现代光学镜头设计方法与实例(第2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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毛文炜著 著

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• 实例分析
• 第二版
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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111567691

商品编码：14258152126

出版时间：2017-07-01

作  者:毛文炜 著 定  价:58 出 版 社:机械工业出版社 出版日期:2017年07月01日 页  数:365 装  帧:平装 ISBN:9787111567691 ●前言
●第1章光学镜头优化设计概述
●1.1引言
●1.2光学镜头设计中常用优化方法的数学原理
●1.2.1适应法
●1.2.2阻尼最小二乘法
●1.2.3阻尼因子p、权重因子μj和评价函数φ
●1.2.4边界条件
●第2章简单镜头设计实例
●2.1He—Ne激光光束聚焦物镜设计
●2.1.1镜头片数及玻璃选择的考虑和初步分析
●2.1.2以“正前凸”型为基础的高折射率双片镜头的优化设计
●2.1.3以“负前凸”型为基础的高折射率双片镜头的优化设计
●2.1.4以“负前凹”型为基础的高折射率双片镜头的优化设计
●2.2激光扫描物镜设计
●2.2.1自行构造评价函数优化设计激光扫描物镜
●2.2.2利用ZEMAX程序提供的默认评价函数优化设计激光扫描物镜
●2.3—5×显微物镜设计
●2.3.1依据初级像差理论求解初始结构
●2.3.2—5×显微物镜的优化设计例1
●部分目录

内容简介

本书是为初学光学镜头优化设计的研究生或高年级本科生编写的一本教材，本书内容共分5章：光学镜头的优化设计；简单光学镜头的优化设计实例；三片镜头的优化设计实例；中等复杂镜头的优化设计实例；非球面光学镜头的优化设计实例。书中列有20余个光学镜头的优化设计实例，镜头不按通常的使用范畴归类划分，而是按它们的结构由简单到复杂的顺序介绍优化设计过程，这样优化设计过程的介绍大体也就按照由易到难的顺序进行了。与讲述光学镜头设计的传统书籍不同，书中所列的每一个优化设计例子，都列有详细的优化设计过程，都可以追踪复现。 光学镜头的设计既是科学又是艺术和技巧. 它是科学. 因为设计者们在用数学和科学定律(几何光学和物理光学) 来度量和量化设计. 它是艺术与技巧. 因为各种有效结果常常取决于设计者的个人选择. 如果把一个镜头设计问题交给１２ 个不同的设计师. 往往会得到１２ 种不同的设计结果. 这是因为光学镜头的设计问题与常见的学术性问题是根本不同的.典型的教科书例题都有定义好的输入量和一个正确答案. 与之相反. 光学镜头设计问题通常都严重地定义不足. 并且可能有许多差别很大的解. 这说明. 光学镜头的设计是一项实践性极强的工作.对于现代光学镜头设计而言. 其优化设计仍然是一件复杂的事情. 有人计算过. 一个有１５ 个变量等

