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图书介绍


现代光学工程(第4版)


[美] 沃伦J.史密斯(Warren J.Smith) 著

    

发表于2020-04-01

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出版社: 化学工业出版社
ISBN:9787122110770
版次:4
商品编码:10811096
包装:平装
开本:16开
出版时间:2011-08-01
用纸:胶版纸
页数:629
正文语种:中文

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具体描述

编辑推荐

  《现代光学工程(第4版)》由世界著名光学专家Warren J. Smith先生所著,反映了光学工程和透镜设计技术的最新进展。本书可以长期作为光学教材和参考书。全书内容丰富,不仅有成熟的光学工程理论基础、计算公式和分析方法,而且包括对光学工程问题的讨论和解决方案;不仅考虑到光学技术问题,而且还有经济成本的分析。与其他同类书籍相比,该书全面考虑到设计、制造和测量技术,首次介绍使用“库存”透镜,从而“变废为宝”。既阐述了普通的球面透镜系统、棱镜系统、反射及折反系统,同时又讨论了非球面和衍射系统。为使读者全面了解现代光学工程的含义,书中还介绍了光学材料、光学镀膜、人眼特性和光度学技术。本书具有如下特点:
  ■ 提供关于光学工程理论、设计和应用的最新资料;
  ■ 150多个详细插图;
  ■ 本版的新颖之处:提供新的光线追迹、光学系统设计和三级像差理论方面的内容;新的透镜设计;新的光学设计软件;新的问题和练习。

内容简介

  《现代光学工程》(原著第四版)内容丰富,实用性强,是世界著名光学专家Warren J. Smith 先生60多年丰富工作经验的总结。本书内容不仅有成熟的光学工程理论基础、计算公式和分析方法,而且包括对光学工程问题的讨论和解决方案;不仅考虑到光学技术问题,而且还有经济成本的分析。该书全面考虑到设计、制造和测量技术,尤其体现在对系统总体布局的经典案例分析(第14章)、对光学工程中存在的实际问题的分析(第20章)、最有效地利用现有“库存”透镜(第21章),以及62种光学系统的设计实例(第19章)。既阐述了普通的球面透镜系统、棱镜系统、反射及折反系统,同时又讨论了非球面和衍射系统。
  《现代光学工程》可供光电子学领域从事光学仪器设计、光学系统和光机结构设计的设计师、光学零件制造工艺师和工程师阅读,也可以作为相关专业本科生、研究生和教师的参考书。

作者简介

  Warren J. Smith 先生,毕业于罗彻斯特(Rochester)大学光学工程学院,在光学领域有60多年的工作经验,是世界上非常有声望的科学家。先后在田纳西州(TN)Oakridge的柯达(Eastman Kodak)公司、伊利诺伊州(IL)芝加哥市Simpson光学制造公司(光学总工程师);加州(CA)Santa Barbara市的Raytheon公司(光学部经理)、Santa Barbara红外公司(研究和发展部主任)和Santa Barbara应用光学研究开发部(副总经理)工作。
  Warren J. Smith 先生是美国光学协会(OSA)芝加哥分部的创始人和主席;先后担任过南加州(OSSC)光学协会主席、美国光学协会主席、SPIE美国协会主席,是美国光学协会(OSA)、国际工程师协会(SPIE)和南加州光学协会资深会员,获得SPIE颁发的终身金奖。
  著有“近代光学工程—光学系统设计(Modern optical engineering-The design of optical systems)”,“近代光学系统设计手册(Modern lens design-A resource manual)”和“实用光学系统总体布局(Practical optical systems layout)”等著作。
  Warren J. Smith 先生是一位资深教育家,在威斯康星(Wisconsin)大学教授光学课程,并为SPIE、OSA和世界各地的公司和政府机构传授光学知识。

