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2021-12-10 10:51 |
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。 +Edzjf~Tt 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。 yiVG ]s =)I"wR"v$
[attachment=110014] {p`mfEE( 第1章什么是光学设计2 }*
QO]_U? 1.1为什么需要光学设计2 {L@+(I 1.1.1光学仪器小史2 .,3Zj / 1.1.2光学系统4 }q% jO 1.1.3理想光学系统4 .'|mY$U~] 1.1.4理想成像的违背5 9W!8gCs 1.1.5像质评价7 vS OT*0r 1.2光学设计的流程9 ;%' b;+ 1.2.1设计前阶段9 wV\%R,bZj 1.2.2设计阶段10 _!n}P5 1.2.3设计师需要参与的阶段13 #s"851e zfhTc=(/ 第2章Zemax软件概述14 *>jjMy n 2.1光学设计软件14 RMoJz6^> 2.2在Zemax中输入数据16 }e<'BIME 2.2.1Zemax软件的交互界面16 ddsUz1%l 2.2.2输入镜头数据18 dY} pN" 2.2.3设置孔径20 kt^yj"C> 2.2.4设置视场22 CRFCqmevR 2.2.5设置波长23 E&*:
jDg 2.2.6设置玻璃24 ![ZmV 2.3查看输入结果26 7K&}C;+ 2.3.1镜头结构参数26 V vu(`9u] 2.3.22D/3D视图26 Lf. 1>s 2.3.3查看一阶特性27 nH@(Y&S 2.3.4分析输入结果27 >1 @Ltvm mN;+TN'?{ 第3章光路计算30 [C1 LT2a 3.1符号规则30 e}A&V+ 3.1.1线量的符号规则30 $X*mdji 3.1.2角量的符号规则31 %Rp8{.t7 3.1.3反射处理32 wW:7y>z) 3.2光路计算公式32 '0|o`qoLzA 3.2.1非近轴光路计算公式32 Cq>6rn 3.2.2转面公式33 fXO_g 3.3近轴光路计算公式33 z8HsYf(! 3.4计算实例34 V<8K@/n@ 3.5光路计算的向量公式36 xCWz\-; 3.5.1球面光路计算的向量公式37 y4@gGC= 3.5.2二次曲面光路计算的向量公式39 8eluO ?p 3.5.3光路计算的起始和终结公式41 jin db#)bz B5ea(j 第4章光学材料45 DAdYg0efex 4.1无色光学玻璃45 -DP*q3 4.1.1夫琅禾费波长45 ?}}qu'N:N 4.1.2无色光学玻璃的分类和牌号46 !:WW 4.1.3玻璃折射率47 !Xj#@e 4.1.4色散48 Qzqc .T 4.1.5无色光学玻璃的质量指标49 pMR,#[U< 4.1.6玻璃图51
?CP2AK 4.2光学塑料51 ^~$\ g] 4.2.1光学塑料简介51 lCJ6Ur; 4.2.2常用的光学塑料52 gbDX7r- 4.2.3在Zemax中使用光学塑料53 A`[@8 4.3特殊光学玻璃54 y6-XHeU 4.3.1有色光学玻璃54 F; 8*H1 4.3.2低膨胀玻璃55 g #
S0V 4.3.3耐辐射玻璃55 }#1/fok 4.3.4耐潮湿和耐腐蚀玻璃55 n[,XU|2 4.4紫外光学玻璃56 T%$jWndI Fv8f+)k)Z~ 第5章特殊光学面形58 #(KDjnP[ 5.1非球面58 R_ ZK 0ar 5.1.1形状因子58 +bA% 5.1.2矢高59 thc <xxRP 5.1.3二次曲面59 aJhxc<"e 5.1.4在Zemax中使用非球面60 <YB9Ac~}z 5.1.5在Zemax中使用反射面62 IXpc,l ` 5.2梯度折射率面64 8|@9{ 5.2.1梯度折射率简介64 xb:&(6\F 5.2.2梯度折射率分类65 +l E90y 5.2.3在Zemax中使用梯度折射率面66 wi_'iv 5.2.4梯度折射率面与非球面的等效70 4;<ut$G s@8w-]" 第6章光学系统中的光束限制72 iEm ? 6.1光阑分类72 ;=4Xz\2 6.1.1孔径光阑72 a0=WfeT 6.1.2视场光阑73 MSw$_d 6.1.3渐晕光阑73 =>iA gp'# 6.1.4消杂光光阑74 H,QTYXi " 6.2主光线和边缘光线74 B07v^!Z> 6.3相对孔径与F数75 AY,].Zg[ 6.4拉格朗日不变量75 0.TaXbi 6.5远心光路77 ICC%,$C~l 6.5.1物方远心光路77 .uF[C{RnO 6.5.2像方远心光路78 Jrxz'9qRG 6.6在Zemax中移动光阑78 b[I8iS kfi h6~$/`&]b 第7章塞德像差理论Ⅰ83 x79Ha, 7.1球差83 `R"~v/x 7.1.1球差的定义83 U75Jp%bL 7.1.2球差的计算公式84 424(3-/v; 7.2轴外初级单色像差85 PPkx4S_> 7.2.1空间坐标系的建立85 r V6/Tdy 7.2.2Petzval场曲86 Djq!P 7.2.3轴向像差87 h[o6-f<D 7.2.4横向像差89 q1?&Ev^ 7.2.5旋转对称系统89 ZfrVjUB 7.2.6初级单色像差的塞德和数90 "ZwKk
