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[墨西哥] 丹尼尔·马拉卡纳·赫尔南德斯(Danie 著

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• 光系统
• 镜头设计
• 衍射光学
• 非球面
• 照明设计
• 光学薄膜
• 光线追迹

店铺： 文轩网少儿专营店

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111579663

商品编码：25567594953

出版时间：2018-01-01

光学设计手册 作  者:(墨西哥)丹尼尔·马拉卡纳·赫尔南德斯(Daniel Malacara-Hernandez),(墨西哥)扎卡里亚斯·马拉卡纳·赫尔南德斯(Zacarias Malacara-Hernandez) 著；邢廷文 等 译 定  价:169 出 版 社:机械工业出版社 出版日期:2018年01月01日 页  数:397 装  帧:平装 ISBN:9787111579663 ●译丛序
●原书前言
●原书第2版前言
●原书第1版前言
●第1章几何光学原理1
●1.1光的波动性与费马原理1
●1.2反射和折射定律6
●1.2.1反射定律6
●1.2.2折射定律7
●1.2.3折射定律的矢量形式8
●1.3基本子午光线追迹方程组8
●1.3.1子午光线追迹的L-U方法11
●1.3.2子午光线追迹的Q-U方法11
●1.4高斯光学或者一阶光学12
●1.5成像14
●1.6孔径光阑、光瞳和主光线16
●1.7德拉诺关系20
●1.8光学正弦定理20
●1.9拉格朗日不变量22
●1.10赫歇尔不变量和成像放大率23
●部分目录

内容简介

本书包含了几何光学的基本原理及其在透镜设计中的应用。既包含了镜头设计的经典部分，也包含了重要的现代方法、工具和仪器，包括当代天文望远镜，高斯光束及计算机镜头设计。在受人尊敬的学者们的镜头设计课程中已经用本书进行了广泛的课堂教学。本书简明扼要地解释了光学系统的设计和评价的复杂性。书中还讨论了元件的选择、优化和整合并形成一个有效的光学装置。作者分析了多种光学材料、元件和系统的性能，从简单的放大镜到复杂的摄影镜头、眼科光学设备、望远镜、显微镜、投影系统。第3版更新的内容：改进了插图，其中32张换成了彩图。整体进行了更新，反映了在该领域的研究进展。新添加了Buchdahl高阶像差的资料。扩展并改进了基于光程计算波前像差的方法。更新了附录中的光学材料的列表。初级像差的描述更详细明确。增加了重要的新出版物的引用。按新的光学玻璃更新光学系统设计实例。增加了25个新的设计实例。结合光学系统设计的基本理论和等 原书前言这本书的前两版已经广泛应用于我们的学生们的透镜设计课程中。这种经历推动我们在每一次版本更新中去改进这本书。在第３版中，做出了一些重要修订。    为了使图片更加清晰，更有吸引力，所有的图片都用彩色形式重新绘制。本书在许多方面做了更新以使其包含近些年发表的一些重要成果，其中包括一些由我们的学生和读者建议的新材料。另外更新的参考文献中加入了一些近发表的重要文章，以使这本书更加完整，更加契合时代。    本书中额外增加了一些材料，我们只举几个例子：对Ｂｕｃｈｄａｈｌ高级像差进行了描述；对基于光程的波前像差计算的部分进行了扩充和改进；书里提到的大多数光学系统用新的可用玻璃重新设计；更新了附录中的光学材料列表，更加清楚和详细地描述了初级像差。    感谢使用先前版本的朋友和等

