Zemax中文版光学设计从入门到精通 在线下载 pdf mobi 2025 epub 电子版

本书以Zemax 2020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，旨在帮助读者尽快掌握Zemax这一光学设计工具。

本书结合作者多年的光学设计经验，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10章，分为两部分，第一部分（第1～6章）主要讲解Zemax的基础知识，包括用户界面和系统选项设置、光学像差理论和成像质量评价、光学系统优化、系统公差分析、非序列模式下的光系统设计等；第二部分（第7～10章）讲解利用Zemax进行各种透镜和目镜的基本设计方法，并对显微镜、望远镜等目视光学系统的设计进行了深入的讲解，帮助读者尽快掌握利用Zemax进行光学设计的方法。

本书注重基础，内容翔实，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、研究生的学习参考书。

第一部分 Zemax基础知识

第1章　初识Zemax　3

1.1 Zemax概述　3

1.1.1 OpticStudio　3

1.1.2 OpticsBuilder　4

1.1.3 OpticsViewer　4

1.2 基本操作及工作界面　5

1.2.1 启动Zemax　5

1.2.2 退出Zemax　5

1.2.3 Zemax主界面　5

1.2.4 窗口类型　7

1.2.5 Zemax常用操作快捷键　10

1.3 功能区　11

1.3.1 “文件”选项卡　11

1.3.2 “设置”选项卡　12

1.3.3 “分析”选项卡　13

1.3.4 “优化”选项卡　14

1.3.5 “公差”选项卡　15

1.3.6 “数据库”选项卡　15

1.3.7 “零件设计”选项卡　16

1.3.8 “编程”选项卡　16

1.3.9 “帮助”选项卡　16

1.4 系统选项设置　17

1.4.1 系统孔径　17

1.4.2 视场　19

1.4.3 环境　21

1.4.4 波长　22

1.4.5 偏振　23

1.4.6 高级　24

1.4.7 光线瞄准　26

1.4.8 材料库　28

1.4.9 非序列　28

1.4.10 标题/注解　30

1.4.11 文件　30

1.4.12 单位　31

1.4.13 成本估计　32

1.5 镜头数据编辑器　32

1.5.1 编辑器概述　32

1.5.2 插入/删除表面数据　33

1.5.3 镜头数据设置　34

1.5.4 序列表面类型　36

1.5.5 表面属性　40

1.5.6 通光孔径的确定　43

1.6 Zemax模式介绍　47

1.7 本章小结　48

第2章　光学系统的分析与评价　49

2.1 外形图　49

2.1.1 2D视图　49

2.1.2 三维布局图　50

2.1.3 实体模型　51

2.1.4 Zemax元件制图　51

2.1.5 ISO元件制图　53

2.2 成像质量分析　54

2.2.1 光线迹点　54

2.2.2 像差分析　60

2.2.3 波前分析　65

2.2.4 点扩散函数　70

2.2.5 MTF曲线　72

2.2.6 均方根（RMS）　76

2.2.7 圈入能量　78

2.2.8 扩展图像分析　79

2.3 偏振与表面物理分析　80

2.3.1 偏振　80

2.3.2 表面　84

2.3.3 膜层　84

2.4 材料分析　86

2.4.1 色散图　86

2.4.2 玻璃图　87

2.4.3 无热化玻璃图　87

2.4.4 内部透过率vs.波长　88

2.4.5 色散vs.波长　88

2.4.6 GRIN剖面　89

2.5 其他分析　89

2.5.1 激光与光纤　89

2.5.2 通用绘图工具　92

2.5.3 杂散光分析　92

2.5.4 双目镜分析　93

2.6 本章小结　94

第3章 初级像差理论与像差校正　95

