光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計——理論、仿真與系統(tǒng)檢測
定 價:69 元
叢書名:普通高等教育電子信息類專業(yè)系列教材
- 作者:張磊
- 出版時間:2025/8/1
- ISBN:9787302694106
- 出 版 社:清華大學(xué)出版社
- 中圖法分類:TH740.2
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
《光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計——理論、仿真與系統(tǒng)檢測》從光學(xué)設(shè)計的目標(biāo)出發(fā),介紹了光學(xué)設(shè)計的具體方法、工具(輔助設(shè)計軟件)、設(shè)計思路、實踐案例(常見光學(xué)系統(tǒng)和前沿光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計案例)和實際光學(xué)系統(tǒng)的評測方法等全鏈條知識體系。全書共分為3部分。優(yōu)質(zhì)部分為光學(xué)設(shè)計的理論、工具與基礎(chǔ)方法(第1章~第4章):介紹了光學(xué)設(shè)計目標(biāo)、光學(xué)設(shè)計理論與方法基礎(chǔ)(像差及其控制)、以Zemax為代表的計算機輔助設(shè)計工具的使用及利用Zemax軟件控制像差的實操方法;第二部分為典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理念與Zemax設(shè)計實踐(第5章~第11章):介紹了望遠(yuǎn)系統(tǒng)、顯微系統(tǒng)、攝影系統(tǒng)、投影系統(tǒng)、變焦結(jié)構(gòu)、干涉儀、高斯光學(xué)系統(tǒng)和其他非成像光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計思路與設(shè)計案例;第三部分為實際光學(xué)系統(tǒng)與光學(xué)表面檢測技術(shù)介紹(第12章~第14章):介紹了成像光學(xué)系統(tǒng)、激光光學(xué)系統(tǒng)及各類光學(xué)元件表面的檢測技術(shù)理論與方法,形成了光學(xué)設(shè)計工作的閉環(huán)。為便于讀者高效學(xué)習(xí),快速掌握光學(xué)設(shè)計基礎(chǔ)理論與實踐案例,《光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計——理論、仿真與系統(tǒng)檢測》作者精心制作了完整的教學(xué)課件、53個Zemax設(shè)計案例文件以及豐富的配套設(shè)計視頻教程!豆鈱W(xué)系統(tǒng)設(shè)計——理論、仿真與系統(tǒng)檢測》適合作為高等院校光電信息科學(xué)與工程相關(guān)專業(yè)高年級本科生、研究生的教材,同時可供光學(xué)設(shè)計人員、廣大科技工作者和研究人員自學(xué)參考。
《光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計——理論、仿真與系統(tǒng)檢測》從像差理論和像質(zhì)評價手段出發(fā),描述各類典型光學(xué)元件與系統(tǒng)的設(shè)計原理以及依托軟件的自動設(shè)計方法等內(nèi)容,其既是一門應(yīng)用性極強的課程,也是一門相對獨立的技術(shù)手段,在本科學(xué)習(xí)階段與“光學(xué)”“工程光學(xué)”等課程緊密關(guān)聯(lián),是光電信息類專業(yè)學(xué)生的重要知識組成部分和全周期工程教育的重要環(huán)節(jié)!