目录

第1章 光学基础知识
1.1 电磁光谱
1.2 光波的传播
1.3 Snell 折射定律
1.4 简单透镜和棱镜对波前的作用
1.5 干涉和衍射
1.6 光电效应
练习
参考文献
第2章 高斯光学:基点
2.1 概述
2.2 光学系统的基点
2.3 像的位置和大小
2.4 成像公式汇总
2.5 不在空气中的光学系统
练习
参考文献
第3章 近轴光学和计算
3.1 光线在一个表面上的折射
3.2 近轴区域
3.3 通过几个表面的近轴光线追迹
3.4 焦点和主点的计算
3.5 “薄透镜”
3.6 反射镜
练习
参考文献
第4章 光学系统方面的考虑
4.1 分离透镜系统
4.2 光学不变量
4.3 矩阵光学
4.4 y�瞴bar图
4.5 Scheimpflug 条件
4.6 符号规则总结
练习
参考文献
第5章 初级像差
5.1 概述
5.2 像差多项式和赛德像差
5.3 色差
5.4 透镜形状和光阑位置对像差的影响
5.5 像差随孔径和视场的变化
5.6 光程差(波前像差)
5.7 像差校正和剩余像差
5.8 光线交点曲线和像差的“级”
5.9 纵向像差、横向像差、波前像差(OPD)和角像差之间的关系
练习
参考文献
第6章 三级像差理论和计算
6.1 概述
6.2 近轴光线追迹
6.3 三级像差:表面贡献量
6.4 三级像差:薄透镜,光阑移动公式
6.5 计算实例
参考文献
第7章 棱镜和反射镜系统
7.1 概述
7.2 色散棱镜
7.3 “薄”棱镜
7.4 最小偏折量
7.5 消色差棱镜和直视棱镜
7.6 全内反射
7.7 一个平面的反射
7.8 平面平行板
7.9 直角棱镜
7.10 屋脊棱镜
7.11 正像棱镜系统
7.12 倒像棱镜
7.13 五(角)棱镜
7.14 菱形棱镜和分束镜
7.15 平面反射镜
7.16 棱镜和反射镜系统的设计
7.17 制造误差分析
参考文献
第8章 人眼特性
8.1 概述
8.2 眼睛的构造
8.3 眼睛的特性
8.4 眼睛的缺陷
实验
练习
参考文献
第9章 光阑,孔径,光瞳和衍射
9.1 概述
9.2 孔径光阑和光瞳
9.3 视场光阑
9.4 渐晕
9.5 消杂散光光阑、冷光阑和挡光板
9.6 远心光阑
9.7 孔径和像的照度——f数和余弦四次方定律
9.8 焦深
9.9 孔径的衍射效应
9.10 光学系统的分辨率
9.11 高斯(激光)光束的衍射
9.12 傅里叶变换透镜和空间滤波
练习
参考文献
第10章 光学材料
10.1 反射、吸收和色散
10.2 光学玻璃
10.3 特种玻璃
10.4 晶体材料
10.5 光学塑料
10.6 吸收滤光片
10.7 散射材料和投影屏
10.8 偏振材料
10.9 光学胶和溶剂
练习
参考文献
第11章 光学镀膜
11.1 介电质反射和干涉滤光片
11.2 反射膜
11.3 分划板
练习
参考文献
第12章 辐射度学和光度学原理
12.1 概述
12.2 逆平方定律;光强度
12.3 辐射率和朗伯(Lambert)定律
12.4 半球内的辐射
12.5 散射光源产生的辐照度
12.6 像的辐射度学
12.7 光谱辐射度学
12.8 黑体辐射
12.9 光度学
12.10 照明装置
练习
参考文献
第13章 光学系统总体布局
13.1 望远镜和无焦系统