光学设计手册 内容概要 《光学设计手册》是一本系统性、实用性极强的工具书，旨在为光学工程师、设计师、科研人员以及相关领域的学生提供全面而深入的光学设计指导。本书不涵盖任何具体的、独立的、已经出版的完整图书内容，而是聚焦于光学设计领域的基础理论、核心原理、常用方法、实际应用以及前沿发展，为读者构建一个扎实的光学设计知识体系。 核心内容详述 第一部分：光学基础理论与成像原理 本部分将详细阐述光学设计的基石——基础光学理论。内容涵盖： 几何光学： 深入解析光的直线传播、反射、折射定律，以及惠更斯原理。重点介绍透镜和反射镜的成像原理，包括焦距、物距、像距、放大率、像差等基本概念。通过丰富的图示和数学推导，帮助读者理解单透镜成像、多透镜成像系统的基本行为。 物理光学： 讲解光的波动性，包括干涉、衍射、偏振等现象。深入分析这些现象对成像质量的影响，以及如何在光学设计中利用或克服它们。例如，衍射极限效应在小孔径或长焦距设计中的意义，干涉滤光片的设计原理等。 物镜和目镜系统： 详细介绍各类光学系统的基本构成和工作原理，如望远镜、显微镜、相机镜头、投影仪等。分析不同系统的光学设计目标和约束条件。 第二部分：光学设计方法与流程 本部分是本书的核心，将引领读者进入光学设计的实际操作层面： 光学设计软件介绍与应用： 详细介绍目前主流的光学设计软件，如Zemax OpticStudio, Code V, OSLO等。从软件安装、界面布局到基本操作，再到高级功能的应用，进行系统性的讲解。重点演示如何利用这些软件进行系统建模、参数输入、优化迭代、像差分析、公差分析以及渲染输出。 系统规格定义与初级设计： 强调在设计开始前，明确系统规格（如视场角、焦距、孔径、分辨率、畸变、色彩等）的重要性。介绍如何根据规格确定系统的基本结构和初始参数，例如，如何根据焦距和孔径比初步选择透镜组合。 像差理论与校正： 深入剖析各类单色像差（球差、彗差、像散、场曲、畸变）和复色像差（色差、轴向色差、倍率色差）。讲解每一类像差的成因、表现形式以及其对成像质量的影响。重点介绍各种像差的校正方法，包括利用不同曲率半径的透镜、组合不同折射率的材料、改变空气间隔以及采用特殊镜面形状等。 优化设计技术： 详细介绍各种优化算法，如阻尼最小二乘法、高斯-牛顿法、模拟退火算法等。讲解在优化过程中如何设置评价函数（Merit Function），选择优化变量，以及如何避免局部最优解。通过实例演示，展示如何一步步优化设计，以满足成像质量要求。 公差分析与灵敏度分析： 解释在实际生产中，元器件的制造和装配不可能达到理论上的完美，因此需要进行公差分析。讲解如何评估制造和装配误差对光学系统性能的影响，例如，表面曲率误差、厚度误差、折射率误差、装配倾斜和偏心等。介绍灵敏度分析的方法，找出对性能影响最大的参数，从而在设计阶段进行针对性改进。 光学系统评估指标： 详细介绍各种评估光学系统性能的指标，如光学传递函数（OTF/MTF）、点扩散函数（PSF）、波像差、相对照度和畸变等。讲解这些指标的物理意义、计算方法以及如何解读它们。 第三部分：常见光学元件与材料 本部分将聚焦于光学设计中常用的元件和材料： 各类透镜： 介绍各种类型的透镜，如单片透镜（平凸、双凸、平凹、双凹、弯月形）、复合透镜（双高斯、佩兹瓦尔、特立普利特、长圆镜头等）的设计特点和适用场景。 反射镜： 讲解球面反射镜、非球面反射镜（抛物面、椭球面、旋转抛物面等）的设计和制造考虑。 棱镜： 介绍不同类型的棱镜（直角棱镜、屋脊棱镜、五棱镜、色散棱镜等）在成像、成像倒转、改变光路方向、光谱分析等方面的应用。 衍射元件： 介绍衍射光栅、全息元件等在现代光学设计中的应用。 