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 2025

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毛文炜 著

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• 光学设计
• 镜头设计
• 现代光学
• 光学工程
• 光学仪器
• 成像系统
• 设计方法
• 实例分析
• 第二版
• 专业参考书

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111567691

版次：2

商品编码：12125437

品牌：机工出版

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-07-01

用纸：胶版纸

页数：365

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。

目录

前言
第1章光学镜头优化设计概述 l
1.1 引言 1
1.2光学镜头设计中常用优化方法的
数学原理 2
1.2.1适应法 3
1.2.2阻尼最小二乘法 4
1.2.3 阻尼凶子p、权重凶子似和
评价函数击 4
1.2.4边界条件 5
第2章简单镜头设计实例 7
2.1 HeNe激光光束聚焦物镜设计 7
2.1.1 镜头片数及玻璃选择的考虑和
初步分析 7
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 1 1
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 22
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 28
2.2激光扫描物镜设计 37
2. 2.1 白行构造评价函数优化设计激
光扫揣物镜 一39
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 46
2.3 5。显微物镜设计 52
2.3.1 依据初级像差理论求解初始
结构 53
2.3.2 5“显微物镜的优化设计例1 55
2.3.3 5“显微物镜的优化设计例2 59
第3章 三片镜头设计实例 65
3.1 三片摄影物镜的优化设计 65
3. 1. 1
3. 1. 2
3. 1. 3
Pvic,hard DilLeon三片摄影物
镜的初始解 65
Richard Ditteon三片摄影物
镜的优化设计例1 69
Richard Ditteon i片摄影物
镜的优化设计例2 95
3.2三片数码相机物镜的优化设计 112
3.3大孔径望远物镜优化设计例1 ·130
3.4大孔径望远物镜优化设计例2 140
3.5 i片低折射率激光聚焦物镜的
优化设计 145
3.6测距仪接收系统的优化设计．． ．151
第4章 中等复杂镜头设计
实例 156
4.1 中倍李斯特显微物镜优化设计
例1 156
4.1.1用改进了的配合法设计李斯特
显微物镜 157
4.1.2优化校『F李斯特物镜的像散
例1 167
4.1.3优化校正李斯特物镜的像散
例2 176
4.2 巾倍李斯特显微物镜优化设计
例2 197
4.3 四片放映物镜优化设计例1 208
4.4四片放映物镜优化设计例2 222
4.5双高斯物镜优化设计例l 243
4.6双高斯物镜优化设计例2 257
4.7双高斯物镜优化设计例3 265
第5章 非球面镜头设计实例 278
5.1 引言 278
5.2非球面激光光束聚焦物镜优化
设计 280
5.3孔径角大于620、后工作距大于LLmm
的非球面聚光镜优化设计 284
5.4非球面光电转换耦合镜头优化
设计 294
5.5 总长短的非球面广角物镜优化
设计 301
第6章 复杂镜头设计实例 326
6.1 紫外投影光刻物镜的光路分析、消像
差方案及初始基型选择 326
6.2 紫外投影光刻物镜后半部g。的优化
设计 329
6.3 紫外投影光刻物镜前半部g。的优化
设计 337
6.4紫外投影光刻物镜的优化设计 340
6.5优化改进参考文献[17]中的光刻
物镜范例 354
附录 361
附录A初级像差系数 361
附录B平行平板的初级像差系数 362
附录C 薄透镜初级像差系数的PW
表示式 363
附录D双胶薄透镜的求解步骤 364
参考文献 366