豆鈱W(xué)系統(tǒng)設(shè)計——理論、仿真與系統(tǒng)檢測》以經(jīng)濟社會發(fā)展與行業(yè)需求為導(dǎo)向,充分對焦“以學(xué)生為中心,產(chǎn)出為導(dǎo)向”的新工科教育理念,致力于打造理論與實踐一體化、認(rèn)知與創(chuàng)造一體化的新工科教材。重塑經(jīng)典,循序漸進(jìn)順應(yīng)學(xué)習(xí)特點,摒棄了關(guān)于傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計算的大量復(fù)雜公式,以培養(yǎng)學(xué)習(xí)自信為出發(fā)點,使得讀者在學(xué)習(xí)過程中主動探索光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)的計算過程。體系完備,圖例豐富增添了實際光學(xué)系統(tǒng)與光學(xué)表面的加工檢測技術(shù)內(nèi)容,注重設(shè)計與加工檢測的銜接,建立了光學(xué)設(shè)計-加工-檢測的全鏈條知識體系。編寫結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)學(xué)習(xí)的過程性,提供豐富細(xì)膩的,方便理解,適應(yīng)不同興趣、知識層次的學(xué)習(xí)需求。關(guān)注前沿,落腳實踐注重幾何光學(xué)、物理光學(xué)、信息光學(xué)知識的交叉融合,體現(xiàn)學(xué)科價值,并反映部分近期研究成果。提供了大量設(shè)計實踐案例操作視頻,案例編寫貼近經(jīng)濟社會發(fā)展需求,關(guān)注國家發(fā)展戰(zhàn)略。資源豐富,易教易學(xué)提供了微課視頻、教學(xué)課件、教學(xué)大綱、習(xí)題答案等教學(xué)資源,方便教學(xué)和自學(xué)。
前言
一、 為什么要寫這本書
從高精尖領(lǐng)域精密光學(xué)儀器(如光刻機),到醫(yī)用領(lǐng)域的各類光學(xué)窺鏡,再到民用領(lǐng)域的手機攝像頭和監(jiān)控鏡頭,無一不凸顯了光學(xué)設(shè)計在國民經(jīng)濟各個行業(yè)領(lǐng)域的重要地位。與之形成鮮明對比的是,具有獨立光學(xué)設(shè)計能力的人才相對較少,國內(nèi)中小型企業(yè)、高校與科研院所的光學(xué)設(shè)計人才相對稀缺。從范圍來看,對于光電類專業(yè)畢業(yè)生最為匹配的工作崗位為光學(xué)工程師或光學(xué)設(shè)計工程師崗位,其中大部分崗位要求畢業(yè)生掌握一門光學(xué)設(shè)計軟件。
光學(xué)設(shè)計類課程從像差理論和像質(zhì)評價手段出發(fā),描述各類典型光學(xué)元件與系統(tǒng)的設(shè)計原理及依托軟件的自動設(shè)計方法等內(nèi)容,其既是一門應(yīng)用性極強的課程,也是一種相對獨立的技術(shù)手段,在本科學(xué)習(xí)階段與“光學(xué)”“工程光學(xué)”等課程緊密關(guān)聯(lián),是光電信息類專業(yè)學(xué)生的重要知識組成部分和全周期工程教育的重要環(huán)節(jié)。
書不一定非要寫得深奧和高大全,但要讓初學(xué)者有興趣學(xué)下去,學(xué)習(xí)過程中獲得滿足感,且可以適應(yīng)不同興趣、知識需要、學(xué)習(xí)層次的學(xué)習(xí)需求。本書以經(jīng)濟社會發(fā)展與行業(yè)需求為導(dǎo)向,充分對焦“以學(xué)生為中心,產(chǎn)出為導(dǎo)向”的新工科教育理念,致力于打造理論與實踐一體化、認(rèn)知與創(chuàng)造一體化的新工科教材。
二、 本書特色
