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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。 |E"Xavi> 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。 `4$4bXrP' ( [K2:n\
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NT 第1章什么是光学设计2 3D]2$a_d 1.1为什么需要光学设计2 ?"5~Wwp.T 1.1.1光学仪器小史2 W?SP .-I 1.1.2光学系统4 =#
k<Kw# 1.1.3理想光学系统4 =}B4I
1.1.4理想成像的违背5 Ufm(2` FQ 1.1.5像质评价7 7KvXTrN!9 1.2光学设计的流程9 E.?E~}z 1.2.1设计前阶段9 UY?i E= 1.2.2设计阶段10 >cGh| _9 1.2.3设计师需要参与的阶段13 ~E^yM=:h n25irCD` 第2章Zemax软件概述14 K> c8r8! 2.1光学设计软件14 va`l*N5 2.2在Zemax中输入数据16 'd|Q4RE+W 2.2.1Zemax软件的交互界面16 H1aV}KD 2.2.2输入镜头数据18 d ,h~u{ 2.2.3设置孔径20 N#<zEAB 2.2.4设置视场22 $[HcHnf 2.2.5设置波长23 Yio>ft&g] 2.2.6设置玻璃24 # i`A4D 2.3查看输入结果26 GnSgO-$" 2.3.1镜头结构参数26 4jC4X* 2.3.22D/3D视图26 .g6PrhzFbk 2.3.3查看一阶特性27 3i@ "D 2.3.4分析输入结果27 7yq7a[Ra &cv@Kihq( 第3章光路计算30 PK:o}IWn~x 3.1符号规则30 QN{}R;s 3.1.1线量的符号规则30 aTL8l.c2 3.1.2角量的符号规则31 h"RP>fZt 3.1.3反射处理32 `:-@E2 3.2光路计算公式32 l|R<F;| 3.2.1非近轴光路计算公式32 fD3jwPL 3.2.2转面公式33 fg>B 3.3近轴光路计算公式33 pmow[e 3.4计算实例34 ~$?y1Yv 3.5光路计算的向量公式36 Q`@$j,v 3.5.1球面光路计算的向量公式37 ?$)x$nS` 3.5.2二次曲面光路计算的向量公式39 +q`rz 3.5.3光路计算的起始和终结公式41 o+"0. B y(bt56 |
z 第4章光学材料45 /el["l 4.1无色光学玻璃45 a=:{{\1o 4.1.1夫琅禾费波长45 ]<\;d
B 4.1.2无色光学玻璃的分类和牌号46 #x4h_K
Y 4.1.3玻璃折射率47 > hDsm;,/ 4.1.4色散48 ZuFVtW@ 4.1.5无色光学玻璃的质量指标49 &.+n
L
4.1.6玻璃图51 jE?\Yv3 4.2光学塑料51 QKUBh-QFK 4.2.1光学塑料简介51 V#-qKV 4.2.2常用的光学塑料52 P*0nT 4.2.3在Zemax中使用光学塑料53 HX /GLnY/X 4.3特殊光学玻璃54 <y\
Z#z 4.3.1有色光学玻璃54 OUIUgej 4.3.2低膨胀玻璃55 (giTp@Tp 4.3.3耐辐射玻璃55 YvxMA# 4.3.4耐潮湿和耐腐蚀玻璃55 9A *?E 4.4紫外光学玻璃56 3x(MvW30Lg T je o*n^ 第5章特殊光学面形58 #pDGaqeX 5.1非球面58 7q2"b?|h 5.1.1形状因子58 H.l,%x&K 5.1.2矢高59 D_
Bx>G9 5.1.3二次曲面59 cAKoPU>U 5.1.4在Zemax中使用非球面60 TsFdy{/o* 5.1.5在Zemax中使用反射面62 NrI5uC7 5.2梯度折射率面64 ^M"=A}h 5.2.1梯度折射率简介64 Ddm76LS 5.2.2梯度折射率分类65 4U! .UNi 5.2.3在Zemax中使用梯度折射率面66 zV_-rf 5.2.4梯度折射率面与非球面的等效70 Y|0-m#1F# ].<sAmL^ 第6章光学系统中的光束限制72 {!{7zM%u0C 6.1光阑分类72 g~^{-6Vg 6.1.1孔径光阑72 eUKl
Co 6.1.2视场光阑73 _;J9q}X 6.1.3渐晕光阑73 +2au
;^N 6.1.4消杂光光阑74 u7Y'3x,` 6.2主光线和边缘光线74 %.Tf u0M 6.3相对孔径与F数75 LL$,<q%(P 6.4拉格朗日不变量75 wc+N 6.5远心光路77 "$V 8y 6.5.1物方远心光路77 ?N!j.E4= 6.5.2像方远心光路78 4_m
/_Z0x 6.6在Zemax中移动光阑78 ssr)f8R#,# |IcxegE 第7章塞德像差理论Ⅰ83 2YE]?!
