《应用
光学与
光学设计基础(第2版)》是一本涵盖应用光学成像基本理论、光度学与色度学基础、典型应用
光学系统以及光学系统像质评价与应用
ZEMAX软件进行光学设计基本方法等丰富内容的核心专业基础性教材与参考书。
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6$kh5$[ |j{]6Nu M`8c|*G lon9oraF' 目录
$e{[fmx 第一篇几何光学的基本概念与成像理论
bvHQ #:}H 第1章几何光学基本定律与成像基本概念
2 <@g * 1.1几何光学的基本概念
TA8 1.1.1光波
ur7S
K(# 1.1.2光源(发光体,发光点)
f@$kK?c? 1.1.3波面
u.*}'C>^^v 1.1.4光线
h(GSM'v 1.1.5光束
=(Y0wZP| 1.2光的传播规律——几何光学的基本定律
\KS.A
4 1.2.1光的直线传播定律
O<$j}?2 1.2.2光的独立传播定律
2aX{r/Lc 1.2.3反射定律与折射定律
GctV 1.2.4折射率
keG\-f 1.2.5反射光与折射光的能量分布
xn@oNKD0 1.2.6全反射(完全内反射)及其应用
+WKN&@ 1.2.7光路的可逆原理
1
.[OS 1.2.8光线在折射率连续变化的非均匀介质中的传播规律
HV7f%U 1.3费马原理
~;YkR'q0_ 1.4马吕斯定律
9Zmq7a
E 1.5光学系统及成像的基本概念
;g;1<?
[ 1.5.1光学系统的基本概念
^QG<_Dm] 1.5.2成像的基本概念
.JJ50p 习题1
f! )yE`4- 思考题1
cct/mX2&~ 第2章共轴球面系统的成像理论
SSyARR+;c 2.1子午面内实际光线经共轴球面系统折射的光路计算公式
Zz]/4 4t 2.1.1符号规则
G:wO1f6 2.1.2实际光线经(单折射)球面折射的光路计算公式
+EqL| 2.1.3实际光线经共轴球面系统的光路计算公式
\rg;xZa5 2.1.4轴上单色物点经单折射球面成像性质的分析
B/^o$i 2.2单折射球面的近轴光路计算公式与近轴成像规律
:zvAlt'q= 2.2.1单个折射球面的近轴光路计算公式
IS`ADDU[S 2.2.2单折射球面的近轴成像规律
c/:k|x 2.3 共轴球面系统的近轴像面位置与放大率的计算
HD1/1?y!@q 2.3.1共轴球面系统近轴区的转面过渡公式组
|5&7;;$ 2.3.2共轴球面系统近轴像面位置的计算
XW\
3t tx 2.3.3共轴球面系统近轴区的拉—赫不变式与放大率计算
i el@"E 4 2.4球面反射镜的成像规律
!&`\MD>;~R 2.4.1球面反射镜的物像位置关系式
c,M"a 2.4.2球面反射镜的成像放大率与拉—赫不变式
B@*!>R 2.4.3球面反射镜的应用
}RY Pr 习题2
Ts|;5ya5m 思考题2
<OJqeUo+*\ 第3章理想光学系统的成像理论
-j:yE Z4Oy 3.1理想光学系统与“共线成像”的基本概念
)K`tnb.Pf 3.2共轴理想光学系统的基点、基面与焦距
AxF$7J( 3.2.1主面和主点
rusYNb1J 3.2.2焦点和焦面
84i0h$ZZo 3.2.3焦距
-^;,m=4{3 3.2.4节点、节面
}jU)s{>fb 3.3理想光学系统物像间的解析关系
h|ib*%P_ 3.3.1决定光学系统物像共轭点位置的基本公式
9C7HL;MF 3.3.2理想光学系统拉一赫不变式与系统物方、像方的焦距比
Dkh=(+> < 3.3.3理想光学系统的诸放大率及其相互关系
w>}n1Nc$G 3.3.4光束的会聚度与光学系统的光焦度、屈光度
\OWxf[ 3.4理想光学系统的图解求像方法
_JA)""l% 3.4.1 光线描迹图解法
{ot6ssT=D 3.4.2直角坐标图解法
$fT#Wva-\d 3.5理想光学系统的物像关系特性曲线
-/*VR$c 3.5.1物像位置共轭特性曲线
g:U
-kK!i 3.5.2放大率特性曲线
yX%> %#$ 3.6光学系统的基本类型
sJl>evw 3.6.1焦距f和f′具有相反符号的系统——第一型系统
B<$6Dj%L 3.6.2焦距f和f′具有相同符号的系统——第二型系统
+qqCk 3.7理想光学系统的组合
*P5/ S8c 3.8透镜