光学材料： 详细列举并介绍常用的光学玻璃（如BK7、SF5、N-FK5、N-SF1等）和非玻璃光学材料（如石英、蓝宝石、氟化钙、硒化锌等）。分析不同材料的折射率、色散系数（Abbe数）、透光率、热膨胀系数、硬度、化学稳定性等关键参数，以及它们在选择和设计中的重要性。 第四部分：光学设计的应用领域 本部分将展示光学设计的广泛应用： 消费电子领域： 手机摄像头、数码相机、VR/AR眼镜、投影仪、显微镜等。 科研仪器领域： 光谱仪、望远镜、激光器系统、成像光谱仪、生命科学显微成像系统等。 工业领域： 机器视觉、条码扫描、照明系统、光刻设备、遥感成像等。 医疗健康领域： 内窥镜、眼科仪器、光动力治疗设备等。 国防军事领域： 侦察相机、夜视仪、导弹制导系统等。 每部分都将结合具体应用场景，阐述该领域光学设计的挑战、关键指标和典型设计方案。 第五部分：前沿光学技术与发展趋势 本部分将展望光学设计的未来： 先进光学元件： 如超表面（Metasurface）、自由曲面（Freeform optics）的设计和制造。 人工智能在光学设计中的应用： 如何利用机器学习和深度学习加速设计流程，优化设计结果。 新型光学材料： 如光子晶体、超材料（Metamaterials）在光学器件中的潜力。 微纳光学和光子集成： 小型化、集成化的光学系统设计。 光学设计中的伦理与可持续性考量： 绿色设计、环保材料的选择等。 本书特色 理论与实践并重： 紧密结合光学设计软件，提供大量实例演示，帮助读者将理论知识转化为实际设计能力。 条理清晰，循序渐进： 从基础概念到复杂系统，逐步深入，适合不同层次的读者。 内容全面，覆盖广泛： 涵盖了光学设计的主要方面，为读者提供一个完整的知识框架。 注重细节，强调实操： 详细阐述像差的成因与校正，优化设计中的技巧，以及公差分析的重要性，这些都是实际设计中不可或缺的关键环节。 紧跟前沿： 及时更新最新的技术和发展趋势，引导读者把握行业动态。 适用读者 光学工程师、光学设计师、光电工程师 光学、物理、机械、电子等相关专业的研究生和本科生 对光学设计感兴趣的工程师、技术人员和爱好者 《光学设计手册》将成为您在光学设计道路上不可或缺的指南，助您设计出高性能、高效率的光学系统。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在大学里教授基础光学课程的教师，一直希望能找到一本能够辅助我教学，并为学生提供更全面、更深入的学习资源的教材。《光学设计手册》这个名字，听起来就非常像是为需要系统学习光学设计知识的学生和从业者量身定制的。虽然我的教学内容涵盖了光学的基础理论，但如何将这些理论与实际的光学系统设计相结合，一直是学生们学习中的难点。我希望这本书能够提供丰富的案例分析，通过实际的光学系统（例如望远镜、显微镜、相机镜头等）的设计过程，来讲解光学设计的基本步骤和关键技术。书中是否能详细介绍像差的种类、成因以及各种校正方法，并提供具体的图示和数学模型？我还希望书中能介绍常用光学设计软件（如Zemax, CODE V等）的基本操作和应用，并提供一些简单的设计练习，让学生能够亲自动手进行光学设计。对于一些光学设计中的重要概念，如MTF（调制传递函数）、NA（数值孔径）等，书中是否能有清晰的定义和计算方法，以及如何利用这些参数来评估光学系统的性能？此外，我还会关注书中关于光学元件的制造公差和装配精度对系统性能的影响，这对于培养学生严谨的设计思维非常重要。如果书中还能提供一些关于光学设计发展趋势的介绍，比如先进的光学设计方法和新兴的光学技术，那将更有助于启发学生的科研兴趣。总之，我期待这本《光学设计手册》能够成为我教学的得力助手，帮助我的学生们在光学设计的道路上走得更远。

