《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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qQpR gzw % j^=
Y;#P"-yH yRieGf1'SD 目录
,T&B.'cq 第一篇几何光学的基本概念与成像理论
H.i_,ZF 第1章几何光学基本定律与成像基本概念
Z71"d" 1.1几何光学的基本概念
I9>1WT<Yy 1.1.1光波
Y/@4|9! 1.1.2光源(发光体,发光点)
R_@yj]%H= 1.1.3波面
<7TpC@"/g 1.1.4光线
M5%u>$2 1.1.5光束
]^Q`CiKd 1.2光的传播规律——几何光学的基本定律
u:m]-' 1.2.1光的直线传播定律
-u{k 1.2.2光的独立传播定律
jr!x)yd 1.2.3反射定律与折射定律
!Rsx) 1.2.4折射率
&NGlkn 1.2.5反射光与折射光的能量分布
'{OZ[$E 1.2.6全反射(完全内反射)及其应用
6"A|)fz 1.2.7光路的可逆原理
G3?8GTH 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
7Bmt^J5i&t 1.3费马原理
YToRG7X# 1.4马吕斯定律
5jYRIvM[Q~ 1.5光学系统及成像的基本概念
IL>Gi`Y& 1.5.1光学系统的基本概念
"2=v?,'t 1.5.2成像的基本概念
s*]1d*B! 习题1
26\1tOj Np 思考题1
Q>Q$BCD5 第2章共轴球面系统的成像理论
%
;6e@U} 2.1子午面内实际光线经共轴球面系统折射的光路计算公式
=cRJtn 2.1.1符号规则
vQIoj31 2.1.2实际光线经(单折射)球面折射的光路计算公式
Z,u:g c+* 2.1.3实际光线经共轴球面系统的光路计算公式
"&C'K 2.1.4轴上单色物点经单折射球面成像性质的分析
@+xkd(RfN 2.2单折射球面的近轴光路计算公式与近轴成像规律
x%x[5.CT 2.2.1单个折射球面的近轴光路计算公式
5RlJybN"o 2.2.2单折射球面的近轴成像规律
g<.VW0 2.3 共轴球面系统的近轴像面位置与放大率的计算
;o8cfD .z 2.3.1共轴球面系统近轴区的转面过渡公式组
q)!{oi{x( 2.3.2共轴球面系统近轴像面位置的计算
gQ/zk3?k 2.3.3共轴球面系统近轴区的拉—赫不变式与放大率计算
BHFWig*{ 2.4球面反射镜的成像规律
lWOB!l 2.4.1球面反射镜的物像位置关系式
RHB>svT^K> 2.4.2球面反射镜的成像放大率与拉—赫不变式
[_H9l) 2.4.3球面反射镜的应用
i>e7 5`9 习题2
S!g&&RDx 思考题2
5(DCq(\P* 第3章理想光学系统的成像理论
e@X~F6nP 3.1理想光学系统与“共线成像”的基本概念
Em
_miU 3.2共轴理想光学系统的基点、基面与焦距
;%U`lE0 3.2.1主面和主点
v3aiX 3.2.2焦点和焦面
pGsVO5M? 3.2.3焦距
\ &_
- 3.2.4节点、节面
]A'e+RD4k 3.3理想光学系统物像间的解析关系
]CHMkuP[k 3.3.1决定光学系统物像共轭点位置的基本公式
|t.WPp5, 3.3.2理想光学系统拉一赫不变式与系统物方、像方的焦距比
Q$RP2& 3.3.3理想光学系统的诸放大率及其相互关系
$'[(
DwLS 3.3.4光束的会聚度与光学系统的光焦度、屈光度
uYO?Rb&} 3.4理想光学系统的图解求像方法
_;0:wXib= 3.4.1 光线描迹图解法
?|8H$1 3.4.2直角坐标图解法
w@oq.K 3.5理想光学系统的物像关系特性曲线
tpCEWdn5 3.5.1物像位置共轭特性曲线
hr)TC- 3.5.2放大率特性曲线
e=_*\`/CN 3.6光学系统的基本类型
3-_4p8OK 3.6.1焦距f和f′具有相反符号的系统——第一型系统
} 10Dvt>+ 3.6.2焦距f和f′具有相同符号的系统——第二型系统
R?]>8o, 3.7理想光学系统的组合
B;rq{ac!P] 3.8透镜
iAXx`>}m 3.8.1单折射球面的基点、基面位置与焦距
Dcp,9"yt% 3.8.2透镜(厚
透镜)的基点位置与焦距计算公式
