非球面检验的辅助光学系统设计 郝沛明 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郝沛明 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030548269

商品编码：26694222029

包装：圆脊精装

出版时间：2017-11-01

图书基本信息
图书名称	非球面检验的辅助光学系统设计	作者	郝沛明
定价	115.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030548269	出版日期	2017-11-01
字数		页码
版次	1	装帧	圆脊精装
开本		商品重量	0.4Kg

内容简介

《非球面检验的辅助光学系统设计》基于三级像差理论,着重介绍非球面检验的辅助光学系统设计方法。主要内容有：非球面检验辅助光学系统设计的三级像差理论；非球面经典检验的辅助光学系统设计；非球面零位补偿检验的辅助光学系统设计；超大凸非球面检验的辅助光学系统设计等。《非球面检验的辅助光学系统设计》不仅包含详细的理论分析和公式推导，同时给出了大量设计实例，理论和实用性强。

作者简介

目录

目录 前言 第1章 非球面检验辅助光学系统设计基础 1 1.1 相关概念 1 1.2 常用参量的定义和符号规则 2 1.3 旋转轴对称非球面的数学表达式 4 1.3.1 旋转轴对称非球面的通用数学表达式 4 1.3.2 旋转轴对称二次非球面的数学表达式 5 1.4 与旋转轴对称非球面法线相关的量 6 1.4.1 法线像差 6 1.4.2 法线角 6 1.5 二次非球面的非球面度 7 1.5.1 偏离量δ 7 1.5.2 非球面度（梯度）τ 9 1.6 二次曲面的光学性质 9 1.6.1 反射无像差共轭点 10 1.6.2 折射无像差共轭点 11 1.7 初级像差理论 13 1.7.1 光学系统球差系数表示式 13 1.7.2 单薄透镜结构参数与P的关系式 14 1.7.3 几何球差与球差系数及波面像差的关系 16 第2章 非球面的经典检验 17 2.1 二次非球面经典检验的三级像差理论 17 2.2 反射非球面的经典检验 18 2.3 折射非球面的经典检验 23 2.4 凸非球面反射镜的改进亨德尔检验 30 2.5 本章小结 45 第3章 非球面零位补偿检验 47 3.1 非球面零位补偿检验的基本理论 47 3.2 采用单反射镜的零位补偿检验 49 3.2.1 采用单反射面零位补偿检验凹非球面 50 3.2.2 采用单反射面零位补偿检验凸非球面 57 3.3 采用单折射面的背向零位补偿检验 61 3.3.1 采用单折射面背向零位补偿检验凸非球面 62 3.3.2 采用单折射面背向零位补偿检验凹非球面 67 3.4 采用单透镜的零位补偿检验 71 3.4.1 采用单透镜零位补偿检验凹非球面 72 3.4.2 采用单透镜零位补偿检验凸非球面 81 3.4.3 采用单透镜零位补偿系统的初始规化结构尺寸求解举例 87 3.5 采用双透镜的零位补偿检验 96 3.5.1 规化条件和三级像差理论 97 3.5.2 采用双透镜零位补偿检验非球面的初始规化结构分析 99 3.6 采用单透镜与单折射面的背向零位补偿检验 105 3.6.1 规化条件和三级像差理论 106 3.6.2 初始规化结构求解 108 3.7 采用双透镜与单折射面组合的背向零位补偿检验 118 3.7.1 规化条件和三级像差理论 119 3.7.2 采用双透镜与单折射面组合的背向零位补偿检验结构分析 122 3.8 采用单透镜与单反射面组合的零位补偿检验 130 3.8.1 规化条件和三级像差理论 131 3.8.2 采用单透镜与单反射面组合的零位补偿检验结构分析 133 3.9 采用双透镜与单反射面组合的零位补偿检验 138 3.9.1 规化条件和三级像差理论 139 3.9.2 采用双透镜与单反射面组合的零位补偿检验结构分析 142 3.9.3 采用双透镜与单反射面组合的零位补偿检验设计实例 147 3.1 0干涉零位补偿检验 151 3.1 0.1 干涉零位补偿检验的原理 151 3.1 0.2 干涉零位补偿检验系统的设计方法 152 3.1 0.3 干涉零位补偿检验系统的设计实例 156 3.1 1高次非球面的零位补偿检验 161 3.1 2带有场镜的非球面零位补偿检验 163 3.1 3本章小结 165 第4章 采用透镜与折反透镜组合校正的超大凸非球面检验 166 4.1 三级像差理论 167 4.1.1 系统基本结构参数求解 167 4.1.2 采用折反单透镜进行球差校正 168 4.2 e2=2.25的凸双曲面的检验 171 4.2.1 采用折反单透镜校正的检验 171 4.2.2 采用单透镜与折反单透镜组合校正的检验 177 4.3 e2=1的凸抛物面的检验 182 4.3.1 采用折反单透镜校正的检验 182 4.3.2 采用单透镜与折反单透镜组合校正的检验 189 4.4 e2=0.64的凸椭球面的检验 193 4.4.1 采用折反单透镜校正的检验 194 4.4.2 采用单透镜与折反单透镜组合校正的检验 201 4.5 本章小结 204 第5章 采用单负透镜校正和采用双负透镜组合校正的超大凸非球面检验 205 5.1 三级像差理论 206 5.1.1 系统基本结构参数求解 206 5.1.2 采用单负透镜进行球差校正 207 5.2 e2=2.25的凸双曲面的检验 209 5.2.1 采用单负透镜校正的凸双曲面检验 209 5.2.2 采用双负透镜组合校正的检验 214 5.3 超大凸双曲面的检验 216 5.3.1 Φ0=1000mm、r0=2500mm、e2=2.25的凸双曲面检验 216 5.3.2 Φ0=2000mm、r0=5000mm、e2=2.25的凸双曲面检验 219 5.4 凸抛物面的检验 220 5.4.1 采用单负透镜校正的检验 221 5.4.2 采用双负透镜组合校正的检验 226 5.5 凸椭球面的检验 228 5.5.1 采用单负透镜校正的凸椭球面检验 229 5.5.2 采用双负透镜组合校正的自准检验 234 5.6 本章小结 235 参考文献 237

