《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

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