光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)——理論、仿真與系統(tǒng)檢測(cè)
定 價(jià)：69 元
叢書(shū)名：普通高等教育電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)系列教材
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- 作者：張磊
- 出版時(shí)間：2025/8/1
- ISBN：9787302694106
- 出 版 社：清華大學(xué)出版社
- 中圖法分類(lèi)：TH740.2
- 頁(yè)碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開(kāi)本：16開(kāi)
《光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)——理論、仿真與系統(tǒng)檢測(cè)》從光學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)出發(fā)，介紹了光學(xué)設(shè)計(jì)的具體方法、工具(輔助設(shè)計(jì)軟件)、設(shè)計(jì)思路、實(shí)踐案例(常見(jiàn)光學(xué)系統(tǒng)和前沿光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)案例)和實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的評(píng)測(cè)方法等全鏈條知識(shí)體系。全書(shū)共分為3部分。優(yōu)質(zhì)部分為光學(xué)設(shè)計(jì)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(jì)目標(biāo)、光學(xué)設(shè)計(jì)理論與方法基礎(chǔ)(像差及其控制)、以Zemax為代表的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具的使用及利用Zemax軟件控制像差的實(shí)操方法;第二部分為典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念與Zemax設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)思路與設(shè)計(jì)案例；第三部分為實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)與光學(xué)表面檢測(cè)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(lèi)光學(xué)元件表面的檢測(cè)技術(shù)理論與方法，形成了光學(xué)設(shè)計(jì)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(jì)基礎(chǔ)理論與實(shí)踐案例，《光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)——理論、仿真與系統(tǒng)檢測(cè)》作者精心制作了完整的教學(xué)課件、53個(gè)Zemax設(shè)計(jì)案例文件以及豐富的配套設(shè)計(jì)視頻教程�！豆鈱W(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)——理論、仿真與系統(tǒng)檢測(cè)》適合作為高等院校光電信息科學(xué)與工程相關(guān)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生、研究生的教材，同時(shí)可供光學(xué)設(shè)計(jì)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(jì)——理論、仿真與系統(tǒng)檢測(cè)》從像差理論和像質(zhì)評(píng)價(jià)手段出發(fā)，描述各類(lèi)典型光學(xué)元件與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理以及依托軟件的自動(dòng)設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容，其既是一門(mén)應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，也是一門(mén)相對(duì)獨(dú)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(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的重要知識(shí)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(jì)——理論、仿真與系統(tǒng)檢測(cè)》以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與行業(yè)需求為導(dǎo)向，充分對(duì)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(shí)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(diǎn)，摒棄了關(guān)于傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計(jì)算的大量復(fù)雜公式，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)自信為出發(fā)點(diǎn)，使得讀者在學(xué)習(xí)過(guò)程中主動(dòng)探索光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)的計(jì)算過(guò)程。體系完備，圖例豐富增添了實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)與光學(xué)表面的加工檢測(cè)技術(shù)內(nèi)容，注重設(shè)計(jì)與加工檢測(cè)的銜接，建立了光學(xué)設(shè)計(jì)-加工-檢測(cè)的全鏈條知識(shí)體系。編寫(xiě)結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)學(xué)習(xí)的過(guò)程性，提供豐富細(xì)膩的，方便理解，適應(yīng)不同興趣、知識(shí)層次的學(xué)習(xí)需求。關(guān)注前沿，落腳實(shí)踐注重幾何光學(xué)、物理光學(xué)、信息光學(xué)知識(shí)的交叉融合，體現(xiàn)學(xué)科價(jià)值，并反映部分近期研究成果。提供了大量設(shè)計(jì)實(shí)踐案例操作視頻，案例編寫(xiě)貼近經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，關(guān)注國(guó)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(xiě)這本書(shū)