(1) 本書重塑了傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計教材內(nèi)容,建立了循序漸進(jìn)的全鏈條知識體系。一方面順應(yīng)學(xué)習(xí)特點,摒棄了關(guān)于傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計算的大量復(fù)雜公式,以培養(yǎng)學(xué)習(xí)自信為出發(fā)點,使讀者在學(xué)習(xí)過程中主動探索光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)的計算過程。另一方面增添了實際光學(xué)系統(tǒng)與光學(xué)表面的加工檢測技術(shù)內(nèi)容,注重設(shè)計與加工檢測的銜接,建立了光學(xué)設(shè)計—加工—檢測的全鏈條知識體系。本書在編寫結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的過程性,提供了豐富細(xì)膩的圖形內(nèi)容,方便理解,以適應(yīng)不同興趣、知識層次的學(xué)習(xí)需求。
(2) 本書以實踐運用為落腳點,以經(jīng)濟社會發(fā)展和國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向。一方面,注重幾何光學(xué)、物理光學(xué)、信息光學(xué)知識的交叉融合,體現(xiàn)學(xué)科價值,并反映部分近期研究成果。另一方面部分實踐案例的編寫聽取了企業(yè)的寶貴建議,貼近經(jīng)濟社會發(fā)展需求,如智慧交通監(jiān)控鏡頭設(shè)計、線上會議鏡頭設(shè)計等; 同時,內(nèi)容編寫關(guān)注國家發(fā)展戰(zhàn)略,如光刻物鏡設(shè)計、星地激光通信系統(tǒng)設(shè)計等。
(3) 本書堅持價值引領(lǐng)。在專業(yè)教育中有機融入了黨的二十大精神,在章節(jié)內(nèi)容對應(yīng)的拓展閱讀中融入了新質(zhì)生產(chǎn)力思考、自主創(chuàng)新之路、向老一輩科學(xué)家致敬、科學(xué)思維鍛煉、學(xué)史明理與學(xué)史力行、人類的科學(xué)堅持、家國情懷養(yǎng)成、科技的民生落腳點、技術(shù)向善的大愿景、大國重器的自豪感、共產(chǎn)黨人的愛國堅持等,實現(xiàn)培根鑄魂、啟智增慧。
配 套 資 源
設(shè)計文件等資源: 掃描目錄上方的二維碼下載。
教學(xué)課件、教學(xué)大綱、電子教案等資源: 到清華大學(xué)出版社官方網(wǎng)站本書頁面下載,或者掃描封底的“書圈”二維碼在公眾號下載。
微課視頻(276分鐘,30集): 掃描書中相應(yīng)章節(jié)中的二維碼在線學(xué)習(xí)。
注: 請先掃描封底刮刮卡中的文泉云盤防盜碼進(jìn)行綁定后再獲取配套資源。
三、 讀者對象
對光學(xué)設(shè)計和光學(xué)系統(tǒng)檢測感興趣的讀者;
光電信息科學(xué)與工程相關(guān)專業(yè)的高年級本科生、研究生;
企業(yè)光學(xué)設(shè)計和檢測人員,與光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的科技工作者、研究人員和工程技術(shù)人員。
四、 致謝
限于編者的水平和經(jīng)驗,疏漏之處在所難免,敬請讀者批評指正。
編者2025年5月
目錄
配套資源
第1章光學(xué)設(shè)計目標(biāo)
1.1光學(xué)成像的本質(zhì)
1.1.1理想成像
1.1.2小孔成像
1.2成像光線追跡的啟示
1.2.1光學(xué)系統(tǒng)基本概念
1.2.2光線追跡結(jié)論: 像差
習(xí)題
第2章光學(xué)像差與光學(xué)系統(tǒng)評價
2.1幾何像差
2.1.1球差
2.1.2彗差
2.1.3像散
2.1.4場曲
2.1.5畸變
2.1.6復(fù)色像差
2.1.7幾何像差計算
2.2波像差
2.2.1波像差的定義
2.2.2波像差的澤尼克多項式描述