3.1 初级像差理论　95

3.1.1 厚透镜初级像差　95

3.1.2 薄透镜初级像差　96

3.1.3 像差校正与平衡　97

3.2 像差及其校正　97

3.2.1 球差　97

3.2.2 彗差　106

3.2.3 像散　110

3.2.4 场曲　115

3.2.5 畸变　124

3.2.6 色差　127

3.3 本章小结　134

第4章 Zemax的优化与评价功能　135

4.1 优化方法　135

4.1.1 优化方法选择　135

4.1.2 手动调整　136

4.1.3 自动优化　137

4.1.4 全局优化　140

4.1.5 优化应用示例　143

4.2 评价函数　150

4.2.1 优化术语　150

4.2.2 评价函数方程　151

4.2.3 波前优化　154

4.2.4 点列图优化　156

4.2.5 角向优化　157

4.3 多重结构　160

4.3.1 元件变化模拟　161

4.3.2 显示衍射级次　165

4.3.3 分光板模拟　167

4.4 坐标间断　173

4.4.1 Zemax坐标系　173

4.4.2 自带坐标间断　174

4.4.3 坐标间断面　175

4.4.4 旋转角度优化示例　175

4.5 本章小结　179

第5章 公差分析　180

5.1 公差　180

5.1.1 公差分析概述　180

5.1.2 公差分析向导　181

5.1.3 公差操作数　183

5.1.4 公差控制操作数　184

5.2 公差分析法则　185

5.2.1 灵敏度分析　185

5.2.2 反灵敏度分析　186

5.2.3 蒙特卡罗分析　187

5.3 公差分析过程　190

5.3.1 公差分析步骤　190

5.3.2 执行公差分析　190

5.3.3 双透镜的公差分析　194

5.4 本章小结　202

第6章 非序列模式设计　204

6.1 切换到非序列模式　204

6.1.1 启动非序列模式　204

6.1.2 序列和非序列模式的 区别　205

6.2 非序列模型介绍　205

6.2.1 模型类别　206

6.2.2 面元反射镜　206

6.2.3 光源分布　208

6.2.4 棱镜　210

6.2.5 光线分束　212

6.2.6 散射　213

6.2.7 衍射光学元件　217

6.2.8 相干模拟　218

6.2.9 复杂几何物体创建　220

6.2.10 吸收分析　221

6.3 创建非序列光学系统　223

6.3.1 建立基本系统特性　224

6.3.2 创建反射镜　224

6.3.3 光源建模　226

6.3.4 旋转光源　227

6.3.5 放置探测器　228

6.3.6 跟踪分析光线探测器　229

6.3.7 增加凸透镜　231

6.3.8 光线跟踪分析和偏振损耗　233

6.3.9 增加矩形ADAT光纤　234

6.3.10 使用跟随解定位探 测器　236

6.3.11 光线追迹整个系统　238

6.4 将序列面改成非序列物体　239

6.4.1 转变NSC的工具　239

6.4.2 初始结构　240

6.4.3 间接转换方式　241

6.4.4 直接转换方式　243

6.4.5 插入非序列光源　244

6.4.6 插入探测器物体　245

6.5 混合模式系统模拟　249

6.5.1 序列/非序列模式　249

6.5.2 建立非序列组件　251

6.5.3 定义多焦透镜　253

6.5.4 带状优化　256

6.5.5 目标局部　257

6.5.6 优化分析　258

6.5.7 优化结果　260

6.6 本章小结　261

第二部分 Zemax的应用

第7章 基础设计示例　265

7.1 单透镜设计　265

7.1.1 单透镜系统参数　265

7.1.2 单透镜初始结构　268

7.1.3 单透镜的变量与优化目标　270

7.1.4 单透镜优化结果分析与改进设计　272

7.2 双胶合消色差透镜设计　277

7.2.1 规格参数及系统参数输入　277

