现代光学镜头设计方法与实例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:毛文炜

出品人:

页数:378

译者:

出版时间:2013-4

价格:56.00元

装帧:

isbn号码:9787111419488

丛书系列:

图书标签:

• 光学
• 专业
• 光学设计
• 镜头设计
• 现代光学
• 光学工程
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• 成像系统
• 设计方法
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• 光线追迹
• Zemax

现代光学系统设计与前沿技术 本书简介 本书旨在为光学工程师、物理学家以及相关领域的研究人员提供一个全面且深入的视角，探讨现代光学系统的设计原理、关键技术及其在实际应用中的挑战与前沿进展。全书内容覆盖了从基础的光学理论到复杂的系统集成，强调理论与实践的紧密结合。 第一部分：光学系统设计基础与理论 第一章：光学系统设计概述与流程 本章首先界定了现代光学系统的范畴，涵盖了成像、照明、传感及激光应用等主要类型。详细阐述了完整的光学系统设计流程，包括需求定义、指标设定、初步概念设计、详细设计、优化与公差分析等关键步骤。特别强调了在设计初期如何平衡性能、成本与制造可行性之间的关系。内容涵盖了对光学系统性能评估的基本工具和方法，如MTF（调制传递函数）、容差和像差的初步分析。 第二章：几何光学与像差理论的深入探讨 本章深入复习和拓展了几何光学的核心概念，如光线追迹、矩阵光学。重点讲解了经典的五大初级像差（球差、彗差、像散、场曲、畸变）的成因、数学描述及其对成像质量的影响。随后，引入了高阶像差的概念，并通过解析方法展示了它们如何影响极端视场或大口径系统的性能。本章还探讨了如何利用设计软件工具进行像差的定量分析和初步矫正。 第三章：物理光学与衍射理论 本章从波动光学的角度审视光学系统，重点讨论光的衍射、干涉和偏振效应。详细讲解了傅里叶光学在光束整形和全息成像中的应用。内容深入到衍射极限、焦深、数值孔径（NA）与分辨率之间的关系。针对微纳光学结构，系统地介绍了角谱法、有限差分时域（FDTD）等计算方法在分析结构与光相互作用中的应用，为设计超分辨成像和先进光束控制技术奠定理论基础。 第二部分：关键光学元件的设计与制造 第四章：透镜元件的优化设计与公差分析 本章聚焦于精密透镜的设计。详细介绍了不同类型透镜（如消色差组合、复杂曲面透镜）的设计策略。深入探讨了玻璃材料的选择标准，包括折射率、阿贝数以及热力学稳定性。设计优化部分，重点讲解了点扩散函数（PSF）的优化、像差平衡的迭代方法。公差分析方面，系统阐述了灵敏度分析、蒙特卡洛方法在评估制造误差对系统性能影响中的应用，并给出了合理的公差分配准则。 第五章：先进光学元件技术 本章介绍了突破传统透镜限制的先进光学元件。详细讲解了自由曲面（Freeform）的设计原理、生成方法及其在实现复杂光路紧凑化中的优势。对衍射光学元件（DOE）、微透镜阵列（MLA）的原理、设计流程和制造工艺（如光刻、刻蚀）进行了深入介绍。此外，对超表面（Metasurfaces）的基础理论及其在实现平面化、集成化光学器件方面的潜力进行了前瞻性探讨。 第六章：光学镀膜技术与表面处理 光学镀膜是影响系统性能的关键因素。本章详细介绍了增反射膜、减反射膜、分束棱镜膜以及特殊波长选择性膜系的设计原理。讲解了多层膜理论，包括薄膜干涉、有效折射率概念。内容涵盖了物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等主流镀膜工艺，以及镀膜的附着力、硬度、环境稳定性等质量控制指标。 第三部分：现代光学系统的应用与集成 第七章：成像与照明系统的设计实践 本章侧重于将理论应用于实际系统。针对数码相机、显微镜、投影仪等典型成像系统，详细分析了其特定的性能指标（如畸变控制、光斑质量）。在照明系统方面，重点讨论了LED和激光光源的耦合效率、光强分布控制以及非成像光学元件（如反射器、匀光器）的设计方法，以实现均匀、高效的光输出。 第八章：激光系统中的光学元件设计 激光光学对元件的要求极为严苛。本章探讨了高功率激光系统中的关键挑战，如热透镜效应、损伤阈值（LIDT）控制。详细介绍了腔内光学元件的设计，包括高反射率镜片、孔径限制器、偏振元件（如波片、偏振分束棱镜）。针对飞秒激光系统，讨论了色散管理和啁啾镜的设计与应用。 第九章：光学系统集成与测试 现代光学系统的性能实现依赖于精确的机械集成。本章讨论了光学装配中的热机械设计考虑，如应力分析、热膨胀匹配。详细介绍了光学系统装配公差的传递和对最终性能的影响。测试方面，系统讲解了不同测试方法的选择，如基于相机的成像质量评估、干涉仪在元件和系统误差测量中的应用，以及对MTF、杂散光等关键参数的精确测量流程。 第十章：前沿技术：计算光学与集成光子学 本章展望了光学设计领域的未来发展方向。深入介绍了计算光学，包括计算成像（如计算去模糊、光场捕获）的基本原理及其软件实现。对集成光子学，尤其是硅基光子集成电路（PICs）的设计理念、关键组件（如波导、耦合器）的特性，以及如何将传统光学功能与微纳电子技术相结合，进行了详尽的介绍和案例分析。 总结 本书以严谨的科学态度和实用的工程视角，系统梳理了现代光学系统从概念到实现的全部环节，旨在帮助读者掌握解决复杂光学工程问题的必备知识和工具。

