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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.
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