L `=*Pwcj 3.8.1单折射球面的基点、基面位置与焦距
z(2G"} 3.8.2透镜(厚
透镜)的基点位置与焦距计算公式
,OP\^ 3.8.3薄透镜与薄透镜组
\_i22/Et 3.9理想光学系统共轴多光组复合的实用方法
lH@goh 3.9.1正切计算法
1=!2|D:C)i 3.9.2截距计算法
nPl,qcyY 3.10实际光学系统基点位置和焦距的计算
}#Iqq9[ 3.10.1求像方基点位置与焦距——正向光路计算
bxBndxl 3.10.2求物方基点位置与焦距——反向光路计算
PGVp1TQ 习题3
p6)6Gcx 思考题3
i=pfjC 第4章矩阵方法在近轴光学中的应用
MBU4Awj 4.1共轴球面系统的作用矩阵
fD8GAav 4.1.1折射矩阵
$?VYHkX 4.1.2传递矩阵
U2~|AkL 4.1.3共轴球面系统的作用矩阵
[ :Sl~ 4.2共轴球面系统的物像关系矩阵
"GJ.`Hj 4.3矩阵方法在薄透镜系统中的应用
vBM<M3 习题4
m6 Y0,9 第5章平面元件与棱镜系统
1|>bG#| 5.1平面折射与平行平板玻璃的成像性质
+JXn 5.1.1光线经过平面的折射
/rK/l 5.1.2光线经平行平板玻璃的折射
YhooD,[. 5.1.3平行平板玻璃的“等效空气层”概念
/Bk`3~]E> 5.2折射棱镜
jMX|1b 5.3楔镜
a"Ly9ovW 5.4平面反射镜与平面镜系统
77 Z:!J| 5.4.1平面镜的成像特性
`bn@;7`X 5.4.2平面镜的旋转效应
t#-4edB, 5.4.3两面角镜的成像特性
u09D`QPP] 5.5反射棱镜
MI.OOoP3a 5.5.1反射棱镜的基本概念
AI,E9 5.5.2反射棱镜的视场角
beV+3HqB8 5.5.3平面反射系统的转像规律分析
Eq=JmO'gHs 5.5.4反射棱镜的展开及其理论结构尺寸的计算
o"A?Aq 5.5.5棱镜的偏差
d`j<Bbf- 5.6光学铰链
&Wk:>9]Jrb 5.7矢量分析计算方法在平面镜系中的应用
*7#5pT~ 5.7.1矢量形式的反射定律
f3h]t0M 5.7.2矢量形式的折射定律
Y;dqrA>@ 5.7.3矢量绕定轴转动公式
uBC#4cX`D* 5.8平面反射系统中物像关系的矩阵表示方法
y`/:E<fVk 习题5
!.4q{YWcYk 第6章眼睛与典型目视光学系统的工作原理
^?A>)?Sq 6.1 眼睛
t~qAA\p}o 6.1.1眼睛的构造和主要光学常数
V{\1qg{ 6.1.2模型眼与简化眼
vAOThj) 6.1.3眼睛的主要特性
3#\C!T0y 6.2放大镜和显微镜系统的工作原理
Z]5xy_La 6.2.1放大镜的工作原理
&0d5".|s 6.2.2显微镜的工作原理
0j}@lOt( 6.3 望远系统的工作原理
^(BE_<~ 6.3.1望远系统的工作原理与主要性质
r $ YEq5 6.3.2望远系统的视角放大率
?f!&M 6.3.3望远(镜)系统的基本类型
>{Xyl): 6.4 目视光学仪器的视度调节
(S6>^:;=~ 6.5 理想光学系统的分辨率
n*#HokX 习题6
O>"
|5wj 第7章光学系统中光束的限制
bZj5qjl`x 7.1实际光学系统中的光阑及其作用
+]~}kvk: 7.2光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳
z$(`{
o%a 7.3视场光阑、窗以及渐晕的概念
zqRps8= 7.3.1视场光阑、入射窗和出射窗
;:Tb_4Hr 7.3.2渐晕
u_o]\D~ 7.4光阑设置的原则和几种典型系统光束限制的分析
ogV v 8Xb 7.4.1光阑设置的原则
muhu`
k`C 7.4.2几种典型光学系统的光阑设置与光束限制
<^ratz!- 7.5远心光路(焦阑光路)(米)
[EQTrr(
D 7.5.1物方远心光路
(ti E%nF+ 7.5.2像方远心光路
X8~?uroq 7.6场镜
zOy_qozk 7.7物空间在平面上成像的清晰深度——光学系统的景深
"od2i\ 7.7.1照相物镜的成像空间深度
<" 0b8 Z 7.7.2望远系统的成像空间深度
j|[ >f 习题7
\"Qa)1| 第二篇光度学与色度学基础
f%q ? 第8章光度学的基本概念与光学系统中光能损失的计算