RNIfw1R 3.8.3薄透镜与薄透镜组
Y3-15:- 3.9理想光学系统共轴多光组复合的实用方法
%`gqV9a 3.9.1正切计算法
8@Y@5)Oc 3.9.2截距计算法
V#sANi?mpo 3.10实际光学系统基点位置和焦距的计算
-pLb%f0? 3.10.1求像方基点位置与焦距——正向光路计算
zM)o^Fn2 3.10.2求物方基点位置与焦距——反向光路计算
%7L'2/Y2x 习题3
Z i|'lHr 思考题3
r5F#q 第4章矩阵方法在近轴光学中的应用
qnT:x{o 4.1共轴球面系统的作用矩阵
w#"c5w~ 4.1.1折射矩阵
V:IoeQ]- 4.1.2传递矩阵
,',fO?Qv' 4.1.3共轴球面系统的作用矩阵
h3JIiwv0! 4.2共轴球面系统的物像关系矩阵
e4?}#6RF 4.3矩阵方法在薄透镜系统中的应用
Lqz}h-Ei 习题4
XFM6.ye 第5章平面元件与棱镜系统
gE8>5_R| 5.1平面折射与平行平板玻璃的成像性质
242lR0#aY 5.1.1光线经过平面的折射
=P2T&Gb 5.1.2光线经平行平板玻璃的折射
v'Lckw@G4 5.1.3平行平板玻璃的“等效空气层”概念
6i&WF<%D 5.2折射棱镜
zzPgLE55 5.3楔镜
g:OVAA 5.4平面反射镜与平面镜系统
BeplS 5.4.1平面镜的成像特性
`cVG_=2 5.4.2平面镜的旋转效应
/~AajLxu3W 5.4.3两面角镜的成像特性
@3b0hi4 5.5反射棱镜
i;Gl-b\_h 5.5.1反射棱镜的基本概念
y+X%qTB 5.5.2反射棱镜的视场角
T\2cAW5 5.5.3平面反射系统的转像规律分析
^8We}bs-c 5.5.4反射棱镜的展开及其理论结构尺寸的计算
#mtlgK' 5.5.5棱镜的偏差
rsiG]o=8 5.6光学铰链
<;_X=s`f, 5.7矢量分析计算方法在平面镜系中的应用
JkpA
\<
5.7.1矢量形式的反射定律
vbh\uv& 5.7.2矢量形式的折射定律
T#h`BtET[ 5.7.3矢量绕定轴转动公式
CJ%7M`zy 5.8平面反射系统中物像关系的矩阵表示方法
O^`Y>>a 习题5
n {^D_S 第6章眼睛与典型目视光学系统的工作原理
VIynlvy 6.1 眼睛
]k >S0 6.1.1眼睛的构造和主要光学常数
X;zy1ZH 6.1.2模型眼与简化眼
h!MZ6}zb) 6.1.3眼睛的主要特性
XB^z' P{-Y 6.2放大镜和显微镜系统的工作原理
=X>?Y, 6.2.1放大镜的工作原理
h5B'w 6.2.2显微镜的工作原理
%hOe `2#$ 6.3 望远系统的工作原理
G$`/86A ) 6.3.1望远系统的工作原理与主要性质
{wCQ#V 6.3.2望远系统的视角放大率
-CxaOZG 6.3.3望远(镜)系统的基本类型
-w^E~J0*L 6.4 目视光学仪器的视度调节
C2bN<K 6.5 理想光学系统的分辨率
?2DYz"/') 习题6
\W#M]Q 第7章光学系统中光束的限制
T2^@x9 7.1实际光学系统中的光阑及其作用
U%U%a,rA5s 7.2光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳
.pG_j] 7.3视场光阑、窗以及渐晕的概念
Ns&SZO 7.3.1视场光阑、入射窗和出射窗
>_tn7Z0L 7.3.2渐晕
lts{<AU~ 7.4光阑设置的原则和几种典型系统光束限制的分析
uiO8F*,!&r 7.4.1光阑设置的原则
,9 7.4.2几种典型光学系统的光阑设置与光束限制
}0c'hWMZ} 7.5远心光路(焦阑光路)(米)
<C]s\"o-` 7.5.1物方远心光路
bIwt#:v 7.5.2像方远心光路
Y+j|T`d 7.6场镜
h<.&,6R 7.7物空间在平面上成像的清晰深度——光学系统的景深
xUzfBn 7.7.1照相物镜的成像空间深度
&o:wSe 7.7.2望远系统的成像空间深度
1^Ci$ra 习题7
8 w^i 第二篇光度学与色度学基础
*G2p;n=2 第8章光度学的基本概念与光学系统中光能损失的计算
A"i40 @+ 8.1光能与光度学的基本概念
T[&1cth 8.1.1立体角的概念与计算
e3\*Np!rTQ 8.1.2辐(射能)通量、光谱光视效率(视见函数)与光通量
yv]/A<gP+ 8.1.3发光强度