前言/序言

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 个变量的镜头. 在计算机的计算速度为每秒１０６ 光线面的情况下. 要找出这个镜头的全局最优解. 需要这台计算机运行约１０４ 年. 现代光学镜头设计的成功与否取决于两点. 一是合理的初始结构. 二是正确的优化路线. 而且. 优化设计的路线不是“华山一条路”. 更不是“道路笔直又笔直”. 设计方法也将是五彩缤纷的.因此. 对于光学镜头设计的初学者来说. 若有一个类似于学习绘画中的“临摹”、学习书法中的“描红”、学习外语发音中的“Ｆｏｌｌｏｗ ｍｅ” 的过程. 则对学习和掌握设计方法一定是有益的. 也就是说. 如果有若干初步设计的练习题目. 有步骤清楚、方案可行、结果可以复现的路. 初学者能一步一步地跟着走一遍. 完整、清楚地了解整个设计过程. 那么. 几个循环下来. 对学习一定是有帮助的.事实上. “优化” 是一个修改已有系统以提高像质的过程. 而缺乏过程的结果在初学者看来似乎是“来路不明” 的. 是难以模仿的. 是难以学习的. 所以. 本书中的每一个设计例子都列有详细的步骤和优化设计过程. 初学者可以沿着这条优化设计路线从初始结构出发分若干步骤追踪到最后的结果.另外. 本书的优化设计实例不再是按通常的镜头使用范畴来归类. 而是按它们的结构由简单到复杂(或按有效变量的多少) 的顺序来划分. 这样对优化设计过程的介绍也就是大体按照由易到难的顺序进行的.为将评价函数中的像差等操作数表述得更清楚完整. 书中提出了一种“ 操作语句括号”. 用它将程序中的标识与提示. 以及要求设计者填写的相应内容都简洁、完整、清楚地表示出来了. 这有助于更清晰地描述优化设计过程.全书共分６ 章. 本版新加内容为第３.. ５ 节、第３.. ６ 节. 及第６ 章. 第１ 章简述光学镜头优化设计在光学设计中的地位. 并简述镜头优化设计的数学原理. 其目的在于使读者了解优化设计中的基本原理、思路、过程与一些需注意之处.第２ 章列有激光聚焦物镜、激光扫描物镜和低倍显微物镜的优化设计实例. 激光聚焦物镜给出了三个不同的初始结构. 并给出了从这三个初始结构出发优化出来的几个结果及相应Ⅳ　现代光学镜头设计方法与实例的优化过程. 激光扫描物镜给出了两条不同的优化路线. 并给出了相应的两个优化结果. 低倍显微物镜的初始结构由两种不同的方法给出. 一种是依据初级像差理论解出初始结构. 另一种是参考同类镜头直接选用一对玻璃. 大致分配光焦度. 由此给出一个初始结构送入计算机进行优化.第３ 章列有三片摄影物镜、三片数码相机物镜和大孔径望远物镜的优化设计实例. 三片摄影物镜的优化设计过程中. 主线是逐步调整各个初级像差的目标值. 使得初级像差与高级像差达到好的平衡. 从而优化出好的结果. 三片数码相机物镜的初始结构是由三片摄影物镜缩放而来的. 由此带来了镜片太薄的问题. 加厚镜片不是一步到位而是分七步完成的. 每一步都只增加一小点厚度接着就进行一次优化. 如此经过七步才将镜片的厚度加上去. 这样做是基于一个推测. 即推测镜头像差与镜头结构参数以及光学特性参数之间的函数空间在相当的范围内极有可能是连续空间. 在好的解附近. 情况更可能是如此. 这样. 一些自变量的小量变动引起的像差变化. 就比较容易通过其他自变量的小量变动补偿回来. 大孔径望远物镜的初始结构有两个: 一个是自行构造的. 另一个是参考同类物镜缩放的. 两个物镜的色球差和位置色差都校正得很好. 在像差曲线上看. 它的二级光谱像差就非常明确、非常清楚.在３.. ５ 节中. 以激光聚焦物镜的优化设计为例. 用分裂透镜的办法减小了低折射率材料产生的高级像差. 完成了物镜设计. 并给第６ 章做了铺垫.３.. ６ 节是一个特大孔径测距仪接收系统的设计实例. 它是由两片高折射率激光聚焦物镜演变出来的. 用分裂透镜的办法减小了孔径大幅增加后产生的高级像差. 从而完成了物镜设计. 也为第６ 章做了铺垫.笫４ 章列有中倍李斯特显微物镜、四片放映物镜和双高斯摄影物镜的优化设计实例. 中倍李斯特显微物镜的设计采用改进了的配合法. 在配合设计过程中辅以初步优化. 从而省去了由中间数据手算透镜半径的过程. 使得过程简单可行. 因为那些中间数据一般是埋藏在光学设计程序中没有显式的输出. 另外又将配合法设计出的中倍李斯特显微物镜做进一步的优化. 从而消除了像散. 而在经典的配合法设计中. 李斯特显微物镜的像散是没有消除的. 四片放映物镜的初始结构的构成思路和偏角分配数据来自王树森的“ 堆砌法” 思想. 遗憾的是.

