現代光學鏡頭設計方法與實例(第2版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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毛文煒著 著

圖書標籤:

• 光學設計
• 鏡頭設計
• 現代光學
• 光學工程
• 光學儀器
• 成像係統
• 設計方法
• 實例分析
• 第二版
• 專業參考書

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111567691

商品編碼：14258152126

齣版時間：2017-07-01

作  者:毛文煒 著 定  價:58 齣 版 社:機械工業齣版社 齣版日期:2017年07月01日 頁  數:365 裝  幀:平裝 ISBN:9787111567691 ●前言
●第1章光學鏡頭優化設計概述
●1.1引言
●1.2光學鏡頭設計中常用優化方法的數學原理
●1.2.1適應法
●1.2.2阻尼最小二乘法
●1.2.3阻尼因子p、權重因子μj和評價函數φ
●1.2.4邊界條件
●第2章簡單鏡頭設計實例
●2.1He—Ne激光光束聚焦物鏡設計
●2.1.1鏡頭片數及玻璃選擇的考慮和初步分析
●2.1.2以“正前凸”型為基礎的高摺射率雙片鏡頭的優化設計
●2.1.3以“負前凸”型為基礎的高摺射率雙片鏡頭的優化設計
●2.1.4以“負前凹”型為基礎的高摺射率雙片鏡頭的優化設計
●2.2激光掃描物鏡設計
●2.2.1自行構造評價函數優化設計激光掃描物鏡
●2.2.2利用ZEMAX程序提供的默認評價函數優化設計激光掃描物鏡
●2.3—5×顯微物鏡設計
●2.3.1依據初級像差理論求解初始結構
●2.3.2—5×顯微物鏡的優化設計例1
●部分目錄

內容簡介

本書是為初學光學鏡頭優化設計的研究生或高年級本科生編寫的一本教材，本書內容共分5章：光學鏡頭的優化設計；簡單光學鏡頭的優化設計實例；三片鏡頭的優化設計實例；中等復雜鏡頭的優化設計實例；非球麵光學鏡頭的優化設計實例。書中列有20餘個光學鏡頭的優化設計實例，鏡頭不按通常的使用範疇歸類劃分，而是按它們的結構由簡單到復雜的順序介紹優化設計過程，這樣優化設計過程的介紹大體也就按照由易到難的順序進行瞭。與講述光學鏡頭設計的傳統書籍不同，書中所列的每一個優化設計例子，都列有詳細的優化設計過程，都可以追蹤復現。 光學鏡頭的設計既是科學又是藝術和技巧. 它是科學. 因為設計者們在用數學和科學定律(幾何光學和物理光學) 來度量和量化設計. 它是藝術與技巧. 因為各種有效結果常常取決於設計者的個人選擇. 如果把一個鏡頭設計問題交給１２ 個不同的設計師. 往往會得到１２ 種不同的設計結果. 這是因為光學鏡頭的設計問題與常見的學術性問題是根本不同的.典型的教科書例題都有定義好的輸入量和一個正確答案. 與之相反. 光學鏡頭設計問題通常都嚴重地定義不足. 並且可能有許多差彆很大的解. 這說明. 光學鏡頭的設計是一項實踐性極強的工作.對於現代光學鏡頭設計而言. 其優化設計仍然是一件復雜的事情. 有人計算過. 一個有１５ 個變量等

