光学設計のための基礎知識

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出版社: オプトロニクス
ISBN:9784902312157
商品编码:19858399

具体描述

内容简介

光学設計を志す人を対象に、光学技術をとにかくわかりやすく解説 オプトロニクス社のe-learning(イーラーニング)にも対応する
《光路追踪与成像系统设计》 本书旨在为光学设计领域的初学者提供一套扎实的理论基础和实用的设计方法。我们将从光的基本性质出发,逐步深入到现代光学系统中复杂的成像原理和设计流程。 第一部分:光的基本性质与传播 光的波动性与粒子性: 介绍光的干涉、衍射等波动现象,以及光电效应等粒子性表现,理解光的本质是理解光学现象的关键。 几何光学基础: 反射与折射定律: 详细讲解斯涅尔定律,并推导平面镜、球面镜成像的公式,理解光线如何在界面发生改变。 棱镜原理与色散: 阐述棱镜如何分离不同波长的光,以及其在光谱分析等领域的应用。 光阑与孔径: 定义瞳孔、孔径光阑、场光阑等概念,解释它们如何限制光线通过,影响成像质量和视场。 像差初步: 介绍球差、彗差、像散、场曲、畸变等基础像差,理解它们对成像的影响,为后续的系统优化打下基础。 惠更斯原理与衍射: 探讨光波的衍射现象,理解光波在遇到障碍物或小孔时的传播方式,为理解衍射极限奠定基础。 第二部分:成像系统的基本原理 透镜成像: 薄透镜成像: 深入分析凸透镜和凹透镜的成像特性,推导焦距、物距、像距之间的关系,以及放大率的概念。 厚透镜成像: 引入主平面、节点等概念,处理实际厚透镜的成像问题,理解其与薄透镜的差异。 组合透镜成像: 学习如何将多个透镜组合起来,实现特定的放大倍率、焦距和减小像差。 反射镜成像: 球面反射镜成像: 分析凹面镜和凸面镜的成像原理,以及其在望远镜、投影仪等设备中的应用。 抛物面反射镜成像: 介绍抛物面反射镜的无球差特性,理解其在大型天文望远镜中的重要作用。 曲面反射镜组合: 探讨复杂的反射镜系统,例如卡塞格林望远镜系统。 多层介质中的光线传播: 学习光线在不同折射率介质中的传播路径,理解光的衰减和吸收现象。 第三部分:现代光学成像系统设计 像差的深入分析与校正: 球差的校正: 介绍如何通过透镜形状、组合等方式减小球差。 彗差与像散的校正: 探讨如何针对非轴上点像差进行设计。 场曲与畸变的校正: 理解图像在不同视场角下的失真,并学习校正方法。 色差的校正: 介绍轴向色差和倍率色差,以及使用消色差组合(如胶合透镜)进行校正。 光学系统的性能评估: 分辨率: 理解瑞利判据和艾里斑,以及如何通过设计提高系统的分辨率。 调制传递函数 (MTF): 介绍MTF的概念,以及它如何全面描述成像系统的成像质量。 信噪比 (SNR): 讨论在光照不足或有噪声存在的情况下,如何优化系统以获得更好的信噪比。 常见光学系统的设计实例: 显微镜设计: 讲解显微镜的光学结构,包括物镜和目镜的设计。 望远镜设计: 分析折射式和反射式望远镜的原理和设计要点。 相机镜头设计: 介绍广角镜头、长焦镜头、变焦镜头等的设计思路。 投影仪镜头设计: 探讨大像面、高亮度的投影镜头设计挑战。 光学设计软件介绍: 简要介绍主流的光学设计软件(如Zemax, Code V等)的基本功能和使用流程,帮助读者将理论应用于实践。 公差分析与制造: 探讨光学元件的制造公差对成像质量的影响,以及如何在设计中考虑制造的可行性。 本书通过由浅入深的讲解,结合丰富的图示和实例,旨在帮助读者建立起扎实的光学设计理论框架,并为进一步学习更高级的光学设计技术打下坚实的基础。

用户评价

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我是一名对物理学充满好奇的学生,一直以来,光学都是我最感兴趣的领域之一,但有时候会觉得书本上的理论过于枯燥,缺乏实践的指导。《光学设计的基础知识》这本书恰恰弥补了这一点。它不仅仅是理论的堆砌,更像是一位经验丰富的老师,带着你一步步走进光学设计的殿堂。书中对于光学系统成像过程的描述,以及各种像差的产生原因和校正方法,都讲解得非常透彻。我尤其喜欢作者在讲解透镜组合时,如何通过叠加和组合不同的透镜来达到预期的光学性能,这就像是在玩一个精密的“拼图游戏”。书中提到的傅立叶光学原理,虽然听起来有些抽象,但在作者的解释下,也变得相对容易理解,并且清晰地阐述了它在图像处理和信息传输中的重要作用。这本书让我对光学设计有了更宏观的认识,它不仅是一门科学,更是一门艺术,需要严谨的逻辑思维和创造性的构思。