13.2 场镜和中继系统
13.3 出瞳、眼睛和分辨率
13.4 简单显微镜和放大镜
13.5 复式显微镜
13.6 测距机
13.7 辐射计和医用光学
13.8 光纤光学
13.9 变形系统
13.10 变光焦度(变焦)系统
13.11 衍射表面
练习
参考文献
第14章 系统总体布局中的案例分析(经典案例)
14.1 概述
14.2 摄远物镜
14.3 反摄远透镜
14.4 转像系统(中继系统)
14.5 转像系统(14.4节中)的孔径光阑
14.6 短距离望远镜
14.7 14.6节的场镜
14.8 14.7节的光线追迹
14.9 125倍显微镜
14.10 Brueke 125×放大镜
14.11 4×机械补偿变焦物镜
14.12 计算机绘制系统布局图
14.13 设计有外部冷光阑的消色差中红外系统
第15章 波前像差和调制传递函数(MTF)
15.1 概述
15.2 光程差:焦点漂移
15.3 光程差:球差
15.4 像差(容限)公差
15.5 像的能量分布(几何)
15.6 点和线扩散函数
15.7 由于球差造成光斑的几何尺寸
15.8 调制传递函数
15.9 方波与正弦波靶标
15.10 特殊调制传递函数:衍射受限系统
15.11 径向能量分布
15.12 具有初级像差光学系统的点扩散函数
练习
参考文献
第16章 光学设计的基础知识
16.1 概述
16.2 简单的弯月形照相物镜
16.3 对称原理
16.4 消色差望远物镜(薄透镜理论)
16.5 消色差望远物镜(设计形式)
16.6 光学设计中的衍射表面
16.7 库克(Cooke)三分离消像散物镜:三级理论
16.8 自动设计
16.9 对一些实际问题的考虑
练习
参考文献
第17章 目镜、显微镜和照相物镜的设计
17.1 望远系统和目镜
17.2 显微物镜
17.3 照相物镜
17.4 聚光镜系统
17.5 简单透镜的像差特性
练习
参考文献
第18章 反射镜和折反式系统的设计
18.1 反射系统
18.2 球面反射镜
18.3 抛物面反射镜
18.4 椭球面和双曲面反射镜
18.5 双反射镜系统的公式
18.6 过原点的锥形截面
18.7 施密特(Schmidt)系统
18.8 Margin反射镜(内表面镀膜反射镜)
18.9 Bouwers[或马克苏托夫(Maksutov)]系统
18.10 对简单光学系统弥散斑尺寸的快速计算
练习
参考文献
第19章 物镜设计实例集、分析和说明
19.1 概述
19.2 物镜的数据表
19.3 光线追迹图
19.4 关于调制传递函数的注释
19.5 物镜目录
19.6 物镜设计实例
参考文献
第20章 光学工程中的实际问题
20.1 光学加工
20.2 光学技术要求和公差
20.3 光学装配技术
20.4 光学实验室中的实际问题
20.5 公差预算实例
参考文献
第21章 最有效地利用“库存”透镜
21.1 概述
21.2 库存透镜
21.3 一些简单的测量
21.4 系统原理样机和测试
21.5 像差方面的考虑
21.6 如何利用单透镜(单块零件)
21.7 如何使用双胶合物镜
21.8 库存透镜的组合
21.9 库存透镜的供应商
附录A 光线追迹和像差计算
附录B 一些器件的标准尺寸
专业术语表