编辑推荐

从事非球面加工、检验和设计的科研与技术人员，高等院校相关专业从事非球面光学基础理论研究的硕士、博士研究生

文摘

序言

深入探索光学系统的前沿设计与应用 本书系统梳理了现代光学系统设计领域的核心理论、先进技术与工程实践，聚焦于如何构建高性能、高可靠性的复杂光学系统。全书内容涵盖了从基础的光学原理到前沿的光学元件制造与检测的完整链条，旨在为光学工程师、科研人员以及相关专业学生提供一本兼具深度与广度的参考指南。 第一部分：光学系统设计基础与建模 本书开篇深入阐述了现代光学系统设计的理论基石。首先，详细介绍了光线追迹、光束传播以及衍射理论在系统分析中的应用。不同于传统的几何光学描述，本书着重强调了基于波动光学的分析方法，尤其是在处理微纳光学结构和高数值孔径系统时的重要性。 系统建模部分是本书的重点之一。我们探讨了如何利用先进的软件工具（如ZEMAX, Code V等）进行系统级的仿真与优化。书中不仅包含了标准的光学系统（如折射望远镜、显微镜物镜）的设计流程，更详细讲解了复杂系统，例如自由曲面光学系统的设计方法论。这部分内容深入分析了各种优化函数的建立、像差的控制策略，以及如何通过参数化建模实现快速的迭代设计。特别值得一提的是，书中专门设立章节讨论了梯度折射率（GRIN）光学元件的建模与应用，这是实现超轻薄、高性能光学模组的关键技术。 第二部分：先进光学元件与制造技术 要实现先进的光学系统，必须依赖于高精度的光学元件。本卷聚焦于超越传统研磨抛光技术的先进制造工艺。 微纳光学元件是本书的重要篇幅。我们详细剖析了衍射光学元件（DOE）的设计原理，包括基于傅里叶变换的相位屏设计和基于光线追迹的单元结构优化。对于超表面（Metasurface）的设计与加工，书中介绍了基于电磁场模拟的单元结构参数化设计方法，并讨论了如何控制亚波长结构以实现对光波前的高级调控，例如偏振态的精确控制。 在制造工艺方面，本书对比了多种精密光学制造技术。除了标准的单点金刚石车削和CNC研磨技术外，书中详细介绍了磁流变抛光（MRF）和离子束抛光（IBF）等非接触式精加工技术，并分析了它们在制造高精度非球面和自由曲面镜时所展现出的优势与挑战。 第三部分：复杂光学系统的集成与检测 一个设计精良的光学系统，其最终性能高度依赖于装配精度和精确的测量反馈。 装配与公差分析是系统工程的关键环节。本书提供了系统的光学公差分析流程，包括对元件位置、倾斜误差以及材料参数波动的敏感性分析。我们引入了基于蒙特卡洛方法的统计公差分析，并指导读者如何设定合理的制造和装配公差，以确保批量产品的性能达标。此外，书中探讨了主动光学系统的设计思想，如何利用传感器和执行器对光学系统进行实时补偿，以克服环境变化或制造误差带来的影响。 光学检测技术部分，我们超越了传统的干涉测量。书中详细介绍了离轴非球面面形检测的策略，特别是针对大口径或深非球面结构，如何有效利用点散射函数（PSF）测量、共聚焦显微镜技术以及相位恢复算法进行精确的面形评估。