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| 編輯推薦： |
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《光学系统设计——理论、仿真与系统检测》从像差理论和像质评价手段出发，描述各类典型光学元件与系统的设计原理以及依托软件的自动设计方法等内容，其既是一门应用性极强的课程，也是一门相对独立的技术手段，在本科学习阶段与“光学”“工程光学”等课程紧密关联，是光电信息类专业学生的重要知识组成部分和全周期工程教育的重要环节。《光学系统设计——理论、仿真与系统检测》以经济社会发展与行业需求为导向，充分对焦“以学生为中心，产出为导向”的新工科教育理念，致力于打造理论与实践一体化、认知与创造一体化的新工科教材。重塑经典，循序渐进顺应学习特点，摒弃了关于传统光学系统初始结构计算的大量复杂公式，以培养学习自信为出发点，使得读者在学习过程中主动探索光学系统初始结构的计算过程。体系完备，图例丰富增添了实际光学系统与光学表面的加工检测技术内容，注重设计与加工检测的衔接，建立了光学设计-加工-检测的全链条知识体系。编写结构中体现学习的过程性，提供丰富细腻的，方便理解，适应不同兴趣、知识层次的学习需求。关注前沿，落脚实践注重几何光学、物理光学、信息光学知识的交叉融合，体现学科价值，并反映部分近期研究成果。提供了大量设
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| 內容簡介： |
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《光学系统设计——理论、仿真与系统检测》从光学设计的目标出发，介绍了光学设计的具体方法、工具(辅助设计软件)、设计思路、实践案例(常见光学系统和前沿光学系统的设计案例)和实际光学系统的评测方法等全链条知识体系。全书共分为3部分。优质部分为光学设计的理论、工具与基础方法(第1章~第4章)：介绍了光学设计目标、光学设计理论与方法基础(像差及其控制)、以Zemax为代表的计算机辅助设计工具的使用及利用Zemax软件控制像差的实操方法;第二部分为典型光学系统设计理念与Zemax设计实践(第5章~第11章)：介绍了望远系统、显微系统、摄影系统、投影系统、变焦结构、干涉仪、高斯光学系统和其他非成像光学系统的设计思路与设计案例；第三部分为实际光学系统与光学表面检测技术介绍(第12章~第14章)：介绍了成像光学系统、激光光学系统及各类光学元件表面的检测技术理论与方法，形成了光学设计工作的闭环。为便于读者高效学习，快速掌握光学设计基础理论与实践案例，《光学系统设计——理论、仿真与系统检测》作者精心制作了完整的教学课件、53个Zemax设计案例文件以及丰富的配套设计视频教程。《光学系统设计——理论、仿真与系统检测》适合作为高等院校光电信息科学与工程相关专业高年级本科生、研究生的教材，同时可供光学设计人员、广大科技工作者和研究人员自学参考。
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| 目錄：
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目录
配套资源
第1章光学设计目标
1．1光学成像的本质
1．1．1理想成像
1．1．2小孔成像
1．2成像光线追迹的启示
1．2．1光学系统基本概念
1．2．2光线追迹结论： 像差
习题
第2章光学像差与光学系统评价
2．1几何像差
2．1．1球差
2．1．2彗差
2．1．3像散
2．1．4场曲
2．1．5畸变
2．1．6复色像差
2．1．7几何像差计算
2．2波像差
2．2．1波像差的定义
2．2．2波像差的泽尼克多项式描述
2．3设计阶段的光学系统评价方法
2．3．1几何光学评价方法
2．3．2物理光学评价方法
2．3．3信息光学评价方法
习题
第3章光学设计软件Zemax辅助设计
视频讲解： 51分钟，8集
3．1Zemax界面与参数简介
3．1．1用户界面
3．1．2光学系统基本参数设定
3．2Zemax坐标定义与变换
3．3Zemax光学系统像质评价
3．4Zemax优化设计
3．4．1优化函数定义
3．4．2优化操作流程
3．4．3单透镜优化实操