好的，以下是一份關於《現代光學係統設計與分析》的圖書簡介，內容詳實，旨在介紹該領域的核心概念、技術與應用，但完全不涉及您提到的《現代光學鏡頭設計方法與實例(第2版)》的具體內容。 --- 《現代光學係統設計與分析》：從基礎理論到前沿實踐 內容概述 本書係統性地闡述瞭現代光學係統設計的核心原理、關鍵技術以及工程實踐中的分析方法。麵對日益復雜的光學應用需求，從基礎的幾何光學到先進的物理光學、非球麵光學設計，再到係統集成與公差分析，本書提供瞭一個全麵而深入的知識框架。它不僅是光學工程專業學生和初級工程師的入門指南，也是資深設計人員參考前沿技術和深化理解的專業手冊。 本書的結構設計遵循瞭從理論基礎到具體應用的邏輯路徑，確保讀者能夠紮實地掌握設計工具背後的物理原理，並能靈活運用現代設計軟件（如 ZEMAX, CODE V 等）解決實際問題。 第一部分：光學係統基礎理論與幾何光學 本部分奠定瞭理解復雜光學係統的基石，重點剖析瞭光綫在介質中傳播的規律及其在係統設計中的應用。 第一章：光的傳播與成像基礎 詳細迴顧瞭電磁波理論與幾何光學的基本假設，探討瞭摺射和反射定律的物理內涵。深入分析瞭斯涅爾定律在不同界麵上的應用，並引入瞭光束的傳播矢量概念。重點講解瞭成像的基本概念，如物方和像方空間、光瞳、光圈、場點等關鍵術語的精確定義及其在係統分析中的作用。 第二章：成像係統的基本參數與評價 係統介紹瞭描述光學係統性能的核心參數，包括焦距、後截距、數值孔徑（NA）、視場角（FOV）、放大率等。著重分析瞭係統畸變、像散、場麯等幾何像差的來源和量化方法。引入瞭人眼對分辨率的敏感度模型，為後續的係統性能判據設定瞭工程基準。 第三章：單鏡片與組閤鏡組的幾何設計 本章聚焦於基礎光學元件的設計與優化。探討瞭平麵鏡、棱鏡（如阿米奇棱鏡、五棱鏡）和透鏡（雙凸、平凸、彎月形等）的麯率確定方法。詳細分析瞭利用組閤透鏡（如消色差雙膠閤透鏡）校正色差的基本原理，並介紹瞭如何通過調整鏡片間隔來優化特定工作點的性能。 第二部分：物理光學與像質評價 幾何光學忽略瞭光的波動性，這在分析衍射、乾涉和係統分辨率時是不夠的。本部分將視角轉嚮物理光學，引入瞭更精確的像質評價手段。 第四章：衍射與光學係統的分辨率極限 深入講解瞭光的衍射現象，包括單縫衍射、圓孔衍射（艾裏斑）。基於傅裏葉光學原理，推導瞭光學係統的點擴散函數（PSF）和綫擴散函數（LSF）。詳細闡述瞭艾裏判據和瑞利判據的工程意義，並分析瞭係統分辨率受限於衍射極限或機械結構限製（如係統尺寸）的情況。 第五章：調製傳遞函數（MTF）與像質客觀評價 調製傳遞函數（MTF）是現代光學係統設計的核心評價指標。本章詳細介紹瞭空間頻率、對比度（調製度）的概念，並推導瞭理想光學係統的MTF錶達式。重點講解瞭如何利用傅裏葉變換關係，計算包含像差、遮攔和係統截止頻率影響的綜閤MTF。討論瞭不同頻率下的MTF麯綫對圖像細節重現能力的指示作用。 第六章：光瞳函數與像差的波動光學分析 將像差分析提升到波動光學層麵。介紹瞭傍軸區域和離軸區域的波前像差函數（WFE）的建立。係統闡述瞭澤尼剋（Zernike）多項式在描述和量化像差中的應用，以及如何通過計算傍軸波前誤差來預測係統的實際MTF性能，尤其是在考慮離軸像差（如彗差、像散和場麯）時。 第三部分：現代光學係統設計方法 本部分是全書的核心，介紹瞭實現高性能光學係統所依賴的現代設計策略和優化技術。 第七章：成像係統設計流程與優化策略 概述瞭從規格定義到最終交付的完整光學設計流程：需求分析、初始結構選型、像差控製、優化迭代和公差分析。重點介紹瞭現代優化算法（如全局搜索、局部阻尼最小二乘法）在求解復雜多變量優化目標中的應用。討論瞭如何設定閤理的評價函數（Merit Function）以平衡係統性能、尺寸和成本。 第八章：非球麵光學元件的設計與實現 非球麵透鏡是現代光學係統實現緊湊化、高性能的關鍵技術。本章詳細解析瞭非球麵的一般方程及其在不同坐標係下的錶達形式。講解瞭利用非球麵校正軸上和離軸像差的優勢，並分析瞭非球麵加工的難度與挑戰。介紹瞭通過自由麯麵（Freeform Surfaces）技術突破傳統限製的前沿設計思想。 第九章：變倍與變焦係統設計 變焦光學係統在變焦相機、監控和光電瞄準係統中至關重要。本章係統地介紹瞭變倍係統的基本結構（如共軛變焦、補償變焦），並著重講解瞭如何應用卡爾曼方程或軌跡追蹤法來確定變倍組的運動規律，確保在整個變倍範圍內焦麵位置的穩定性和像差的控製。 第四部分：工程應用與係統分析 本部分將理論設計轉化為可製造、可實現的工程産品，側重於係統集成、環境適應性和製造約束。 第十章：公差分析與係統容差化設計 一個優秀的設計必須是可製造的。本章詳細闡述瞭公差分析的重要性，區分瞭元件公差（如麯率半徑、厚度、材料摺射率）和裝配公差（如元件定位誤差）。係統介紹瞭濛特卡洛法和靈敏度分析法在評估係統對製造和裝配誤差敏感度的應用，並指導讀者如何根據公差分析結果反嚮調整初始設計，以達到成本與性能的最佳平衡。 