类及其特点
26.3 照明光学系统的像差校正要求
26.4 照明光学系统的结构类型
26.5 聚光照明系统的作用
26.6 聚光照明系统的分类及其特点
26.7 聚光照明系统的设计原则