非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與實(shí)例
定 價(jià)：49 元
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- 作者：蘇宙平
- 出版時(shí)間：2017/12/14
- ISBN：9787111582267
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TN202
- 頁(yè)碼：152
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
本書詳細(xì)地介紹了一些典型的非成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)方法及案例，全書共12章，包含LED照明光學(xué)設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能集光系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)、激光擴(kuò)束與整形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。LED照明光學(xué)設(shè)計(jì)包括了LED窄光束光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LED均勻照明的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、擴(kuò)展LED光源的二次光學(xué)設(shè)計(jì)及平面LED陣列和球形LED陣列設(shè)計(jì)；太陽(yáng)能集光系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)包括了用于太陽(yáng)能聚光的菲涅耳透鏡及反射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；激光擴(kuò)束與整形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括了透鏡擴(kuò)束系統(tǒng)、棱鏡擴(kuò)束系統(tǒng)、自由曲面激光整形系統(tǒng)及微透鏡陣列整形系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本書后介紹了光學(xué)仿真軟件FRED在非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。全書緊緊圍繞工程應(yīng)用中的實(shí)際案例，探討設(shè)計(jì)思想，介紹設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)過(guò)程。讀者可以將本書中的案例，根據(jù)自己的設(shè)計(jì)要求稍微做改動(dòng)就可以應(yīng)用，極大地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程。
適讀人群：光學(xué)工程、LED照明、太陽(yáng)能集光技術(shù)、激光加工、激光整形的高年級(jí)本科生、研究生及相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員和科研人員
本書總結(jié)了一些典型的非成像光學(xué)系統(tǒng)，針對(duì)每種非成像光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并給出了設(shè)計(jì)案例。讀者在掌握每種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法之后，使用相應(yīng)的算法，只要修改一些參數(shù)，就能設(shè)計(jì)出自己想要的系統(tǒng)，這對(duì)讀者完成相關(guān)的設(shè)計(jì)將起到有益的幫助。
前言
非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有很廣泛的應(yīng)用價(jià)值，如照明中的光學(xué)設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能集光器設(shè)計(jì)、激光加工中的光束整形系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。與成像光學(xué)系統(tǒng)有所不同，非成像光學(xué)系統(tǒng)很難通過(guò)商用的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件直接優(yōu)化出最后的結(jié)果。究其原因如下：①非成像光學(xué)系統(tǒng)很難找到現(xiàn)成的初始結(jié)構(gòu);②非成像光學(xué)系統(tǒng)如照明系統(tǒng)需要計(jì)算輻照度分布，這需要追跡幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)條光線，因此優(yōu)化速度會(huì)很慢，很難得到最佳的結(jié)果。盡管這樣，大部分的從業(yè)人員都是使用商用的軟件，通過(guò)反復(fù)調(diào)試的方法來(lái)得到一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果，這種試錯(cuò)的方法非常耗時(shí)，而且很難取得滿意的結(jié)果。本書總結(jié)了一些典型的非成像光學(xué)系統(tǒng)，針對(duì)每種非成像光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并給出了設(shè)計(jì)案例。讀者在掌握每種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法之后，使用相應(yīng)的算法，只要修改一些參數(shù)，就能設(shè)計(jì)出自己想要的系統(tǒng)，這對(duì)讀者完成相關(guān)的設(shè)計(jì)將起到有益的幫助。本書適合光學(xué)工程、LED照明、太陽(yáng)能集光技術(shù)、激光加工、激光整形的高年級(jí)本科生、研究生及相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員和科研人員閱讀。