好的，以下是为您的图书《现代光学镜头设计方法与实例（第2版）》量身定制的、不包含该书具体内容的详细简介，力求自然流畅，不带有明显的人工痕迹。 --- 《先进光电系统设计与应用前沿》 导言：驾驭光线，定义未来视觉 在当今科技飞速发展的时代，光电技术已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机的影像采集到尖端的医疗诊断设备，再到深空探测的精密仪器，无不依赖于对光线的精确控制与引导。然而，要实现卓越的系统性能，核心挑战往往在于如何设计出满足严苛指标的光学系统。 《先进光电系统设计与应用前沿》深入探讨了现代光电系统构建的理论基础、关键技术路径以及最新的工程实践。本书不仅关注于对基础光学原理的系统梳理，更着重于前沿设计理念与实际应用场景的深度融合，旨在为光学工程师、系统架构师以及相关领域的研究人员提供一套全面且具有前瞻性的指导框架。 第一部分：光电系统设计基础与理论进阶 本部分致力于夯实读者在光机电一体化设计中的理论功底，并引入了现代光学设计中不可或缺的先进分析工具。 1. 几何光学与像差理论的深化解析： 本章超越传统的近轴近似，详细阐述了全视场下的光线追迹算法，特别是针对现代复杂非球面系统（如衍射光学元件、自由曲面）的设计需求，深入剖析了高阶像差的物理成因与量化评估方法。重点讨论了如何利用广义的惠更斯原理来理解和校正特定场景下的波前畸变。 2. 物理光学与衍射效应分析： 随着系统孔径增大和工作波长缩短，衍射效应变得至关重要。本章系统介绍了傅里叶光学、角谱传播理论以及有限元法（FEM）在模拟光波传播中的应用。此外，还详细讨论了如何设计包含衍射光学元件（DOE）的混合系统，以实现对传统折射系统难以克服的色差、高阶像差的有效补偿。 3. 现代光学材料与镀膜技术： 光电系统的最终性能受材料特性的极大限制。本部分详尽对比了各类新型光学玻璃、晶体材料（如非线性光学晶体）以及高折射率聚合物的性能参数。针对薄膜技术，不仅涵盖了多层介质膜、增透膜的设计原理，更侧重于极端环境（如高能激光、深紫外波段）下的耐损伤镀膜技术及其测试标准。 第二部分：复杂光学系统架构与工程实现 设计一个可制造、可装调的系统，需要将理论模型转化为可靠的工程产品。本部分侧重于高难度、多功能的系统架构及其实现策略。 1. 远心与变焦光学系统设计范式： 针对机器视觉、精密测量以及工业检测领域对视场一致性的高要求，本章详细解析了高品质远心系统（物方、像方）的设计技巧，包括如何控制光瞳位置和有效焦深。同时，针对需要覆盖大范围放大倍率的变焦系统，讨论了其光学结构分类（如共轭式、反变焦式）及机械补偿机构的耦合设计。 2. 自由曲面与超表面在成像中的应用： 自由曲面技术是突破传统光学设计的关键。本章从数学定义出发，讲解了如何利用Zernike多项式、B-样条或NURBS曲面来优化系统性能，特别是如何利用一个或两个自由曲面来校正整个系统的全部轴上和离轴像差。同时，前瞻性地介绍了超表面（Metasurface）作为替代传统元件的潜力，及其在平面化、超薄光学组件设计中的初步实践。 3. 热力学与结构光学集成： 现代光电系统，尤其是在户外或高功率工作环境下，对热稳定性要求极高。本章重点讨论了热分析在光学设计中的集成流程，包括如何建立系统的温度模型，以及如何通过材料选择、结构优化（如使用零膨胀材料）和主动温控设计来保证系统在温度漂移下的像差稳定度。 第三部分：前沿应用领域的光机集成挑战 本部分聚焦于当前技术热点领域中，对光学设计提出的特殊挑战，并展示了跨学科的集成解决方案。 1. 高分辨率遥感与生命科学成像： 针对高空间分辨率成像需求，本章深入探讨了超大入瞳直径、超长焦距系统的设计约束，以及如何通过集成波前传感技术进行在轨/在体自适应校正。在生命科学领域，重点剖析了共聚焦显微镜、双光子显微镜等三维成像系统的数值孔径优化、照明光路设计与探测器几何布局的匹配性。 2. 沉浸式显示与增强现实（AR/VR）光引擎： 沉浸式显示技术对光学系统的视场角（FOV）、出瞳距离（Eye-box）和系统紧凑性提出了极致要求。本章详细分析了Pancake光学结构、衍射波导以及LCoS/MicroLED阵列的驱动与耦合设计，重点讨论了如何在大视场下保持人眼可接受的畸变度和亮度均匀性。 3. 激光雷达（LiDAR）与深度感知系统： 随着自动驾驶和三维测量的普及，LiDAR系统设计成为焦点。本章区分了飞行时间（ToF）系统与调频连续波（FMCW）系统的光学要求，重点阐述了如何设计大扫描范围、高光束质量的发射光学组件，以及如何优化接收端的准直与耦合效率，以应对复杂环境下的目标探测难题。 结语 《先进光电系统设计与应用前沿》旨在架起理论与实践之间的桥梁，它不仅仅是一本技术手册，更是一部启发创新思维的指南。通过对复杂系统设计流程的系统梳理和对新兴技术的深入剖析，本书期望助力下一代光电系统设计者，在高精尖领域实现技术的突破与创新。

