光學(xué)設(shè)計和工程光學(xué)是一門古老而又嶄新的學(xué)科。它的古老在于早在戰(zhàn)國時期《墨經(jīng)》就記載了有關(guān)小孔成像的知識。它的嶄新是因?yàn)檫@門學(xué)科隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、計算科學(xué)的進(jìn)步、優(yōu)化工具和評價方法的更新，一直保持著與時俱進(jìn)的先進(jìn)性。目前，已有一大批通用和專業(yè)的設(shè)計軟件，其中以ZEMAX、CODEV、LightTools、TracePro為主要代表。
ZEMAX軟件一經(jīng)問世，以其高可靠性、強(qiáng)大的光學(xué)設(shè)計和仿真分析功能，廣泛應(yīng)用于物鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、投影儀等成像的設(shè)計，近來又應(yīng)用于手機(jī)鏡頭和車燈照明設(shè)計領(lǐng)域。本書選用ZEMAX 2014作為軟件平臺，簡明扼要地闡述了光學(xué)設(shè)計像差和像質(zhì)評價的基本知識，突出計算機(jī)輔助光學(xué)設(shè)計的理念，詳細(xì)講解了ZEMAX軟件在光學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用。
近年來，LED及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展為光學(xué)設(shè)計這個傳統(tǒng)的專業(yè)帶來了生機(jī)和挑戰(zhàn)。從LED芯片發(fā)光效率的提高到器件的二次光學(xué)設(shè)計，以及照明燈具的配光，光學(xué)設(shè)計貫穿LED器件開發(fā)的始終。而且隨著人們對光學(xué)產(chǎn)品高效節(jié)能要求的提高，光學(xué)設(shè)計必將發(fā)揮越來越大的作用。
本書的構(gòu)思及撰寫是整個團(tuán)隊集體努力的結(jié)果，李瀾是各個章節(jié)的主要撰寫人及負(fù)責(zé)整理工作,鄒軍和王鳳超參與了光學(xué)設(shè)計案例相關(guān)章節(jié)的編寫，居家奇參與了非序列光學(xué)設(shè)計的編寫。同事葛堅堅審閱了部分章節(jié)的內(nèi)容，并提供了大量寶貴的建議，楊波波提供了所需要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。上海開玄光電科技有限公司的黃健經(jīng)理提供了一些光學(xué)設(shè)計的案例，上海翰遠(yuǎn)實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司的宣言總經(jīng)理提供了大量的透鏡和資料，愛爾發(fā)科技有限公司上海分公司的由甲工程師提供了部分案例的技術(shù)支持，特靈空調(diào)系統(tǒng)（中國）有限公司的潘熙恒工程師審閱了部分案例，上海太江建設(shè)有限公司的俞劍紅經(jīng)理提供了光源部分的素材。上海東華大學(xué)研究生高文杰給予了軟件方面的支持。感謝我的同事張燦云和孔晉芳在校稿時付出的辛勤勞動，特別感謝南京光研軟件系統(tǒng)有限公司提供的軟件中文使用手冊等最新的資料。
由于編者水平有限，加之時間倉促，書中難免有紕漏之處，敬請讀者批評指正。
編者2018年10月
李瀾,上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)理學(xué)院副教授，主要從事光學(xué)、物理化學(xué)研究。
鄒軍，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)理學(xué)院副教授，研究方向：半導(dǎo)體薄膜制備及分析,半導(dǎo)體器件測試與分析，半導(dǎo)體封裝技術(shù)研究，LED驅(qū)動及應(yīng)用產(chǎn)品研究等。
王鳳超，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)理學(xué)院講師，研究方向：光電材料與器件，LED技術(shù)及應(yīng)用，激光物理。
居家奇，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)理學(xué)院講師，研究方向：光源與照明。
第1章緒論1
1.1光學(xué)設(shè)計簡述1
1.1.1光學(xué)設(shè)計的概念1
1.1.2光學(xué)設(shè)計的一般過程1
1.2光學(xué)設(shè)計軟件3
1.2.1光學(xué)設(shè)計軟件的發(fā)展簡況3
1.2.2常見的光學(xué)設(shè)計軟件簡介3第2章光學(xué)系統(tǒng)的像差8
2.1球差8
2.2彗差12
2.3像散14
2.4場曲（像面彎曲）21
2.5畸變26
2.6色差30第3章像質(zhì)評價36
3.1波像差與瑞利標(biāo)準(zhǔn)36