從高精尖領(lǐng)域精密光學(xué)儀器(如光刻機(jī))，到醫(yī)用領(lǐng)域的各類(lèi)光學(xué)窺鏡，再到民用領(lǐng)域的手機(jī)攝像頭和監(jiān)控鏡頭，無(wú)一不凸顯了光學(xué)設(shè)計(jì)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的重要地位。與之形成鮮明對(duì)比的是，具有獨(dú)立光學(xué)設(shè)計(jì)能力的人才相對(duì)較少，國(guó)內(nèi)中小型企業(yè)、高校與科研院所的光學(xué)設(shè)計(jì)人才相對(duì)稀缺。從范圍來(lái)看，對(duì)于光電類(lèi)專(zhuān)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(jì)工程師崗位，其中大部分崗位要求畢業(yè)生掌握一門(mén)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件。
光學(xué)設(shè)計(jì)類(lèi)課程從像差理論和像質(zhì)評(píng)價(jià)手段出發(fā)，描述各類(lèi)典型光學(xué)元件與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及依托軟件的自動(dòng)設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容，其既是一門(mén)應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，也是一種相對(duì)獨(dú)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(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的重要知識(shí)組成部分和全周期工程教育的重要環(huán)節(jié)。
書(shū)不一定非要寫(xiě)得深?yuàn)W和高大全，但要讓初學(xué)者有興趣學(xué)下去，學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得滿(mǎn)足感，且可以適應(yīng)不同興趣、知識(shí)需要、學(xué)習(xí)層次的學(xué)習(xí)需求。本書(shū)以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與行業(yè)需求為導(dǎo)向，充分對(duì)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(shí)踐一體化、認(rèn)知與創(chuàng)造一體化的新工科教材。
二、 本書(shū)特色
(1) 本書(shū)重塑了傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)教材內(nèi)容，建立了循序漸進(jìn)的全鏈條知識(shí)體系。一方面順應(yīng)學(xué)習(xí)特點(diǎn)，摒棄了關(guān)于傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計(jì)算的大量復(fù)雜公式，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)自信為出發(fā)點(diǎn)，使讀者在學(xué)習(xí)過(guò)程中主動(dòng)探索光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)的計(jì)算過(guò)程。另一方面增添了實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)與光學(xué)表面的加工檢測(cè)技術(shù)內(nèi)容，注重設(shè)計(jì)與加工檢測(cè)的銜接，建立了光學(xué)設(shè)計(jì)—加工—檢測(cè)的全鏈條知識(shí)體系。本書(shū)在編寫(xiě)結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的過(guò)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(shí)層次的學(xué)習(xí)需求。
(2) 本書(shū)以實(shí)踐運(yùn)用為落腳點(diǎn)，以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)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(shí)的交叉融合，體現(xiàn)學(xué)科價(jià)值，并反映部分近期研究成果。另一方面部分實(shí)踐案例的編寫(xiě)聽(tīng)取了企業(yè)的寶貴建議，貼近經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，如智慧交通監(jiān)控鏡頭設(shè)計(jì)、線(xiàn)上會(huì)議鏡頭設(shè)計(jì)等； 同時(shí)，內(nèi)容編寫(xiě)關(guān)注國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，如光刻物鏡設(shè)計(jì)、星地激光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。
(3) 本書(shū)堅(jiān)持價(jià)值引領(lǐng)。在專(zhuān)業(yè)教育中有機(jī)融入了黨的二十大精神，在章節(jié)內(nèi)容對(duì)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(lèi)的科學(xué)堅(jiān)持、家國(guó)情懷養(yǎng)成、科技的民生落腳點(diǎn)、技術(shù)向善的大愿景、大國(guó)重器的自豪感、共產(chǎn)黨人的愛(ài)國(guó)堅(jiān)持等，實(shí)現(xiàn)培根鑄魂、啟智增慧。
配 套 資 源
設(shè)計(jì)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(shū)頁(yè)面下載，或者掃描封底的“書(shū)圈”二維碼在公眾號(hào)下載。
微課視頻（276分鐘，30集）： 掃描書(shū)中相應(yīng)章節(jié)中的二維碼在線(xiàn)學(xué)習(xí)。
注： 請(qǐng)先掃描封底刮刮卡中的文泉云盤(pán)防盜碼進(jìn)行綁定后再獲取配套資源。
三、 讀者對(duì)象
對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)和光學(xué)系統(tǒng)檢測(cè)感興趣的讀者；
光電信息科學(xué)與工程相關(guān)專(zhuān)業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生；
企業(yè)光學(xué)設(shè)計(jì)和檢測(cè)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(yàn)，疏漏之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者2025年5月
目錄
配套資源
第1章光學(xué)設(shè)計(jì)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(xiàn)追跡的啟示
1．2．1光學(xué)系統(tǒng)基本概念
1．2．2光線(xiàn)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(píng)價(jià)
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(chǎng)曲
2．1．5畸變
2．1．6復(fù)色像差
