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 2026

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。