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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。 ep"54o5=d 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。 >;@hA*< ^t\AB)(8
[attachment=110014] vl}uHdeP9 第1章什么是光学设计2 H0B"?81 1.1为什么需要光学设计2 G(~"Zt}? 1.1.1光学仪器小史2 Ot}
E 1.1.2光学系统4 #zcnc$x\ 1.1.3理想光学系统4 L);kwx7{LW 1.1.4理想成像的违背5 >m{)shBX 1.1.5像质评价7 Et+N4w 1.2光学设计的流程9 |f0KIb}d 1.2.1设计前阶段9 ~T[m{8uh 1.2.2设计阶段10 (HkMubnqg 1.2.3设计师需要参与的阶段13 r`L$[C5I xCV3HnZ 第2章Zemax软件概述14 @`ttyI^1f 2.1光学设计软件14 jibrSz 2.2在Zemax中输入数据16 r,x;q 2.2.1Zemax软件的交互界面16 xla9:*pPn 2.2.2输入镜头数据18 d\V\,%&. 2.2.3设置孔径20 .;n<k 2.2.4设置视场22 X] /r'Tz 2.2.5设置波长23 kN>AY'1 2.2.6设置玻璃24 O(otI-Lc 2.3查看输入结果26 ht S5<+Y 2.3.1镜头结构参数26 lfKrd3KS_ 2.3.22D/3D视图26 Oav^BhUO 2.3.3查看一阶特性27 dQt*/]{q 2.3.4分析输入结果27 HQ+:0"B GjA;o3( 第3章光路计算30 928szUo: 3.1符号规则30 rj*4ZA? 3.1.1线量的符号规则30 8+uwzBNZ: 3.1.2角量的符号规则31 J%;TK6 3.1.3反射处理32 ewk62{ 3.2光路计算公式32 JF_\A)<ki 3.2.1非近轴光路计算公式32 Xt /muV 3.2.2转面公式33 Y=4 ,d4uu 3.3近轴光路计算公式33 _#e='~; 3.4计算实例34 "S^;X
@#v 3.5光路计算的向量公式36
~-6Kl3Y 3.5.1球面光路计算的向量公式37 oHbEHS61 3.5.2二次曲面光路计算的向量公式39 +tOBt("5/ 3.5.3光路计算的起始和终结公式41 p/'C
v h&5H`CR[ 第4章光学材料45 $d!Sl
a 4.1无色光学玻璃45 M\8FjJ>9 4.1.1夫琅禾费波长45 7##nY3",^ 4.1.2无色光学玻璃的分类和牌号46 }O@S;[v
S 4.1.3玻璃折射率47 EH] 5ZZ[Z 4.1.4色散48 mhp5} 4.1.5无色光学玻璃的质量指标49 or~o' 4.1.6玻璃图51 OsAXHjX} 4.2光学塑料51 Wb!%_1dER 4.2.1光学塑料简介51 i,FG?\x@ 4.2.2常用的光学塑料52 }`Q'!_` 4.2.3在Zemax中使用光学塑料53 x-U:T.+{ 4.3特殊光学玻璃54 E[t\LTt*n 4.3.1有色光学玻璃54 #2I[F 4.3.2低膨胀玻璃55 X!CLOHVAa 4.3.3耐辐射玻璃55 ,ye>D=' 4.3.4耐潮湿和耐腐蚀玻璃55 /,/T{V[ 4.4紫外光学玻璃56 q!""pr<n FI*.2rdSR 第5章特殊光学面形58 C\.? 3 5.1非球面58 @*q\$Eg}2 5.1.1形状因子58 zScV 9,H1 5.1.2矢高59 5 &-fX:/ 5.1.3二次曲面59 WaN0$66[: 5.1.4在Zemax中使用非球面60 =a?l@dI] 5.1.5在Zemax中使用反射面62 T!pWU*aB 5.2梯度折射率面64 5xLuu KG 5.2.1梯度折射率简介64 !;'U5[}8 5.2.2梯度折射率分类65 jLD=EJ 5.2.3在Zemax中使用梯度折射率面66 &>@nW!n