G 7.3彗差90 n_?tN\M 7.3.1子午面和弧矢面90 C;+h.;}<D 7.3.2子午面和弧矢面像差91 7aV%=_ 7.3.3彗差定义92 QnQOm"" 7.3.4正弦差93 I,yC
D7l_ 7.4场曲和像散93 #T w@wfaq) 7.4.1子午场曲和弧矢场曲93 M{g%cR0 7.4.2像散94 +N`ua 7.4.3Petzval场曲94 N@ \&1I`c$ 7.5畸变94 qz?mh4Oh 7.6PW形式的塞德和数95 -m
*Sq 7.7在Zemax中查看塞德像差系数97 JN+_|` NIdZ 第8章塞德像差理论Ⅱ100 js iSg/ 8.1初级色差100 'k;rH!R 8.1.1轴向色差100 U_x )#,4 8.1.2垂轴色差102 Ar*^;/ 8.1.3在Zemax中查看初级色差数据103 I[)% , jd 8.2Zemax中横向像差与轴向像差105 Wbr+KX8) 8.3像差的级数展开与像差平衡107 W-NDBP: 8.4像差曲线113 Q></`QWpoB / 0 O=( 第9章优化函数116 7d LuX 9.1求解116 c\a_VRN>r 9.1.1曲率求解116 8YC_3Yi% 9.1.2厚度求解118 .7K7h^*F 9.2环和臂119 >
pI;%' 9.3构建优化函数121 $9Hcdbdm 9.4Zemax中常用优化函数122 [sB 9gY( 9.5设计实例124 ck?YI]q| -f*P
nxg 第10章波像差129 F~h7{@\ 10.1波前129 _S>JKz 10.2费马原理131 QQWadVQo 10.3波像差公式131 lpz2 m\ 10.3.1轴上点波像差与球差的关系131 'Ut7{rZ5 10.3.2波像差与塞德像差的关系132 0a80 LAK 10.3.3波像差普遍式133 89r DyRJ; 10.3.4波像差的极坐标形式134 *S2ypzwRZ, 10.3.5波像差与塞德像差换算公式134 "[y-+)WTG 10.3.6焦深136 CrwwU7qKL 10.4用波像差研究初级像差的几何形状137 }Y;K~J 10.4.1球差137 |PC*=ykT3 10.4.2彗差137 |yx6X{$k 10.4.3像散137
` @nl 10.4.4场曲137 ;q*e=[_DF 10.4.5畸变138 (1#J% 10.5色差的波像差138 rqY`8Ry2M 10.5.1D-d方法计算波色差138 l1f\=G?tmU 10.5.2用后一面半径消色差138 ?Y@N`S 10.5.3波色差与塞德初级色差的关系139 |`.([2 10.5.4近轴薄透镜的波色差139 e)(wss+d7P 10.6在Zemax中查看波像差140 %}%Qc6.H @3zg=?3 第11章Buchdahl公式142 =weSyZ1~ 11.1Buchdahl塞德和数公式142 <yd{tD$A* 11.1.1阿贝不变量表示的塞德和数142 E{|W(z,
11.1.2Buchdahl的塞德和数143 2nR[Xh?L 11.2结构像差系数145 %44leINx 11.2.1薄透镜近似145 DQr Y*nH 11.2.2结构像差系数的消像差条件148 0tXS3+@n= 11.3小弥散斑150 m6w].-D8 11.3.1小弥散斑位置150 [n:<8ho 11.3.2在Zemax中查看离焦152 NuQdSj_> g"}%2~Urf 第12章像质评价Ⅰ154 k7T`bYv 12.1像差容限154 "hsb8- 12.1.1瑞利判据154 c-(UhN3WG 12.1.2球差容限154 Dy:|g1> 12.1.3望远和显微物镜的像差容限157 |aVn&qK 12.1.4望远和显微目镜的像差容限157 ?.Ca|H< 12.1.5照相物镜的像差容限157 {0WHn.,2Y 12.2光线扇形图158 NA ~Vg8 12.3点列图160 g\&g N 12.4能量集中度163 eQ]~dA8> 12.5斯特列尔比164 dZ0A3(t f=WDR m] 第13章像质评价Ⅱ167 Zg{KFM% 13.1对比度167 =Jyu4j *} 13.2傅里叶变换168 l4uMG]m 13.2.1傅里叶变换的定义168 cWe"%I 13.2.2卷积168 `u&Rsz&^ 13.2.3线性系统169 YwjKAyLU 13.2.4线性平移不变性169 62ws/8d6f 13.3衍射理论170 ) QU 13.3.1基尔霍夫公式170 <+?7H\b 13.3.2菲涅耳和夫琅禾费近似171 GkQpELO: 13.3.3透镜的相位变换172 J;8IY= 13.4点扩散函数173 0"28' 13.4.1点扩散函数计算公式173 j~[z2tV 13.4.2在Zemax中查看点扩散函数174 !ug8SAOaz/ 13.5光学传递函数177 o <pf#tifv 13.5.1调制传递函数177 Nh_Mz;ITuu 13.5.2一个计算实例178 1SCR.@k< 13.5.3衍射受限的光学传递函数179 %N>%!m 13.5.4在Zemax中使用MTF180 #Y
