像差光學概論 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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圖書標籤:

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• 像差
• 光學設計
• 物理光學
• 幾何光學
• 光綫追跡
• 光學儀器
• 衍射
• 乾涉
• 偏振

全書更進一步更新瞭在直角座標係統中的符號標記和新的主題，包含瞭光綫像差的質心和標準差、初級像差的光點圖(spot diagram)、光學設計的黃金規則、初級像差的二維點光源擴散函數(PSFs)、在光學係統無像差之環狀和高斯孔徑的傳遞函數、環形孔徑的澤尼剋(Zernike)多項式和環狀及高斯孔徑其相關的多項式、縱嚮影像移動對成像的影響、地麵天文颱的幸運成像以及適應性光學。

好的，這是一份為一本名為《像差光學概論》的圖書撰寫的簡介，內容詳盡，但避開瞭對該特定書籍內容的描述。 --- 圖書簡介：現代光學設計與工程實踐指南 探索光的世界，駕馭光的未來 在當今的技術時代，光學係統無處不在，從智能手機的攝像頭、先進的醫療成像設備到深空探測器和高精度激光製造。然而，一個成功的現代光學係統，其核心在於對光綫行為的深刻理解和精確控製。本書旨在為緻力於光學係統設計、製造和應用的技術人員、研究人員及高年級本科生提供一個堅實的基礎，聚焦於如何將理論知識轉化為可行的工程解決方案。 本書並非專注於某一特定光學現象的深入理論推導，而是側重於如何構建、評估和優化復雜光學係統的整體框架。我們相信，對係統級思維的培養，遠比孤立地掌握單個公式更為重要。 第一部分：光學係統的基石與構建 本部分內容將係統地梳理現代光學設計所需的關鍵概念和工程實踐。 1. 光學設計的原理性概述與係統方法論 我們首先探討光學係統在不同應用場景中的角色定位。這包括理解一個光學係統在整個工程鏈條中的位置：它如何與電子學、機械結構和軟件控製相互作用。我們將詳細介紹設計流程的迭代特性，強調從需求定義到原型驗證的各個階段的關鍵決策點。 需求規格的量化與轉換： 如何將模糊的“需要更清晰的圖像”轉化為可測量的MTF（調製傳遞函數）指標、像麵照度要求或視場角限製。 自由麯麵光學的基礎思想： 簡要介紹非球麵和自由麯麵在矯正傳統像差方麵的潛力，但重點在於何時以及如何判斷使用它們是否具有成本效益。 公差分析的藝術與科學： 光學設計成果的最終價值體現在其實際製造和裝配能力上。本章將深入探討公差分析的統計學基礎，特彆是濛特卡洛模擬在預測係統魯棒性中的應用，幫助讀者理解如何平衡性能與可製造性。 2. 關鍵光學元件的工程特性 現代光學元件的性能已遠超簡單的透鏡概念。本部分將聚焦於實際可獲得的元件的工程特性。 材料科學在光學中的體現： 探討不同玻璃牌號、特種光學材料（如氟化物晶體、硫係玻璃）的熱光效應、化學穩定性及其對長期係統性能的影響。 鍍膜技術概述： 深入分析抗反射膜（AR）、高反射膜和分束膜的物理原理，以及如何根據工作波段、入射角和偏振特性選擇最優的膜係結構。重點將放在膜係設計對係統雜散光控製的重要性上。 機械集成與熱管理： 強調光學與機械結構的耦閤。介紹鏡片固定、鏡筒設計中的應力管理，以及溫度梯度如何導緻元件形變和像差的産生，並提供工程應對策略。 第二部分：性能評估與優化策略 一個設計完成的光學係統，其價值需要通過嚴謹的評估來證實。 3. 圖像質量評估的量化指標體係 本章將超越理論上的理想光束，轉嚮如何用工程師的語言描述“好”的圖像。 衍射極限與物理光學基礎迴顧： 快速迴顧衍射對成像的根本限製，為後續的性能評估打下基礎。 現代圖像質量指標的深入應用： 詳細解讀MTF、PSF（點擴散函數）、Encircled Energy（包圍能量）等指標的實際工程意義。特彆是MTF麯綫在不同空間頻率下的敏感性分析，以及如何利用它們來診斷特定係統的缺陷（如由製造誤差引起的像差模式）。 雜散光與對比度工程： 雜散光是導緻實際圖像對比度下降的主要因素。我們將分析雜散光産生的機理（如內部反射、材料本身散射），並介紹工程上常用的遮光和結構優化方法來有效抑製它們。 4. 優化算法與迭代設計 現代光學設計高度依賴於計算工具，但工具的應用需要策略指導。 優化目標的設定與權重分配： 解釋如何構建一個多目標函數，平衡成像質量、係統尺寸、元件數量和製造成本。重點討論在麵對矛盾指標時如何科學地分配權重。 局部與全局優化策略： 介紹梯度下降、模擬退火等優化算法在光學設計中的應用場景，指導讀者識彆何時需要跳齣局部最優解，探索更廣闊的設計空間。 第三部分：特定工程領域的光學挑戰 本書的最後部分將應用前述原理，探討當前幾個關鍵技術領域中光學係統麵臨的獨有挑戰。 5. 高速與高分辨率成像係統的設計考量 針對機器視覺、遙感和顯微成像等領域，設計必須兼顧速度和細節捕捉能力。 視場（FOV）與分辨率的權衡： 分析大視場係統設計中邊緣像差的急劇增加問題，以及如何利用復麯麵或離軸係統來突破限製。 動態成像與高速快門效應： 討論在高速運動目標捕獲中，由於曝光時間限製導緻的圖像模糊，以及如何通過設計係統來最小化這一影響。 6. 激光係統中的光束整形與準直 激光光束的特性（如高相乾性、高亮度）對光學元件提齣瞭極高的要求。 高功率激光係統的熱效應管理： 探討激光束在穿過光學元件時引起的吸收和熱透鏡效應，以及如何選擇具有低吸收率的材料和特殊的冷卻/支撐結構。 光束質量（M²）的測量與控製： 介紹M²參數的意義，以及如何通過精確的整形元件設計來確保光束在傳輸和聚焦過程中保持接近理想的高斯特性。 結語：走嚮集成化的光學係統 《像差光學概論》旨在培養讀者一種解決問題的係統性思維。成功的現代光學工程師，不僅需要精通幾何光學和物理光學，更需要理解這些理論如何影響到實際的製造、裝配和最終的係統性能。本書提供的是一把鑰匙，幫助您駕馭復雜的光學世界，將前沿的光學構想轉化為可靠、高性能的工程産品。 ---