好的，以下是一份关于《现代光学系统设计与分析》的图书简介，内容详实，旨在介绍该领域的核心概念、技术与应用，但完全不涉及您提到的《现代光学镜头设计方法与实例(第2版)》的具体内容。 --- 《现代光学系统设计与分析》：从基础理论到前沿实践 内容概述 本书系统性地阐述了现代光学系统设计的核心原理、关键技术以及工程实践中的分析方法。面对日益复杂的光学应用需求，从基础的几何光学到先进的物理光学、非球面光学设计，再到系统集成与公差分析，本书提供了一个全面而深入的知识框架。它不仅是光学工程专业学生和初级工程师的入门指南，也是资深设计人员参考前沿技术和深化理解的专业手册。 本书的结构设计遵循了从理论基础到具体应用的逻辑路径，确保读者能够扎实地掌握设计工具背后的物理原理，并能灵活运用现代设计软件（如 ZEMAX, CODE V 等）解决实际问题。 第一部分：光学系统基础理论与几何光学 本部分奠定了理解复杂光学系统的基石，重点剖析了光线在介质中传播的规律及其在系统设计中的应用。 第一章：光的传播与成像基础 详细回顾了电磁波理论与几何光学的基本假设，探讨了折射和反射定律的物理内涵。深入分析了斯涅尔定律在不同界面上的应用，并引入了光束的传播矢量概念。重点讲解了成像的基本概念，如物方和像方空间、光瞳、光圈、场点等关键术语的精确定义及其在系统分析中的作用。 第二章：成像系统的基本参数与评价 系统介绍了描述光学系统性能的核心参数，包括焦距、后截距、数值孔径（NA）、视场角（FOV）、放大率等。着重分析了系统畸变、像散、场曲等几何像差的来源和量化方法。引入了人眼对分辨率的敏感度模型，为后续的系统性能判据设定了工程基准。 第三章：单镜片与组合镜组的几何设计 本章聚焦于基础光学元件的设计与优化。探讨了平面镜、棱镜（如阿米奇棱镜、五棱镜）和透镜（双凸、平凸、弯月形等）的曲率确定方法。详细分析了利用组合透镜（如消色差双胶合透镜）校正色差的基本原理，并介绍了如何通过调整镜片间隔来优化特定工作点的性能。 第二部分：物理光学与像质评价 几何光学忽略了光的波动性，这在分析衍射、干涉和系统分辨率时是不够的。本部分将视角转向物理光学，引入了更精确的像质评价手段。 第四章：衍射与光学系统的分辨率极限 深入讲解了光的衍射现象，包括单缝衍射、圆孔衍射（艾里斑）。基于傅里叶光学原理，推导了光学系统的点扩散函数（PSF）和线扩散函数（LSF）。详细阐述了艾里判据和瑞利判据的工程意义，并分析了系统分辨率受限于衍射极限或机械结构限制（如系统尺寸）的情况。 第五章：调制传递函数（MTF）与像质客观评价 调制传递函数（MTF）是现代光学系统设计的核心评价指标。本章详细介绍了空间频率、对比度（调制度）的概念，并推导了理想光学系统的MTF表达式。重点讲解了如何利用傅里叶变换关系，计算包含像差、遮拦和系统截止频率影响的综合MTF。讨论了不同频率下的MTF曲线对图像细节重现能力的指示作用。 第六章：光瞳函数与像差的波动光学分析 将像差分析提升到波动光学层面。介绍了傍轴区域和离轴区域的波前像差函数（WFE）的建立。系统阐述了泽尼克（Zernike）多项式在描述和量化像差中的应用，以及如何通过计算傍轴波前误差来预测系统的实际MTF性能，尤其是在考虑离轴像差（如彗差、像散和场曲）时。 第三部分：现代光学系统设计方法 本部分是全书的核心，介绍了实现高性能光学系统所依赖的现代设计策略和优化技术。 第七章：成像系统设计流程与优化策略 概述了从规格定义到最终交付的完整光学设计流程：需求分析、初始结构选型、像差控制、优化迭代和公差分析。重点介绍了现代优化算法（如全局搜索、局部阻尼最小二乘法）在求解复杂多变量优化目标中的应用。讨论了如何设定合理的评价函数（Merit Function）以平衡系统性能、尺寸和成本。 第八章：非球面光学元件的设计与实现 非球面透镜是现代光学系统实现紧凑化、高性能的关键技术。本章详细解析了非球面的一般方程及其在不同坐标系下的表达形式。讲解了利用非球面校正轴上和离轴像差的优势，并分析了非球面加工的难度与挑战。介绍了通过自由曲面（Freeform Surfaces）技术突破传统限制的前沿设计思想。 第九章：变倍与变焦系统设计 变焦光学系统在变焦相机、监控和光电瞄准系统中至关重要。本章系统地介绍了变倍系统的基本结构（如共轭变焦、补偿变焦），并着重讲解了如何应用卡尔曼方程或轨迹追踪法来确定变倍组的运动规律，确保在整个变倍范围内焦面位置的稳定性和像差的控制。 第四部分：工程应用与系统分析 本部分将理论设计转化为可制造、可实现的工程产品，侧重于系统集成、环境适应性和制造约束。 第十章：公差分析与系统容差化设计 一个优秀的设计必须是可制造的。本章详细阐述了公差分析的重要性，区分了元件公差（如曲率半径、厚度、材料折射率）和装配公差（如元件定位误差）。系统介绍了蒙特卡洛法和灵敏度分析法在评估系统对制造和装配误差敏感度的应用，并指导读者如何根据公差分析结果反向调整初始设计，以达到成本与性能的最佳平衡。 第十一章：环境适应性与应力分析 光学系统在实际工作环境中会受到温度变化、振动和冲击的影响。