2.3設(shè)計階段的光學(xué)系統(tǒng)評價方法
2.3.1幾何光學(xué)評價方法
2.3.2物理光學(xué)評價方法
2.3.3信息光學(xué)評價方法
習(xí)題
第3章光學(xué)設(shè)計軟件Zemax輔助設(shè)計
視頻講解: 51分鐘,8集
3.1Zemax界面與參數(shù)簡介
3.1.1用戶界面
3.1.2光學(xué)系統(tǒng)基本參數(shù)設(shè)定
3.2Zemax坐標(biāo)定義與變換
3.3Zemax光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評價
3.4Zemax優(yōu)化設(shè)計
3.4.1優(yōu)化函數(shù)定義
3.4.2優(yōu)化操作流程
3.4.3單透鏡優(yōu)化實操
3.4.4優(yōu)化變量的solve類型
3.5Zemax輔助光學(xué)設(shè)計總體思路
習(xí)題
第4章Zemax像差矯正設(shè)計基礎(chǔ)
視頻講解: 72分鐘,4集
4.1軸上球差矯正
4.1.1縮小相對口徑
4.1.2曲率匹配
4.1.3多透鏡分裂光焦度
4.1.4非球面
4.1.5齊明透鏡
4.2軸外視場相關(guān)像差矯正
4.2.1彗差矯正
4.2.2像散矯正
4.2.3場曲矯正
4.2.4畸變矯正
4.3色差矯正
4.3.1色散與玻璃譜系
4.3.2消色差思路
4.3.3二級光譜
習(xí)題
第5章望遠(yuǎn)系統(tǒng)設(shè)計
視頻講解: 20分鐘,2集
5.1望遠(yuǎn)鏡基本原理與參數(shù)指標(biāo)
5.1.1望遠(yuǎn)鏡原理性結(jié)構(gòu)
5.1.2望遠(yuǎn)鏡“望遠(yuǎn)”的本質(zhì)
5.1.3望遠(yuǎn)鏡的分辨率與放大率要求
5.1.4望遠(yuǎn)鏡窗瞳關(guān)系
5.2折射式望遠(yuǎn)鏡設(shè)計
5.2.1物鏡設(shè)計
5.2.2目鏡設(shè)計
5.2.3折射式望遠(yuǎn)鏡總體設(shè)計
5.3反射式望遠(yuǎn)鏡設(shè)計
5.3.1色差與分辨率矛盾的解決
5.3.2反射式望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計
5.3.3折反混合式望遠(yuǎn)鏡設(shè)計
習(xí)題
第6章顯微系統(tǒng)設(shè)計
視頻講解: 9分鐘,1集
6.1放大鏡與顯微鏡原理
6.2顯微鏡設(shè)計參數(shù)要求
6.3顯微物鏡的分類與標(biāo)識
6.3.1顯微物鏡分類
6.3.2顯微物鏡參數(shù)標(biāo)識
6.4顯微物鏡的典型結(jié)構(gòu)設(shè)計
6.4.1顯微物鏡基本結(jié)構(gòu)
6.4.2顯微物鏡Zemax設(shè)計實例
習(xí)題
第7章攝影物鏡設(shè)計
視頻講解: 50分鐘,5集
7.1標(biāo)準(zhǔn)攝影物鏡設(shè)計
7.1.1庫克三片式物鏡
7.1.2天塞物鏡
7.1.3雙高斯物鏡
7.1.4系統(tǒng)縮放設(shè)計
7.2攝遠(yuǎn)物鏡與廣角物鏡設(shè)計
7.2.1攝遠(yuǎn)物鏡
7.2.2反攝遠(yuǎn)物鏡
7.2.3廣角物鏡
7.2.4魚眼鏡頭與全景成像鏡頭
7.3遠(yuǎn)心物鏡設(shè)計
7.3.1遠(yuǎn)心物鏡基本結(jié)構(gòu)
7.3.2遠(yuǎn)心物鏡設(shè)計案例
7.4攝影物鏡應(yīng)用設(shè)計案例
7.4.1鏡頭選型與設(shè)計
7.4.2工業(yè)相機選型
7.4.3交通監(jiān)控鏡頭設(shè)計案例
7.4.4線上會議鏡頭設(shè)計案例
習(xí)題
第8章投影物鏡與光刻投影物鏡設(shè)計
8.1投影物鏡原理與設(shè)計
8.1.1投影物鏡原理
8.1.2投影物鏡設(shè)計案例
8.2紫外光刻投影物鏡原理與設(shè)計
8.2.1半導(dǎo)體制造工藝與光刻機簡介