0zdH 6& 8.1.4(光)照度
k q_B5L ? 8.1.5光出射度
53@*GXzE 8.1.6(光)亮度
;S2^f;q~$ 8.1.7光度学各主要光度量名称、单位及其换算关系
m03;'Nj'7# 8.2光学系统中光通量与光亮度的传递
RE7 I" 8.2.1光束在均匀透明的同种介质中的传播
aJK8G,Vk 8.2.2光束在介质分界面折射、反射后,光亮度的变化规律
sDw&U?gUv 8.3光学系统中光能损失的计算
-=QA{n 8.3.1光学系统中光能损失的分析与计算
lP\7=9rh^x 8.3.2光学系统透过率的计算
d#Ql>PrY 8.4像平面的照度
)t&j0`Yq 8.4.1轴上像点照度公式
1Ep!U#Del 8.4.2轴外像点的照度公式
mp>,TOi~s7 8.5眼睛直接观察与通过仪器观察时像的主观亮度
>t 3%-Kc 8.5.1眼睛直接观察物体时像的主观亮度
fPa FL}& 8.5.2通过仪器观察时像的主观亮度
:anUr< 习题8
g]N!_Ib/! 第9章色度学基础
M7BJ$fA0E 9.1颜色视觉与色度学的基本概念
N'=8Dj 9.1.1人眼的颜色视觉特性
bK<'J=#1 9.1.2颜色的分类与彩色的三特性
Ae;>
@k/|= 9.1.3颜色的混合与匹配
M')f,5i&$ 9.2标准色度系统与色度计算
%F]4)XeW-+ 9.2.1CIE1931-RGB色度系统
MCjf$pZN] 9.2.2CIE1931标准色度系统
z~UqA1r 9.2.3CIE1964补充标准色度系统
m\O<Yc keA 9.2.4均匀色品图及均匀颜色空间
O#sDZ.EL 9.2.5CIE标准施照体与标准
光源 3g0[(; 9.2.6CIE色度计算举例
^fQ ]>/u 第三篇典型应用光学系统
n&pi 第10章
望远镜与望远系统外形尺寸计算
mi`!'If0) 10.1望远镜中的转像系统
48Vmz 10.1.1棱镜转像系统
)t0Y-),vA 10.1.2透镜转像系统
;r B2Q H] 10.2望远镜的变倍——可变放大率的望远镜
7%b?[}y4 10.2.1间断变倍望远系统
XFUlV;ek 10.2.2连续变倍望远系统
8rx?mX,} 10.3望远系统的调焦方式内调焦望远镜
s["8QCd"r 10.3.1外调焦系统
ZQlja 10.3.2内调焦系统——内调焦望远镜
jhr:QS/9 10.4光学测距原理与系统
+Vl\lL
- 10.4.1单眼(合像)测距仪
wi|'pKG 10.4.2双眼体视测距仪
]p:s5Q 10.5望远(镜)系统的光学性能与主要技术要求
9nu!|reS 10.5.1分辨率α
"eA4JL\%) 10.5.2视放大率г
yM`J+tq 10.5.3视场角2ω
PJ5~,4H-4 10.5.4出瞳直径D′
+fBbW::R^ 10.5.5出瞳距离lZ′
lZCTthr\ 10.6望远系统的物镜和目镜
*9Ej fs7L 10.6.1望远物镜的光学特性和类型
k?zw4S 10.6.2望远系统目镜的特点及常用类型
r#M0X^4A 10.7望远系统的外形尺寸计算
P+tRxpz 10.7.1光学系统外形尺寸计算的主要任务与内容
wJ,l"bnq 10.7.2望远系统的外形尺寸计算举例
VEj-%"\ 10.8 光学天文望远镜的发展与LAMOST的创新
4^/MDM@ 10.8.1光学天文望远镜的简要发展历程
j*B,b4 10.8.2大天区面积多目标
光纤光谱天文望远镜(LAMOST)
C @3a/<6m 第11章显微镜
!YYI{BJ7:N 11.1概述
/@h)IuW 11.2显微镜光学系统的基本组成与光学连接尺寸
ve|ig]$5g< 11.2.1显微镜光学系统的基本组成
o/I'Qi$v- 11.2.2显微镜的光学连接尺寸
8vpB(VxV+ 11.3显微镜的光学特性与主要光学性能指标
!6{; z/Hy 11.3.1显微镜的光束限制结构特点
qS1byqq78l 11.3.2显微镜的视场光阑和视场
'
5`w5swbc 11.3.3显微镜的分辨率
E}LYO: 11.3.4显微镜的放大倍率及适用放大倍率
9ozN$: 11.3.5显微镜的成像深度(景深)
}TfZ7~o[ 11.4显微镜的物镜和目镜
9f1,E98w_ 11.4.1显微物镜
"jS@ug 11.4.2显微目镜
cih[A2lp 11.5显微镜的
照明系统(米)