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我是一名对光学工程的实际应用非常感兴趣的学生,一直希望能够了解光学设计是如何从理论走向实际,并在工业界得到应用的。《光学设计的基础知识》这本书让我非常满意。它在讲解基本的光学原理之后,并没有止步于理论,而是深入探讨了光学设计在实际产品中的应用。例如,书中提到了相机镜头、显微镜、望远镜、投影仪等各种光学仪器的设计思路和关键技术。我尤其对书中关于光学系统优化设计的内容印象深刻,它介绍了如何利用软件进行迭代式的设计,以达到最佳的光学性能,同时还要兼顾成本、体积和制造难度等实际因素。书中还涉及到了光学薄膜的知识,这让我了解到,现代光学器件的性能提升,离不开精密的薄膜涂层技术。这本书为我勾勒出了光学设计在现代科技中的重要地位和广阔前景。

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作为一个对精密仪器和制造过程有浓厚兴趣的爱好者,我一直对光学器件的精密加工和装配过程感到好奇。《光学设计的基础知识》这本书为我打开了一个新的视角。书中在讲解光学元件的设计原理之外,还涉及到了很多关于光学系统集成和测试的内容。我非常感兴趣的是关于公差分析的部分,它解释了为什么在光学设计中,对每一个元件的尺寸、形状和位置都有如此严格的要求,以及这些微小的偏差是如何影响最终成像质量的。书中对光学传递函数(OTF)的介绍,让我明白了如何从数学上量化一个光学系统的成像能力,这比仅仅看一些定性的描述要清晰得多。此外,书中还简要地提到了光学测量仪器的工作原理,这让我对如何验证光学设计的有效性有了初步的了解。这本书不仅关注“为什么”,也触及了“如何做”,让整个光学设计的流程变得更加完整。

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作为一名对物理光学和几何光学都有一定了解的读者,我一直想找一本能够将这两者有机结合,并且深入探讨其在光学设计中应用的图书。《光学设计的基础知识》正是这样一本集大成之作。书中在前部分系统地讲解了几何光学的基本原理,如光的传播、成像等,并在此基础上,逐步引入了物理光学的概念,如光的波动性、衍射、干涉等。令人印象深刻的是,作者能够将这两个看似独立的领域,巧妙地联系起来,解释了为何在某些情况下需要用几何光学来近似描述,而在另一些情况下则必须考虑物理光学的效应。例如,书中在讲解镜头成像时,不仅考虑了透镜的曲率和折射率对光线轨迹的影响,还深入分析了衍射极限以及它对成像分辨率的限制。这种全面而深入的分析,让我对光学系统的理解上升到了一个新的高度。

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我在学习过程中,常常会遇到一些抽象的物理概念,需要借助具体的例子来加深理解,而《光学设计的基础知识》这本书在这方面做得非常到位。它不仅仅是概念的罗列,而是通过大量的实例,将抽象的光学理论与实际应用相结合。例如,在讲解光的衍射时,书中不仅解释了惠更斯原理,还通过讨论CD/DVD的彩色反光、单缝衍射的图样等,让读者直观地感受到衍射现象的存在。同样,在讲解干涉时,书中也通过薄膜干涉(彩虹般的肥皂泡)、迈克尔逊干涉仪等例子,形象地展示了干涉的原理及其应用。这些生动活泼的例子,让我在学习过程中倍感轻松和有趣,也更容易将学到的知识融会贯通,形成牢固的记忆。这本书就像一位循循善诱的导师,用通俗易懂的方式,将复杂的科学知识展现在我面前。

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我一直对光学成像的“完美”状态抱有幻想,希望能够看到清晰锐利的图像,但现实中总是有各种各样的“瑕疵”。《光学设计的基础知识》这本书,恰恰帮助我理解了这些“瑕疵”的由来以及如何去规避。《光学设计的基础知识》详细地阐述了各种像差的类型,如球差、色差、像散、彗差、场曲和畸变等,并分析了它们产生的原因。更重要的是,书中提供了许多具体的校正方法,例如通过组合不同类型的透镜、改变透镜表面的曲率,甚至使用多层减反射膜等来减少这些像差的影响。作者的讲解非常清晰,并配以大量的图示,能够让我直观地理解每一种像差的形态以及校正后的效果。读完这部分内容,我感觉自己仿佛掌握了“化腐朽为神奇”的秘密,对如何评价和设计一个高性能的光学系统有了更深刻的认识。