对于微纳结构和超表面，本书介绍了扫描电子显微镜（SEM）配合能谱分析（EDX）的结构表征方法，以及傅里叶变换光谱仪（FTIR）在吸收和透射特性分析中的应用。 第四部分：前沿应用案例与系统优化 本书最后一部分通过多个实际案例，展示了如何将前述理论与技术应用于解决实际工程问题。 高分辨率成像系统：讨论了如何设计和优化用于深空探测或生物医学成像的远心、广角或消色差系统，重点在于控制离轴像差和色差。 激光系统中的光束整形：详细介绍了光束整形器（Beam Shaper）的设计，包括如何利用衍射元件和变形镜（Deformable Mirror）来实现高斯光束到平顶光或特定光斑形状的有效转换，并应用于材料加工或光通信。 AR/VR显示光学：针对扩展现实（XR）设备中的Pancake光学模组或衍射波导，本书分析了其对视场角、瞳孔间距和系统亮度的苛刻要求，并给出了相应的系统优化路径。 全书旨在提供一套完整的、可操作的设计方法论，帮助读者理解复杂光学系统背后的物理规律，并掌握从概念提出到最终产品实现的全过程工程技能。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，首先映入眼帘的是其对光线追迹与公差分析的系统性阐述，这部分内容可以说是对传统光学设计流程的一次全面梳理与升级。作者在讨论环境因素对成像质量的影响时，展现了一种超越纯粹几何光学范畴的广阔视野，这一点非常难得。我特别关注了关于热力学效应在精密光学系统中的建模那一章节，其中对不同材料热膨胀系数的敏感度分析，配以详实的图表，极大地增强了可读性和说服力。与我以往阅读的侧重于成像原理的书籍不同，这本书更注重“落地”，即如何将设计指标转化为可制造、可装配的产品。尤其是在装配误差对点扩散函数（PSF）影响的概率性评估方面，作者的论述简洁而有力，提供了一套相当成熟的风险评估框架。对于那些正在从理论研究转向实际产品开发阶段的工程师来说，书中提供的这些关于可靠性与鲁棒性设计的建议，无疑是宝贵的财富，它教会我们如何用更审慎的态度去面对设计中的每一个决策点。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我感受到了作者深厚的工程实践底蕴，这一点通过其对系统冗余和故障模式分析（FMEA）的引入体现得淋漓尽致。在谈论如何构建一个高可靠性光学系统时，作者没有停留在理论上的完美设计，而是着重于如何在设计中预留应对突发状况的余地。例如，关于光学元件的应力释放和长期稳定性的讨论，非常贴近实际产品在数年使用周期内可能面临的挑战。我特别喜欢作者在描述设计迭代过程时所使用的那种务实语气，仿佛能看到设计团队在无数次实验和失败中提炼出的宝贵经验。这种“过来人”的视角，对于年轻设计师而言，是比任何公式都更宝贵的“软知识”。它强调的不是找到一个“最好的”设计，而是找到一个“最稳健的”设计，这才是真正的工程智慧所在。总而言之，这本书是一份极具分量的参考资料，它教会读者如何在高压、高标准的工程环境中，构建出既先进又可靠的光学解决方案。