u 5.2.4梯度折射率面与非球面的等效70 //Hn[wEOh \0(QO8. 第6章光学系统中的光束限制72 N~\1yQT 6.1光阑分类72 R7x4v 6.1.1孔径光阑72 }/(fe`7: 6.1.2视场光阑73 ^z9ITGB~tV 6.1.3渐晕光阑73 4rwfY<G 6.1.4消杂光光阑74 ub+>i 6.2主光线和边缘光线74 g?^o++ 6.3相对孔径与F数75 1U@qRU 6.4拉格朗日不变量75 ZaH<\`=% 6.5远心光路77 hKQT, 6.5.1物方远心光路77 -g;iMqh# 6.5.2像方远心光路78 ztgSd8GGE 6.6在Zemax中移动光阑78 UR1U; k i)+@'!6 第7章塞德像差理论Ⅰ83 iZgv
VH 7.1球差83 1W$ @ V! 7.1.1球差的定义83 L:XnW1(Or 7.1.2球差的计算公式84 fk#SD "iJ 7.2轴外初级单色像差85 Wl;F]_|*( 7.2.1空间坐标系的建立85 -XkCbxZ 7.2.2Petzval场曲86 tL 3]9qfj 7.2.3轴向像差87 c[3sg 7.2.4横向像差89 "sUL"i 7.2.5旋转对称系统89 ,m8l
/wG 7.2.6初级单色像差的塞德和数90 f lVQG@ 7.3彗差90 (O\5gAx 7.3.1子午面和弧矢面90 2%. A{! 7.3.2子午面和弧矢面像差91 L'H'E, 7.3.3彗差定义92 .,o=# 7.3.4正弦差93 Eu l,1yR 7.4场曲和像散93 *q=pv8&*s 7.4.1子午场曲和弧矢场曲93 =Qsh3b&<P 7.4.2像散94 SBzJQt@Hs 7.4.3Petzval场曲94 aiF7\^aw$ 7.5畸变94 -iR}kP| 7.6PW形式的塞德和数95 )c^Rc9e/ 7.7在Zemax中查看塞德像差系数97 GXr9J rs.e I
^?TabL 第8章塞德像差理论Ⅱ100 `J'xVq#O 8.1初级色差100 d/v{I 8.1.1轴向色差100 ~4"adOv 8.1.2垂轴色差102 IX$dDwY|O> 8.1.3在Zemax中查看初级色差数据103 WldlN?[j 8.2Zemax中横向像差与轴向像差105 3=RV Jb 8.3像差的级数展开与像差平衡107 F=7X,hK 8.4像差曲线113 E/v.+m q6bi{L@/R 第9章优化函数116 @%d g0F}h
9.1求解116 H!?Av$h` 9.1.1曲率求解116 qsOA(+ZP 9.1.2厚度求解118 "1FPe63\*O 9.2环和臂119 ea kj>7\s 9.3构建优化函数121 {;4Y5kj 9.4Zemax中常用优化函数122 sD H^l)4h 9.5设计实例124 Zyt,D|eWj ZJ}9g(X..g 第10章波像差129 }Qyuy~-&^ 10.1波前129 ?oana% 10.2费马原理131 )9I>y2WU~ 10.3波像差公式131 %sxLxx_x! 10.3.1轴上点波像差与球差的关系131 Rah"La 10.3.2波像差与塞德像差的关系132 B~+3<# B 10.3.3波像差普遍式133 HK&Ul=^VN| 10.3.4波像差的极坐标形式134 C))5,aX 10.3.5波像差与塞德像差换算公式134 eRU0gvgLu" 10.3.6焦深136 POvxZU 10.4用波像差研究初级像差的几何形状137 Ne<={u% 10.4.1球差137 j5Kw0Wy7 10.4.2彗差137 G &,1 NjSi 10.4.3像散137 ~tK4C | 10.4.4场曲137 t/55tL 10.4.5畸变138 9{[I| 10.5色差的波像差138 # &zM.O1Q 10.5.1D-d方法计算波色差138 %Ms"LoK 10.5.2用后一面半径消色差138
&
-r^Q 10.5.3波色差与塞德初级色差的关系139 #b~B
0:U 10.5.4近轴薄透镜的波色差139 UWU(6J|Fk 10.6在Zemax中查看波像差140 MWdev.m:Z :ohGG ,`Dh 第11章Buchdahl公式142 pK` 1pfih 11.1Buchdahl塞德和数公式142 yyPQ^{zD 11.1.1阿贝不变量表示的塞德和数142 9NF2a)&~ 11.1.2Buchdahl的塞德和数143 k+9*7y8w 11.2结构像差系数145 nm"]q`(K 11.2.1薄透镜近似145 8^IV`P~2M 11.2.2结构像差系数的消像差条件148 [U5@m]>^ 11.3小弥散斑150 ~7p!t%;$ 11.3.1小弥散斑位置150 sNaLz 11.3.2在Zemax中查看离焦152 6=cfr; BH2 mM9a T0_w 第12章像质评价Ⅰ154 Xr:gm`[ 12.1像差容限154 1JQ5bB"