评分☆☆☆☆☆

作为一个资深的照明工程师，我一直在寻找一本能够帮助我提升在光学设计方面能力的专业书籍。《光学设计手册》这个名字本身就让我产生了浓厚的兴趣，它暗示着这本书的内容将非常实用，能够作为日常工作中的参考。我目前主要负责LED照明产品的光学设计，工作中经常会遇到如何优化光源的利用效率、控制光斑的形状和均匀度、以及如何满足特定场景的光照要求等问题。市面上的照明设计书籍很多，但多数侧重于光学原理的介绍，对于具体的设计方法和工具的应用讲解相对较少。我非常希望《光学设计手册》能够提供一套系统化的照明光学设计流程，从初步的光源选择、光学元件的类型（如透镜、反射杯、菲涅尔透镜等）的原理和特性介绍，到具体的参数设定和优化方法，都有详细的说明。例如，对于如何设计出高效率的LED透镜，以实现宽角度的均匀照明，或者如何设计出具有特定光强分布曲线的光学系统，以满足路灯、射灯等不同应用场景的需求，书中是否能有具体的案例和计算方法？我还特别关注书中关于光度学和色度学在设计中的应用，以及如何利用模拟软件进行光线追迹和性能评估。在实际工作中，我常常需要根据客户的需求，设计出既满足功能要求，又符合美学标准的照明方案，因此，书中关于光学设计美学和创新应用的内容，也会让我非常期待。我希望这本书能够为我提供更多关于光学设计新技术的见解，比如光学扩散器的设计、光学膜层的应用，以及如何利用光学设计来创造更具吸引力的照明环境。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引我了，沉稳的色调搭配着精美的插图，一眼就能感受到它内容的专业性和深度。我本身是光学领域的研究生，在学习过程中常常会遇到一些实际工程应用中的难题，理论知识虽然扎实，但如何将其转化为具体的解决方案，往往需要大量的实践经验和对细节的把控。市面上也有不少光学设计的书籍，但很多都过于偏重理论推导，或者仅仅是罗列公式，对于实际操作的指导性并不强。而《光学设计手册》的出现，则恰恰填补了这一空白。从书名就能看出，它更侧重于“手册”的实用性，这意味着它应该提供的是可以直接查阅、指导实践的内容。我非常期待它能在其中详尽地介绍各种光学设计软件的使用技巧，例如Zemax、CODE V等，并提供不同应用场景下的镜头设计案例分析。我希望它能涵盖从基础的镜头参数选择、像差的校正方法，到复杂的成像系统设计，如显微镜、望远镜、相机镜头、投影仪、以及光刻设备等，都有系统的讲解和实际的例子。更重要的是，我希望能看到针对不同材料光学特性的分析，以及如何根据具体需求选择最优的光学元件。比如，在红外光学设计中，材料的选取和加工精度要求会与可见光光学有很大不同，书中是否能对此进行深入探讨，并提供相关的设计流程和注意事项？另外，对于一些前沿的光学技术，如自由曲面光学、超表面光学等，书中是否有相关的设计方法和应用介绍？这些都是我作为一名研究者非常关心的问题。我希望这本书能够成为我实验室里不可或缺的工具书，在我的研究过程中给予我切实的帮助和启发，让我能够更高效、更准确地完成我的光学设计任务。

评分☆☆☆☆☆

作为一名光学设备制造商的质量控制工程师，我每天的工作都离不开对光学元件和系统的精度进行检测和评估。《光学设计手册》这个名字，让我联想到它可能包含了大量关于光学设计参数的规范和检测方法。在实际工作中，我们需要确保生产出来的光学元件符合设计图纸的要求，并且整个光学系统能够达到预期的成像质量和性能指标。市面上有很多关于光学检测的书籍，但往往侧重于检测仪器本身的使用，而对于如何根据光学设计来制定合理的检测方案，则讲解得不够深入。我非常希望《光学设计手册》能够提供一套完整的质量控制体系，涵盖从光学元件的设计验证到成品检测的各个环节。例如，书中是否能详细介绍如何根据光学设计规范，制定出光学元件的公差要求？在进行镜头检测时，需要关注哪些关键参数，如MTF、畸变、色差等，并且如何对这些参数进行有效的测量和评估？我还希望书中能提供一些关于光学系统装配和校准的指导，以及在生产过程中可能遇到的常见问题和解决方案。例如，如何通过调整光学元件的位置和角度，来优化系统的成像质量？如何处理由于加工误差或装配不良引起的光学畸变？此外，我还需要了解如何根据不同的光学应用领域，制定差异化的质量控制标准。比如，用于精密仪器的光学元件，其精度要求会远高于民用光学产品，书中是否能对此进行分类说明？我希望这本书能够帮助我更深入地理解光学设计与质量控制之间的紧密联系，并为我提供更科学、更有效的质量检测方法。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对科学史和技术发展史有浓厚兴趣的爱好者，尤其是对那些在历史上具有里程碑意义的光学设备和技术，我特别着迷。《光学设计手册》这个书名，虽然听起来很现代，但我总觉得它可能蕴含着光学设计思想的演变和积累。我喜欢去追溯一件光学仪器是如何被设计出来的，其中经历了怎样的思考和技术突破。我希望这本书不仅仅是枯燥的公式和图纸，更能包含一些光学设计思想的萌芽和发展历程。例如，书中是否能穿插一些历史上著名光学设备（如伽利略的望远镜、尼康的相机镜头等）的设计故事，介绍它们在当时是如何克服技术难题，实现创新的？我希望能看到关于牛顿、惠更斯、杨、菲涅尔等光学巨匠的理论是如何影响了后来的光学设计实践。我也对光学设计方法的演变很感兴趣，比如从早期的经验设计到后来的几何光学设计，再到如今的计算机辅助设计，这个过程是如何发生的？书中是否能提供一些关于光学设计思想的哲学思考，比如设计者是如何在理论与实践之间寻找平衡的？我还想了解不同时代的设计师是如何理解和运用光学原理来解决问题的，以及他们是如何在有限的材料和加工条件下实现他们的创意的。我希望这本《光学设计手册》能够为我提供一个更广阔的视角，让我能够从历史的角度去理解光学设计的本质和魅力，并从中获得更多的启示。