3．4．4优化变量的solve类型
3．5Zemax辅助光学设计总体思路
习题
第4章Zemax像差矫正设计基础
视频讲解： 72分钟，4集
4．1轴上球差矫正
4．1．1缩小相对口径
4．1．2曲率匹配
4．1．3多透镜分裂光焦度
4．1．4非球面
4．1．5齐明透镜
4．2轴外视场相关像差矫正
4．2．1彗差矫正
4．2．2像散矫正
4．2．3场曲矫正
4．2．4畸变矫正
4．3色差矫正
4．3．1色散与玻璃谱系
4．3．2消色差思路
4．3．3二级光谱
习题
第5章望远系统设计
视频讲解： 20分钟，2集
5．1望远镜基本原理与参数指标
5．1．1望远镜原理性结构
5．1．2望远镜“望远”的本质
5．1．3望远镜的分辨率与放大率要求
5．1．4望远镜窗瞳关系
5．2折射式望远镜设计
5．2．1物镜设计
5．2．2目镜设计
5．2．3折射式望远镜总体设计
5．3反射式望远镜设计
5．3．1色差与分辨率矛盾的解决
5．3．2反射式望远物镜设计
5．3．3折反混合式望远镜设计
习题
第6章显微系统设计
视频讲解： 9分钟，1集
6．1放大镜与显微镜原理
6．2显微镜设计参数要求
6．3显微物镜的分类与标识
6．3．1显微物镜分类
6．3．2显微物镜参数标识
6．4显微物镜的典型结构设计
6．4．1显微物镜基本结构
6．4．2显微物镜Zemax设计实例
习题
第7章摄影物镜设计
视频讲解： 50分钟，5集
7．1标准摄影物镜设计
7．1．1库克三片式物镜
7．1．2天塞物镜
7．1．3双高斯物镜
7．1．4系统缩放设计
7．2摄远物镜与广角物镜设计
7．2．1摄远物镜
7．2．2反摄远物镜
7．2．3广角物镜
7．2．4鱼眼镜头与全景成像镜头
7．3远心物镜设计
7．3．1远心物镜基本结构
7．3．2远心物镜设计案例
7．4摄影物镜应用设计案例
7．4．1镜头选型与设计
7．4．2工业相机选型
7．4．3交通监控镜头设计案例
7．4．4线上会议镜头设计案例
习题
第8章投影物镜与光刻投影物镜设计
8．1投影物镜原理与设计
8．1．1投影物镜原理
8．1．2投影物镜设计案例
8．2紫外光刻投影物镜原理与设计
8．2．1半导体制造工艺与光刻机简介
8．2．2光刻投影物镜基本性质
8．2．3光刻投影物镜设计
习题
第9章光学系统多重结构设计
视频讲解： 26分钟，3集
9．1Zemax多重结构设计介绍
9．1．1多重结构光学系统介绍
9．1．2多重结构编辑器
9．2变焦系统及其多重结构设计
9．2．1变焦系统原理
9．2．2变焦系统的参数计算
9．2．3变焦系统Zemax设计示例分析
9．3激光干涉仪及其多重结构设计
9．3．1激光干涉仪基础结构
9．3．2干涉仪Zemax仿真设计
习题
第10章高斯(激光)光学设计
视频讲解： 8分钟，1集
10．1高斯光束传播特性仿真
10．1．1高斯光束自由空间传播特性
10．1．2高斯光束透镜变换特性
10．1．3Zemax高斯光束定义
10．2高斯光束聚焦与准直
10．2．1高斯光束聚焦
10．2．2高斯光束准直
10．2．3高斯光束准直扩束
10．2．4星地激光通信地面传输模拟验证系统设计
10．3FTheta 扫描物镜设计
10．3．1FTheta 扫描物镜设计原理
10．3．2FTheta 扫描物镜设计实例
习题
第11章非成像光学系统与Zemax非序列模式
视频讲解： 24分钟，3集
11．1序列模式中的非成像光学案例
11．1．1显微照明结构设计
11．1．2光谱仪结构设计
11．2Zemax非序列模式
11．2．1非序列模式简介
11．2．2非序列模式光源
11．2．3非序列模式探测器与光线追迹
11．3Zemax非序列模式中的非成像光学案例
11．3．1非序列模式干涉仪结构设计
11．3．2微透镜阵列匀光设计
11．3．3气体吸收池设计
习题
第12章实际成像系统质量评价
12．1星点检验
12．2MTF测试
12．3分辨率检验
12．4相机成像模型与畸变
12．4．1相机成像模型
12．4．2相机标定
习题
第13章激光光学系统波前检测
视频讲解： 13分钟，2集
13．1波前直接检测法
13．1．1基于波前传感器的波前斜率检测
13．1．2基于焦面强度的波前像差反演
13．1．3深度学习在波前恢复中的应用
13．2参考光干涉方法
13．2．1干涉检测原理与结构
13．2．2干涉图相位解调方法： 移相法