作者簡介

Virendra N. Mahajan      

　　齣生於巴基斯坦維哈裏縣，在印度和美國受教育，並於亞利桑那(Arizona)大學取得光學博士學位。他花瞭九年待在馬薩諸塞州劍橋鎮的查爾斯•斯塔剋•德雷柏實驗室研究太空光學係統，並自1983年起在美國航宇公司研究太空衛星監測係統。

　　Mahajan博士目前在美國亞利桑那大學擔任光學係兼任教授，並於颱灣中央大學開設成像與像差光學的研究所課程。他也曾在美國光學學會會議以及國際光學工程協會上教授過色差領域的短期課程。博士在繞射、色差、適應性光學和聲光學領域研究上貢獻良多。

　　Mahajan博士目前是美國光學學會、國際光學工程協會和印度光學學會的會士，也是美國光學學刊第三版的副編輯和國際光學工程協會康拉迪奬的受奬者。此外，他曾是光學快報的主題編輯，以及美國光學學會天文、航空與太空光學技術研究小組的主席，也是多場美國光學學會會議和國際光學工程協會會議的會員。

　　Mahajan博士的著作有Optical Imaging and Aberrations, Part I: Ray Geometrical Optics (1998), Optical Imaging and Aberrations, Part II: Wave Diffraction Optics, Second Edition (2011)，並主編Selected Papers on Effects of Aberrations in Optical Imaging (1994)，以上皆由國際光學工程協會齣版。

教程文章係列
教程文章係列簡介
教程文章係列序
初版序論
再版序論
翻譯序論
符號標記及縮寫

PART I　幾何光學　

第一章　光學像差
1.1　簡介
1.2　光學成像
1.3　波像差與光綫像差
1.4　離焦像差
1.5　波前傾斜
1.6　鏇轉對稱係統的像差函數
1.7　孔徑光欄位置的改變對像差方程式的效應
1.8　摺射球麵的像差
1.9　多元件係統的像差方程式
1.10　總結
附錄: 符號規則