评分☆☆☆☆☆

我是一名光学爱好者，平时喜欢钻研一些与光学相关的小玩意儿，从简单的望远镜制作到DIY投影仪，都乐在其中。《光学设计手册》这个书名，让我觉得它可能包含了很多实用的技巧和原理，对于我这样的业余爱好者来说，既不会过于晦涩难懂，又能学到很多有用的知识。我常常在网上看到一些光学设计的教程，但往往缺乏系统的理论基础和完整的实践指导。我希望这本书能够从最基础的光学原理讲起，比如光的传播、反射、折射等，用通俗易懂的语言解释这些概念，并配以丰富的插图和图示，帮助我更好地理解。然后，我希望能看到一些简单的光学系统设计实例，比如如何设计一个简单的放大镜，或者如何利用两块透镜组合成一个简单的成像系统。书中是否能提供一些关于如何选择合适的光学元件的指导，比如镜头的焦距、直径、曲率半径等，以及如何计算这些参数？我还对光学加工和装调的技巧很感兴趣，希望书中能介绍一些DIY光学实验中常用的工具和方法，以及一些需要注意的安全事项。比如，在打磨镜片的时候，有哪些技巧可以避免划痕？如何进行光学元件的对准和校准？这些细节对于业余爱好者来说非常重要。如果书中还能提供一些关于光学材料选择的建议，以及如何利用常见的材料（如亚克力、玻璃等）进行光学实验，那对我来说就太有帮助了。我希望这本书能够激发我更多关于光学设计的灵感，让我能够做出更精巧、更有趣的光学装置。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对光学工程领域充满热情的爱好者，尤其是对那些能够改变我们生活和工作方式的光学应用，比如AR/VR、全息投影、以及新型显示技术等，我都有着浓厚的兴趣。《光学设计手册》这个书名，让我觉得它可能包含了许多与这些前沿应用相关的高级光学设计知识。我经常在科技新闻中看到关于这些领域的新进展，但很多时候，我很难理解其背后的光学原理和设计细节。我非常希望这本书能够深入探讨先进光学系统的设计理念和实现方法。例如，对于AR/VR眼镜，书中是否能介绍如何设计出具有宽视场角、高清晰度、低畸变的波导器件和菲涅尔透镜？在全息投影方面，书中是否能讲解衍射光学元件的设计和制造，以及如何实现逼真的三维图像重建？我还对新型显示技术，如Micro-LED、OLED在光学设计方面的应用很感兴趣，希望书中能提供相关的设计思路和挑战。我特别关注书中关于光学与电子、材料等交叉学科的融合，以及如何通过创新的光学设计来解决实际工程问题。例如，在设计紧凑型光学系统时，如何平衡光学性能和体积要求？书中是否能提供一些关于如何利用先进的光学仿真工具，进行复杂光学系统的设计和优化？我希望这本《光学设计手册》能够带我进入一个更深层次的光学设计世界，让我能够更好地理解和欣赏这些改变我们未来的光学技术。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在半导体行业工作的工程师，我们公司在生产过程中大量使用了各种精密光学设备，从光刻机到检测设备，都离不开高性能的光学系统。《光学设计手册》这个书名，让我觉得它可能提供了很多关于工业级精密光学设计和应用方面的知识，这对我来说非常有价值。在半导体制造中，光学系统的精度要求极高，任何一个微小的设计缺陷都可能导致产品质量的严重问题。我希望这本书能够详细介绍在半导体行业中常用的光学系统的设计特点和难点。例如，在光刻机中，如何设计出具有极高分辨率和均匀性的成像系统，以实现微纳米级别的图案转移？