12.1.1瑞利判据154 }b5omHUE% 12.1.2球差容限154 # &,W x 12.1.3望远和显微物镜的像差容限157 ai7R@~O:_k 12.1.4望远和显微目镜的像差容限157 jgvzp 12.1.5照相物镜的像差容限157 D`|8Og 12.2光线扇形图158 &Fiesi!tET 12.3点列图160 (]E0fjk 12.4能量集中度163 qX[{_$^Q 12.5斯特列尔比164 3S 5`I9I @m5c<(bkfp 第13章像质评价Ⅱ167 3"BSP3/[l 13.1对比度167 lw]uH<v 13.2傅里叶变换168 0BwxPD#6bv 13.2.1傅里叶变换的定义168 z''ejq 13.2.2卷积168 l
k
sNy 13.2.3线性系统169 |oWl9j]Z 13.2.4线性平移不变性169 uTdx`>M,O 13.3衍射理论170 nt]'>eX_} 13.3.1基尔霍夫公式170 gSa !zQN6 13.3.2菲涅耳和夫琅禾费近似171 +CVB[r#hu 13.3.3透镜的相位变换172 zv7)JH7EV& 13.4点扩散函数173 y>#_LhTX- 13.4.1点扩散函数计算公式173 4tEAi4H|`@ 13.4.2在Zemax中查看点扩散函数174 p[O\}MAd# 13.5光学传递函数177 ?n]adS{ 13.5.1调制传递函数177 t~H0Qeb[v= 13.5.2一个计算实例178 x5Ue"RMl+ 13.5.3衍射受限的光学传递函数179 ?y]R /?
13.5.4在Zemax中使用MTF180 @Di!~e6 !4a#);`G 第14章透镜的初级像差184 67;6nXG0K 14.1初级像差系数184 cyLl,OA 14.2单折射面的初级像差185 a/v]E]=qI 14.2.1球差185 Z
l;TS%$ 14.2.2彗差186
&1f3e 14.2.3像散187 aX~Jk >a0 14.2.4场曲187 !7f,g vk 14.2.5畸变188 HOx+umjxW 14.3球面反射镜的初级像差188 Z4X, D`s 14.3.1球面反射镜188 ]bAVOKm- 14.3.2平面反射镜189 8f<y~L_(` 14.3.3非球面的初级像差189 !g`I*ZE+e 14.4薄透镜的初级像差189 J0
dY%pH# 14.5平行平板的初级像差190 )"?eug}D 14.6场镜的像差192 $bD`B'5 14.7光阑位置对初级像差的影响192 LXWI'nxV 14.8厚透镜194 A|,qjiEJCc _-sFJi8B 第15章分离镜片和场曲平化196 L+VQtp&" 15.1分离镜片196 -Bl^TT 15.1.1单片镜196 kh{3s:RQfC 15.1.2双片镜197 k$ T 15.1.3三片镜198 SSxz1y 15.2弯曲光学系统200 mBJr*_p 15.3场曲平化201 VM:|I~gJ 15.3.1Petzval半径201 Mo<q(_ZeRP 15.3.2平行平板引起的焦移203 O_ZYm{T[7 15.3.3场曲平化方程203 )[cuYH> 15.3.4Zemax中的场曲平化操作数204 PqL.^ 15.4对称结构204 a|=^ n1b:Bv4"]# 第16章消色差Ⅰ206 ^a`3)WBv8 16.1密接双片镜消初级色差206 QxA( *1 16.1.1消色差约束条件206 t$~'$kM)< 16.1.2消色差设计实例207 ;gZ/i93:Q 16.1.3加入厚度208 kx d*B
P 16.1.4弯曲消色差209 +t%2V? 16.2消二级光谱210 HzKY2F(, 16.2.1二级光谱色差的概念210 ;@Fb>lBhX 16.2.2消二级光谱方法210 :b(W&iBWhI 16.2.3消二级光谱实例212 ;3wO1'= 16.2.4如何获得二级光谱数值213 cV0CI& 16.2.5何时需要校正二级光谱215 (xN1?qXB. ~Gz9pBv1 第17章消色差Ⅱ216 1%*\*z
17.1分离双片镜消初级色差216 U|Gy 9" 17.1.1分离双片镜消色差条件216 $-Ex
g*i 17.1.2分离双片镜消色差解217 ~gW^9nWYU 17.1.3同种材料消色差218 A]5];c 17.1.4设计实例218 .?Y"o3 17.2密接三片镜复消色差220 bKGX>
