光学镜头的优化设计(清华大学机械工程基础系列教材)
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品牌: 毛文炜
基本信息·出版社：清华大学出版社
·页码：261 页
·出版日期：2009年
·ISBN：7302196923/9787302196921
·条形码：9787302196921
·包装版本：第1版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
·丛书名：清华大学机械工程基础系列教材
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内容简介《光学镜头的优化设计》是为初学光学镜头的优化设计者们编写的教材，全书共5章：光学镜头的优化设计概述；简单光学镜头优化设计实例；三片镜头优化设计实例；中等复杂镜头优化设计实例；适应法优化设计实例和全局优化设计实例。书中列有6个附录：初级像差系数；平行平板的初级像差系数；薄透镜初级像差系数的PW表示式；双胶薄透镜的求解步骤；书中优化设计光学镜头实例所用光学设计程序OSLOLT5．4(OSLOEDU6.4.5)中部分像差表示的含义；双胶薄透镜P0、Q0表。书中介绍10余个光学镜头的优化设计实例，镜头不按通常的使用范畴归类划分，而是按它们的结构由简单到复杂的顺序介绍优化设计过程，这样优化设计过程的介绍人体是按照由易到难的顺序进行的。与讲述光学镜头设计的传统书籍不同，书中所介绍的每一个优化设计实例，都列有详细的优化设计过程，可以复现。
《光学镜头的优化设计》适用于对初级像差理论较为熟悉的光学工程、测控技术与仪器以及机电类专业大专院校师生和从事相关领域工作的工程技术人员阅读参考。
编辑推荐《光学镜头的优化设计》由清华大学出版社出版。
目录
1 光学镜头的优化设计概述
1.1 引言
1.2 光学镜头设计中常用的两种最优化方法的数学原理
1.2.1 适应法
1.2.2 阻尼最小二乘法
1.2.3 阻尼因子p、权重因子μj和评价函数φ
1.2.4 边界条件
2 简单光学镜头优化设计实例
2.1 He-Ne激光光束聚焦物镜的优化设计
2.1.1 镜头片数及玻璃选择的考虑和初步分析
2.1.2 以正前凸型为基础的高折射率双片镜头的优化设计
2.1.3 以负前凸型和负前凹型为基础的高折射率双片镜头的优化设计
2.2 激光扫描物镜的优化设计
2.2.1 自行构造评价函数优化设计激光扫描物镜
2.2.2 采用评价函数GENH优化设计激光扫描物镜
2.2.3 进一步的考虑与优化
2.3 -5×显微物镜的优化设计
2.3.1 依据初级像差理论求解初始结构
2.3.2 玻璃对（BaK7，ZF3）基础上的优化
2.3.3 玻璃对（K3，ZF2）基础上的优化
2.3.4 玻璃时（ZF2，BaK2）基础上的优化
2.3.5 Shannon设计法
3 三片镜头优化设计实例
3.1 三片摄影物镜的优化设计
3.1.1 Richard Ditteon三片摄影物镜的初始解
3.1.2 Richard Ditteon三片摄影物镜的优化设计
3.2 三片数码相机物镜的优化设计
3.3 大孔径望远物镜优化设计实例1
3.4 大孔径望远物镜优化设计实例2
4 中等复杂镜头优化设计实例
4.1 中倍李斯特显微物镜优化设计实例1
4.1.1 用改进了的配合法设计李斯特显微物镜
4.1.2 优化校正李斯特物镜存在的像散实例1
4.1.3 优化校正李斯特物镜存在的像散实例2
4.2 中倍李斯特显微物镜优化设计实例2
4.3 四片放映物镜优化设计实例1
4.4 四片放映物镜优化设计实例2
4.5 双高斯照相物镜优化设计实例
5 适应法优化设计实例和全局优化设计实例
5.1 用适应法优化设计程序优化Wynne 40平场显微物镜实例
5.2 用全局优化方法设计的三片照相物镜实例
附录A 初级像差系数
附录B 平行平板的初级像差系数
附录C 薄透镜初级像差系数的PW表示式
附录D 双胶薄透镜的求解步骤