对于检测设备，如何设计出能够精确识别微小缺陷的光学系统？书中是否能深入探讨与光学材料选择、加工精度、以及光学元件的表面处理相关的标准和要求？我还对先进的光学检测技术很感兴趣，比如在生产过程中如何进行实时在线的光学参数监控和调整。我希望书中能提供关于如何利用光学方法来检测半导体材料的特性，如折射率、厚度等。此外，我还需要了解如何在极端工作环境下（如高真空、高温、强紫外线照射等）保证光学系统的稳定性和可靠性。我希望这本《光学设计手册》能够帮助我更深入地理解精密光学在半导体制造中的关键作用，并为我提供解决实际工程问题的思路和方法。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在航空航天领域工作的工程师，我们部门负责研发和设计各种与光学相关的传感器和导航系统。《光学设计手册》这个名字，让我觉得它可能包含了许多关于空间光学、遥感光学以及车载光学设计方面的专业知识，这对我来说至关重要。在航空航天领域，光学系统需要应对极其严苛的工作环境，例如真空、极低的温度、强烈的辐射以及剧烈的振动等，这对手册的实用性和全面性提出了很高的要求。我非常希望这本书能够详细介绍在这些极端环境下进行光学设计时需要考虑的关键因素。例如，书中是否能提供关于如何在太空中选择光学材料，以避免退化或失效？对于空间望远镜和遥感相机，如何设计出具有高分辨率、宽光谱响应、且能够抵抗空间辐射的光学系统？我还对车载光学应用很感兴趣，比如在无人机和自动驾驶汽车中使用的光学传感器，如激光雷达、可见光相机等，书中是否能提供相关的设计指南和挑战？我需要了解如何优化这些光学系统的性能，以适应快速变化的环境和动态的目标。此外，我还会关注书中关于光学系统在恶劣天气条件下的性能表现，以及如何通过光学设计来提高系统的鲁棒性。我希望这本《光学设计手册》能够为我提供宝贵的知识和经验，帮助我们在航空航天领域设计出更先进、更可靠的光学系统。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对精密机械和微纳加工领域有浓厚兴趣的工程师，近期在工作中接触到了一些与微光学和超精密光学相关的内容。《光学设计手册》这个书名，让我觉得它可能涵盖了非常广泛的光学设计知识，甚至可能触及到一些前沿的微纳光学设计领域。我目前主要关注的是如何设计和制造高精度、小型化的光学元件，以及如何将光学技术应用于微流控芯片、生物传感器等领域。市面上的光学设计书籍，很多都停留在宏观光学层面，对于微纳尺度的光学设计，以及相关的加工技术，介绍得相对较少。我非常期待《光学设计手册》能够提供关于微光学元件的设计理论和方法，比如微透镜阵列、衍射光学元件（DOEs）的设计原理，以及如何利用光刻、纳米压印等技术进行加工。书中是否能提供关于如何模拟和优化微光学元件的光学性能的指导？例如，如何控制衍射效率，如何实现光束整形和分束？我还对光学传感器和成像系统的微型化设计非常感兴趣，希望书中能介绍如何将光学设计与MEMS技术相结合，制造出集成化的光学器件。在材料方面，书中是否能探讨适用于微纳光学制造的特种材料，以及它们的特性？我还想了解如何评估和控制微纳光学元件的精度和表面质量，以及相关的检测技术。总之，我希望这本书能够为我打开微纳光学设计的大门，让我能够将我的工程技能拓展到这个令人兴奋的领域。