第二章　薄透鏡
2.1　簡介
2.2　高斯成像
2.3　初級像差
2.4　球麵像差與彗星像差
2.5　數值問題
2.5.1　薄透鏡聚焦平行光束
2.5.2　等光程雙閤透鏡聚焦平行光束
2.6　總結

第三章　平麵平行闆的像差 39
3.1　簡介
3.2　高斯成像
3.3　初級像差
3.4　數值問題
3.5　總結

第四章　球麵鏡的像差
4.1　簡介
4.2　初級像差函數
4.3　孔徑光欄位於鏡麵
4.4　孔徑光欄位於麯率中心
4.5　數值問題
4.6　總結

第五章　施密特相機
5.1　簡介
5.2　施密特闆
5.3　數值問題
5.4　總結

第六章　錐麵的像差
6.1　簡介
6.2　錐形錶麵
6.3　錐形摺射麵
6.3.1　軸上的物點
6.3.2　離軸的物點
6.4　非球麵摺射麵
6.5　錐形反射麵
6.6　拋物麵鏡
6.7　多重麵鏡係統
6.8　總結

第七章　光點大小與分佈圖
7.1　簡介
7.2　波前與光綫像差
7.3　球麵像差
7.4　彗星像差
7.5　像散
7.6　場麯
7.7　像散和場麯像差
7.8　畸變像差
7.9　光點分佈圖
7.10　像差誤差與光學黃金設計法則
7.11　總結

PART II　Wave Diffraction Optics

第八章　圓形光瞳係統
8.1　簡介
8.2　點擴散函數(PSF)
8.2.1　具有像差的點擴散函數
8.2.2　無像差的點擴散函數
8.2.3　鏇轉對稱的點擴散函數
8.2.4　離焦的點擴散函數
8.2.5　軸上的輻射照度
8.3　斯特列爾比值
8.3.1　通用錶示式
8.3.2　初級像差
8.3.3　平衡後初級像差
8.3.4　近似值與精準值的結果比較
8.3.5　非最佳平衡後像差的斯特列爾比值
8.3.6　瑞利四分之一波法則
8.3.7　平衡後像差與澤尼剋圓孔多項式
8.4　二維點擴散函數
8.5　光學傳遞函數
8.5.1　光學傳遞函數與其物理意義
8.5.2　無像差的光學傳遞函數
8.5.3　霍普金斯比值與像差容忍度
8.5.4　對比反轉
8.6　總結
參考文獻

第九章　環形與高斯光瞳係統
9.1　簡介
9.2　環形光瞳
9.2.1　無像差之點擴散函數
9.2.2　無像差之光學傳遞函數
9.2.3　軸上輻射照度
9.2.4　斯特列爾比值
9.2.5　平衡後像差與澤尼剋環形多項式
9.3　高斯光瞳
9.3.1　無像差之點擴散函數
9.3.2　無像差之光學傳遞函數
9.3.3　軸上輻射照度
9.3.4　斯特列爾比值
9.3.5　平衡後像差與澤尼剋-高斯圓形多項式
9.3.6　弱截斷光瞳
9.4　總結
參考文獻

第十章　像差係統之視綫
10.1　簡介
10.2　理論
10.3　數值結果
10.4　評論
10.5　總結
參考文獻

第十一章　隨機像差
11.1　簡介
11.2　隨機影像移動
11.2.1　橫嚮移動
11.2.2　縱嚮移動
11.3　經由大氣亂流之成像
11.3.1　簡介
11.3.2　長時間曝光圖像
11.3.2.1　圓形光瞳之成像
11.3.2.2　環形光瞳之成像
11.3.3　短時間曝光圖像
11.3.4　幸運成像與自適性光學
11.4　製造誤差及其公差
11.5　總結
參考文獻

第十二章　像差的觀測
12.1　簡介
12.2　初級像差
12.3　乾涉圖
12.4　總結
參考文獻
參考書目　
延伸閱讀之參考文獻 　
中英對照錶

评分☆☆☆☆☆

這本書的“啓發性”也讓我受益匪淺。在閱讀過程中，我不僅僅是機械地吸收知識，更多的是引發瞭我對光學未來發展的思考。書中雖然側重於基礎理論，但字裏行間透露齣的對新技術的探索精神，讓我對光學領域的前景充滿瞭憧憬。比如，書中提到瞭衍射光學和自由麯麵光學的一些初步概念，雖然沒有深入展開，但已經足以激發起我對這些前沿領域的興趣。我開始思考，未來光學技術的發展方嚮會是什麼？像差的校正是否會迎來新的突破？這本書讓我覺得，光學領域依然充滿著無限的可能性，等待著有誌之士去探索和創新。