本書共12章，包含LED照明光學(xué)設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能集光系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)、激光擴(kuò)束與整形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。LED照明、太陽(yáng)能利用屬于新能源領(lǐng)域，激光擴(kuò)束與整形在激光加工中有重要的應(yīng)用，屬于先進(jìn)加工與制造領(lǐng)域，這些領(lǐng)域都是“十三五”期間國(guó)家重點(diǎn)規(guī)劃的領(lǐng)域。全書緊緊圍繞工程應(yīng)用中的實(shí)際案例，總結(jié)了非成像領(lǐng)域近些年來(lái)的一些新的研究成果，歸納出了非成像領(lǐng)域里面的一些普遍性和通用性的設(shè)計(jì)方法。書中針對(duì)一些比較難的設(shè)計(jì)問(wèn)題也進(jìn)行了深入的探討，如擴(kuò)展LED光源的光學(xué)設(shè)計(jì)、發(fā)散激光光束的整形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)這些問(wèn)題都具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
本書在編寫過(guò)程中得到了訊技光電科技(上海)有限公司的大力支持，提供了本書第12章“基于FRED非成像光學(xué)設(shè)計(jì)案例”。感謝機(jī)械工業(yè)出版社的劉星寧先生在本書出版過(guò)程中給予的幫助。感謝我的學(xué)生彭亞蒙、李瀟的幫助，也感謝參加我的光學(xué)設(shè)計(jì)課程的學(xué)生們，你們?cè)谡n程中的反饋對(duì)本書內(nèi)容的完善起到了重要的作用。
由于作者水平有限，加之編寫時(shí)間緊張，書中難免有不妥甚至是錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
作者
蘇宙平，男，江南大學(xué)副教授。蘇宙平分別在中科院上海光機(jī)所和中科院長(zhǎng)春光機(jī)所獲得博士和碩士學(xué)位；曾經(jīng)在羅切斯特大學(xué)Hopkins光學(xué)設(shè)計(jì)中心、自由曲面光學(xué)中心作Visiting Scientist；在臺(tái)灣“中央大學(xué)”光電系，作訪問(wèn)學(xué)者；主要研究方向?yàn)槌上衽c非成像光學(xué)設(shè)計(jì)，特別是自由曲面在光學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；主持國(guó)家自然基金，中央高�；緲I(yè)務(wù)課題等8項(xiàng)，在Opt.Express,J.Photo.Enery,Chin.Opt.Lett.等發(fā)表論文25篇左右，申請(qǐng)專利近15項(xiàng)，擔(dān)任Opt.Express,Appl.Opt.,Chin.Opt.Lett.的審稿人，光學(xué)學(xué)報(bào)Topical Editor(光學(xué)設(shè)計(jì)方向)。
目 錄
前言
第1章LED窄光束光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1
1.1TIR透鏡（含雙透射自由曲面）設(shè)計(jì)的基本原理3
1.1.1折射部分自由曲面的設(shè)計(jì)3
1.1.2反射部分自由曲面的設(shè)計(jì)7
1.1.3案例設(shè)計(jì)與分析9
1.2TIR透鏡（含單透射自由曲面）設(shè)計(jì)的基本原理10
1.2.1透射部分的外表面設(shè)計(jì)10
1.2.2反射部分的反射面設(shè)計(jì)11
1.2.3案例設(shè)計(jì)與分析12
參考文獻(xiàn)14
第2章實(shí)現(xiàn)LED均勻圓形輻照度分布自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)15
2.1實(shí)現(xiàn)LED均勻圓形輻照度分布自由曲面透鏡設(shè)計(jì)15
2.1.1實(shí)現(xiàn)LED均勻圓形輻照度分布自由曲面透鏡設(shè)計(jì)過(guò)程16
2.1.2旋轉(zhuǎn)對(duì)稱自由曲面透鏡設(shè)計(jì)實(shí)例20
2.2實(shí)現(xiàn)LED均勻圓形光斑的自由曲面反光杯設(shè)計(jì)21
2.2.1LED反光杯設(shè)計(jì)原理21
2.2.2LED反光杯設(shè)計(jì)過(guò)程21
2.2.3LED反光杯設(shè)計(jì)實(shí)例24
參考文獻(xiàn)25
第3章實(shí)現(xiàn)LED均勻矩形輻照度分布自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)26
3.1用于產(chǎn)生均勻輻照度分布矩形光斑的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)26
3.1.1將光源按等光通量進(jìn)行劃分26
3.1.2將目標(biāo)面按等面積進(jìn)行劃分29
3.1.3自由曲面透鏡的構(gòu)建算法30
3.2非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非連續(xù)自由曲面透鏡設(shè)計(jì)案例33
參考文獻(xiàn)34
第4章基于LED擴(kuò)展光源的二次光學(xué)設(shè)計(jì)35
4.1基于反饋優(yōu)化算法設(shè)計(jì)LED擴(kuò)展光源的自由曲面透鏡35
4.1.1反饋優(yōu)化算法的原理35
4.1.2基于幾種不同參數(shù)調(diào)整的反饋優(yōu)化36