$wl_ 8.1光能与光度学的基本概念
gTdr 8.1.1立体角的概念与计算
3XncEdy_ 8.1.2辐(射能)通量、光谱光视效率(视见函数)与光通量
2cZgG^ 8.1.3发光强度
i7&ay\+@ 8.1.4(光)照度
{c<cSrfI 8.1.5光出射度
"DX2Mu= 8.1.6(光)亮度
iRV=I, 8.1.7光度学各主要光度量名称、单位及其换算关系
[<jU$93E 8.2光学系统中光通量与光亮度的传递
jm'^>p,9G 8.2.1光束在均匀透明的同种介质中的传播
{GGP8 8.2.2光束在介质分界面折射、反射后,光亮度的变化规律
tK6=F63e 8.3光学系统中光能损失的计算
AMK(-= 8.3.1光学系统中光能损失的分析与计算
vVjk9_Ul 8.3.2光学系统透过率的计算
aeEio;G1 8.4像平面的照度
#f_. 8.4.1轴上像点照度公式
3A.lS+P1 8.4.2轴外像点的照度公式
s+h}O}RV 8.5眼睛直接观察与通过仪器观察时像的主观亮度
Bt(nm>Ng 8.5.1眼睛直接观察物体时像的主观亮度
uu/2C \n} 8.5.2通过仪器观察时像的主观亮度
AH:0h X6+ 习题8
:xY9eq= 第9章色度学基础
ghTue*A 9.1颜色视觉与色度学的基本概念
Fnd_\`9{ 9.1.1人眼的颜色视觉特性
'{)Jhl47 9.1.2颜色的分类与彩色的三特性
+.-mqtM 9.1.3颜色的混合与匹配
ezS@`_pR; 9.2标准色度系统与色度计算
t"vkd 9.2.1CIE1931-RGB色度系统
,hp8b$ 9.2.2CIE1931标准色度系统
u7},+E)+B 9.2.3CIE1964补充标准色度系统
S.?DR3XLc 9.2.4均匀色品图及均匀颜色空间
<driD'=F 9.2.5CIE标准施照体与标准
光源 B'b OK`p 9.2.6CIE色度计算举例
vz&88jt 第三篇典型应用光学系统
4v9d&
m!< 第10章
望远镜与望远系统外形尺寸计算
O0eM*~zI 10.1望远镜中的转像系统
c IPOI'3d 10.1.1棱镜转像系统
\Qf2:[-V0 10.1.2透镜转像系统
|3`8$- 10.2望远镜的变倍——可变放大率的望远镜
wVc^l 10.2.1间断变倍望远系统
X3?RwN:P 10.2.2连续变倍望远系统
Mt@Ma ]! 10.3望远系统的调焦方式内调焦望远镜
B#3Q4c$ 10.3.1外调焦系统
eYevj[c; 10.3.2内调焦系统——内调焦望远镜
TYCjVxfu$ 10.4光学测距原理与系统
~y,m7%L 10.4.1单眼(合像)测距仪
'LR|DS[Ne 10.4.2双眼体视测距仪
,vAcri
97 10.5望远(镜)系统的光学性能与主要技术要求
bRr3:"=sE 10.5.1分辨率α
h05<1>?| 10.5.2视放大率г
x0lAJaG 10.5.3视场角2ω
PZI6{KOis 10.5.4出瞳直径D′
?P/73p 10.5.5出瞳距离lZ′
IsDwa qd| 10.6望远系统的物镜和目镜
ZKM@U?PK 10.6.1望远物镜的光学特性和类型
F3L+X5D.yu 10.6.2望远系统目镜的特点及常用类型
S 8)!70 10.7望远系统的外形尺寸计算
]zn3nhBI 10.7.1光学系统外形尺寸计算的主要任务与内容
yq[@Cw 10.7.2望远系统的外形尺寸计算举例
Lyit`j~yH 10.8 光学天文望远镜的发展与LAMOST的创新
~
ea K]| 10.8.1光学天文望远镜的简要发展历程
8\jsGN.$JZ 10.8.2大天区面积多目标
光纤光谱天文望远镜(LAMOST)
l hST%3Ld 第11章显微镜
.hnq>R\ 11.1概述
3$.#\*s_4 11.2显微镜光学系统的基本组成与光学连接尺寸
RiFUa
$ 11.2.1显微镜光学系统的基本组成
$VF$Ok> 11.2.2显微镜的光学连接尺寸
kdaq_O:s 11.3显微镜的光学特性与主要光学性能指标
qd<I;*WV 11.3.1显微镜的光束限制结构特点
EK&0Cn3z 11.3.2显微镜的视场光阑和视场
wJ"]H!r0 11.3.3显微镜的分辨率
6Cfsh<]b 11.3.4显微镜的放大倍率及适用放大倍率
!OMCsUZ 11.3.5显微镜的成像深度(景深)