精彩书摘

如果子午光线在轴线上方或下方以合适的角度入射圆柱体,则应当以-U斜率角出射。图12.23表示一对斜光线的路程(端视图)。注意到,每次反射都使斜光线伴随着旋转,旋转量取决于光线离开子午面的距离。因此,从圆柱体一端入射的一束平行光束会从另一端出射,如同顶角为2U的空心光锥一样。如果圆柱的直径比较小,则衍射效应在某种程度上会使空心光锥有些散射。还要注意,由于斜光线要比子午光线以更大入射角投射到圆柱表面,所以,斜光线的数值孔径要比子午光线大。
如果将透光圆柱体弯曲成适度的曲线形状,那么,会有一些光从圆柱体的侧壁泄露出,而大部分光仍在圆柱体内传播,并且,一个简单弯曲的玻璃棒就是一种非常方便的装置,通过管道可以将光从一个位置传送到另一个位置。
光学纤维是特别细的玻璃丝或塑料丝,光纤直径是1~2μm,或更大些。在这些小直径材料中,玻璃光纤相当柔韧灵活,一束光纤构成一根灵活的光导管。图13.24表示光纤的几种应用,图13.24a表明定向或“相干”光纤束将图像从光纤一端传输到另一端过程中的基本性质。如果光纤两端被紧紧夹住,使每根光纤任一端都有同样的相对位置,然后,光纤缆索可以逐根地连接成结而不会影响像的传递性质。相当长的光纤束可以有不可思议的高透射率。相干光纤束的极限分辨率(单位长度线对数)近似等于光纤直径倒数的一半。同步摆动或扫描光纤两端,可以使分辨率加倍。当将光纤紧紧包裹时,光纤表面彼此接触,光线会从一个光纤漏射到相邻光纤中。光纤表面上的湿气、油或灰尘也可能干扰全内反射。在每根光纤上涂镀或者“覆盖”一层低折射率玻璃或塑料薄膜可以避免这种现象,例如,玻璃芯的折射率,覆盖层的折射率,根据公式13.26,得到的数值孔径是0.8数量级。由于全内反射(TIR)发生在光纤芯-覆盖层表面,所以,如果覆盖层足够厚,外层表面之间的湿气或接触就不会影响全内反射。
图13.24b表示一个灵活的胃窥镜或者乙形结肠镜。物镜将物体的像形成在相干光纤束的一端,借助目镜或者摄象机,在另一端观察传递过来的像。
阴极射线管端面的普通照相术不是一种很有效的工艺。荧光粉全方位辐射,一个照相物镜仅仅接受辐射光的一小部分。由气密熔凝光纤束组成的管面(图13.24c)可以将辐射到(由NA确定)光锥内的全部能量传递到相接触的照相胶片上,其能量损耗可以忽略不计。熔凝光纤总是覆盖有低折射率玻璃以将光纤分开。常常增加一种吸收层或者吸收纤维,避免光线以大于光纤数值孔径的角度入射而形成的杂散光使对比度下降。光纤光学件也适合做导光管,即刚性熔凝束,可以有效地使光通过复杂曲折的路程,如图13.24d所示。
用直径在0.5in数量级的柔性塑料光纤作照明系统中的单芯光纤。
一种棱锥形相干熔凝光纤束可以用作放大镜或者缩小镜(取决于原物体放置在棱锥体的大端面还是小端面)。将相干光纤束扭曲,无论是否熔凝,都可以做成正像器,能够完成第七章介绍的正像棱镜的作用。这些器件常常在像增强器系统,例如微光夜视仪中使用。
直径0.5~1.0mm的空心玻璃光纤内表面镀膜,柔性合适,已经用于10μm波长范围的辐射。这些光纤对于维持激光束的高斯分布做了大量工作。
梯度折射率光纤
前面内容是讨论将能量从光纤一端传递到另一端,很少或者没有涉及到相干性。入射在光纤一端的能量是非常均匀或者杂乱地被传递到另一端。但是,如果光纤中心的折射率高,向外逐渐变低,则光线通过光纤的路程将是曲线而非直线。适当选择折射率梯度(近似是距光纤中心的径向距离平方的倒数的函数),光路就是正弦关系,如图13.25所示。有两个大的影响:从一点发出的光线沿光纤可以周期性地会聚到一个焦点;光纤能够像透镜一样成像。这是梯度折射率(GRIN)或自聚焦(SELFOC)棒的基础。
由于聚焦效应沿棒长方向是连续的,所以,这种装置等效于13.2节介绍过的、由转像透镜和场镜组成的潜望镜系统。与两个转像透镜和一个中间场镜相对应的棒长,如图13.25所示,将产生一个正立的像,像的面积近似等于棒的直径所具有的面积。单排或双排梯度折射率棒是小型桌面复印机的基础。很明显,一根长的GRIN棒可以起到胃窥镜作用,一根短棒(小于图13.25所示长度的四分之一)的功能类似普通透镜,并称为伍德(Wood)透镜。
这种折射率梯度透镜的其它重要方面是:由于光线是以正弦路径形式传播,所以,绝对不会接触到光纤管壁,并且,与(将光束约束在光纤内的)低折射率覆盖层的反射无关。此外,对所有路程,光路(折射率乘以距离)都是一样的,显然,轴上光路最短,但在最高的折射率中。光路的不变性意味着,在整个数值孔径范围内,所有路程的传播时间都一样。与公式13.23给出的路程长度相比,后者随光线斜角的余弦变化。
通讯光纤
光纤的另一种应用是通讯。以光作为一种有特别高频率的载波,其数据传递速率可以非常非常高。制造光纤时使其有特别低的吸收(低于每千米0.1-dB),以便在几英里距离上传播信息成为现实。然而,如果可能的光路长度彼此不同,则光线从光纤一端传播到另一端所消耗的时间将因不同光线而变化。对高数据传播速率,传播时间的很小量差就足以产生一个相移,将信号调制降到无用的水平。图13.23再次表明路程长度的变化。用于电话和数据传输的光纤是典型的单模光纤(光纤芯直径是10μm数量级,边界处折射率差约1%),除非直接沿光纤长度方向传播,否则该模式的光纤不会传播光波。除了路程长度的变化,另一个麻烦问题是:对绝大多数材料,折射率随波长变化,因此,即使路程长度不变,光路也随波长变化。除了低吸收,通讯光纤材料的性质是保证在使用的(窄)光谱范围内具有非常低的色散。氧化硅光纤在1.3μm波长处具有几乎是零的吸收,在1.55μm处有很低的色散。多层覆盖层可以将零色散漂移到1.55μm处,使它变平,从而使1.3~1.6μm范围内都是有用的。
……

