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SYNOPSYS 光学系统设计实训教程

内容简介

任何一个光学系统不管用于何处，其作用都是把目标发出的光按仪器工作原理的要求改变它们的传播方向和位置，送入仪器的接收器，从而获得目标的几何形状、能量强弱等各种信息。因此，对光学系统成像性能的要求主要有两个方面：第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质量，即光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。其中，第一方面的光学特性要求主要属于应用光学的讨论范畴，第二方面的成像质量要求则属于光学设计的研究内容。

第 1 章光学系统设计简介　 / 1
1.1 概述　 / 1
1.2 仪器对光学系统的设计要求　 / 1
1.3 光学系统设计过程与步骤　 / 3
1.3.1 光学系统设计的具体过程. 　 / 3
1.2.2 光学设计的设计步骤. 　 / 4
第 2 章光学系统的几何像差　 / 6
2.1 概述. 　 / 6
2.2 球差（Spherical Aberration）　 / 6
2.2.1 球差的定义及表示方法　 / 6
2.2.2 球差的校正　 / 8
2.2.3 SYNOPSYS 中球差的描述　 / 11
2.2.4 球差小结　 / 14
2.3 彗差（Coma Aberration）　 / 14
2.3.1 彗差的定义及表示方法　 / 14
2.3.2 彗差的校正　 / 17
2.3.3 SYNOPSYS 中彗差的描述. 　 / 20
2.3.4 彗差小结　 / 22
2.4 细光束像散（Astigmatism）　 / 23
2.4.1 像散的定义及表示方法　 / 23
2.4.2 像散的校正　 / 25
2.4.3 SYNOPSYS 中像散的描述. 　 / 26
2.4.4 像散小结. 　 / 30
2.5 细光束场曲（Field Curvature）　 / 30
2.5.1 场曲的定义及表示方法. 　 / 30
2.5.2 场曲的校正. 　 / 32
2.5.3 SYNOPSYS 中场曲的描述　 / 35
2.5.4 场曲小结　 / 37
2.6 畸变（Distortion）　 / 37
2.6.1 畸变的定义及表示方法　 / 37
2.6.2 畸变的校正　 / 39
2.6.3 SYNOPSYS 中畸变的描述　 / 40
2.6.4 畸变小结　 / 43
2.7 色差（Color Aberration）　 / 43
2.7.1 位置色差的定义及表示方法　 / 43
2.7.2 位置色差的校正　 / 45
2.7.3 倍率色差的定义及表示方法　 / 46
2.7.4 倍率色差的校正　 / 47
2.7.5 SYNOPSYS 中色差的描述　 / 48
2.7.6 色差小结　 / 51
2.8 像差校正技巧的小结　 / 51
第 3 章光学系统的像质评价及像差公差　 / 54
3.1 概述　 / 54
3.2 分辨率　 / 55
3.3 点列图　 / 56
3.4 光学传递函数　 / 57
3.5 相对畸变　 / 60
3.6 点扩散函数　 / 60
3.7 包围圆能量曲线　 / 61
3.8 光线追迹曲线　 / 63
3.8.1 子午垂轴像差曲线　 / 64
3.8.2 弧矢垂轴像差曲线　 / 65
3.9 光程差　 / 66
3.10 光学系统的像差公差　 / 67
3.10.1 望远物镜和显微物镜的像差公差　 / 68
3.10.2 望远目镜和显微目镜的像差公差　 / 69
3.10.3 照相物镜的像差公差　 / 70
第 4 章基于 SYNOPSYS 软件的光学系统自动设计　 / 72
4.1 概述　 / 72
4.2 SYNOPSYS 优化方法介绍　 / 73
4.3 SYNOPSYS 评价函数使用　 / 76
4.3.1 评价函数的定义　 / 76
4.3.2 SYNOPSYS 中评价函数的使用　 / 77
4.4 SYNOPSYS 优化设计要点　 / 79
第 5 章 SYNOPSYS 操作训练　 / 83
5.1 SYNOPSYS 简介及基本界面介绍　 / 83
5.1.1 引言　 / 83
5.1.2 SYNOPSYS 的基本界面介绍　 / 83
5.2 实训项目 1 　 / 84
5.3 实训项目 2 　 / 93
第 6 章望远系统设计训练　 / 97
6.1 牛顿望远物镜设计　 / 97
6.2 施密特 - 卡塞格林望远镜设计　 / 109
6.3 中继望远镜设计　 / 119
6.4 有多好才算足够好？　 / 121
第 7 章显微系统设计训练　 / 122
7.1 宽光谱超消色差显微镜物镜设计　 / 122
7.2 矢量衍射，偏振　 / 135
第 8 章现代照相系统设计训练　 / 142
8.1 非球面相机系统设计　 / 142
8.2 继续操作　 / 153
8.3 结尾　 / 159
8.4 非球面透镜公差　 / 161
第 9 章红外系统设计训练　 / 164
9.1 近红外透镜设计　 / 164
9.2 设计方法　 / 164
第 10 章激光扩束系统设计训练　 / 171
10.1 带有 kinoform 透镜的激光扩束器设计　 / 171
参考文献　 / 175
附录：Synopsys 的优化宏　 / 176
第一部分：多重结构定义文件。　 / 177
第二部分：PANT 参数控制文件　 / 182
第三部分：像差描述文件（AANT 文件）　 / 187
附录：语法总结　 / 202