hE<Sm*HU 11.4显微镜的物镜和目镜
E()%IC/R 11.4.1显微物镜
mA@!t>=oMq 11.4.2显微目镜
KLG29G 11.5显微镜的
照明系统(米)
d]MpE9@'v 11.5.1对照明系统的要求
/rky 11.5.2主要的照明方式与照明系统
U+C^"[B 第12章照相与投影系统
) $0>L5d: 12.1照相机的工作原理
{|B[[W\TN 12.2照相物镜的主要性能与基本类型
hDQk zqW 12.2.1照相物镜的主要性能
=^ \?{oV 12.2.2照相物镜的基本类型
JpxQS~VX 12.2.3变焦距照相物镜(*)
t0Jqr)9}6 12.3 照相机的分类和基本结构
#Tt*NU 12.3.1照相机的分类
4Z5;y[k( 12.3.2传统胶片式单反照相机的基本结构
%F^,6y 12.3.3数码照相机的原理、主要性能
参数及特点
6Nt/>[ 12.4放映投影系统的工作原理及其类别
y~su1wUp 12.5投影系统与投影物镜的主要光学性能参数
9A/bA|$
12.6微显示投影机(★)
Uv652DC 第13章纤维光学与光纤传像系统
`6;$Z)=. 13.1阶跃光纤的传光机理与主要性能参数
Kr;=4xg= 13.1.1阶跃光纤中光波传播规律分析——表面波机理
9hh~u
-8L 13.1.2光在阶跃直圆柱光纤中的传播规律及主要性能参数
*adznd 13.2阶跃多模光纤与单模光纤
M?GkHJ %! 13.2.1阶跃多模光纤传输的模式与归一化波导常数V
.2s^8 g O 13.2.2单模光纤
Zo
}^"u 13.3渐变折射率光纤的传光机理与自聚焦透镜的成像特性
X*:,| 13.3.1非均匀介质中的光线理论——程函方程与光线微分方程
_O;4> 13.3.2平方律分布的自聚焦光纤中的光线传播轨迹与规律分析
pMAP/..+2 13.3.3自聚焦透镜的成像规律——近轴成像
;8^(Z 13.4无源光纤传像原理、器件与系统
\9uK^oS 13.4.1光纤传像束的传像机理与主要性能指标
pM}~/ 13.4.2光纤传像系统(光纤望远系统,光纤内窥镜)
>#Xz~xI/I 第四篇 光学系统的像质评价与应用ZEMAX
F^`+.G\ 软件进行光学设计的基本方法
+S`cUn7 第14章光学系统的像质评价
g-1j#V`5 14.1用几何像差表征光学系统像质的基本概念与方法
&]shBvzl^ 14.1.1轴上点的光束结构与像差
B2a#:E,6 14.1.2轴外点的子午与弧矢光束结构与像差表示
VR\}*@pNp 14.1.3垂轴几何像差
:@eHV=|+> 14.2几何点列图的像质评价方法
7(a1@V H 14.3光学系统成像质量的波像差表示与瑞利判据
Nh}u]<B 14.4基于点扩散函数的空域像质评价方法(中心点亮度)与斯特列尔准则
#dD0vYT&od 14.5光学传递函数评价像质的基本概念
$G5:/,Q 14.6典型光学系统成像质量评价与指标
1[$zdv{A 14.6.1望远镜与显微镜成像质量评价
_:WNk( 14.6.2照相系统与摄影物镜像质评价
3^xq+{\) 14.7ZEMAX中的像质评价方法
w7&.Uqjf 第15章应用ZEMAX的光学自动设计原理与方法
YDj5+'y 15.1光学自动设计基本概念
= ^Vp \ 15.1.1光学自动设计基本原理
iz{TSU 15.1.2阻尼最小二乘法
(|rf>=B+H 15.1.3评价函数的构成与权因子
. UH'U\M 15.2ZEMAX评价函数
DEt!/a{X 15.2.1ZEMAX评价函数的构建
kyt HOn# 15.2.2ZEMAX评价函数中的操作符
9%"`9j~H> 15.2.3默认评价函数
.\&k]}0qA? 15.3常用几何像差控制在评价函数中的实现
bN03}&I 15.3.1ZEMAX中内建几何像差控制符与特点
Bq1}"092 15.3.2评价函数中常用独立几何像差复合控制操作符的构建
<RZqs 15.4利用ZEMAX像质优化与设计举例
xUCq%r_ 15.4.1消色差双胶合望远镜物镜设计
^8J`*R8CL 15.4.2光路中有棱镜的望远物镜设计
)rt%.` 15.4.3显微物镜设计
/&_q"y9 15.4.4目镜设计
zSU,le 15.4.5变焦物镜设计
{
0&l*@c& 参考文献