光学设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　《光学设计》系统地论述了光学设计的基本理论及设计方法，重点介绍了具有普遍意义的典型光学系统有关设计内容，以阐明光学设计中带有共性的问题，并列举了一些科研设计实例总结出来供大家参考。
　　《光学设计》可供高等工科院校测控技术与仪器专业及光电信息工程专业师生使用，同时也可供从事光学系统及光电仪器的研究、设计、制造和系统开发的工程技术人员学习和参考。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 光学设计的发展概况
1．1．1 光学设计概述
1．1．2 光学设计的发展概况
1．2 光学系统设计的具体过程和步骤
1．2．1 光学系统设计的具体过程
1．2．2 光学系统设计步骤
1．3 光学仪器对光学系统性能与质量的要求

第2章 像差综述
2．1 轴上点球差
2．1．1 球差的定义和表示方法
2．1．2 球差的校正
2．2 正弦差及彗差
2．2．1 正弦差
2．2．2 彗差
2．3 像散与像面弯曲（场曲）
2．3．1 像散
2．3．2 像面弯曲（场曲）和轴外球差
2．4 畸变
2．5 色差
2．5．1 位置色差、色球差和二级光谱
2．5．2 倍率色差
2．6 波像差

第3章 光学系统的像质评价和像差容限
3．1 几何像差的曲线表示
3．1．1 独立几何像差的曲线表示
3．1．2 垂轴几何像差曲线（像差特征曲线）
3．2 瑞利判断和中心点亮度
3．2．1 瑞利判断
3．2．2 中心点亮度
3．3 分辨率
3．4 点列图
3．5 光学传递函数评价成像质量
3．5．1 利用MTF曲线评价成像质量
3．5．2 利用MTF曲线的积分值评价成像质量
3．6 其他像质评价方法
3．6．1 基于几何光学的方法
3．6．2 基于衍射理论的方法
3．6．3 其他需要评价的成像质量
3．7 光学系统的像差公差
3．7．1 望远物镜和显微物镜的像差公差
3．7．2 望远目镜和显微目镜的像差公差
3．7．3 照相物镜的像差公差

第4章 光学系统的外形尺寸计算
4．1 典型光学零件和部件的外形尺寸计算
4．1．1 光路计算公式
4．1．2 任意光束截面的渐晕系数
4．1．3 棱镜转像系统
4．1．4 透镜转像系统
4．1．5 场镜的计算
4．1．6 目镜的视度调节
4．2 典型光学系统外形尺寸计算
4．2．1 开普勒望远镜的外形尺寸计算
4．2．2 伽利略望远镜的外形尺寸计算
4．2．3 具有透镜转像系统的望远系统外形尺寸计算
4．2．4 具有棱镜转像系统的望远系统外形尺寸计算
4．2．5 内调焦望远物镜的外形尺寸计算
4．2．6 生物显微镜的外形尺寸计算
4．2．7 读数显微镜的外形尺寸计算
4．2．8 投影系统的外形尺寸计算

第5章 光学系统的初始结构计算方法
5．1 代数法（解析法或PW法）
5．1．1 PW形式的初级像差系数
5．1．2 薄透镜系统初级像差的PW表达式
5．1．3 薄透镜系统的基本像差参量
……

第6章 望远物镜设计
第7章 显微镜物镜设计
第8章 目镜设计
第9章 照相物镜设计
第10章 照明光学系统设计
第11章 轴对称非球面设计概述
第12章 夜视仪器的光学系统
第13章 光学设计软件ZEMAX简介
第14章 光学制图