评分☆☆☆☆☆

這本書的“可讀性”超齣瞭我的預期。我原以為會是一本枯燥乏味的學術著作，但齣乎意料的是，它讀起來竟然相當引人入勝。作者的寫作風格非常生動，即使是復雜的物理原理，也能被他用通俗易懂的語言娓娓道來。書中穿插的許多曆史故事和實際案例，更是為原本嚴肅的學術內容增添瞭許多趣味性。我經常在閱讀的過程中，不由自主地發齣“原來如此”的感嘆。這種將學術性與趣味性完美結閤的寫作方式，讓我覺得學習光學不再是一種負擔，而是一種享受。我甚至會在睡前，也忍不住翻上幾頁，沉浸在光學世界的奇妙之中。

评分☆☆☆☆☆

我特彆欣賞這本書的“嚴謹性”。雖然我不是光學專業的，但從作者對每一個概念的定義，每一個公式的推導，每一個圖示的繪製，都能感受到作者的專業和認真。書中沒有一句廢話，沒有一個多餘的解釋，每一個字都充滿瞭信息量。在講解一些關鍵的像差公式時，作者還提供瞭推導過程，讓我能夠理解公式的來源，而不是死記硬背。這一點對於我這樣追求知其所以然的學習者來說，至關重要。我經常會停下來，反復閱讀某個公式的推導，嘗試自己動手演算一遍，這種沉浸式的學習體驗，讓我對光學知識的掌握更加牢固。我相信，對於光學專業的學生來說，這本書無疑是一本不可多得的經典教材。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的感受就是它的“深度”。我之前嘗試閱讀過一些介紹光學原理的書籍，但總覺得有些浮於錶麵，無法真正理解像差的本質。而《像差光學概論》則不然，它仿佛把我帶入瞭一個深邃的知識海洋。作者在解釋各種像差時，不僅僅是羅列公式，而是從幾何光學和波動光學的角度進行瞭多維度的剖析。我特彆欣賞書中對於不同類型像差的分類和區分，比如彗差、像散、場麯和畸變，這些概念以前對我來說就是一堆名詞，現在通過書中詳盡的圖示和公式推導，我終於能將它們一一對應，並理解它們各自對成像造成的獨特影響。例如，在講解場麯時，書中不僅給齣瞭數學模型，還生動地描述瞭它在照片中呈現齣的“桶形”或“枕形”失真，這讓我立刻聯想到自己拍攝的照片中那些邊緣模糊的場景，原來罪魁禍首就是它！這本書就像一位耐心的老師，循序漸進地引導我，讓我從一個門外漢逐漸成為一個能夠辨識和理解像差的“內行”。

评分☆☆☆☆☆

這本書的“循序漸進”的學習路徑讓我這個光學小白也能輕鬆入門。我一直對高深的理論知識有些畏懼，擔心看不懂，但《像差光學概論》的作者顯然充分考慮到瞭讀者的感受。它從最基本的光學概念講起，比如摺射、反射，然後逐步引入像差的概念，並用非常形象的比喻來解釋。比如，在講到畸變的時候，書中用瞭一個“魚眼”的例子，讓我立刻就明白瞭什麼是場麯畸變和桶形畸變。這種由淺入深的講解方式，讓我覺得學習過程非常順暢，幾乎沒有遇到難以逾越的障礙。我甚至覺得，這本書不僅僅是給光學專業的學生看的，對於任何對成像原理感興趣的業餘愛好者來說，都是一本極具價值的入門讀物。它讓我明白，即使是看似復雜的科學問題，隻要方法得當，一樣可以變得易於理解。

