光学镜头的优化设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学

作者:毛文炜 编

出品人:

页数:261

译者:

出版时间:2009-6

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787302196921

丛书系列:

图书标签:

• 摄影
• 光学设计
• 镜头优化
• 光线追迹
• 像差理论
• 光学系统
• 设计软件
• Zemax
• Code V
• 光学工程
• 衍射光学

好的，这是一份关于《光学元件制造与检测技术》的详细图书简介，内容聚焦于现代光学制造和精密检测领域，不涉及《光学镜头的优化设计》中的内容。 --- 图书简介：《光学元件制造与检测技术》 概述：现代光学制造与检测的基石 《光学元件制造与检测技术》是一部系统性、前沿性的专业著作，旨在深入探讨现代光学元件从毛坯加工到精密表面检测的全过程。本书紧密结合当前高精度光学制造领域的发展趋势，重点阐述了先进的加工工艺、刀具技术、精密控制系统以及关键的计量检测方法。本书理论与实践并重，力求为光学工程、精密仪器制造、材料科学等领域的科研人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一部实用且深入的参考手册。 在信息技术、生物医疗、空间探索和能源等尖端领域，光学元件的性能已成为制约系统整体效能的核心瓶颈。本领域对元件的表面精度、波前误差、粗糙度以及内部质量提出了近乎苛刻的要求。本书正是为了应对这些挑战而编写，它详细梳理了从传统研磨抛光到现代非传统加工技术的演进路径，并着重介绍了如何通过先进的检测手段来确保产品满足设计规范。 第一部分：光学元件的材料与基础加工 本部分是全书的基石，奠定了理解后续精密加工技术的基础。 第一章：光学材料的特性与选择 本章首先介绍了用于制造高质量光学元件的各类材料，包括特种玻璃（如低色散玻璃、高折射率玻璃）、晶体材料（如氟化钙、硫化锌）以及先进的陶瓷和复合材料。重点分析了材料的光学常数、热学性能、化学稳定性以及机械强度对加工过程和最终成像质量的影响。讨论了材料的微观结构对抛光去除率和表面损伤阈值的制约。此外，本章还涵盖了材料的预处理技术，如退火工艺对消除内部应力的重要性。 第二章：机械加工基础与前瞻 本章详细解析了光学元件的初步成型技术，包括金刚石车削、精密研磨和粗抛光工艺。内容覆盖了各种砂轮和磨料的选用原则，不同进给率和转速对工件表面损伤层的影响。重点讨论了CNC（计算机数控）技术在复杂非球面、自由曲面零件加工中的应用。分析了切削力、振动控制以及冷却润滑液在保持加工稳定性和降低表面缺陷方面的作用。 第二部分：精密与超精密光学加工技术 这一核心部分深入剖析了当前最尖端的表面精加工技术，旨在实现纳米级的表面质量控制。 第三章：先进抛光技术：从传统到数控 抛光是决定光学元件最终精度的关键步骤。本章系统介绍了多种先进抛光方法。 磁流变抛光（MRF）： 详述了MRF技术的工作原理，包括磁流变液的流变特性、工件与抛光垫的接触模型，以及如何通过精确控制抛光头轨迹来实现对非球面和复杂曲面的“确定性”修正。 离子束抛光与等离子体抛光： 介绍了这些基于能量束的去除机制，它们如何实现对材料的亚纳米级去除，尤其适用于高损伤阈值材料和微结构表面。 精确定向抛光与微结构加工： 探讨了如何利用高精度运动平台和微型刀具阵列来加工微透镜阵列、衍射光学元件（DOE）等具有周期性或非周期性微纳结构的表面。 第四章：非传统加工方法与表面工程 本章关注突破传统接触式加工限制的新兴技术。 激光烧蚀与飞秒激光加工： 分析了激光在材料去除中的优势，包括无接触、高精度和低热影响区。重点讲解了飞秒激光加工在制造光纤耦合器、光栅以及晶体内部缺陷修复方面的应用。 化学机械抛光（CMP）： 专门针对平面光学元件的超平坦化需求，阐述了CMP的化学腐蚀与机械磨损协同作用的机理，及其在实现分子级粗糙度控制中的角色。 表面改性与镀膜前处理： 讨论了加工过程中产生的残余应力、亚表面损伤的清除技术，以及为后续减反射膜、增反膜等精密镀膜准备的超净表面处理工艺。 第三部分：光学元件的精密计量与检测 高质量的检测技术是确保产品合格和工艺优化的必要手段。本部分详尽介绍了实现超高精度测量的核心原理和设备。 第五章：波前误差测量技术 本章专注于测量元件的全局光学性能。 干涉测量原理： 详细解析了傅里叶变换（FT）、相移（PSI）等不同类型的激光干涉仪的工作流程，包括参考波面的精确校准。 测试对象与环境控制： 探讨了如何测量不同曲率、不同口径的光学元件的波前畸变。强调了环境参数（温度、气压、振动）对高精度测量的影响及补偿方法。 离轴与面形重建技术： 介绍了针对大口径或测试光路受限元件的离轴测量策略，以及利用拼接算法进行面形重建的方法。 第六章：表面形貌与局部缺陷检测 本章关注于纳米级的表面细节和微观瑕疵的识别。 原子力显微镜（AFM）与扫描探针技术： 阐述了AFM在测量表面粗糙度、研究抛光痕迹和揭示亚表面损伤方面的应用，包括不同工作模式（接触、轻敲、非接触）的选择。 散射测量技术： 详细介绍了双站散射仪（Scatterometer）和光学表面剖析仪（OPS）的工作原理，如何量化表面散射（特别是由于微小缺陷和随机粗糙度引起的散射损失）。 缺陷自动识别与分类： 讨论了基于机器视觉和深度学习技术，对光学元件表面的划痕、点蚀、包裹体等缺陷进行快速、客观、自动化的检测、定位和尺寸量化标准。 总结与展望 全书最后对未来光学制造技术的发展趋势进行了展望，包括智能制造（AI赋能的工艺优化）、新型材料的应用（如梯度折射率材料）以及在线实时质量控制系统的集成。本书旨在成为光学元件制造与检测领域一座坚实的桥梁，连接理论研究与工程实践。