7.2.2 双胶合透镜初始结构　279

7.2.3 设置变量及评价函数　280

7.2.4 优化及像质评价　282

7.2.5 玻璃优化—校正色差　285

7.3 牛顿望远镜设计　287

7.3.1 牛顿望远镜来源简介及设计规格　288

7.3.2 牛顿望远镜初始结构　289

7.3.3 添加反射镜及遮拦孔径　291

7.3.4 修改反射镜以提高MTF　296

7.4 变焦镜头设计　299

7.4.1 变焦镜头设计原理介绍　299

7.4.2 变焦镜头设计规格及参数输入　299

7.4.3 多重结构实现变焦　301

7.4.4 变焦镜头的优化设置　303

7.5 扫描系统设计　308

7.5.1 扫描系统参数　308

7.5.2 多重结构下的扫描角度设置　312

7.6 本章小结　316

第8章 目镜设计　317

8.1 常见目镜设计　317

8.1.1 惠更斯目镜　317

8.1.2 冉斯登目镜　319

8.1.3 凯尔纳目镜　320

8.1.4 RKE目镜　322

8.1.5 消畸变目镜　324

8.1.6 对称式目镜　325

8.1.7 埃尔弗目镜　326

8.1.8 西德莫尔目镜　328

8.1.9 RKE广角目镜　329

8.2 人眼光学系统的创建　330

8.2.1 眼睛模型　331

8.2.2 创建人眼模型结构　331

8.3 目镜调焦　336

8.3.1 创建目镜　336

8.3.2 光线瞄准　339

8.3.3 添加人眼模型　339

8.3.4 设计结果　340

8.4 本章小结　341

第9章 显微镜设计　342

9.1 技术指标　342

9.1.1 基本系统技术要求　342

9.1.2 分辨率目标和极限　342

9.2 10倍显微镜设计　343

9.2.1 显微镜设计分析　343

9.2.2 显微镜设计　343

9.3 高倍显微镜设计　351

9.3.1 翻转镜头组　351

9.3.2 选择目镜　353

9.3.3 物镜与目镜的连接　354

9.4 本章小结　355

第10章 望远镜设计　356

10.1 天文望远物镜　356

10.1.1 初始镜头数据　356

10.1.2 系统参数设置　357

10.1.3 评价函数设置及优化　358

10.1.4 查看结果　359

10.1.5 加入空气间隔　360

10.1.6 最终设计结果　361

10.2 地上望远镜　363

10.2.1 调整焦距及系统参数　363

10.2.2 评价函数设置及优化　365

10.2.3 查看优化结果　366

10.2.4 加入转像棱镜及透镜　367

10.2.5 进一步优化　367

10.2.6 最终设计结果　369

10.3 本章小结　370

追光者，毕业于北京航空航天大学，研究生学历，现就职于中国科学院某研究所，长期从事系统总体设计，擅长光学设计、光机设计、精密仪器设计。熟练掌握相关工程分析软件，从事光学设计及仿真计算工作近二十年。精通 Zemax、CodeV、LightTools、Ansys 等工程分析软件。

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书籍介绍

本书以Zemax 2020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，旨在帮助读者尽快掌握Zemax这一光学设计工具。

本书结合作者多年的光学设计经验，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10章，分为两部分，第一部分（第1～6章）主要讲解Zemax的基础知识，包括用户界面和系统选项设置、光学像差理论和成像质量评价、光学系统优化、系统公差分析、非序列模式下的光系统设计等；第二部分（第7～10章）讲解利用Zemax进行各种透镜和目镜的基本设计方法，并对显微镜、望远镜等目视光学系统的设计进行了深入的讲解，帮助读者尽快掌握利用Zemax进行光学设计的方法。

