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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。 8`*9jr 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。 +(k)1kCMn t 6IaRD
[attachment=110014] X}QmeY[0I 第1章什么是光学设计2 c(=O`%B{ 1.1为什么需要光学设计2 D]`B;aE>A* 1.1.1光学仪器小史2 HG6{`i 1.1.2光学系统4 f*&JfP 1.1.3理想光学系统4 g~sNY|% 1.1.4理想成像的违背5 g~["O!K3 1.1.5像质评价7 ifCGNvDR 1.2光学设计的流程9 5J#gJFA 1.2.1设计前阶段9 {%k;V ~ 1.2.2设计阶段10 cj_?*
1.2.3设计师需要参与的阶段13 '\mZ7.Jj z4`n%~w1b 第2章Zemax软件概述14 `; %aQR 2.1光学设计软件14 8BH)jna`Qo 2.2在Zemax中输入数据16 MifgRUe 2.2.1Zemax软件的交互界面16 ik NFW*p 2.2.2输入镜头数据18 a7d- 2.2.3设置孔径20 `Qk
R 2.2.4设置视场22 v#2qwd3x 2.2.5设置波长23 p00Bgo 2.2.6设置玻璃24 U8Jj(]},_ 2.3查看输入结果26 Id
7 2.3.1镜头结构参数26 hG HzO 2.3.22D/3D视图26 aJ_Eh(cF 2.3.3查看一阶特性27 3E@&wpj 2.3.4分析输入结果27 rBPxGBd4 0P/LW|16 第3章光路计算30 l"!;Vkg.5 3.1符号规则30 qNVw+U;2P 3.1.1线量的符号规则30 WbzL!zLd! 3.1.2角量的符号规则31 Cx'=2Y 7 3.1.3反射处理32 &-Y:4.BX Z 3.2光路计算公式32 BD+~8v 3.2.1非近轴光路计算公式32 O5*uL{pvT{ 3.2.2转面公式33 Q&a<9e& 3.3近轴光路计算公式33
A2bV[+ Q 3.4计算实例34 6oBt<r?CJ 3.5光路计算的向量公式36 SO<K#HfE$? 3.5.1球面光路计算的向量公式37 li
XD2N 3.5.2二次曲面光路计算的向量公式39 HliY 3.5.3光路计算的起始和终结公式41 mpAh'f4$* >2a#|_-T 第4章光学材料45 #7"5Y_0- 4.1无色光学玻璃45 FMr$cKvE]W 4.1.1夫琅禾费波长45 X0=-{<W 4.1.2无色光学玻璃的分类和牌号46 ^Wz{su2 4.1.3玻璃折射率47 ZSb+92g{L$ 4.1.4色散48 V$D
d 7 4.1.5无色光学玻璃的质量指标49 O]!DNN 4.1.6玻璃图51 >n\Q[W 4.2光学塑料51 }`]^LFU5 4.2.1光学塑料简介51 ? D'-{/<4 4.2.2常用的光学塑料52 (ajX;/ 4.2.3在Zemax中使用光学塑料53 x;aZ& 4.3特殊光学玻璃54 99-\cQv 4.3.1有色光学玻璃54 39eoL;O_ 4.3.2低膨胀玻璃55 qT%E[qDS 4.3.3耐辐射玻璃55 H9[.#+ln 4.3.4耐潮湿和耐腐蚀玻璃55 +y#979A, 4.4紫外光学玻璃56 O$^YUHD w$HC! 第5章特殊光学面形58 qm_E/B 5.1非球面58 jGPs!64f) 5.1.1形状因子58 % m$Mnx 5.1.2矢高59 K)Ka"H 5.1.3二次曲面59 PxY"{-iAM 5.1.4在Zemax中使用非球面60 $a1.c;NE' 5.1.5在Zemax中使用反射面62 4TV9t"Dk+c 5.2梯度折射率面64 i:To8kdO 5.2.1梯度折射率简介64 M-t9zT 5.2.2梯度折射率分类65 qQryv_QP 5.2.3在Zemax中使用梯度折射率面66 AU2Nmf?]% 5.2.4梯度折射率面与非球面的等效70 l6O(+*6Us ?~8V;Qn 第6章光学系统中的光束限制72 W;W\L? r 6.1光阑分类72 sS|5x 6.1.1孔径光阑72 Hqv(X=6E0 6.1.2视场光阑73 }wKU=Vm 6.1.3渐晕光阑73 J)f?x T* 6.1.4消杂光光阑74 wDzS<mm 6.2主光线和边缘光线74 c-{]H8$v 6.3相对孔径与F数75 WX9BS$}0 6.4拉格朗日不变量75 K;O\Pd 6.5远心光路77 Fx 2&ji6u 6.5.1物方远心光路77 (>'d`^kjk 6.5.2像方远心光路78 )^AO?MW 6.6在Zemax中移动光阑78 xNU}uW>>T >EG;2]M& 第7章塞德像差理论Ⅰ83 n"vI> _|G 7.1球差83 aQuENsB 7.1.1球差的定义83 6iOAYA= 7.1.2球差的计算公式84 A,@"(3 7.2轴外初级单色像差85 _Yv9u'q" 7.2.1空间坐标系的建立85 iuRXeiG8 7.2.2Petzval场曲86 &kGSxYDk% 7.2.3轴向像差87 bK7DGw`1 7.2.4横向像差89 420K fVA 7.2.5旋转对称系统89 w@R-@