第十一章：環境適應性與應力分析 光學係統在實際工作環境中會受到溫度變化、振動和衝擊的影響。本章分析瞭溫度變化對光學元件尺寸、材料摺射率和裝配結構的影響，並介紹瞭如何應用熱力學設計原理（如使用零熱膨脹材料或設計補償結構）來維持係統性能的穩定性。探討瞭有限元分析（FEA）在預測裝夾應力對光學錶麵形貌影響中的作用。 第十二章：先進光學係統案例分析 通過對幾種典型現代光學係統的深入剖析，展示設計原理的綜閤應用。案例可能包括：高分辨率顯微物鏡設計、遠心光瞳成像係統、大視場頭戴顯示係統（HMD）的關鍵挑戰與解決方案。每個案例都將詳細討論規格設定、核心像差校正技術和最終的工程優化選擇。 --- 適用讀者對象： 光學工程、精密儀器、物理學專業的研究生及高年級本科生。 從事光電係統、儀器儀錶、醫療影像、半導體光刻等領域的設計工程師、研發人員。 希望係統學習和提升光學設計技能的工程師和技術人員。 本書特點： 理論深度與工程實用性的完美結閤： 不僅講解“是什麼”，更注重“如何做”。 方法論的強調： 係統介紹從設計起點到公差確認的完整工程流程。 全麵覆蓋： 涵蓋幾何光學、物理光學、像質評價和工程實現四大核心模塊。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言組織充滿瞭老派學者的風範，用詞精準且極少使用網絡流行語或過於口語化的錶達，給人一種莊重可靠的感覺。它並沒有試圖用花哨的比喻來簡化復雜概念，而是選擇用最直接、最本質的數學語言來描述現象。我印象最深的是其中對衍射光學元件（DOE）的波前調製原理的闡述，作者用非常精妙的幾何光學類比，輔助理解瞭菲涅耳波帶片的設計，使得原本晦澀的傅裏葉光學概念變得更容易被直覺所捕捉。雖然閱讀速度相對較慢，需要投入大量專注力，但每一次“豁然開朗”的體驗都證明瞭這種投入是值得的。這本書是那種你需要安靜下來，關掉手機，纔能真正與之對話的作品。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期在非光學領域從事儀器開發的研究人員，我發現這本書在工具和軟件層麵的介紹雖然沒有直接給齣代碼，但它對不同設計流程的描述，比如從初步指標設定到參數迭代的整個流程，提供瞭一個非常清晰的“思維框架”。我尤其欣賞其中關於係統集成與公差分析的章節，它教會我如何將理想化的光學模型與現實世界的製造限製和環境變化聯係起來。書中強調瞭“設計不是一次性的任務，而是一個持續的迭代過程”，這極大地修正瞭我過去那種“一次設計成功”的綫性思維定勢。這種對工程全生命周期的關照，讓這本書的價值超越瞭純粹的光學理論本身，更像是一本高級的項目管理和工程決策指南。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘述風格非常嚴謹，字裏行間透露著一種對科學的敬畏感。作者在闡述每一個設計步驟時，都會首先追溯其背後的物理基礎和數學推導，邏輯鏈條清晰得如同精密的機械結構。我花瞭很長時間去理解其中關於自由麯麵光學元件的優化方法，書中不僅詳細介紹瞭Zernike多項式和波前像差的錶達，還清晰地指齣瞭不同優化算法在收斂速度和全局最優解獲取上的優劣。這種層層遞進的論證過程，對於希望從“會用軟件”提升到“理解原理並能獨立創新”的工程師來說，無疑是巨大的財富。讀完一個章節，我常常需要停下來，反復咀嚼那些關鍵的數學錶達，纔能真正體會到其設計的精妙之處。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計實在是讓人眼前一亮，那種沉穩的深藍色調配上燙金的字體，握在手裏就有一種專業書籍的厚重感。書頁的紙張質感也相當不錯，印刷清晰，墨色濃鬱，長時間閱讀下來眼睛也不會感到疲勞。我特彆欣賞作者在排版上的用心，圖文的搭配非常閤理，復雜的公式和示意圖總能找到最直觀的呈現方式，讓人在啃那些硬核技術內容時，不至於迷失在密密麻麻的文字和符號中。比如，在介紹像差校正的章節裏，那些色彩豐富的像差分布圖，配閤簡潔的文字解釋，一下子就讓抽象的理論變得立體起來。總的來說，這本書在硬件和軟件的結閤上，展現瞭極高的水準，看得齣齣版社在製作上是下瞭大功夫的，絕對是值得收藏的精品。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的深度和廣度感到非常驚喜。它不像某些入門書籍那樣浮於錶麵，隻是簡單羅列一些基本原理，而是真正深入到瞭現代光學係統設計的前沿。作者沒有停留在經典的傍軸光學理論，而是花瞭大量的篇幅去講解離軸係統的設計挑戰與應對策略，這對於我目前正在進行的高端成像係統項目來說，簡直是雪中送炭。更難得的是，書中的例子並非空中樓閣，而是緊密結閤瞭實際工程應用中的痛點，比如如何平衡MTF、如何處理公差和裝調問題。那種將理論與實踐無縫銜接的敘事方式，非常流暢自然，讓我感覺這不是一本教科書，而是一位經驗豐富的前輩在手把手地傳授他多年積纍的“獨門秘籍”。這種務實的態度，是很多理論書籍所欠缺的。