评分☆☆☆☆☆

这本书在光学系统集成与结构耦合方面的讲解，为我打开了一扇新的大门。以往的许多设计书籍往往将光学和机械分离叙述，而这部作品则强调了两者之间不可分割的相互作用。作者对超精密定位机构与光学元件固定方式的讨论，细致到对不同粘合剂和支撑结构的性能对比，这种细致入微的观察力令人印象深刻。我尤其赞赏其中关于光机电一体化设计中的热-机-光耦合分析的章节，作者用一种非常直观的方式展示了结构变形如何直接导致系统性能下降，并提出了针对性的缓解策略，例如采用低热膨胀系数的支撑材料或者引入主动补偿机制。这不仅是设计层面的提升，更是一种系统思维的培养。对于那些追求极致性能（如深空探测或高端医疗影像）的应用场景，这种对跨学科交叉点的深入挖掘，显得尤为关键和及时。它让我意识到，现代光学设计早已不再是孤立的几何问题，而是复杂的工程优化过程。

评分☆☆☆☆☆

从排版和结构上看，这部作品的逻辑推进非常流畅，它似乎是按照一个典型的光学项目周期来组织内容的。从最初的需求定义、到中间的光学链路设计、再到最后的加工制造接口，层次分明。我特别欣赏作者在非传统光学元件制造工艺方面所做的简要介绍，例如对衍射光学元件（DOE）的表面形貌控制的探讨，虽然篇幅不长，但为读者提供了了解先进制造能力的窗口。这避免了设计与制造脱节的风险，使得设计出的系统更具现实可行性。此外，书中对检测和计量方法的重视也值得称道。它不仅仅满足于“设计完成”，更关注“设计如何被验证”。通过对几种主流离线和在线测量技术的优缺点对比，帮助读者在设计初期就能预判到后续的验证难度，从而提前布局，这是一个非常成熟的设计理念的体现。这种全生命周期的视角，使得本书的价值远超一般的设计参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这部关于光学系统设计的著作，从一个初涉此领域的读者的角度来看，给我带来了极大的启发。书中对自由曲面光学元件的数值优化方法的探讨尤为深入，那些关于像差理论的经典讲解，虽然扎实，但结合现代计算机辅助设计工具的实际操作，显得尤为贴切。我特别欣赏作者在讲解优化算法收敛性时所采用的实例分析，它不像某些教科书那样只是罗列公式，而是将抽象的数学模型与实际的光学系统性能指标紧密结合。例如，在处理离轴系统中的场曲问题时，作者引入了多种评价函数的构建思路，这一点对于解决我目前遇到的实际工程难题非常有帮助。此外，书中对光学设计软件的特定功能模块的底层逻辑的剖析，也让我对“知其然”更进一步“知其所以然”有了更清晰的认识。这种深入到实现层面的讲解，使得原本枯燥的理论焕发出实际的生命力，让人在阅读过程中充满了“原来如此”的顿悟感。整体而言，这本书提供的视角是前沿且实用的，它不仅仅是一本工具书，更像是一位经验丰富的设计师在手把手地传授核心经验。