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| 編輯推薦： |
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本书首先介绍光学设计的基础知识和像差理论，然后以国外先进的光学设计软件Zemax作为基础，详细介绍采用Zemax设计新型光学系统的方法。可作为从事光学设计的专业人员及高等院校光学专业教师和研究生的教学和参考用书。
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| 內容簡介： |
本书首先介绍光学设计的基础知识和像差理论，然后以国外先进的光学设计软件Zemax作为基础，详细介绍采用Zemax设计新型光学系统的方法。本书紧密结合当前各应用领域的*的一些光学系统，内容基本上可以分为7个部分。第1部分是光学系统的像质评价，这是设计一个光学系统所必备的基础知识。第2部分是光学自动设计的原理与程序，介绍了适应法和阻尼*小二乘法这两种常用的光学自动设计程序的特点和使用方法。第3部分是变焦距系统的原理与程序，讨论了变焦距系统的像差计算与自动设计问题。第4部分是光学系统的公差分析与计算，介绍了公差分析计算软件的原理与编程特点。第5部分是光学系统的环境温度分析与无热设计，讨论了环境温度对光学系统的影响及利用衍射光学元件进行无热设计的原理与方法。第6部分是典型光学系统设计，应用所介绍的光学设计程序对望远系统、显微镜物镜和照相物镜等进行了实际设计，并对所设计的例子进行了像质评价。第7部分对偏振像差、非球面应用、计算机辅助光学装调、衍射光学元件、非成像光学系统、空间光学系统、红外光学系统以及其他一些光电系统进行了介绍。
本书可作为从事光学设计的专业人员及高等院校光学专业教师和研究生的教学和参考用书。
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| 關於作者： |
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李林，男，现为北京理工大学光电学院长聘教授，博士生导师，现担任军队及全国光电类学会各种专家社会职务。出版了包括国家规划教材和专著等10部著作，现从事专业为光电仪器设计与检测、空间光学、照明光学、红外仿真等领域。主持或参与完成了国家973和863等数十个国家和部委的科研项目，获6次部委级科研奖励，其中一等奖1次，二等奖1次，三等奖4次。获北京市教育创新标兵、北京市高等学校教学名师、北京市优秀教学团队带头人、北京市高等教育精品课程、教育部视频公开课。
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| 目錄：
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目录
第1章光学系统像质评价方法001
1.1概述001
1.2光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数001
1.3检测阶段的像质评价指标星点检验006
1.4检测阶段的像质评价指标分辨力测量010
1.5几何像差的定义及其计算013
1.6垂轴像差的概念及其计算018
1.7几何像差计算程序ABR的输入数据与输出结果020
1.8几何像差及垂轴像差的图形输出024
1.9用波像差评价光学系统的成像质量028
1.10光学传递函数029
1.11点列图035
1.12包围圆能量036
第2章光学自动设计原理和程序037
2.1概述037
2.2阻尼最小二乘法光学自动设计程序039
2.3光学自动设计的全局优化045
2.4适应法光学自动设计程序049
2.5典型光学设计软件介绍054
2.5.1国内实用软件054
2.5.2国外著名软件056
本章附录060
第3章公差分析与计算061
3.1概述061
3.2公差设计中的评价函数062
3.3光学公差的概率关系065
3.4公差设计中的随机模拟检验070
3.5公差设计中的偏心光路追迹074
第4章目视光学系统083
4.1薄透镜系统的初级像差理论083
4.2望远镜物镜设计091
4.3望远镜物镜设计实例100
4.3.1用Zemax软件对双胶合望远镜物镜进行优化设计100
4.3.2大相对孔径望远镜物镜设计105
4.3.3摄远物镜设计115
4.3.4反射式物镜设计130
4.3.5折反射球面系统设计143
4.4显微镜物镜设计151
4.5显微镜物镜设计实例157
4.5.1低倍消色差显微镜物镜设计157
4.5.2中倍消色差显微镜物镜设计161
4.6目镜设计169
4.7目镜设计实例178
4.7.1冉斯登、惠更斯和凯涅尔目镜设计178