a4ps_ a%/9v"} 第14章透镜的初级像差184 _x(o*v[Pt 14.1初级像差系数184 K;?m';z0 14.2单折射面的初级像差185 0=2@ 14.2.1球差185 ,9zjFI 14.2.2彗差186 3q\,$*D. 14.2.3像散187 P-y jN 14.2.4场曲187 QI'Oz{vE 14.2.5畸变188 EyJJ0 14.3球面反射镜的初级像差188 YIQ
4t 14.3.1球面反射镜188 4%>$-($ 14.3.2平面反射镜189 Q ayPo]O 14.3.3非球面的初级像差189 $P/~rZ@M@ 14.4薄透镜的初级像差189 YNKHN2E8 14.5平行平板的初级像差190 cPyE 6\lN 14.6场镜的像差192 &=] ~0$ 14.7光阑位置对初级像差的影响192 =Y|VgV 14.8厚透镜194 cUKE Ug>~Rq] 第15章分离镜片和场曲平化196 ?PeJlpYzV 15.1分离镜片196 5q3JI 15.1.1单片镜196 4xjP iHd< 15.1.2双片镜197 ` Mjj@[ 15.1.3三片镜198 |"ls\ 7 15.2弯曲光学系统200 \XCe22x] 15.3场曲平化201 c|e~BQdRw 15.3.1Petzval半径201 ,8U&?8l 15.3.2平行平板引起的焦移203 vdivq^%=a 15.3.3场曲平化方程203 A5c%SCq; 15.3.4Zemax中的场曲平化操作数204 s~ a"4~f 15.4对称结构204 `2("gUCm Rr&h!YMb 第16章消色差Ⅰ206 %g{X ? 16.1密接双片镜消初级色差206 _S<3\%(0 16.1.1消色差约束条件206 #A1%gIw<v2 16.1.2消色差设计实例207 P{kur} T 16.1.3加入厚度208 bh,[ 3X% 16.1.4弯曲消色差209 tqE6>"jD 16.2消二级光谱210 `i3NG1
v0 16.2.1二级光谱色差的概念210 ^ Edfv5 16.2.2消二级光谱方法210 N)uSG&S: 16.2.3消二级光谱实例212 ry`Ho8N 16.2.4如何获得二级光谱数值213 sBj(Qd 16.2.5何时需要校正二级光谱215 k:t]s_`< lA|
5E? 第17章消色差Ⅱ216 Q{s H3Y#l 17.1分离双片镜消初级色差216 ,1~"eGl! 17.1.1分离双片镜消色差条件216 Y2N>HK0 17.1.2分离双片镜消色差解217 k+# %DK 17.1.3同种材料消色差218 W,V:R 17.1.4设计实例218 ysQ_[
]/ 17.2密接三片镜复消色差220 '.IW.{;$ 17.2.1部分色差约束条件220 oR)Jznmi} 17.2.2复消色差约束条件221 .F98G/s 17.2.3复消色差方程组的解221 `06; 17.2.4设计实例222 uw>Ba %5 u@W|gLT1 第18章PWC分解227 d[@X% 18.1PWC因子的规化227 q<xCb%#Jl 18.1.1PW因子227 cM(:xv 18.1.2有限距离的PW因子规化228 *v;2PP[^ 18.1.3位置变化对PW因子的规化228 'nzg6^I7g 18.1.4薄透镜组的PW规化过程230 h]IxXP?h[ 18.1.5逆向追迹光路时的PW因子231 |s7s6k)mm 18.1.6初级色差系数的规化231 |HiE@ 18.1.7计算实例232 I:R[;TB?y 18.2双胶合透镜组的PW计算233 -]0OKE& 18.2.1变量选取233 Ci@o|Y }tP 18.2.2PWC因子和结构参数的关系234 8bTn^!1 18.2.3PWC因子与玻璃材料的关系235 \j@OZ 18.2.4双胶合透镜组PWC计算过程235 dN$0OS`s[ 18.2.5设计实例236 C)um9} 18.3单透镜的PWC计算241 Nyku4r0 Z;ht 第19章光学自动设计243 0IsPIi"7 19.1光学自动设计的数学问题243 %f&/E"M 19.2多元函数的极值理论245 7x"R3 19.3小二乘法247 LC,F
<>w1 19.4阻尼小二乘法250 pj\u9
L_ 19.5正交下降法251 \\iQEy<i 19.6全局搜索253 ]FJjgu< | |