2．1．7幾何像差計(jì)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(xiàng)式描述
2．3設(shè)計(jì)階段的光學(xué)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法
2．3．1幾何光學(xué)評(píng)價(jià)方法
2．3．2物理光學(xué)評(píng)價(jià)方法
2．3．3信息光學(xué)評(píng)價(jià)方法
習(xí)題
第3章光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax輔助設(shè)計(jì)
視頻講解： 51分鐘，8集
3．1Zemax界面與參數(shù)簡(jiǎn)介
3．1．1用戶(hù)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(píng)價(jià)
3．4Zemax優(yōu)化設(shè)計(jì)
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(shí)操
3．4．4優(yōu)化變量的solve類(lèi)型
3．5Zemax輔助光學(xué)設(shè)計(jì)總體思路
習(xí)題
第4章Zemax像差矯正設(shè)計(jì)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(jí)光譜
習(xí)題
第5章望遠(yuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(jì)
5．2．1物鏡設(shè)計(jì)
5．2．2目鏡設(shè)計(jì)
5．2．3折射式望遠(yuǎn)鏡總體設(shè)計(jì)
5．3反射式望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)
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(jì)
5．3．3折反混合式望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)
習(xí)題
第6章顯微系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(jì)參數(shù)要求
6．3顯微物鏡的分類(lèi)與標(biāo)識(shí)
6．3．1顯微物鏡分類(lèi)
6．3．2顯微物鏡參數(shù)標(biāo)識(shí)
6．4顯微物鏡的典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6．4．1顯微物鏡基本結(jié)構(gòu)
6．4．2顯微物鏡Zemax設(shè)計(jì)實(shí)例
習(xí)題
第7章攝影物鏡設(shè)計(jì)
視頻講解： 50分鐘，5集
7．1標(biāo)準(zhǔn)攝影物鏡設(shè)計(jì)
7．1．1庫(kù)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(jì)
7．2攝遠(yuǎn)物鏡與廣角物鏡設(shè)計(jì)
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(yú)眼鏡頭與全景成像鏡頭
7．3遠(yuǎn)心物鏡設(shè)計(jì)
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(jì)案例
7．4攝影物鏡應(yīng)用設(shè)計(jì)案例
7．4．1鏡頭選型與設(shè)計(jì)
7．4．2工業(yè)相機(jī)選型
7．4．3交通監(jiān)控鏡頭設(shè)計(jì)案例
7．4．4線(xiàn)上會(huì)議鏡頭設(shè)計(jì)案例
習(xí)題
第8章投影物鏡與光刻投影物鏡設(shè)計(jì)
8．1投影物鏡原理與設(shè)計(jì)
8．1．1投影物鏡原理
8．1．2投影物鏡設(shè)計(jì)案例
8．2紫外光刻投影物鏡原理與設(shè)計(jì)
8．2．1半導(dǎo)體制造工藝與光刻機(jī)簡(jiǎn)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(jì)
習(xí)題
第9章光學(xué)系統(tǒng)多重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
視頻講解： 26分鐘，3集
9．1Zemax多重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)
9．2．1變焦系統(tǒng)原理
9．2．2變焦系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算
9．2．3變焦系統(tǒng)Zemax設(shè)計(jì)示例分析
9．3激光干涉儀及其多重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(jì)
習(xí)題
第10章高斯(激光)光學(xué)設(shè)計(jì)
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(kuò)束
10．2．4星地激光通信地面?zhèn)鬏斈M驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)
10．3FTheta 掃描物鏡設(shè)計(jì)
10．3．1FTheta 掃描物鏡設(shè)計(jì)原理
10．3．2FTheta 掃描物鏡設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)
11．1．2光譜儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
11．2Zemax非序列模式
11．2．1非序列模式簡(jiǎn)介
11．2．2非序列模式光源
11．2．3非序列模式探測(cè)器與光線(xiàn)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(jì)
11．3．2微透鏡陣列勻光設(shè)計(jì)
11．3．3氣體吸收池設(shè)計(jì)
習(xí)題
第12章實(shí)際成像系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)
12．1星點(diǎn)檢驗(yàn)
12．2MTF測(cè)試
12．3分辨率檢驗(yàn)
12．4相機(jī)成像模型與畸變
12．4．1相機(jī)成像模型
12．4．2相機(jī)標(biāo)定
習(xí)題
第13章激光光學(xué)系統(tǒng)波前檢測(cè)
視頻講解： 13分鐘，2集
13．1波前直接檢測(cè)法
13．1．1基于波前傳感器的波前斜率檢測(cè)
13．1．2基于焦面強(qiáng)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(cè)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(cè)
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(cè)
14．2．1傳統(tǒng)檢測(cè)法
14．2．2干涉測(cè)量法
14．2．3干涉檢測(cè)的參考路誤差處理
14．3非球面光學(xué)元件表面檢測(cè)
14．3．1零位檢測(cè)
14．3．2非零位檢測(cè)
14．3．3子孔徑拼接法
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
書(shū)單推薦
