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編輯推薦: |
★重点讲解镜头光学系统设计,涵盖前沿光学应用★包括Zemax软件设计案例,从优化结构到分析性能★无论是零基础或有经验的光学设计师都可以学习
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內容簡介: |
《现代光学设计及应用》介绍了现代光学系统设计的基础理论、设计方法、应用实践等内容,涵盖了几何光学基础,光学设计软件,像差及其校正,望远成像系统、显微成像系统、中继转向系统的设计,以及显微照明技术,并拓展至前沿的3D 显示技术等,还附有几种光学系统像差测量方法。本书选取Zemax 作为设计软件,通过具体的优化案例来帮助读者加深对光学设计的理解,内容浅显易懂,注重工程应用。本书可供光学设计师自学、企业技术培训等参考,也可作为光学及相关专业的本科高年级或研究生教材。
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目錄:
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第1章 绪论 001
第2章 几何光学基础 009
2.1 基本概念及基本定律 009
2.1.1 几何光学 009
2.1.2 波前和光线 010
2.1.3 光线传播基本定律 011
2.1.4 全反射定律 012
2.1.5 费马原理 014
2.1.6 物像基本概念 015
2.2 近轴光学 018
2.2.1 近轴光学近似 018
2.2.2 符号规则 018
2.2.3 球面和球面系统 019
2.2.4 薄透镜 024
2.3 理想光学系统 027
2.3.1 理想光学系统简介 027
2.3.2 基点和基面 028
2.3.3 点成像 032
2.3.4 成像公式 032
2.3.5 光焦度 034
2.3.6 实际光学系统的基点和基面 035
2.4 出瞳和入瞳 039
2.4.1 光阑 039
2.4.2 光学系统空间像 041
2.4.3 渐晕 042
2.4.4 景深 044
2.4.5 光阑位置对成像的影响 046
第3章 光学设计软件 048
3.1 光学设计软件概述 049
3.1.1 成像光学软件 049
3.1.2 非成像光学软件 050
3.2 Zemax 软件概述 051
3.2.1 Zemax 算法简介 052
3.2.2 Zemax 软件用户界面 053
3.2.3 Zemax 软件基本操作 058
3.3 Zemax 分析与优化工具 064
3.3.1 求解 064
3.3.2 分析 068
3.3.3 优化 072
3.3.4 公差分析 075
第4章 像差及其校正(一) 078
4.1 像差理论 078
4.1.1 入射光与出射光之间的非线性关系 079
4.1.2 光源大小 079
4.1.3 光的衍射现象 079
4.2 几何像差 080
4.2.1 几何像差表述 080
4.2.2 初级像差理论 083
4.2.3 成像质量判定方式 085
4.3 球差 087
4.3.1 球差与初级球差 087
4.3.2 在Zemax 中观察球差 091
4.3.3 在Zemax 中优化球差 094
4.4 彗差 097
4.4.1 彗差与初级彗差 097
4.4.2 在Zemax 中观察彗差 100
4.4.3 在Zemax 中优化彗差 103
第5章 像差及其校正(二) 108
5.1 像散 108
5.1.1 像散与初级像散 108
5.1.2 在Zemax 中观察像散 110
5.1.3 在Zemax 中优化像散 115
5.2 场曲 118
5.2.1 场曲与初级场曲 118
5.2.2 在Zemax 中观察场曲 120
5.2.3 在Zemax 中优化场曲 123
5.3 畸变 127
5.3.1 畸变与初级畸变 127
5.3.2 在Zemax 中观察畸变 128
5.3.3 在Zemax 中优化畸变 131
5.4 色差 134
5.4.1 位置色差 135
5.4.2 倍率色差 137
5.4.3 在Zemax 中观察色差 138
5.4.4 在Zemax 中优化色差 142
5.5 像差总结 146
第6章 望远成像系统设计 150
6.1 望远镜概述 150
6.1.1 望远镜的工作原理与类型 150
6.1.2 望远镜的重要概念 151
6.2 望远物镜设计 155
6.2.1 望远物镜设计的特点 155
6.2.2 望远物镜的类型和设计方法 156
6.2.3 设计案例 164
6.3 牛顿望远镜系统设计案例 180
第7章 显微成像系统设计 195
7.1 人眼的构造及其光学特性 195
7.1.1 人眼的构造 195
7.1.2 人眼的光学特性 197
7.2 放大镜 199
7.2.1 视觉放大率 199
7.2.2 光束限制 201
7.3 显微镜概述 201
7.3.1 显微镜的工作原理 202
7.3.2 显微镜的重要概念 203