附录A 透镜参数表
附录B 图例
附录C 材料的应力双折射及非均匀性
附录D 表面结构的公差

参考文献

前言/序言

好的，以下是一份关于一本名为《光电系统集成与应用》的图书简介，力求详细、专业，且不涉及任何关于“光学设计”的内容。 --- 图书简介：《光电系统集成与应用》 导言：迈向智能化光电器件的融合之路 在当代高新技术领域，光电系统已不再是简单的光信号采集与处理的组合，而是高度集成、复杂协同的智能系统。从深空探测、高精度测绘到先进医疗成像，再到消费电子中的增强现实（AR）与虚拟现实（VR），其核心驱动力在于光、电、机械结构乃至信息处理技术的无缝集成。《光电系统集成与应用》一书，正是立足于这一时代背景，全面深入地探讨如何将分散的光学元件、精密电子线路、高性能传感器以及复杂的控制算法融合成一个稳定、高效、可靠的整体系统。 本书旨在为光机电一体化工程师、系统架构师、高新技术研发人员以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一套系统化的、强调实践操作的理论框架与工程指南。我们摒弃了对单一光学元件或基础电子学理论的冗余叙述，而是将重点聚焦于系统层面的设计哲学、接口定义、信号完整性管理以及跨学科的协同优化策略。 第一部分：光电系统集成基础与架构设计 本部分奠定了光电系统集成的核心概念和系统化思维。 1.1 系统需求分解与功能映射： 详细阐述了如何将宏观的用户需求（如分辨率、帧率、功耗预算、环境适应性）层层分解，并精确映射到系统的子模块，包括光学前端、光电转换前端（PD/CCD/CMOS）、信号调理电路（ASIC/FPGA）、以及嵌入式控制单元。重点讨论了帕累托前沿分析在系统预算分配中的应用，确保在设计空间内找到最优解。 1.2 跨学科接口定义与标准化： 集成项目的核心挑战在于不同专业领域的“语言”对接。本章深入探讨了关键的物理与逻辑接口： 热机械接口（TMC）： 讨论了如何通过有限元分析（FEA）预估结构形变对光路定位的影响，并设计热补偿机制，特别是针对空间或极端温度环境下的系统稳定性要求。 电磁兼容性（EMC/EMI）： 详述了如何设计PCB布局、屏蔽层和滤波网络，以确保高速数字信号与灵敏的模拟/光信号通道之间的隔离度，这是高信噪比系统设计的基石。 数据协议与总线架构： 对比分析了高速串行接口（如PCIe, MIPI C-PHY/D-PHY）与传统并行总线在系统数据吞吐量和延迟控制上的优劣，并提供了系统级数据流建模方法。 1.3 模块化与可重构系统设计： 介绍现代光电设备趋向于模块化和即插即用（Hot-Swappable）的趋势。内容包括：通用化接口规范的制定、基于FPGA的硬件抽象层（HAL）设计，以及如何通过软件定义接口（SDI）实现系统的快速迭代和功能升级，无需进行大规模的物理返工。 第二部分：光电转换与信号调理的深度优化 本部分聚焦于光信号转化为可用电信号后的处理链，强调提高信号质量与系统效率。 2.1 图像传感器与前端电子学： 深入分析了CMOS图像传感器（CIS）的噪声源（如暗电流、读取噪声、固定模式噪声）及其对系统性能的限制。重点讨论了片上信号调理电路（On-Chip Conditioning Circuitry）的设计策略，包括增益级（PGA）的选择、多通道同步技术，以及低噪声放大器的布局技巧，以最大限度保留来自光子激发产生的微弱电荷信息。 2.2 数字化与高速数据链路： 系统地介绍了模数转换器（ADC）的选择标准，不仅关注有效位数（ENOB），更关注其在实际工作频率下的实时性能。针对高带宽系统，详细阐述了数据编码、误码率（BER）测试与恢复（CDR）的原理与工程实践，确保数据在长距离或高干扰通道传输中的准确性。 2.3 功耗管理与热设计集成： 在便携式或空间受限的光电设备中，功耗是决定寿命和稳定性的关键因素。本章结合电源管理单元（PMU）的设计，讨论了动态电压和频率调节（DVFS）在光电成像流程中的应用，实现了在不牺牲关键性能指标的前提下，实现系统级的能效优化。同时，探讨了如何将热导材料（TIMs）和微流控冷却技术与敏感光电器件进行可靠的热界面集成。 第三部分：嵌入式控制、状态监测与系统验证 集成系统的最终目标是可靠的自动化运行和可维护性。 3.1 实时控制与反馈回路： 讨论了光电设备中常见的闭环控制系统，如主动对准（Active Alignment）、光束稳定化以及温度漂移补偿。详细介绍了基于FPGA的硬件加速控制策略，用以实现毫秒级甚至微秒级的反馈响应，远超通用CPU的实时性要求。 3.2 系统健康监测（SHM）与预测性维护： 为了提升复杂系统的可靠性，本章引入了系统健康监测的概念。内容包括：集成非侵入式传感器（如温度、电压基准、振动传感器）到系统中；开发算法实时评估关键模块（如激光器寿命、探测器量子效率退化）；并构建预测模型，在故障发生前发出预警。 3.3 综合系统测试与验收标准： 强调系统级验证的重要性，这超越了单一模块的参数测试。本章提供了端到端（E2E）的系统性能评估流程，包括：建立标准化的测试目标场景、设计模拟真实工作环境的应力测试（如高低温循环、振动冲击），以及如何使用统计过程控制（SPC）方法来界定产品的合格出厂标准。 结语 《光电系统集成与应用》不仅仅是一本技术手册，更是一部系统工程方法的实践指南。通过对跨学科挑战的系统化剖析，本书致力于培养读者将分散的技术要素高效、可靠地整合成具有强大功能和优异性能的整体光电系统的能力。读者将掌握从概念设计到最终验证的完整工程流程，为未来尖端光电设备的研发奠定坚实基础。