4.7.2对称式目镜和无畸变目镜设计185
4.7.3广角目镜设计189
第5章照相物镜设计195
5.1照相物镜的光学特性195
5.2照相物镜的基本类型196
5.3基本类型照相物镜的演变形式201
5.4照相物镜设计的特点205
5.5数码相机物镜设计特点206
5.6照相物镜像差的公差210
5.7照相物镜设计实例212
5.7.1用适应法自动设计程序设计反摄远物镜212
5.7.2用阻尼最小二乘法自动设计程序设计双高斯物镜222
第6章变焦距光学系统230
6.1概述230
6.2变焦距系统的分类及其特点231
6.3变焦距物镜的高斯光学238
6.4变焦距物镜高斯光学实例254
6.5体视变倍显微镜259
6.6变焦距物镜设计方法和设计实例261
第7章液晶投影仪和背投电视镜头设计268
7.1投影显示类型268
7.2液晶投影仪的工作原理270
7.3液晶投影仪照明系统的设计272
7.4液晶投影仪投影物镜的设计273
7.5背投电视镜头设计特点275
第8章其他光学系统278
8.1激光扫描系统和f镜头278
8.2光学信息处理系统和傅里叶变换镜头280
8.3红外光学系统283
8.4空间光学系统289
8.5空间光学系统设计方法和设计实例292
8.5.1同轴三反射镜系统设计292
8.5.2空间轻型大视场离轴TMA相机镜头的光学系统设计实例293
8.6共形光学设计302
8.7计算机直接制版镜头307
8.8投影仪扩展广角镜头309
8.9光刻机系统设计方法和设计实例310
8.9.1光刻技术发展历程311
8.9.2光刻物镜312
8.9.3全球面光刻物镜设计315
8.9.4偶次非球面光刻物镜光学设计320
第9章非球面和自由曲面的应用335
9.1非球面的表示方法335
9.2非球面的特性337
9.3反射二次非球面的应用337
9.4非球面设计实例339
9.5自由曲面343
9.6自由曲面设计方法和设计实例358
9.6.1基于自由曲面的头盔式显示系统设计358
9.6.2自由曲面在光刻机镜头上的应用365
第10章空间热环境及杂散光影响分析371
10.1热分析概述371
10.2光机热分析理论及有限元方法372
10.2.1热分析基本理论与方法372
10.2.2空间光机系统的热交换374
10.2.3有限元分析法374
10.3热形变的光学系统面型拟合算法378
10.3.1Zernike多项式378
10.3.2面型拟合算法380
10.4不规则折射率在光机热一体化技术中的影响384
10.4.1梯度折射率384
10.4.2不规则折射率面分布拟合算法387
10.5杂散光分析概述389
10.6空间遥感器的杂光水平评价方法391
10.6.1杂光系数392
10.6.2点源透射率392
10.6.3杂光系数与点源透过率的关系395
10.7杂散辐射防护设计396
10.7.1关键表面和被照射表面397
10.7.2遮光罩和挡光环设计398
10.7.3光阑的设计与使用404
第11章衍射光学元件406
11.1概述406
11.2衍射光学元件的实际光线和近轴光线追迹407
11.3衍射光学元件在成像系统中消色差的方法411
11.4衍射光学元件在成像系统中对于热像差的校正414
第12章偏振像差的理论419
12.1光的偏振419
12.2偏振像差的定义420
12.3偏振光线追迹的方法422
12.4旋转对称光学面形中的偏振像差函数423
12.5旋转对称光学系统中的偏振像差函数427
12.6薄膜设计与光学设计428
第13章计算机辅助装调430
13.1概述430
13.2计算机辅助装调数学模型的建立430
13.3计算机辅助装调的像差数据处理433
13.4基于MoorePenrose广义逆的失调量求解方法438
13.5光学系统计算机辅助装调的数值模拟440
第14章非成像光学454
14.1辐射度学和光度学基本概念454
14.2照明光学系统基本组成461
14.3照明光学系统的设计463
14.4均匀照明的实现466
14.5太阳光能量获取系统469
第15章Zemax光学设计软件应用476
15.1概述476
15.2Zemax的用户界面477
15.3Zemax基本操作483
15.4应用实例492
附录1双胶合薄透镜参数表冕玻璃在前498
附录2双胶合薄透镜参数表火石玻璃在前514
参考文献529
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| 內容試閱：