8.2.2光刻投影物鏡基本性質(zhì)
8.2.3光刻投影物鏡設(shè)計
習(xí)題
第9章光學(xué)系統(tǒng)多重結(jié)構(gòu)設(shè)計
視頻講解: 26分鐘,3集
9.1Zemax多重結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹
9.1.1多重結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)介紹
9.1.2多重結(jié)構(gòu)編輯器
9.2變焦系統(tǒng)及其多重結(jié)構(gòu)設(shè)計
9.2.1變焦系統(tǒng)原理
9.2.2變焦系統(tǒng)的參數(shù)計算
9.2.3變焦系統(tǒng)Zemax設(shè)計示例分析
9.3激光干涉儀及其多重結(jié)構(gòu)設(shè)計
9.3.1激光干涉儀基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
9.3.2干涉儀Zemax仿真設(shè)計
習(xí)題
第10章高斯(激光)光學(xué)設(shè)計
視頻講解: 8分鐘,1集
10.1高斯光束傳播特性仿真
10.1.1高斯光束自由空間傳播特性
10.1.2高斯光束透鏡變換特性
10.1.3Zemax高斯光束定義
10.2高斯光束聚焦與準(zhǔn)直
10.2.1高斯光束聚焦
10.2.2高斯光束準(zhǔn)直
10.2.3高斯光束準(zhǔn)直擴束
10.2.4星地激光通信地面?zhèn)鬏斈M驗證系統(tǒng)設(shè)計
10.3FTheta 掃描物鏡設(shè)計
10.3.1FTheta 掃描物鏡設(shè)計原理
10.3.2FTheta 掃描物鏡設(shè)計實例
習(xí)題
第11章非成像光學(xué)系統(tǒng)與Zemax非序列模式
視頻講解: 24分鐘,3集
11.1序列模式中的非成像光學(xué)案例
11.1.1顯微照明結(jié)構(gòu)設(shè)計
11.1.2光譜儀結(jié)構(gòu)設(shè)計
11.2Zemax非序列模式
11.2.1非序列模式簡介
11.2.2非序列模式光源
11.2.3非序列模式探測器與光線追跡
11.3Zemax非序列模式中的非成像光學(xué)案例
11.3.1非序列模式干涉儀結(jié)構(gòu)設(shè)計
11.3.2微透鏡陣列勻光設(shè)計
11.3.3氣體吸收池設(shè)計
習(xí)題
第12章實際成像系統(tǒng)質(zhì)量評價
12.1星點檢驗
12.2MTF測試
12.3分辨率檢驗
12.4相機成像模型與畸變
12.4.1相機成像模型
12.4.2相機標(biāo)定
習(xí)題
第13章激光光學(xué)系統(tǒng)波前檢測
視頻講解: 13分鐘,2集
13.1波前直接檢測法
13.1.1基于波前傳感器的波前斜率檢測
13.1.2基于焦面強度的波前像差反演
13.1.3深度學(xué)習(xí)在波前恢復(fù)中的應(yīng)用
13.2參考光干涉方法
13.2.1干涉檢測原理與結(jié)構(gòu)
13.2.2干涉圖相位解調(diào)方法: 移相法
13.2.3干涉圖相位解調(diào)方法: 傅里葉變換法
13.2.4相位解包裹
13.3載波和離焦相位處理
13.4自參考干涉法: 剪切干涉儀
13.4.1平行平板橫向剪切干涉儀
13.4.2環(huán)形徑向剪切干涉儀
習(xí)題
第14章光學(xué)表面檢測
視頻講解: 3分鐘,1集
14.1光學(xué)表面加工與面形誤差
14.1.1光學(xué)表面加工方法
14.1.2光學(xué)表面面形誤差
14.2平面與球面光學(xué)元件檢測
14.2.1傳統(tǒng)檢測法
14.2.2干涉測量法
14.2.3干涉檢測的參考路誤差處理
14.3非球面光學(xué)元件表面檢測
14.3.1零位檢測
14.3.2非零位檢測
14.3.3子孔徑拼接法
習(xí)題
參考文獻(xiàn)