7.1球差83 ^;k _ 7.1.1球差的定义83 (15Yw9Mv 7.1.2球差的计算公式84 _E&vE5<-$ 7.2轴外初级单色像差85 ~4 ~Tcn 7.2.1空间坐标系的建立85 'd.@4 9
7.2.2Petzval场曲86 n0_Az2 7.2.3轴向像差87 E_'n4@}Cx 7.2.4横向像差89 )[M<72 7.2.5旋转对称系统89 Ni@e/|
2b 7.2.6初级单色像差的塞德和数90 !NAX6m 7.3彗差90 @X6#$ex 7.3.1子午面和弧矢面90 'G3OZj8 7.3.2子午面和弧矢面像差91 =<'iLQb1 7.3.3彗差定义92 a]wcA 7.3.4正弦差93 k>0cTBY& 7.4场曲和像散93 ~oW8GQ 7.4.1子午场曲和弧矢场曲93 ^<
/vbF 7.4.2像散94 ^qus `6 7.4.3Petzval场曲94 <]e;tF)+ 7.5畸变94 qp_ `Fj: 7.6PW形式的塞德和数95 ,/b/O4`;y 7.7在Zemax中查看塞德像差系数97 <:{[Zvl'k &|{,4V0%A 第8章塞德像差理论Ⅱ100 MqBATW.pmJ 8.1初级色差100 OYtus7q< 8.1.1轴向色差100 y yR8VO{ 8.1.2垂轴色差102 @1ta`7# 8.1.3在Zemax中查看初级色差数据103 \HQb#f, 8.2Zemax中横向像差与轴向像差105 "A1yqK 8.3像差的级数展开与像差平衡107 cf!k
9x9Z 8.4像差曲线113 3Q~&xNf Nt^&YE7d: 第9章优化函数116 *pC-`k 9.1求解116 k`~br249 9.1.1曲率求解116 e/Oj T 9.1.2厚度求解118 S2
h 9.2环和臂119 ^$,kTU'= 9.3构建优化函数121 ^oB1 &G 9.4Zemax中常用优化函数122 0o=)&%G 9.5设计实例124 :lQjy@J FuiW\=^ 第10章波像差129 %y7wF'_Y 10.1波前129 f$W}d0(F; 10.2费马原理131 %+!9 10.3波像差公式131 K ':pU1 10.3.1轴上点波像差与球差的关系131 WblV`"~e 10.3.2波像差与塞德像差的关系132 r~2@#gTbl 10.3.3波像差普遍式133 KC-aLq/ 10.3.4波像差的极坐标形式134 D&m"~wI 10.3.5波像差与塞德像差换算公式134 f EiEfu 10.3.6焦深136 }Z?[Ut 10.4用波像差研究初级像差的几何形状137 446hr zW>@ 10.4.1球差137 {]Iu">* 10.4.2彗差137 <r`Jn49 10.4.3像散137 842+KLS 10.4.4场曲137 l<:E+lU 10.4.5畸变138 _r|ytQ) 10.5色差的波像差138 q.QYn.CBZz 10.5.1D-d方法计算波色差138 ?HyioLO 10.5.2用后一面半径消色差138 -*l[:5m 10.5.3波色差与塞德初级色差的关系139 'htA! KHF 10.5.4近轴薄透镜的波色差139 9qy 9 10.6在Zemax中查看波像差140 ye7&y4v+ [f(^vlK 第11章Buchdahl公式142 c@B%`6kF 11.1Buchdahl塞德和数公式142 =<h=">}5' 11.1.1阿贝不变量表示的塞德和数142 9S1V!Jp 11.1.2Buchdahl的塞德和数143 .mrRv8>$ 11.2结构像差系数145 P1 >X5: 11.2.1薄透镜近似145 xa0%;nFKe 11.2.2结构像差系数的消像差条件148 H