附录E OSLOLT 5.4(OSLO EDU 6.4.5)中部分像差表示的含义
附录F 双胶薄透镜Po、Qo表
参考文献
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序言为总结教学改革成果，配合新教学规划的落实，编写出新课程体系的系列教材，清华大学精密仪器与机械学系学术委员会组织相关课程的授课教师编写本科生教材。本书是该系列教材中的一本，内容主要涉及光学工程学科中的光学镜头的优化设计。
“光学透镜的设计既是科学又是艺术和技巧。它是科学，因为设计者们在用数学和科学定律（几何光学和物理光学）来度量和量化设计；它是艺术与技巧，因为各种有效结果常常取决于设计者的个人选择。如果把一个透镜设计问题交给12个不同的设计师，往往会得到12种不同的设计结果。这是因为光学透镜的设计问题与习惯的学术性问题是根本不同的。典型的教科书例题都有定义好的输入量和一个正确答案。与之相反，光学透镜设计问题通常都严重地定义不足，并且可能有许多差别很大的解。”正因为如此，对于光学镜头设计的初学者来说，针对若干初步的设计练习题目，如果有步骤清楚、路线可行、结果可以复现的路，跟着一步一步地学走一遍，完整、清楚地了解整个设计过程，几个循环下来，可能对学习是有帮助的。更何况现代的光学镜头设计，都是在计算机上借助于光学镜头优化设计程序逐步完成的。事实上，“优化”是一个修改已有系统以提高像质的过程，缺乏过程的结果在初学者看来似乎是“来路不明”的，是难以模仿的，是难以学习的。基于这个认识，本书中的每一个设计实例都列有详细的步骤和优化设计过程，初学者可以沿着这条优化设计路线从初始结构出发得到最后的结果。
全书共5章。第l章简述光学镜头优化设计在光学设计中的地位，并简述镜头优化设计的数学原理，其目的在于使读者了解优化设计中的基本原理、思路、过程与一些应该注意之处，并介绍光学设计中的两种常用的优化方法，即阻尼最小二乘法和适应法。讲述镜头优化设计方法的数学原理、评价函数、权重因子、阻尼因子以及边界条件的含义和处理思路，主要目的是说清思想，理清思路，而不在于具体数学公式的推导与演化。
第2-4章共列有10余个光学镜头的优化设计实例。镜头不按通常的使用范畴归类划分，而是按它们的结构由简单到复杂的顺序介绍优化设计过程，这样优化设计过程的介绍大体也就按照由易到难的顺序进行了。
文摘插图：
优化时，面临的基本问题是变量的选择，要校正何种像差，以及确定各项要校正像差的权重大小。这些内容在第l章中已有了大概的了解。除此之外，还要确定要校正像差的目标值。
这里，变量可以选6个半径和两个空气间隔，要校正像差的选择上总的想法是通过系统产生适量的初级像差，去抵消或平衡系统存在的高级像差。当然系统存在的高级像差与玻璃材料的选择和系统中各镜片的光焦度分配有关，现在玻璃材料已经选定，又将全部半径选为变量，自然光焦度的再分配可在优化过程中完成。所以，只要控制好系统所产生的初级像差量就有可能得到像质较好的解，因而选择所有的初级像差进入评价函数，并给它们每一项一个适当的目标值。
以表3-7所列的初始结构为基础，选择它的6个半径和2个空气间隔为变量。选择像方孔径角以及7个初级像差构造评价函数，并对每一个初级像差给出一个目标值，每一个要校正像差的权重暂都选为1进行优化。对初学者来说，这些目标值很难一次给准，一般要经过多次调整，下面分几步进行。
（1）初始目标值
三片摄影物镜具有悠久的历史，这种结构应用广泛，所以不难在专利、文献中找到与这里的光学特性类似的设计结果，所以初始目标值可以参考它们给出。
值得指出，上述表中各项的含义分别为：PAC代表初级横向位置色差，PLC代表初级倍率色差，SA3代表初级横向球差，CMA3代表初级彗差，AST3代表初级像散，PTZ3代表初级场曲，DIS3代表初级畸变。这些符号是DSIOLT5.4程序中所采用的符号。
由于Smith三片物镜的相对孔径和视场比要设计的大一些，根据各初级像差与孔径和视场的幂次关系，将上述各初级像差值转换成符合现在要设计物镜的初始目标值，如表3-9所列。