G 7.2.6初级单色像差的塞德和数90 F{S.f1Bsp 7.3彗差90 e%#f9i 7.3.1子午面和弧矢面90 "wc $'7M 7.3.2子午面和弧矢面像差91 7}MWmS^8j 7.3.3彗差定义92 1k`!w} 7.3.4正弦差93 a?dM8zAnc 7.4场曲和像散93 mjpH)6aD0 7.4.1子午场曲和弧矢场曲93 Vj1AW< 7.4.2像散94 Z2r\aZ-d` 7.4.3Petzval场曲94 AkF3F^ 7.5畸变94 n=~?BxB 7.6PW形式的塞德和数95 :Li)]qN.I 7.7在Zemax中查看塞德像差系数97 i?]!8Ji 1'iRx, 第8章塞德像差理论Ⅱ100 |?8wyP 8.1初级色差100 HD|5:f AqA 8.1.1轴向色差100 1=>$c 8.1.2垂轴色差102 (s*}= 8.1.3在Zemax中查看初级色差数据103 <qu\q \ 8.2Zemax中横向像差与轴向像差105 Nz8iU@!a 8.3像差的级数展开与像差平衡107 .%o:kq@B 8.4像差曲线113 H!N,PI?rn gDH x+"? 第9章优化函数116 /W;;7k 9.1求解116 iw%DQ }$ 9.1.1曲率求解116 Wr;)3K
9.1.2厚度求解118 yq2Bz7P 9.2环和臂119 B}p/ ,4x6 9.3构建优化函数121 wI:oe`?H 9.4Zemax中常用优化函数122 m@ ~HHwj 9.5设计实例124 7RO=X%0A HO'
HkVA 第10章波像差129 q?6Zu:': 10.1波前129 *GA#.$n 10.2费马原理131 D:f# 10.3波像差公式131 M9M EQK 10.3.1轴上点波像差与球差的关系131
3x#G
SS 10.3.2波像差与塞德像差的关系132 {)G3*>sG3 10.3.3波像差普遍式133 RGcT 10.3.4波像差的极坐标形式134 $iV3>>;eh 10.3.5波像差与塞德像差换算公式134 ;9rQN3J$gn 10.3.6焦深136 2-
)Ml* 10.4用波像差研究初级像差的几何形状137 7+0hIKrFC 10.4.1球差137 g
wk\[I`; 10.4.2彗差137 i^=an?}/ 10.4.3像散137 m<j ^cU#J 10.4.4场曲137 /c09-$M 10.4.5畸变138 REa%kU 10.5色差的波像差138 Z"P{/~HG 10.5.1D-d方法计算波色差138 7+ c?eH 10.5.2用后一面半径消色差138 nC z[#t 10.5.3波色差与塞德初级色差的关系139 {T$;BoR#O
10.5.4近轴薄透镜的波色差139 $.`(2 10.6在Zemax中查看波像差140 z*FlZLHY +ISB"a 第11章Buchdahl公式142 >$}nKPC,Y 11.1Buchdahl塞德和数公式142 |^FDsJUN 11.1.1阿贝不变量表示的塞德和数142 i
cZQv] 11.1.2Buchdahl的塞德和数143 1 %*X,E 11.2结构像差系数145 SN+&'?$WD 11.2.1薄透镜近似145 :QN,T3i'/3 11.2.2结构像差系数的消像差条件148 eudPp"Km 11.3小弥散斑150 W2REwUps 11.3.1小弥散斑位置150 J9/w_,,R$ 11.3.2在Zemax中查看离焦152 3b|.L
Jz+ }D0j%~&"e 第12章像质评价Ⅰ154 %e_WO,R 12.1像差容限154 &:Q""e! 12.1.1瑞利判据154 p<Zf,F} 12.1.2球差容限154 (33[N 12.1.3望远和显微物镜的像差容限157 EQg
6*V 12.1.4望远和显微目镜的像差容限157 h1,J<B@ 12.1.5照相物镜的像差容限157 $WdZAv\_S 12.2光线扇形图158 2t_E\W7w+ 12.3点列图160 #*w$JH 12.4能量集中度163 \2W( >_z 12.5斯特列尔比164 2-2'c?% Z$2mVRS`c 第13章像质评价Ⅱ167 SJw0y[IL6( 13.1对比度167 fE7Kv_N-% 13.2傅里叶变换168 2 !{P< 13.2.1傅里叶变换的定义168 zm"& 8/l 13.2.2卷积168 <&:3|2p 13.2.3线性系统169 (RGl, x: 13.2.4线性平移不变性169 >GqIpfn 13.3衍射理论170 <OpiD%Ctx 13.3.1基尔霍夫公式170 Dz.U&+* 13.3.2菲涅耳和夫琅禾费近似171 k~Gjfo 13.3.3透镜的相位变换172 OS,-dG( 13.4点扩散函数173 #~(@Ka.eA0 13.4.1点扩散函数计算公式173 /K'Kx 13.4.2在Zemax中查看点扩散函数174 >4bOM@[] 13.5光学传递函数177 A*W QdY 13.5.1调制传递函数177 &u$l2hSS 13.5.2一个计算实例178 vVE^Y 13.5.3衍射受限的光学传递函数179 'tF<7\! 13.5.4在Zemax中使用MTF180 n1$p