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这本书给我的最大感受是,它不仅仅是一本知识的搬运工,更是一位引导者,它能够激发我的思考,让我主动去探索光学世界的奥秘。《光学设计的基础知识》的写作风格非常独特,作者善于将复杂的概念用简单易懂的语言来解释,并且常常引导读者进行类比思考。例如,在解释光的折射时,作者会用光线在不同介质中“走捷径”的形象比喻,让读者更容易理解斯涅尔定律。在讲解光学系统时,作者还会引入一些“挑战”性的问题,鼓励读者去思考如何解决实际的光学难题。这种互动式的学习方式,让我感觉自己不再是被动地接受知识,而是主动地参与到学习的过程中。此外,书中还穿插了一些光学发展史的简要介绍,这让我能够更好地理解光学理论是如何一步步发展演变而来的,也让我对那些伟大的光学先驱充满了敬意。这本书的阅读体验非常愉快,让我对光学产生了更浓厚的兴趣。

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我是一名对摄影充满热情但又对光学原理一知半解的爱好者,一直以来,我都在寻找一本能够系统地解释镜头背后科学的书籍。《光学设计的基础知识》无疑是我的幸运星。这本书不仅讲解了光学的基础原理,更重要的是,它将这些原理与实际的光学设计紧密联系起来。作者没有停留在理论的层面,而是深入剖析了各种光学元件的构造和性能,例如球面透镜和非球面透镜在成像质量上的差异,以及它们在不同场景下的应用。书中关于镜头畸变、像散、彗差等像差的详细分析,让我对为什么同一个场景,不同镜头拍出来的照片会有如此大的区别有了深刻的认识。我尤其欣赏书中对现代光学设计软件的介绍,虽然没有深入到操作层面,但它让我了解到,如今的光学设计已经不再是单纯依靠数学和物理的推导,而是融合了强大的计算机辅助设计能力。这让我看到,光学设计是一个既有深厚理论基础,又充满前沿科技的领域。读完这本书,我感觉自己看待镜头的方式都变了,不再只是一个简单的成像工具,而是由无数精妙的光学设计和严谨的计算构成的艺术品。

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这本书简直像是一场知识的盛宴,让我这个初学者醍醐灌顶。一开始我对“光学设计”这个词汇充满了畏惧,总觉得它高深莫测,离我遥不可及。然而,当我翻开《光学设计的基础知识》时,那种莫名的恐惧感便烟消云散了。作者用一种非常亲切和易于理解的语言,层层递进地解析着光学世界的奥秘。从最基本的概念,比如光的波动性与粒子性,到折射、反射定律的细致讲解,再到透镜、反射镜等光学元件的原理,每一个部分都处理得恰到好处。我尤其喜欢作者在解释几何光学时,所引用的那些经典的实验和生活中的例子,比如为什么会有彩虹,望远镜是如何工作的,这些都让抽象的理论变得生动形象。书中对于像阿贝数、色差、像差等一些关键术语的解释,也异常清晰,而且总是伴随着精美的插图,这对我理解那些复杂的数学公式起到了至关重要的作用。读完前半部分,我感觉自己仿佛打开了一扇通往光学世界的大门,窥见了其中令人着迷的景象。这本书并非仅仅罗列理论,而是真正地引导读者去思考,去理解光学现象背后的逻辑。我迫不及待地想继续深入,探索书中更精彩的部分。

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作为一名在光学领域摸爬滚打多年的工程师,我一直希望找到一本能够作为工具书,快速查阅相关知识,同时又能温故知新、触类旁通的读物。《光学设计的基础知识》在这方面表现出色。书中内容编排合理,逻辑性强,从基础概念到高级应用,循序渐进,使得即使是多年未接触过某些细节的读者,也能迅速找回感觉。我特别赞赏书中对于衍射、干涉等波动光学现象的阐述,这部分内容往往是许多基础教材中一带而过的,但对于理解更复杂的光学系统至关重要。作者用简洁的语言和精确的公式,清晰地解释了这些现象的物理本质,并且举例说明了它们在全息成像、光栅等技术中的应用。此外,书中对光学材料的特性及其选择原则的介绍,也十分实用,让我能够更深刻地理解为什么不同的光学器件会选用不同的玻璃或塑料。这本书的专业性和深度,足以满足我在工作中的各种需求,同时也为我拓展新的研究方向提供了宝贵的思路。

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