本书注重基础，内容翔实，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、研究生的学习参考书。

• 作者：朝花夕拾 发布时间：2019-11-26 11:47:07

  082

• 作者：南枝 发布时间：2019-05-12 17:51:27

  美则美矣，但都是诗词本身之美，尽是作者的闲言碎语。

• 作者：匠与高千 发布时间：2020-11-07 09:57:46

  自购的参考书。终于在考前一周看完了，好难

• 作者：泽漆 发布时间：2015-02-24 16:23:18

  逆光思维，摄影更是摄心

• 作者：x.x 发布时间：2021-12-20 01:36:09

  自传体小说的真实总让我在共情中感到更多的痛苦。那些“顿悟”的时刻，失去后得到、分别后重逢的幸福，也都在痛苦中获得。

• 作者：Pack_Up_Sorrow 发布时间：2022-03-07 20:03:38

  希望自己能有娴熟的驾驶技术，或者有一个强健的身体，再加上一个去西藏的机会。

• 朱德庸的目光系列1

  作者：翁小样 发布时间：2009-11-19 07:55:31

  我觉得漫画书的书评是最难写的，呵呵。我羡慕那些会画画的人，因为他们还有想象力。

  15岁的时侯，我认为爱情是一次亲吻。

  25岁的时侯，我认为爱情是一段缠绵。

  30岁的时侯，我认为爱情是一场婚礼。

  35岁的时侯，我认为爱情是一个孩子。

  现在，我认为爱情只是男人和女人下一段爱情的一个借口。（P49）

  9.11.19上写于402

• 15年焦虑症患者说：打消根治的念头，做好4步能自救

  作者：觉知舫 发布时间：2019-04-26 23:22:34

  

  当一个人长期被焦虑症折磨的时候，他最希望的是什么？——当然是治愈了。但是，如果有一个摆脱了病魔控制的人却对你说，这其中的关键在于“

  放弃根治的念头

  ”。这听起来是不是很不合情理？——但事实却正是如此。

  1981年出生的英国人

  卡尔·弗农

  饱受了长达15年的焦虑症困扰。他求助医生、借助药物、尝试了各种方法都不见成效，最终却通过自救摆平了焦虑。为了让更多焦虑症患者以及饱受不良情绪所左右的人们获得重生，卡尔将他的经历写成了一本书——

  《我是怎样摆平焦虑的》

  。

  在这本书中，你可能无法看到引发焦虑的科学解释，因为毕竟卡尔不是从事专业研究的心理医生或者科学家，他只是一个与你我一样，容易受情绪摆布的普通人。但卡尔作为一个过来人，却向我们讲述了摆平焦虑所需要的至关重要的心理态度以及具体可行的改变方法。与专家们对焦虑的研究成果相对，他独创的“焦虑再平衡”方法对于普通人来讲更实用，意义更大。

  《我是怎样摆平焦虑的》这本书，其主要内容大致可以分成两部分：

  一、独创的“焦虑再平衡”方法

  二、“焦虑再平衡”的4个步骤

  

  一、独创的“焦虑再平衡”方法

  现实生活中又不少这样的事情，当人们的身体患病时，往往那些心态积极的人更容易获得新生，这说明心理因素对于一个人的身心健康具有重要的作用。

  那么焦虑症作为一种情绪上的疾病，心理因素则必然起到更大的作用。所以作者认为我们在摆平焦虑之前最重要的是摆正心态。作者根据自己十几年的焦虑症体验以及重获新生的经历告诉我们：焦虑不可能根除，也不存在治愈方法。

  这听起来似乎不是一个好消息，但仔细领会作者的意图，你就会豁然开朗。

  卡尔认为，人作为一种情感动物，喜怒忧思惊恐悲是无可避免的。既然开心、喜悦，甚至愤怒和悲伤都是健康的情绪，那么我们又有什么理由认为焦虑就不是健康情绪的一种呢？更何况从人类发展的历史来看，正是焦虑使人类在恶劣的自然环境中保全了自己，生存了下来。所以，我们首先应该认识到：

  焦虑和其它的情绪一样，它本身就是我们生活的一部分，因此应该打消根除以及治愈的念头。

  但是这并不表明我们就要受焦虑的主宰，任由它将我们引向失控的生活。相反，理解了这一点，我们就可以心平气和地与焦虑相处，不再把焦虑作为敌人。而那些高度焦虑的人或者患有焦虑症的人与正常人之间唯一的差别，就是焦虑的程度更高、焦虑的时间更长，从而使情绪失去了平衡。因此为了摆平焦虑，我们所要做的只是调整焦虑的程度和时间，使它重归平衡状态。

  这就是《我是怎样摆平焦虑的》这本书的核心观点：

  为了与焦虑情绪和平相处，我们需要做到的是实现“焦虑再平衡”。

  