esr @@}A\wA- 第14章透镜的初级像差184 ;b(/PH!O 14.1初级像差系数184 :s*&_y 14.2单折射面的初级像差185 )TG\P,H9 14.2.1球差185 ~bvx<:8*% 14.2.2彗差186 QD7>S(p 14.2.3像散187 6VRVk7" 14.2.4场曲187 MiN68x9 14.2.5畸变188 erqg|TsFj 14.3球面反射镜的初级像差188 eDG=-a4 14.3.1球面反射镜188 |qfnbi-\ 14.3.2平面反射镜189 VM|8HR7U 14.3.3非球面的初级像差189 Q"%L 14.4薄透镜的初级像差189 OpYq qBf_ 14.5平行平板的初级像差190 dDAdZxd 14.6场镜的像差192 jt;68SA
P 14.7光阑位置对初级像差的影响192 :'#BU: 14.8厚透镜194 Xo }w$q5 CEt_wKzf 第15章分离镜片和场曲平化196 &9IMZAo 15.1分离镜片196 S =eP/
15.1.1单片镜196 5Gg`+o 15.1.2双片镜197 fH}` 15.1.3三片镜198 n6
) 15.2弯曲光学系统200 8ec~"vGLz~ 15.3场曲平化201 P6;L\9=H< 15.3.1Petzval半径201 7?b'"X" 15.3.2平行平板引起的焦移203 ^PO0(rh 15.3.3场曲平化方程203 QR<IHE{~8 15.3.4Zemax中的场曲平化操作数204 Ix-FJF- 15.4对称结构204 X2Y-TET 2=u5N[* 第16章消色差Ⅰ206 Fpl<2eBg4 16.1密接双片镜消初级色差206 SbrBlP:G 16.1.1消色差约束条件206 Pqx=j_st 16.1.2消色差设计实例207 (~,Q-w" 16.1.3加入厚度208 '^}l|( 16.1.4弯曲消色差209 ;w[|IRa 16.2消二级光谱210 d(42ob.Tr 16.2.1二级光谱色差的概念210 |\Jpjm)? 16.2.2消二级光谱方法210 P7<~S8)Y 16.2.3消二级光谱实例212 7teg*M{ 16.2.4如何获得二级光谱数值213 ?zKDPBj
16.2.5何时需要校正二级光谱215 ^BSMlKyB e>y"V;Mj 第17章消色差Ⅱ216 MX6;ww 17.1分离双片镜消初级色差216 >=[w{Vn'Mf 17.1.1分离双片镜消色差条件216 h5.u W8 17.1.2分离双片镜消色差解217 tJ[Hcx*N 17.1.3同种材料消色差218 V 1;n5YL 17.1.4设计实例218 [P,1UO|$B 17.2密接三片镜复消色差220 ;g7nG{ 17.2.1部分色差约束条件220 1/JgirVA 17.2.2复消色差约束条件221
jats)!: 17.2.3复消色差方程组的解221 Mryi6X T 17.2.4设计实例222 8iR%?5 >K p7Gs 第18章PWC分解227 zT`LPs6T 18.1PWC因子的规化227 ZOyq{w!2 18.1.1PW因子227 m?>$!B4jFB 18.1.2有限距离的PW因子规化228 s0qA8`Yu 18.1.3位置变化对PW因子的规化228 )$ i7b 18.1.4薄透镜组的PW规化过程230 i{
eDV
18.1.5逆向追迹光路时的PW因子231 ?RA^Y N*9 18.1.6初级色差系数的规化231 Dm"GCV 18.1.7计算实例232 ZSU;>&>%v 18.2双胶合透镜组的PW计算233 d* 7 Tjs{\ 18.2.1变量选取233 I(
G8cK 18.2.2PWC因子和结构参数的关系234 %v4/.4sR,; 18.2.3PWC因子与玻璃材料的关系235 4Ts5*_ 18.2.4双胶合透镜组PWC计算过程235 }`\+_@w 18.2.5设计实例236 e:6R +8s2 18.3单透镜的PWC计算241 J$v0 aB#qzrr['8 第19章光学自动设计243 CXb)k.L 19.1光学自动设计的数学问题243 a<rk'4,8a 19.2多元函数的极值理论245 f'TdYG 19.3小二乘法247 C$b$)uI; 19.4阻尼小二乘法250 nkSYW]aQ1g 19.5正交下降法251 khyn4
19.6全局搜索253 %, XyhS5[o wBA[L}
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