本章分析了温度变化对光学元件尺寸、材料折射率和装配结构的影响，并介绍了如何应用热力学设计原理（如使用零热膨胀材料或设计补偿结构）来维持系统性能的稳定性。探讨了有限元分析（FEA）在预测装夹应力对光学表面形貌影响中的作用。 第十二章：先进光学系统案例分析 通过对几种典型现代光学系统的深入剖析，展示设计原理的综合应用。案例可能包括：高分辨率显微物镜设计、远心光瞳成像系统、大视场头戴显示系统（HMD）的关键挑战与解决方案。每个案例都将详细讨论规格设定、核心像差校正技术和最终的工程优化选择。 --- 适用读者对象： 光学工程、精密仪器、物理学专业的研究生及高年级本科生。 从事光电系统、仪器仪表、医疗影像、半导体光刻等领域的设计工程师、研发人员。 希望系统学习和提升光学设计技能的工程师和技术人员。 本书特点： 理论深度与工程实用性的完美结合： 不仅讲解“是什么”，更注重“如何做”。 方法论的强调： 系统介绍从设计起点到公差确认的完整工程流程。 全面覆盖： 涵盖几何光学、物理光学、像质评价和工程实现四大核心模块。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计实在是让人眼前一亮，那种沉稳的深蓝色调配上烫金的字体，握在手里就有一种专业书籍的厚重感。书页的纸张质感也相当不错，印刷清晰，墨色浓郁，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。我特别欣赏作者在排版上的用心，图文的搭配非常合理，复杂的公式和示意图总能找到最直观的呈现方式，让人在啃那些硬核技术内容时，不至于迷失在密密麻麻的文字和符号中。比如，在介绍像差校正的章节里，那些色彩丰富的像差分布图，配合简洁的文字解释，一下子就让抽象的理论变得立体起来。总的来说，这本书在硬件和软件的结合上，展现了极高的水准，看得出出版社在制作上是下了大功夫的，绝对是值得收藏的精品。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期在非光学领域从事仪器开发的研究人员，我发现这本书在工具和软件层面的介绍虽然没有直接给出代码，但它对不同设计流程的描述，比如从初步指标设定到参数迭代的整个流程，提供了一个非常清晰的“思维框架”。我尤其欣赏其中关于系统集成与公差分析的章节，它教会我如何将理想化的光学模型与现实世界的制造限制和环境变化联系起来。书中强调了“设计不是一次性的任务，而是一个持续的迭代过程”，这极大地修正了我过去那种“一次设计成功”的线性思维定势。这种对工程全生命周期的关照，让这本书的价值超越了纯粹的光学理论本身，更像是一本高级的项目管理和工程决策指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述风格非常严谨，字里行间透露着一种对科学的敬畏感。作者在阐述每一个设计步骤时，都会首先追溯其背后的物理基础和数学推导，逻辑链条清晰得如同精密的机械结构。我花了很长时间去理解其中关于自由曲面光学元件的优化方法，书中不仅详细介绍了Zernike多项式和波前像差的表达，还清晰地指出了不同优化算法在收敛速度和全局最优解获取上的优劣。这种层层递进的论证过程，对于希望从“会用软件”提升到“理解原理并能独立创新”的工程师来说，无疑是巨大的财富。读完一个章节，我常常需要停下来，反复咀嚼那些关键的数学表达，才能真正体会到其设计的精妙之处。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言组织充满了老派学者的风范，用词精准且极少使用网络流行语或过于口语化的表达，给人一种庄重可靠的感觉。它并没有试图用花哨的比喻来简化复杂概念，而是选择用最直接、最本质的数学语言来描述现象。我印象最深的是其中对衍射光学元件（DOE）的波前调制原理的阐述，作者用非常精妙的几何光学类比，辅助理解了菲涅耳波带片的设计，使得原本晦涩的傅里叶光学概念变得更容易被直觉所捕捉。虽然阅读速度相对较慢，需要投入大量专注力，但每一次“豁然开朗”的体验都证明了这种投入是值得的。这本书是那种你需要安静下来，关掉手机，才能真正与之对话的作品。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的深度和广度感到非常惊喜。它不像某些入门书籍那样浮于表面，只是简单罗列一些基本原理，而是真正深入到了现代光学系统设计的前沿。作者没有停留在经典的傍轴光学理论，而是花了大量的篇幅去讲解离轴系统的设计挑战与应对策略，这对于我目前正在进行的高端成像系统项目来说，简直是雪中送炭。更难得的是，书中的例子并非空中楼阁，而是紧密结合了实际工程应用中的痛点，比如如何平衡MTF、如何处理公差和装调问题。那种将理论与实践无缝衔接的叙事方式，非常流畅自然，让我感觉这不是一本教科书，而是一位经验丰富的前辈在手把手地传授他多年积累的“独门秘籍”。这种务实的态度，是很多理论书籍所欠缺的。