  二，“焦虑再平衡”的4个步骤。

  为了使焦虑实现再平衡，作者为我们安排了4个步骤，并且强调：作为一个焦虑症患者一定要严格按照4个步骤来进行，否则无法实现平衡。

  这4个步骤依次是：

  运用“DP规律”直面焦虑

  运用“代表疗法”和“放松术”摆脱焦虑控制

  运用“建立关注点”掌舵情绪

  运用“10项行动”不断前行

  

  2.1，运用DP规律直面焦虑

  通常陷于高度焦虑当中的人都是生活在“如果……怎么办？”的世界里——“如果我被困在这里怎么？”、“如果孩子丢了怎么办？”、“如果我丢了工作怎么办？”——可实际上，这些想法大都是焦虑者凭空想象出来的，非理性的。

  因此，当我们陷入焦虑的时候，第一个应该做的事情就是找到焦虑的真正原因。举个例子：作者因为广场恐惧症，总是闭门不出。起初他认为自己恐惧的是“离开家”。 但在与心理医生的对话当中，他找到了恐惧的真正原因。

  问：你在害怕什么？

  答：离开家。

  问：你为什么害怕离开家？

  答：我不能面对外面的世界。

  问：你为什么不能面对外面的世界？

  答：因为害怕。

  问：害怕什么？

  答：我害怕自己被困住。

  问：你为什么害怕被困住？

  答：因为被困住会让我惊恐发作。

  问：你为什么害怕惊恐发作？

  答：因为惊恐发作我感觉自己会死，而且被别人看见很尴尬。

  通过这种追问，最终作者意识到他所恐惧的并不是“离开家”，而是死亡和他人。

  大量的事实表明焦虑所产生的恐惧最终都可以归结为这两点：

  死亡（Death)他人（People)

  作者将这称之为

  “DP规律”

  。

  关于死亡的不可避免性是每个人都要面对的，学会接受它，就能克服恐惧，所以不要在浪费时间去恐惧死亡，放下思想包袱，开始自己的生活吧！

  那么关于他人呢？具体的来说，所谓恐惧他人实际上是恐惧自己达不到他人的期待。然而真相是对于他人的期待抱持什么样的态度完全取决于自己——面对一个人的无端指责，你是一笑置之，还是反复琢磨直到把自己的情绪搞坏，这都是你个人的选择。所以只要你能把自己的情绪不再交给他人控制，就能够平静下来。

  了解了焦虑的起因是DP规律，恐惧也就不存在了，它的重要意义在于：会让所有因为恐惧而导致的身体不适自然消失，比如：头疼、胃疼、气短、甚至窒息……当这些症状消失，你的身体减少了无谓的能量消耗，也就有了更多的精力去进入第二个步骤：控制焦虑。

  

  2.2，运用“代表疗法”和“放松术”摆脱焦虑控制。

  关于如何控制焦虑，作者也有自己的方法——

  “代表疗法”

  。

  即运用一个事物或情绪来代表对你重要的事物。

  它的具体方法就是利用一件你喜欢的外物（比如一张照片/图片，一张歌曲专辑或者一部电影/视频)唤起你的感恩之心。

  这看起来和“分心疗法”很相似。但是作者明确指出两者大不相同。因为所谓“分心疗法”实际上就是承认了焦虑对于你的控制，宽只不过是通过一些手段分散了你的注意力，但最终还是难免会重新回到焦虑的控制当中——连心理医生都认为“分心疗法”收效甚微；而

  代表疗法则是强调你去主动地寻找方法来改变心理状态

  。这其中虽然也有分心的成分，但

  最关键的是让你构建起积极的记忆，联系起对你重要的事情，从而使你更快地从焦虑情绪中摆脱出来

  。

  比如作者总是把女儿的照片随身携带，当焦虑来袭时他打开照片，就会因为命运的馈赠而心怀感恩，内心因为柔软而从紧张之中慢慢放松下来，使心情也随之改变。

  除了“代表疗法”，作者还指出人在焦虑的时候会不由自主地紧张起来，比如攥起拳头、屏住呼吸、收紧肌肉，因此摆平焦虑的另一个好用的方法就是

  “放松术”

