现代光学设计(Modern Optical Design)
《现代光学设计》分2篇共30章,详细介绍了现代光学设计的方法和要点。本书上篇为光学设计基础,包括光学设计概述、Zemax软件概述、光路计算、光学材料、塞德像差理论、波像差理论、Buchdahl公式、像质评价、消色差、光学自动设计等内容;下篇为光学系统设计,引入了大量的设计实例,介绍了各类常见光学镜头及系统设计方法,包括望远物镜、显微物镜、目镜、照相物镜、投影和照明系统、变焦距系统、红外物镜、折反系统、激光光学系统、折衍混合光学系统等,后还介绍了光学制图等知识。 本书将光学设计理论与光学软件Zemax设计实例结合,内容由浅入深,讲解清晰易懂,可供光学设计师、工程师参考与自学,也可供高校光电信息类师生使用。 ![]() 第1章什么是光学设计2 1.1为什么需要光学设计2 1.1.1光学仪器小史2 1.1.2光学系统4 1.1.3理想光学系统4 1.1.4理想成像的违背5 1.1.5像质评价7 1.2光学设计的流程9 1.2.1设计前阶段9 1.2.2设计阶段10 1.2.3设计师需要参与的阶段13 第2章Zemax软件概述14 2.1光学设计软件14 2.2在Zemax中输入数据16 2.2.1Zemax软件的交互界面16 2.2.2输入镜头数据18 2.2.3设置孔径20 2.2.4设置视场22 2.2.5设置波长23 2.2.6设置玻璃24 2.3查看输入结果26 2.3.1镜头结构参数26 2.3.22D/3D视图26 2.3.3查看一阶特性27 2.3.4分析输入结果27 第3章光路计算30 3.1符号规则30 3.1.1线量的符号规则30 3.1.2角量的符号规则31 3.1.3反射处理32 3.2光路计算公式32 3.2.1非近轴光路计算公式32 3.2.2转面公式33 3.3近轴光路计算公式33 3.4计算实例34 3.5光路计算的向量公式36 3.5.1球面光路计算的向量公式37 3.5.2二次曲面光路计算的向量公式39 3.5.3光路计算的起始和终结公式41 第4章光学材料45 4.1无色光学玻璃45 4.1.1夫琅禾费波长45 4.1.2无色光学玻璃的分类和牌号46 4.1.3玻璃折射率47 4.1.4色散48 4.1.5无色光学玻璃的质量指标49 4.1.6玻璃图51 4.2光学塑料51 4.2.1光学塑料简介51 4.2.2常用的光学塑料52 4.2.3在Zemax中使用光学塑料53 4.3特殊光学玻璃54 4.3.1有色光学玻璃54 4.3.2低膨胀玻璃55 4.3.3耐辐射玻璃55 4.3.4耐潮湿和耐腐蚀玻璃55 4.4紫外光学玻璃56 第5章特殊光学面形58 5.1非球面58 5.1.1形状因子58 5.1.2矢高59 5.1.3二次曲面59 5.1.4在Zemax中使用非球面60 5.1.5在Zemax中使用反射面62 5.2梯度折射率面64 5.2.1梯度折射率简介64 5.2.2梯度折射率分类65 5.2.3在Zemax中使用梯度折射率面66 5.2.4梯度折射率面与非球面的等效70 第6章光学系统中的光束限制72 6.1光阑分类72 6.1.1孔径光阑72 6.1.2视场光阑73 6.1.3渐晕光阑73 6.1.4消杂光光阑74 6.2主光线和边缘光线74 6.3相对孔径与F数75 6.4拉格朗日不变量75 6.5远心光路77 6.5.1物方远心光路77 6.5.2像方远心光路78 6.6在Zemax中移动光阑78 第7章塞德像差理论Ⅰ83 7.1球差83 7.1.1球差的定义83 7.1.2球差的计算公式84 7.2轴外初级单色像差85 7.2.1空间坐标系的建立85 7.2.2Petzval场曲86 7.2.3轴向像差87 7.2.4横向像差89 7.2.5旋转对称系统89 7.2.6初级单色像差的塞德和数90 7.3彗差90 7.3.1子午面和弧矢面90 7.3.2子午面和弧矢面像差91 7.3.3彗差定义92 7.3.4正弦差93 7.4场曲和像散93 7.4.1子午场曲和弧矢场曲93 7.4.2像散94 7.4.3Petzval场曲94 7.5畸变94 7.6PW形式的塞德和数95 7.7在Zemax中查看塞德像差系数97 第8章塞德像差理论Ⅱ100 8.1初级色差100 8.1.1轴向色差100 8.1.2垂轴色差102 8.1.3在Zemax中查看初级色差数据103 8.2Zemax中横向像差与轴向像差105 8.3像差的级数展开与像差平衡107 8.4像差曲线113 第9章优化函数116 9.1求解116 9.1.1曲率求解116 9.1.2厚度求解118 9.2环和臂119 9.3构建优化函数121 9.4Zemax中常用优化函数122 9.5设计实例124 第10章波像差129 10.1波前129 10.2费马原理131 10.3波像差公式131 10.3.1轴上点波像差与球差的关系131 10.3.2波像差与塞德像差的关系132 10.3.3波像差普遍式133 10.3.4波像差的极坐标形式134 10.3.5波像差与塞德像差换算公式134 10.3.6焦深136 10.4用波像差研究初级像差的几何形状137 10.4.1球差137 10.4.2彗差137 10.4.3像散137 10.4.4场曲137 10.4.5畸变138 10.5色差的波像差138 10.5.1D-d方法计算波色差138 10.5.2用后一面半径消色差138 10.5.3波色差与塞德初级色差的关系139 10.5.4近轴薄透镜的波色差139 10.6在Zemax中查看波像差140 |