7F~+Q-} 11.3小弥散斑150 ,T~5iLKY 11.3.1小弥散斑位置150 B[|/wHMsT} 11.3.2在Zemax中查看离焦152 ZDmk<}A-U <d`UifqD 第12章像质评价Ⅰ154 F_ Cz 12.1像差容限154 3A}8? 12.1.1瑞利判据154 jtr=8OiL 12.1.2球差容限154 q.F1Jj 12.1.3望远和显微物镜的像差容限157 r3vj o( 12.1.4望远和显微目镜的像差容限157 $rYu4^ 12.1.5照相物镜的像差容限157 7 ~8Fs@ 12.2光线扇形图158 SZD2'UaG 12.3点列图160 M%^laf 12.4能量集中度163 O~OWRJ@p 12.5斯特列尔比164 5g2+Ar( IEf^.Z 第13章像质评价Ⅱ167 GnaVI 13.1对比度167 F|Ihq^q 13.2傅里叶变换168 <ijmkNVS 13.2.1傅里叶变换的定义168 W3rvKqdw5 13.2.2卷积168 ve^MqW&S 13.2.3线性系统169 X}Z%@ tL 13.2.4线性平移不变性169 Bcon4 13.3衍射理论170 kxwm08/|f 13.3.1基尔霍夫公式170
@+#p:sE 13.3.2菲涅耳和夫琅禾费近似171 to=##&ld< 13.3.3透镜的相位变换172 s7}
)4.vO 13.4点扩散函数173 5c7a\J9> 13.4.1点扩散函数计算公式173 n7uD(cL 13.4.2在Zemax中查看点扩散函数174 GTNTx5H 13.5光学传递函数177 e"/X*xA 13.5.1调制传递函数177 :C6rN}_k 13.5.2一个计算实例178 #8OqX*/ 13.5.3衍射受限的光学传递函数179 L-$g& - 13.5.4在Zemax中使用MTF180 Nq6CvDXi i=QhXCM 第14章透镜的初级像差184 ".<p R}
qp 14.1初级像差系数184 IpmREl$j 14.2单折射面的初级像差185 o2jB~}VMl 14.2.1球差185 BZshTP[` 14.2.2彗差186 V%=t2+ 14.2.3像散187 4]KceE 14.2.4场曲187 +]vl8, 4@ 14.2.5畸变188 x=N;> 14.3球面反射镜的初级像差188 &W!@3O{~. 14.3.1球面反射镜188 #
t
Ki6u 14.3.2平面反射镜189 ^dD?riFAk 14.3.3非球面的初级像差189 \0*LfVr;P 14.4薄透镜的初级像差189 e)"cm;BJ^P 14.5平行平板的初级像差190 mIodD)?{ 14.6场镜的像差192 {'kL]qLg 14.7光阑位置对初级像差的影响192 So`"z[5 14.8厚透镜194 i( HhL& %b6wo?%* 第15章分离镜片和场曲平化196 ^yTN(\9 15.1分离镜片196 ?,C,q5
T\ 15.1.1单片镜196 ?K 0V#aq 15.1.2双片镜197 |-D. 15.1.3三片镜198 I5?LD=tt 15.2弯曲光学系统200 IA` 15.3场曲平化201 B.#0kjA} 15.3.1Petzval半径201 W:J00rsv=` 15.3.2平行平板引起的焦移203 Z9I./s9 15.3.3场曲平化方程203 Lp=B? H 15.3.4Zemax中的场曲平化操作数204 bxq`E!] 15.4对称结构204 `^vD4qD| Q-5wI$= 第16章消色差Ⅰ206 +%v4Ci"%y 16.1密接双片镜消初级色差206 c 3dZ1v 16.1.1消色差约束条件206 .*"IJD9 16.1.2消色差设计实例207 \-y i#N 16.1.3加入厚度208 a\E]ueVD2j 16.1.4弯曲消色差209 yI<'J^1C[ 16.2消二级光谱210 t:7jlD!d 16.2.1二级光谱色差的概念210
H'.eqZM 16.2.2消二级光谱方法210 [~wcHE 16.2.3消二级光谱实例212 & | |