4.1.3設(shè)計(jì)案例38
4.2基于全局優(yōu)化算法設(shè)計(jì)LED擴(kuò)展光源的自由曲面透鏡40
參考文獻(xiàn)43
第5章平面LED陣列輻照度均勻化技術(shù)44
5.1平面LED陣列的優(yōu)化設(shè)計(jì)與集成技術(shù)44
5.1.1LED陣列設(shè)計(jì)理論44
5.1.2模擬退火算法設(shè)計(jì)46
5.1.3平面LED陣列設(shè)計(jì)案例47
5.2大顆數(shù)LED陣列的設(shè)計(jì)59
5.2.1基本LED陣列模塊的形成60
5.2.2大顆數(shù)LED陣列的形成方法61
參考文獻(xiàn)62
第6章球形LED陣列輻照度均勻化技術(shù)64
6.1球形LED陣列設(shè)計(jì)理論64
6.2遺傳算法設(shè)計(jì)66
6.3對(duì)稱分布的球形LED陣列照明平面目標(biāo)面67
6.4非對(duì)稱分布的球形LED陣列照明球形目標(biāo)面70
參考文獻(xiàn)73
第7 章用于太陽(yáng)能聚光的菲涅耳透鏡設(shè)計(jì)74
7.1用于太陽(yáng)能集光的菲涅耳透鏡設(shè)計(jì)原理74
7.1.1等分入射到菲涅耳透鏡上的光能75
7.1.2菲涅耳面的設(shè)計(jì)原理與方法77
7.1.3菲涅耳透鏡設(shè)計(jì)案例79
7.2用于太陽(yáng)能集光的菲涅耳透鏡設(shè)計(jì)中的其他問(wèn)題81
參考文獻(xiàn)82
第8章基于反射式的太陽(yáng)能集光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)83
8.1復(fù)合拋物面反射器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法83
8.2實(shí)現(xiàn)輻照度均勻分布的雙反射太陽(yáng)能集光系統(tǒng)設(shè)計(jì)86
參考文獻(xiàn)89
第9章激光擴(kuò)束系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)90
9.1棱鏡擴(kuò)束系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)90
9.1.1影響單棱鏡擴(kuò)束的因素90
9.1.2多棱鏡擴(kuò)束系統(tǒng)中相鄰棱鏡的位置關(guān)系確定93
9.1.3棱鏡擴(kuò)束系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例94
9.2透鏡擴(kuò)束系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)95
9.2.1折射式擴(kuò)束系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例96
9.2.2反射式擴(kuò)束系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例98
9.2.3柱透鏡擴(kuò)束設(shè)計(jì)案例102
參考文獻(xiàn)102
第10章自由曲面激光光束整形系統(tǒng)設(shè)計(jì)103
10.1用于準(zhǔn)直激光光束整形的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)104
10.1.1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱自由曲面整形透鏡設(shè)計(jì)104
10.1.2非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱自由曲面整形透鏡設(shè)計(jì)107
10.2用于發(fā)散激光光束整形的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)110
10.3用于同時(shí)控制波前與輻照度均勻度的雙自由曲面透鏡115
10.3.1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的雙自由曲面透鏡設(shè)計(jì)115
10.3.2旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的雙自由曲面透鏡設(shè)計(jì)案例118
參考文獻(xiàn)119
第11章基于微透鏡陣列的激光光束整形120
11.1基于微透鏡陣列的激光光束整形原理120
11.2基于微透鏡陣列的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱激光光束整形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)120
11.3基于微透鏡陣列的非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱激光光束整形光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)124
11.3.1基于柱透鏡陣列的一維光束整形125
11.3.2基于柱透鏡陣列的二維光束整形127
參考文獻(xiàn)130
第12章基于FRED非成像光學(xué)設(shè)計(jì)案例131
12.1FRED功能與應(yīng)用領(lǐng)域介紹131
12.2基于FRED的單反相機(jī)的鬼像與雜散光分析133
12.2.1導(dǎo)入光機(jī)系統(tǒng)模型133
12.2.2雜散光計(jì)算與分析的主要過(guò)程133
12.2.3總結(jié)144
12.3基于FRED優(yōu)化導(dǎo)光管實(shí)現(xiàn)預(yù)定的輻照度分布144
12.4基于FRED最大激光能量密度位置計(jì)算及可視化147
12.4.1聚焦TEM00模式的能量密度可視化147
12.4.2聚焦的“非高斯”能量密度可視化148
參考文獻(xiàn)152
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