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不得不说，这本书在阐述光电探测器与光学成像系统匹配机制方面的论述，简直是教科书级别的典范。它没有采用那种堆砌公式的传统理工科写作方式，而是采用了场景驱动的叙事结构，每当介绍一个新的优化算法时，都会先抛出一个现实中遇到的具体成像质量瓶颈，然后层层递进地引出解决方案。这种“问题—方法—验证”的闭环叙事方式，极大地提升了阅读的沉浸感。书中对于新型光学涂层设计和镀膜工艺的探讨，尤其令人耳目一新，详细描述了如何通过多层膜结构来精准控制特定波段的光谱透射率和反射率，这对于从事精密仪器研制的专业人士来说，提供了极其具体的操作指导。此外，作者对“系统级”优化而非“组件级”优化的强调，也引领了一种更宏观的设计哲学，即任何单一光学元件的改进都必须置于整个成像链条中进行权衡。这本书的价值在于，它教导读者如何像一位系统架构师那样去思考光学设计，而不是仅仅局限于透镜的曲率计算。

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这本书的排版和图表质量令人赞赏，这在技术书籍中常常被忽视，但对理解复杂概念至关重要。色彩运用得当，关键公式和推导过程的留白恰到好处，使得长时间阅读也不会感到视觉疲劳。更值得称道的是，作者在处理高级调制传递函数（MTF）分析的章节时，并没有直接抛出复杂的傅里叶变换表达式，而是先从物理意义上解释了MTF如何反映空间频率的损失，然后才逐步引入数学工具进行量化。这种由浅入深的教学方法，极大地降低了初学者进入高阶光学分析领域的门槛。此外，书中对新型自由曲面元件制造能力的提升所带来的设计自由度的扩展进行了前瞻性分析，并对比了传统研磨与现代生成式光学（如3D打印）的优劣，为未来光学器件的迭代指明了方向。这是一本注重“可读性”和“实用性”完美结合的典范之作。

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从一个跨学科研究者的角度来看，这本书最吸引我的地方在于其对光学系统性能评估体系的构建。它不仅仅关注“清晰度”这个单一指标，而是引入了诸如信噪比（SNR）、有效视场角（EFOV）以及与后端图像处理算法的耦合效应等一系列综合性能指标。书中关于图像质量评价标准的演进历史梳理得非常清晰，让读者明白为什么业界会从最初的仅看分辨率到如今全面考量系统的“感知质量”。作者对“量化评估”的推崇，使得设计过程具备了更强的可追溯性和可重复性。我特别欣赏其中关于传感器技术进步如何反哺光学设计需求的讨论，这体现了一种动态的、相互促进的设计哲学，而不是孤立地看待光学部分。总体而言，这本书为理解和优化现代复杂成像系统提供了一套完整且极具前瞻性的方法论框架。

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我之前接触过一些关于精密光学设计的书籍，它们大多聚焦于几何光学或像差理论的某个特定分支，内容相对偏窄。然而，这本著作的格局明显要大得多，它成功地搭建起了一座连接基础物理、先进制造工艺与实际应用场景的桥梁。书中关于光学系统集成与环境适应性设计的部分，展现了作者丰富的工程实践经验。比如，它深入探讨了温度变化、振动对光学元件相对位置的影响，并提出了针对性的机械结构补偿策略，这在很多纯理论书籍中是缺失的关键环节。特别是，作者对公差分析中的蒙特卡洛模拟方法的应用实例讲解得非常透彻，提供了详尽的参数设置和结果解读指南，这对于提高产品可靠性和良率至关重要。阅读过程中，我惊喜地发现，书中对现代计算光学方法的介绍也相当及时和全面，充分体现了作者对行业发展脉搏的精准把握。这本书更像是一位经验丰富的老设计师在毫无保留地分享他的“诀窍”和“避坑指南”。

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这部著作的深度和广度确实令人印象深刻，尤其是在处理复杂系统集成方面展现出的独到见解。我注意到作者在叙述中巧妙地融合了理论推导与实际应用案例，使得原本枯燥的数学模型变得生动起来。书中对材料科学在光学组件设计中的前沿应用着墨颇多，这对于希望站在技术前沿的工程师和研究人员来说，无疑是一份宝贵的参考资料。特别是关于非球面设计中公差分析的章节，其严谨性和细致程度远超我以往阅读过的同类书籍，它不仅仅停留在“如何计算”，更深入剖析了“为何如此选择”。读完后，我感觉自己对光线追迹的底层逻辑有了更深层次的理解，对于如何预见和规避潜在的设计陷阱，也有了更清晰的路线图。作者行文流畅，逻辑推进自然，即便是涉及高阶偏微分方程的部分，也能通过清晰的图示和循序渐进的解释，让读者感到豁然开朗。这无疑是一本需要反复研读、常读常新的工具书。

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