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随着科学技术的飞速发展，各种各样的新型光电仪器不断涌现，在信息、通信、工农业以及国防军事等诸多领域起着非常重要的作用。设计和研制这些新型光电仪器对于设计者来说是一种新的挑战，因为设计者需要掌握光学、机械、电子、控制以及计算机方面的多种知识，其中，光学设计是一门专业知识领域相对比较狭窄的学科。对于一个现代的光学设计工作者，一方面要求他牢固地掌握新型光学设计的像差理论知识；另一方面又要求他在设计实践中不断地积累经验，掌握各种各样新型光学系统的像差特性和设计方法，而且还需要具备熟练的计算机操作和光学设计软件使用能力。所有这些要求使得光学设计比较难以掌握，它是一门非常专业的学科。
以前的光学设计书籍介绍的内容大都只是基于像差理论而进行像差计算，设计实例较少。有的书籍虽然有一些例子，但涉及的系统较为传统，而且基本上是采用国内开发的DOS平台的光学设计软件进行设计。这些国内开发的DOS平台的光学设计软件功能较弱，使用界面不友好，操作复杂，图形功能弱，因此采用这些光学设计软件来设计高质量的新型光电仪器是一项非常费时间的工作，往往很难达到最好的成像质量。近年来，国内很多光电研制单位相继购买了国际上先进的光学设计软件，例如美国的Zemax、CODE V以及OSLO等，其中购买Zemax光学设计软件的最多，因为Zemax软件具有使用方便、功能齐全、价格低廉的特点，特别适合国内的光电仪器研制单位。但是，由于国内的光学设计工作者对这些光学设计软件不太熟悉，使用这些软件所采用的设计方法与传统的方法有较大的差异，因此往往不能很好地利用，造成了资源的浪费。相关设计人员非常希望能有一本紧密结合当前新的发展需求，既详细讲解光学设计理论知识和软件使用，又有具体光学系统设计实例的参考书籍。
本书正是针对这种状况编写的。本书首先介绍光学设计的基础知识和像差理论，然后以国外先进的光学设计软件Zemax作为基础，详细介绍采用Zemax设计新型光学系统的方法。虽然主要以Zemax软件来讨论，但由于不同的光学设计软件虽有差别，却都具有其基本共同点，因此在软件使用上仍具有普遍性。本书的特点是紧密结合当前各应用领域最新的一些光学系统来进行介绍，内容基本上可以分为7个部分。第1部分是光学系统的像质评价，这是设计一个光学系统所必备的基础知识。在这部分里，首先详细地介绍了最常用的几何像差及相应的计算程序；然后介绍了另一个重要的像质评价指标光学传递函数，讨论了两种光学传递函数程序的特点与使用方法。第2部分是光学自动设计的原理与程序，介绍了适应法和阻尼最小二乘法这两种常用的光学自动设计程序使用方法。第3部分是变焦距系统的原理与程序，讨论了变焦距系统的像差计算与自动设计问题。第4部分是光学系统的公差分析与计算，介绍了公差分析计算软件的原理与编程特点。第5部分是光学系统的环境温度分析与杂散光分析，讨论了环境温度对光学系统的影响及分析计算的原理与方法。第6部分是典型光学系统设计，应用所介绍的光学设计程序对望远系统、显微镜物镜和照相物镜等进行了实际设计，并对所设计的例子进行了像质评价。第7部分对偏振像差、非球面应用、计算机辅助光学装调、衍射光学元件、非成像光学系统、空间光学系统、红外光学系统以及其他一些光电系统进行了介绍。对于应用光学和光学设计中的有关内容，本书直接引用，不再详细讨论，同时我们还假定读者已经基本掌握了这些有关知识，因为本书的前期必备知识就是应用光学和光学设计。本书中的计算实例结果中，没有标明单位，对于长度单位隐含为毫米（mm），角度单位隐含为度（）。本书可作为从事光学设计的专业人员及高等院校光学专业教师和研究生的参考书。
本书第1～6，8～10，12～14章由李林负责撰写；第7，15章由黄一帆负责撰写；第11章由王涌天负责撰写。作者所在的北京理工大学光电学院应用光学和光学设计教研组长期从事应用光学和光学设计的教学工作和科研工作，在20世纪60年代就已经开设了光学设计等相关课程，前后曾经编写过近20种不同版本的应用光学和光学设计教材，这些教材先后被国内十几所高等院校采用，是国内公认的经典教材。本书的出版得到了北京理工大学2016年双一流研究生精品教材项目资助。教研组的袁旭沧教授、陈晃明教授、安连生教授、李士贤教授等在应用光学和光学设计研究领域成果斐然，在国内外享有盛誉，本书中很多内容都直接或间接地受益于这些前辈的研究成果。王学良、赵瑜、麦绿波、熊景杰、崔桂华、王煊、张波、王自强、曹银花、张颖、刘家国等同志在博士或硕士研究生论文中所做的工作对本书的完成起了重要作用，作者所在教研室的全体教师也给予了很大支持和帮助，李丁一对本书中的插图进行了编辑修改，在此一并表示衷心的感谢！
清华大学教授、中国工程院院士金国藩先生和北京理工大学教授、中国工程院院士周立伟先生在百忙中审阅了全稿，对本书给予了高度的评价，并提出了宝贵的意见，在此也特向两位尊敬的前辈表示衷心的感谢。
现代光学设计是一门新兴的学科，它还将不断发展，本书中存在的不足之处，敬请读者不吝指正。
作者于北京理工大学
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