  。关于放松的技巧其实有很多：

  深呼吸

  缓慢、深长的呼吸可以使大脑迅速地平静下来。

  渐进式肌肉放松法

  简单的说就是迅速收紧肌肉几秒钟，然后放松，重复几次就会感到轻松。

  体育锻炼

  找到你喜欢的体育运动，比如足球、瑜伽、游泳，通过身体活动释放紧张，燃烧能量，逐渐放松

  脑力锻炼

  比如棋牌类的小游戏。不过有人声称游戏会使他们感到紧张，那就尝试其他方式。

  冥想

  冥想可以迅速地使人与自己重新建立连接，是最好的恢复平静的方式。

  清理

  很多人都有这样的经历，当感觉压力大时，整理房间会使自己放松下来。

  场景切换

  离开让你焦虑的环境，到户外散步、骑行。

  当我们能够利用一些方法控制住焦虑的时候，就可以进入第三步，尝试做自己情绪的主人。

  

  2.3，运用“建立关注点”掌舵情绪。

  第二步骤的作用是使我们降低焦虑，提升活力。如此一来，

  我们就有足够的能量和信心去真正掌控自己的情绪了，为了达到这一目标，我们需要建立新的关注点。

  通常焦虑症患者的关注点全在于焦虑本身。如果我们能将关注点转移到其他事情上，把焦虑忘掉，那就意味着有机会渐渐获得新生。著名的“吸引力法则”揭示了一个基本原理：你越关注什么，就会越获得什么。因此我们为了摆平焦虑，必须建立新的关注点。

  在建立新的关注点时，最重要的是：

  目标单一，而且不要太难。

  我们不妨看一下作者在患广场恐惧症时为自己设定的目标：

  周一：走出大门，在花园呆5分钟，周二：在花园坐10分钟，周三：自己去外面马路上走一走，周四：走进附近商店，周五：进店带上至少一分钟，周六：进店买东西。

  从这个目标表格中我们可以看出：

  为了避免因为达不成目标而导致新的焦虑，作者对于关注点的建立是简单易行，循序渐进的。

  当他在不断达成目标后，会不断提高难度，每次的成功都会使自己获得很强的自我肯定，进而制定更高的目标，并因此进入一个良性循环，最终可以越来越快地走近焦虑平衡的状态。

  当我们已经有能力通过设置目标，使自己接近焦虑再平衡的状态时，似乎已经大功告成了。但此时作者却告诉我们，一切远没有结束。

  

  2.4、运用“10项行动”不断前行。

  还记得作者开篇所言吗——焦虑不存在根治——生活当中还会不断出现状况，而我们也将继续产生焦虑，因此我们要牢记获得平衡的方法，随时运用，使自己始终保持在平衡的状态之下。

  作者在这一部分列出了10项行动，帮助我们保持平衡。它们分别是：

  1、直面焦虑症和抑郁症

  2、检视生活方式（改变坏习惯）

  3、关注环境（家庭环境、社会环境，远离负能量）

  4、控制饮食（多喝水、少吃垃圾食品）

  5、对运动上瘾（定期运动能减少焦虑）

  6、坚持固定日程（规律生活，张弛有度）

  7、为未来打下基础（强化“信自己”的观念）

  8、停止依赖（自己做决定）

  9、解决好服药问题（是否服药，是否停药）

  10、保持平衡（不要停止这些行动）

  说是10项行动，但归根到底其实离不开两件东西：一个是生活方式，一个是心态。

  这10项行动就涵盖在这两样东西当中，它们的顺序并不重要。当焦虑或抑郁再次出现的时候，你可以从上述行动中的任何一项入手，打破不良情绪对你的控制，然后催生出更大的改变。你做得越多，改变就越大，平衡就越容易达成。

  就如一切技能需要练习一样，实现焦虑再平衡也需要不断的实践和练习，通过练习你将找到更适合于你的方法，真正做到与焦虑和平相处。

  总之，《我是怎样摆平焦虑的》这本书告诉我们：

  克服焦虑是我们每个人贯穿一生的课题，因此我们要放弃根治的观念，打消敌对的态度，以平衡为目标，而且永不放弃。最终，任何人都可以通过自助方法摆平焦虑！