13．2．3干涉图相位解调方法： 傅里叶变换法
13．2．4相位解包裹
13．3载波和离焦相位处理
13．4自参考干涉法： 剪切干涉仪
13．4．1平行平板横向剪切干涉仪
13．4．2环形径向剪切干涉仪
习题
第14章光学表面检测
视频讲解： 3分钟，1集
14．1光学表面加工与面形误差
14．1．1光学表面加工方法
14．1．2光学表面面形误差
14．2平面与球面光学元件检测
14．2．1传统检测法
14．2．2干涉测量法
14．2．3干涉检测的参考路误差处理
14．3非球面光学元件表面检测
14．3．1零位检测
14．3．2非零位检测
14．3．3子孔径拼接法
习题
参考文献
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| 內容試閱：
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前言
一、 为什么要写这本书
从高精尖领域精密光学仪器(如光刻机)，到医用领域的各类光学窥镜，再到民用领域的手机摄像头和监控镜头，无一不凸显了光学设计在国民经济各个行业领域的重要地位。与之形成鲜明对比的是，具有独立光学设计能力的人才相对较少，国内中小型企业、高校与科研院所的光学设计人才相对稀缺。从范围来看，对于光电类专业毕业生最为匹配的工作岗位为光学工程师或光学设计工程师岗位，其中大部分岗位要求毕业生掌握一门光学设计软件。
光学设计类课程从像差理论和像质评价手段出发，描述各类典型光学元件与系统的设计原理及依托软件的自动设计方法等内容，其既是一门应用性极强的课程，也是一种相对独立的技术手段，在本科学习阶段与“光学”“工程光学”等课程紧密关联，是光电信息类专业学生的重要知识组成部分和全周期工程教育的重要环节。
书不一定非要写得深奥和高大全，但要让初学者有兴趣学下去，学习过程中获得满足感，且可以适应不同兴趣、知识需要、学习层次的学习需求。本书以经济社会发展与行业需求为导向，充分对焦“以学生为中心，产出为导向”的新工科教育理念，致力于打造理论与实践一体化、认知与创造一体化的新工科教材。
二、 本书特色
(1) 本书重塑了传统光学设计教材内容，建立了循序渐进的全链条知识体系。一方面顺应学习特点，摒弃了关于传统光学系统初始结构计算的大量复杂公式，以培养学习自信为出发点，使读者在学习过程中主动探索光学系统初始结构的计算过程。另一方面增添了实际光学系统与光学表面的加工检测技术内容，注重设计与加工检测的衔接，建立了光学设计—加工—检测的全链条知识体系。本书在编写结构中体现了学习的过程性，提供了丰富细腻的图形内容，方便理解，以适应不同兴趣、知识层次的学习需求。
(2) 本书以实践运用为落脚点，以经济社会发展和国家战略需求为导向。一方面，注重几何光学、物理光学、信息光学知识的交叉融合，体现学科价值，并反映部分近期研究成果。另一方面部分实践案例的编写听取了企业的宝贵建议，贴近经济社会发展需求，如智慧交通监控镜头设计、线上会议镜头设计等； 同时，内容编写关注国家发展战略，如光刻物镜设计、星地激光通信系统设计等。
(3) 本书坚持价值引领。在专业教育中有机融入了党的二十大精神，在章节内容对应的拓展阅读中融入了新质生产力思考、自主创新之路、向老一辈科学家致敬、科学思维锻炼、学史明理与学史力行、人类的科学坚持、家国情怀养成、科技的民生落脚点、技术向善的大愿景、大国重器的自豪感、共产党人的爱国坚持等，实现培根铸魂、启智增慧。
配 套 资 源
设计文件等资源： 扫描目录上方的二维码下载。
教学课件、教学大纲、电子教案等资源： 到清华大学出版社官方网站本书页面下载，或者扫描封底的“书圈”二维码在公众号下载。
微课视频（276分钟，30集）： 扫描书中相应章节中的二维码在线学习。
注： 请先扫描封底刮刮卡中的文泉云盘防盗码进行绑定后再获取配套资源。
三、 读者对象
对光学设计和光学系统检测感兴趣的读者；
光电信息科学与工程相关专业的高年级本科生、研究生；
企业光学设计和检测人员，与光学系统相关的科技工作者、研究人员和工程技术人员。
四、 致谢
限于编者的水平和经验，疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。
编者2025年5月
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