评分☆☆☆☆☆

讀這本書的過程中，我最大的收獲之一是對“像差校正”有瞭更深刻的認識。我一直以為，光學設計無非就是選擇閤適的鏡片組閤，但《像差光學概論》讓我明白瞭，真正的挑戰在於如何巧妙地平衡和消除那些難以避免的像差。書中花瞭相當大的篇幅來介紹各種校正像差的方法，從單透鏡的改進到復式鏡頭的結構設計，都進行瞭詳細的闡述。我印象最深刻的是關於非球麵鏡片的應用，書中解釋瞭非球麵鏡片如何通過其非球麵的形狀來補償傳統球麵鏡片帶來的像差，這讓我對現代光學設計中的創新能力有瞭新的認知。同時，書中還提到瞭像差校正的“權衡”，即在校正某一種像差時，可能會引入或加劇另一種像差，這讓我認識到光學設計是一個復雜而精妙的平衡藝術。我開始意識到，我們看到的那些清晰、完美的照片，背後凝聚瞭多少工程師的智慧和努力，這讓我對光學産業産生瞭更深的敬意。

评分☆☆☆☆☆

這本書的“價值”在於它提供瞭一種思考問題的方式。它不僅僅是傳授知識，更重要的是培養一種科學思維。在理解像差的過程中，我學會瞭如何從多個角度分析問題，如何通過數學模型來描述物理現象，如何用實驗來驗證理論。這種分析問題、解決問題的能力，不僅僅適用於光學領域，也能夠遷移到其他科學和工程領域。我越發覺得，《像差光學概論》不僅僅是一本關於光學知識的書，更是一本關於如何學習和思考的優秀範例。它讓我明白，真正的學習，是能夠將知識內化，並運用到實際中去解決問題，而不僅僅是停留在錶麵。

评分☆☆☆☆☆

我對這本書的“體係性”印象非常深刻。它並非零散的知識點堆砌，而是一個有機的整體。從基礎的光學概念，到各種像差的詳細講解，再到校正方法和應用，整個知識體係的構建非常完整。這種結構化的知識體係，讓我能夠建立起清晰的知識框架，更容易理解不同概念之間的聯係。我尤其喜歡書中對於不同像差之間的關係的闡述，讓我明白瞭它們並非孤立存在，而是相互影響，相互製約的。這種宏觀的視角，讓我對光學成像的復雜性有瞭更深刻的認識，也更能理解光學工程師在設計過程中所麵臨的挑戰。

评分☆☆☆☆☆

剛拿到這本《像差光學概論》的時候，我真的被它的厚度和嚴謹的排版給鎮住瞭。封麵設計雖然簡潔，但透著一股專業的氣息，這讓我對這本書的內容充滿瞭期待。我一直對光學這個領域很感興趣，特彆是那些聽起來有些神秘的“像差”概念，總覺得它們是影響成像質量的關鍵，但又不太明白它們具體是怎麼迴事。翻開第一頁，我就被作者精煉的語言和清晰的邏輯吸引住瞭。雖然是“概論”，但一點都不含糊，開篇就從基本的光綫傳播原理講起，然後逐步深入到各種像差的形成機理。我尤其喜歡作者在講解過程中穿插的那些曆史典故，讓我覺得學習過程不僅僅是枯燥的公式推導，更能瞭解到光學發展的脈絡和先輩們的智慧。比如，在講到球差的時候，書中詳細介紹瞭早期的望遠鏡是如何剋服這個問題的，這讓我對當時工程師的創造力感到由衷的欽佩。我一直在思考，在現代精密光學設計中，這些看似古老的像差問題，是否依然是工程師們需要攻剋的難關？這本書似乎在暗示，基礎理論的紮實，是解決一切工程問題的根本。

评分☆☆☆☆☆

對於非光學專業背景的我來說，這本書的另一大亮點是它的“實用性”。雖然標題聽起來很學術，但作者在講解過程中，並沒有迴避實際應用場景。書中列舉瞭大量與日常生活息息相關的光學儀器，比如照相機鏡頭、顯微鏡、望遠鏡，甚至手機攝像頭，都用到瞭像差理論的知識。我尤其喜歡書中關於相機鏡頭設計的章節，作者詳細分析瞭不同鏡頭結構（如定焦、變焦、廣角、長焦）在像差控製上的特點和取捨，這讓我瞬間理解瞭為什麼不同類型的鏡頭會有如此大的價格差異和成像風格。我甚至開始反思自己過去購買鏡頭時的一些盲目性，現在我能夠更有針對性地去選擇適閤自己需求的鏡頭。這本書讓我覺得，光學不再是遙不可及的理論，而是實實在在地影響著我們生活的方方麵麵。