7.3.3 显微镜的基本结构 207
7.4 显微物镜设计 208
7.4.1 显微物镜设计的特点 208
7.4.2 显微物镜的类型 209
7.4.3 设计案例 212
7.5 显微目镜设计 228
7.5.1 目镜设计的特点 228
7.5.2 常用目镜的型式 230
7.5.3 设计案例 232
第8章 中继转向系统设计 247
8.1 中继转向系统概述 247
8.1.1 中继转向系统的特点 247
8.1.2 常见的中继转向系统 247
8.2 中继转向系统设计案例 249
第9章 显微镜照明系统及相关基础 265
9.1 显微镜的分类 265
9.2 显微镜照明系统 268
9.2.1 集光器 269
9.2.2 显微镜的照明方法 273
9.3 显微镜的机械结构 284
9.3.1 镜筒 284
9.3.2 物镜转换器 285
9.3.3 载物台 285
9.3.4 粗调和细调系统 287
9.4 显微镜的调节和使用 289
9.4.1 显微镜的工作环境 289
9.4.2 用于显微镜观察的标本 289
9.4.3 显微镜的调节 290
9.4.4 显微镜保护和光学部件的清洁 292
9.5 常见显微镜机械故障排除 293
9.5.1 粗调故障 293
9.5.2 微调故障 294
9.5.3 光学故障 294
第10章 3D 显示技术 297
10.1 3D 显示技术概述 297
10.2 立体视觉机理 303
10.3 眼镜式3D 显示 304
10.3.1 色差式3D 技术 304
10.3.2 主动快门式3D 技术 306
10.3.3 偏光式3D 技术 308
10.4 头部跟踪显示技术 309
10.4.1 单人头部跟踪的立体显示 309
10.4.2 多人头部跟踪的立体显示 310
10.4.3 头部位置跟踪方法 310
10.5 裸眼3D 显示 311
10.5.1 全息显示技术 312
10.5.2 体三维显示技术 313
10.5.3 自由立体三维显示技术 314
附录 光学系统像差测量方法 318
附录A 基于星点法测量光学系统的单色像差及色差 318
附录B 基于阴影法(刀口法)测量光学系统像差 324
附录C 基于剪切干涉法测量光学系统像差 326
参考文献 332
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內容試閱:
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光学设计在现代社会中,可以说是随处可见。从生活中使用的消费类电子产品,到医疗、制造业、军事、天文、能源等领域,到处都有光学设计的身影。
光学设计是光学制造的先导技术,尤其对于高端光学系统及装备,其光学设计直接决定后续系统的光学性能以及制造成本和效率。现代光学设计在当代先进制造领域作用举足轻重。
为了满足日新月异的现代高端光学系统发展,需要进行面向制造的光学系统设计。现代光学设计不仅需要具有系统完整的理论基础,还需要考虑制造的可实现性;不仅考虑系统的光学性能指标,且要兼顾设计的光学部件的热变形、机械强度等要求;同时,还要了解和融入最新的光学系统,从而拓展光学设计的应用范围。为此,笔者基于前期的部分研究生课程教学课件,结合现代光学仪器的发展现状,编写了本书。
那么光学设计是什么?光学设计其实并没有标准、统一的定义,顾名思义,光学设计可以认为是为了实现需要的成像目标,对光学系统进行设计修正的过程。大多数光学设计的过程都依赖于软件的利用,本书基于光学的基本原理,通过相关优化案例来帮助读者加深对光学设计这一过程的理解。值得说明的是,本书所提到的光学设计是针对镜头光学系统的设计。阅读本书,读者可以通过对几何光学、光学系统和先进光学设计的学习,掌握先进光学设计方法,并能独立完成光学设计。
本书将系统介绍现代光学系统设计基础理论、设计思路和方法、光学系统性能分析与优化、具体应用实践等内容,涵盖几何光学基础、像差理论与像差校正、望远成像系统、显微成像系统、中继转向系统以及显微照明技术,并拓展至当今前沿技术如3D 显示技术等。本书在介绍光学系统设计的同时,穿插有关先进光学制造工艺和光学测量技术等内容,并对设计的光学系统进行性能和公差分析,实现面向制造的先进光学系统设计,从而使所设计的光学系统更具工程应用性。
本书基于复旦大学光科学与工程系开设的“现代光学设计”课程前期的教学素材整理编写,内容浅显易懂,具有更系统的知识体系和更好的工程应用价值。此外,无论是光学设计零基础的抑或有设计经验的读者,都可从中获得相应知识和技能。本书适用于光学工程学科领域的研究生教学、光学设计师自学、企业技术培训等,对其他相关系统设计也具有一定的参考价值。
在本书前期编写过程中得到研究生吕昊宇、宋慧鑫、安慧珺、沈晓慧,以及科研助理沈夏唯的帮助,在此表示感谢。
鉴于笔者水平有限,加之编写时间匆忙,相信本书仍有不足和疏漏之处,某些表述可能有不妥,恳请读者朋友尤其是同仁批评指正。
孔令豹
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