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这本书的结构安排极其合理，体现了作者对光学设计流程的深刻洞察。它没有按照光学元件的种类来划分章节，而是紧密围绕“系统定义—初步设计—优化迭代—系统验证”这一完整的设计周期来组织内容。这种流程化的组织方式，极大地帮助我建立了全局观。读完前几章对设计规格确定的讨论，我才意识到很多项目失败的根源恰恰在于设计之初对需求的理解不到位。后续关于“Zemax或Code V”等主流软件中高级功能模块的讲解，也都是以解决特定设计难题为导向，而不是单纯介绍软件的按钮功能。这使得学习过程更具目的性，每一章节的学习都能清晰地看到它在整个镜头设计链条中的具体位置和贡献，这种系统性的知识构建是非常宝贵的。

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这本书的排版和印刷质量着实令人眼前一亮，无论是纸张的触感还是图文的清晰度，都体现了出版方对专业书籍应有的尊重。尤其是那些复杂的几何光学图示，线条锐利、标注分明，即便是初学者也能迅速抓住核心概念。我记得书中对不同类型镜头的像差矫正原理进行了深入浅出的剖析，那些原本抽象的数学模型，通过精心绘制的剖面图和光路示意图，变得直观易懂。特别是关于如何通过调整镜组布局来平衡彗差和场曲的那几章，作者的讲解逻辑缜密，层层递进，让人感觉仿佛置身于一个经验丰富的老工程师的指导之下。装帧设计上也颇具匠心，封面设计简洁而不失专业感，拿在手里沉甸甸的，确实像是一部值得收藏的工具书。整体而言，作为一本工具书，它在形式和内容的呈现上都达到了很高的水准，为深度学习打下了坚实的基础。

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我对比了多本同类书籍，发现此书在“现代光学材料特性与新兴技术融合”这一块的覆盖面非常广，这无疑是它最大的亮点之一。作者不仅详细列举了当前主流光学玻璃的色散和透过率数据，还花了不少篇幅讨论了如梯度折射率（GRIN）透镜和晶体光学的应用前景。尤其让我感到惊喜的是，书中对微纳光学结构（如衍射光栅和超表面）在矫正低阶像差方面的应用进行了前瞻性的探讨，这些内容往往是传统教材所欠缺的。这说明作者不仅精通经典光学理论，更紧密关注着行业的前沿动态，确保了内容的前沿性和指导性。对于希望将现有设计推向更高性能界限的工程师而言，这本书提供了一个宝贵的思想跳板，引领我们思考未来镜头的可能性。

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我最近在研究一个涉及到超高分辨率成像系统的项目，市面上很多基础教材对现代光学设计中涉及的非球面优化算法和公差分析部分往往一笔带过，但这本书在这方面的内容深度却着实超出了我的预期。它没有停留在经典成像理论的层面，而是详细阐述了如何利用现代优化算法（比如模拟退火或遗传算法）来处理多目标约束下的自由曲面设计问题，这一点对于追求极致性能的工程师来说至关重要。我特别欣赏其中关于“系统公差对成像质量的实际影响”的案例分析，作者不仅给出了理论公式，还结合实际的制造偏差模拟结果，展示了如何从设计初期就建立起对可制造性的深刻理解。这种强调理论与实践紧密结合的叙述方式，让这本书的实用价值大大提升，不再是空中楼阁般的理论堆砌，而是可以直接指导工程实践的宝典。

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说实话，我本来以为这本厚重的书会是一部枯燥的公式大全，但阅读起来的体验却非常流畅，这主要归功于作者在行文风格上的巧妙拿捏。作者似乎非常理解初学者在面对大量专业术语时的困惑，因此，在引入复杂概念时，总是先用一种非常生活化、类比的方式来铺垫，循序渐进地将读者带入到深奥的理论世界中。比如，他对“点扩散函数”的讲解，就采用了类似“光斑的‘指纹’”的比喻，一下子就抓住了读者的注意力。这种兼具学术严谨性和科普趣味性的叙事风格，使得长时间阅读也不会产生强烈的疲劳感。它更像是一位循循善诱的导师，而不是冰冷的教科书，成功地降低了光学设计这门学科的入门门槛，非常适合那些希望系统性自学光学设计的跨专业人士。

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借鉴镜头设计优化流程

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