3.2分辨率37
3.3點(diǎn)列圖37
3.4光學(xué)傳遞函數(shù)41
3.5點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)43
3.6能量分析45
3.7像分析46第4章ZEMAX光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化47
4.1優(yōu)化方法47
4.1.1Global Search和Hammer Optimization區(qū)別47
4.1.2局部優(yōu)化（Optimize）缺點(diǎn)52
4.1.3全局搜索的優(yōu)勢52
4.2評價函數(shù)使用方法55
4.2.1優(yōu)化中的術(shù)語定義55
4.2.2評價函數(shù)方程表達(dá)56
4.2.3波前優(yōu)化方法59
4.2.4光斑尺寸優(yōu)化方法62
4.2.5角譜半徑優(yōu)化方法63
4.3坐標(biāo)斷點(diǎn)66
4.3.1自帶坐標(biāo)斷點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)67
4.3.2坐標(biāo)斷點(diǎn)面的實(shí)現(xiàn)70
4.4多重結(jié)構(gòu)使用方法71
實(shí)例： 模擬元件的變化72第5章ZEMAX公差分析77
5.1公差77
5.1.1誤差來源77
5.1.2公差78
5.1.3公差操作數(shù)79
5.2默認(rèn)公差81
5.2.1表面公差81
5.2.2元件公差83
5.3公差分析三種法則84
5.3.1敏感度分析84
5.3.2反向敏感度分析85
5.3.3蒙特卡羅分析85第6章ZEMAX非序列照明設(shè)計88
6.1非序列模型88
6.1.1非序列光線追擊88
6.1.2面元反射鏡89
6.1.3光源分布90
6.1.4棱鏡95
6.1.5光線分束98
6.1.6散射101
6.1.7衍射光學(xué)元件103
6.1.8相干模擬106
6.1.9吸收分析110
6.2創(chuàng)建一個簡單的非序列系統(tǒng)111
6.2.1建立基本系統(tǒng)112
6.2.2建立反射鏡114
6.2.3建立光源117
6.2.4放置探測器121
6.2.5追擊到達(dá)探測器的分析光線122
6.3混合序列模式及序列轉(zhuǎn)換成純非序列124
6.3.1轉(zhuǎn)換NSC的工具124
6.3.2初始結(jié)構(gòu)125
6.3.3插入非序列光源128
6.3.4放置探測器物體129
6.4非序列系統(tǒng)優(yōu)化134
6.4.1用序列光線優(yōu)化非序列組中的物體134
6.4.2在非序列模式中優(yōu)化光源和探測器135第7章ZEMAX光學(xué)設(shè)計實(shí)例136
7.1單透鏡設(shè)計136
7.1.1單透鏡設(shè)計要求及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置136
7.1.2建立單透鏡的初始結(jié)構(gòu)140
7.1.3單透鏡初次優(yōu)化結(jié)果分析及再優(yōu)化144
7.2雙膠合透鏡設(shè)計148
7.2.1雙膠合透鏡設(shè)計要求及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置148
7.2.2建立雙膠合透鏡的初始結(jié)構(gòu)150
7.2.3設(shè)置變量、優(yōu)化及像質(zhì)評價151
7.2.4玻璃優(yōu)化159
7.3雙高斯照相物鏡設(shè)計162
7.3.1雙高斯照相物鏡設(shè)計要求及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置162
7.3.2查看系統(tǒng)初值及快速聚焦166
7.3.3設(shè)置變量及評價函數(shù)168
7.4掃描振鏡和折光系統(tǒng)設(shè)計174
7.4.1掃描振鏡設(shè)計要求及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置174
7.4.2多重結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)掃描角度設(shè)置及優(yōu)化178
7.5變焦鏡頭設(shè)計184
7.5.1變焦鏡頭設(shè)計的基本原理184
7.5.2變焦鏡頭設(shè)計要求及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置185
7.5.3用多重結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變焦186
7.5.4變焦鏡頭優(yōu)化191參考文獻(xiàn)196
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