评分☆☆☆☆☆

我是一名光学制造领域的从业者，虽然不像设计工程师那样直接与镜头的设计参数打交道，但我们每天的生产工作都离不开对设计图纸的理解和执行。很多时候，我们对设计图纸上的某些特殊要求感到困惑，或者在生产过程中遇到了与设计意图不符的情况，而我们的知识储备又不足以去追溯问题的根源。这本书，特别是它的“实例”部分，我非常看好。我希望通过阅读这本书，能够更深入地理解设计师的思考过程，了解不同设计参数对制造工艺的影响，从而能够更好地配合设计部门，提高生产效率，减少返工。我希望书中能够包含一些关于公差分析、可制造性设计等方面的讨论，这样我们就能在制造环节更好地体现设计的精髓，实现设计与制造的良性互动。这本书能否帮助我们一线工人提升对光学设计的理解水平，从而改进我们的工作，我非常期待。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对光学科技充满好奇心的爱好者，平时也喜欢钻研一些与光学相关的东西。虽然我不是专业的工程师，但对于“镜头”这个概念，我一直觉得它充满了科技感和艺术感。市面上有很多关于光学原理的科普读物，但大多都偏重于基础理论，很少有深入到实际的“镜头设计”层面。这本书的标题，“现代光学镜头设计方法与实例”，听起来就非常吸引我。我希望它能用一种相对易懂的方式，介绍一些现代镜头设计背后的奥秘，比如为什么有些镜头能拍出那么惊艳的照片，或者某些特殊功能的镜头是怎么实现的。我希望它能把我从一个旁观者，变成一个能稍微理解设计者心路历程的人。即使我无法亲自去设计镜头，但我希望能通过这本书，对这个领域有更深刻的认识，更好地欣赏和使用各种光学设备。这本书能否满足我的求知欲，成为我探索光学世界的一扇窗口，我非常期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书，拿到手的时候，就被它厚实的体量和精美的封面吸引了。我是一名在光学行业摸爬滚打了近十年的工程师，一直以来，在实际的镜头设计过程中，总感觉有些理论的根基不够扎实，遇到一些复杂的问题时，会觉得力不从心。市面上关于光学设计的书籍不少，但很多要么过于理论化，让人望而却步，要么过于浅显，无法深入解决实际问题。这本书的标题——“现代光学镜头设计方法与实例”，正是我一直在寻找的！从目录上看，涵盖了从基础的光学原理，到各种现代镜头设计的技巧，再到实际的案例分析，这简直是为我量身定做的。特别是“实例”两个字，我非常期待能看到那些经过实际检验的设计思路和具体操作步骤，这对于我这样的实干派来说，简直是无价之宝。我迫不及待地想翻开它，看看它能否真正地帮助我突破瓶颈，在光学设计领域更上一层楼。这本书在我心中，承载了我对专业知识提升的殷切希望，我非常期待它带来的惊喜。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在光学设备研发公司工作的项目经理，负责新产品的开发和管理。在项目推进过程中，我经常需要与设计团队、制造团队以及市场部门进行沟通协调。我对光学设计的一些专业术语和流程并不完全熟悉，这有时候会影响我对项目进度的判断和风险的评估。这本书，“现代光学镜头设计方法与实例”，我看到它的名字就觉得非常有价值。我希望这本书能够提供一个清晰的光学镜头设计流程的概览，并且用相对清晰易懂的语言解释各种设计方法和核心概念。特别是“实例”部分，我希望它能够展示不同类型镜头的设计思路和最终成果，这对于我来说，能够帮助我更好地理解项目需求，更准确地把握项目进度，并与各方进行更有效的沟通。我希望这本书能够成为我理解光学设计、管理光学项目的有力工具。

评分☆☆☆☆☆

作为一个光学设计领域的初学者，我最近正在疯狂地搜集和学习各种资料。之前看了几本书，感觉讲得有点杂乱，知识点之间的联系不够清晰，有时候学了前面的，后面就忘了，或者学了某个概念，却不知道它在实际应用中是怎么回事。偶然间看到了这本书的介绍，我的眼前一亮。它宣称“现代”和“方法与实例”，这正是我最需要的。我希望这本书能系统地梳理光学镜头设计的脉络，从最基础的原理讲起，然后循序渐进地介绍各种设计方法，并且能通过丰富的实例来加深理解。我非常看重“方法”这个词，这意味着它不仅仅是罗列公式和概念，而是会教我如何去思考，如何去解决设计中的实际问题。我希望能从这本书中学到一些“套路”，或者说是一些解决问题的通用框架，这样我在面对不同的设计任务时，就能更加得心应手。这本书能否成为我光学设计道路上的“启蒙之书”，我拭目以待。

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有活人？

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实用性比较强，光学设计专用

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不错

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找了好多地方，才在这里找到的。发货速度快。很满意。

评分☆☆☆☆☆

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作为京东资深买家，家里基本都从这里采购，京东优点很多，不删差评我很欣赏，总之，这个东东不错，推荐购买。

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书本质量不错，包装的也很好，你值得拥有

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