xvn@zi 11.5.1对照明系统的要求
90<z*j$EK 11.5.2主要的照明方式与照明系统
m3[R 第12章照相与投影系统
T rK-XTev 12.1照相机的工作原理
i286 J. 12.2照相物镜的主要性能与基本类型
h]WPWa)M 12.2.1照相物镜的主要性能
Ns
ezUk8' 12.2.2照相物镜的基本类型
4k%y*L 12.2.3变焦距照相物镜(*)
G)5R
iRcs 12.3 照相机的分类和基本结构
dA4DW 12.3.1照相机的分类
Dfz3\|LJ 12.3.2传统胶片式单反照相机的基本结构
9=RfGx 12.3.3数码照相机的原理、主要性能
参数及特点
XM?>#^nC?u 12.4放映投影系统的工作原理及其类别
\;#T.@c5 12.5投影系统与投影物镜的主要光学性能参数
wN}@%D-[v 12.6微显示投影机(★)
% )'#
d 第13章纤维光学与光纤传像系统
H 5\k`7R 13.1阶跃光纤的传光机理与主要性能参数
LKC^Y)6o 13.1.1阶跃光纤中光波传播规律分析——表面波机理
_TLB1T^/4 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
vT1StOx<V 13.2阶跃多模光纤与单模光纤
pb8sx1.j; 13.2.1阶跃多模光纤传输的模式与归一化波导常数V
K9G1>* 13.2.2单模光纤
^W8kt 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
KAkD" (! 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
g+v.rmX 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
{"e)Jj_= 13.3.3自聚焦透镜的成像规律——近轴成像
%)o'9 13.4无源光纤传像原理、器件与系统
yzI`&?
P2 13.4.1光纤传像束的传像机理与主要性能指标
^qR2 !fwm< 13.4.2光纤传像系统(光纤望远系统,光纤内窥镜)
,/%@:Fh4 第四篇 光学系统的像质评价与应用ZEMAX
XWd;-%`< 软件进行光学设计的基本方法
"2m (*+ 第14章光学系统的像质评价
8_*31Y
14.1用几何像差表征光学系统像质的基本概念与方法
|!Ryl}Oi 14.1.1轴上点的光束结构与像差
~(v7:? 14.1.2轴外点的子午与弧矢光束结构与像差表示
}.DE521u 14.1.3垂轴几何像差
Q{K'# 14.2几何点列图的像质评价方法
h;C/} s 14.3光学系统成像质量的波像差表示与瑞利判据
-w'_Q"o2 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
pHNo1-k\ 14.5光学传递函数评价像质的基本概念
uPhL?s{ 14.6典型光学系统成像质量评价与指标
~6nY5 14.6.1望远镜与显微镜成像质量评价
arWP]%E0W 14.6.2照相系统与摄影物镜像质评价
WWBm*?U 14.7ZEMAX中的像质评价方法
Acix`-< 第15章应用ZEMAX的光学自动设计原理与方法
&hnI0m=X 15.1光学自动设计基本概念
k.5(d.*( 15.1.1光学自动设计基本原理
-|.Izgc 15.1.2阻尼最小二乘法
> a?K![R 15.1.3评价函数的构成与权因子
R"2wop 15.2ZEMAX评价函数
4-r5C5o,W 15.2.1ZEMAX评价函数的构建
+`RQ^9 15.2.2ZEMAX评价函数中的操作符
ko-,l6E 15.2.3默认评价函数
d}:eLC 15.3常用几何像差控制在评价函数中的实现
w!kWG,{C 15.3.1ZEMAX中内建几何像差控制符与特点
nhdOo
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
4AWL::FU5 15.4利用ZEMAX像质优化与设计举例
z?3t^UPW 15.4.1消色差双胶合望远镜物镜设计
L^E#"f 15.4.2光路中有棱镜的望远物镜设计
R\T1R"1 15.4.3显微物镜设计
u5Tu~ 15.4.4目镜设计
KkJrh@lk 15.4.5变焦物镜设计
'W_u1l/ 参考文献