前言/序言

  前言
  非常高兴《现代光学工程》一书第四次再版,许多读者都知道该书(“Modern Optical Engineering”)的缩写是MOE。与第三版明显不同,该版进行了许多修订,内容经过重新组织,并额外增加了6章,因此,是一本内容更为丰富的书。新版《现代光学工程》有许多小的改动和增减,由于太多而无法在此一一列出。
  新版《现代光学工程》共21章,两个附录和一个术语表。该书的第一版和第二版只有14章,第三版15章。近些年来,《现代光学工程》的内容越来越多,初始的第一版仅仅476页,第二版524页,第三版617页,而该版增加到768页(译者注:原英文版的页码)。早期版本对该领域的内容阐述得非常恰当,我希望该版本同样能够做到这一点。第一版前言是以下面一段话开始的:
  将本书献给那些特别需要光学系统与设计方面比较实用技术信息、从事实际工作的工程师或科学家。最近,随着对光学装置在诸如对准、计量、自动控制和空间(国防)领域可应用性的认识提高,迫切需要熟悉光学知识的技术人员,随之,电子、机械、物理或数学方面的许多人才都找到了比较高级的、与光学工程有关的位置。作者希望该书能够使他们增强信心,有助于非常好地完成其所承担的光学任务。
  近些年,从事光学技术的人员数量增加了许多倍,光学工程的研究领域也逐渐扩大了,包括许多新的、无法预料的应用,而上面引证的需求仍在继续。已经普遍认为,《现代光学工程》是一本“必备书”。希望该书新版同样是这种结果。
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《现代光学工程(原著第4版)》可供光电子学领域从事光学仪器设计、光学系统和光机结构设计的设计师、光学零件制造工艺师和工程师阅读,也可以作为相关专业本科生、研究生和教师的参考书。

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厚度还可以,决定当枕头用

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7.12 倒像棱镜

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正版无误,接下来努力

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买了有时间再看,是正本

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