%- 17.2.1部分色差约束条件220 M*ZN]9{^. 17.2.2复消色差约束条件221 )MK$E,W 17.2.3复消色差方程组的解221 }.E^_` 17.2.4设计实例222 <\ <o#Vq 9QLG:(~; 第18章PWC分解227 ?.%dQ0 18.1PWC因子的规化227 2;WbXc!#! 18.1.1PW因子227 _Iav2=0Wi 18.1.2有限距离的PW因子规化228 m<-!~ ew 18.1.3位置变化对PW因子的规化228 kt)Et 18.1.4薄透镜组的PW规化过程230 {~&Q"8
}G 18.1.5逆向追迹光路时的PW因子231 F[Mwd &P@ 18.1.6初级色差系数的规化231 ` qs}L 18.1.7计算实例232 :tU^ 18.2双胶合透镜组的PW计算233
m","m 18.2.1变量选取233 =X7kADRq 18.2.2PWC因子和结构参数的关系234 `HQ)][ 18.2.3PWC因子与玻璃材料的关系235 $$NWN?H~ 18.2.4双胶合透镜组PWC计算过程235 ,GYQ,9: 18.2.5设计实例236 )wM%Ul<s 18.3单透镜的PWC计算241 .6C/,rQ?c [m0X kvd 第19章光学自动设计243 b/:wpy+9Z 19.1光学自动设计的数学问题243 ai sa2# 19.2多元函数的极值理论245 e6j1Fa9 19.3小二乘法247 Dc-K08c 19.4阻尼小二乘法250 F&czD;F 19.5正交下降法251 Uw.')ZY= 19.6全局搜索253 l5Bm.H_ nTr%S&<+" 下篇光学系统设计 tjx8UgSi 第20章望远物镜设计257 -/JEKwc 20.1望远物镜的成像特性257 JK =A= 20.2望远物镜的类型258 Bgm8IK)6 20.3大相对孔径望远物镜设计260 Jh
E C 20.3.1初始系统260 <@.e.H 20.3.2缩放系统261 Z?'CS|ud 20.3.3优化处理262 O0#[hY, 20.3.4校正色差262 Hloe7+5UD 20.4内调焦摄远物镜设计263 rS BI'op 20.4.1光焦度分配264 lw9jk`7^ 20.4.2求解初始结构265 Zt3sU_ 20.4.3前后透镜组为摄远物镜268 .A< HM} =IMmtOvJ 第21章显微物镜设计270 jV sH 21.1光学显微镜的两种形式270 zVS{X=u 21.2显微物镜的像差特性271 d*^JO4' 21.3像差的控制271 .Od:#(aq 21.3.1像差类型271 l[T-Ak 21.3.2在Zemax中像差的控制方法272 ;-u]@35 21.3.3球差的构建273 "mJo<i} 21.3.4色球差的构建273 Qf=^CQ=lV 21.3.5子午彗差的构建274 <
c^'$ 21.4显微物镜的成像特性275 1yE',9? 21.5显微物镜的类型276 -NwG'
U~ 21.5.1消色差物镜276 QlGK+I>y; 21.5.2复消色差物镜277 b;QgL_w 21.5.3平场物镜277 }'P|A 21.6低倍消色差显微物镜设计277
eV?%3h. 21.6.1一阶参数计算277 QfEJU8/5d 21.6.2初始系统278 F7=9> , 21.6.3优化处理278 $JOz7j( 21.7高倍显微物镜设计280 SdlO]y9E 21.7.1一阶参数计算280 7-B|B{] 21.7.2初始系统280 )isS^O$qH 21.7.3优化处理281 K7&]|^M9 gaXo)o S 第22章目镜设计283 YeOn 22.1目镜的光学特性283 ,.P]5 lE 22.1.1短焦距283 DL,R~ 22.1.2小相对孔径283 @-)S*+8 22.1.3大视场角284 28^/By:J 22.1.4入瞳和出瞳远离透镜组284 H,KH}25 22.2目镜的像差特点284 h's[)
t 22.3目镜的类型285 Kc]cJ`P4. 22.3.1冉斯登目镜286 <T7@,_T 22.3.2惠更斯目镜287 yam'LF 22.3.3凯涅尔目镜287 {@KLN< 22.3.4对称目镜288 ;fqp!|J 22.3.5无畸变目镜288 \_.'/<aQ 22.3.6广角目镜288 EUw4$Jt^p 22.4冉斯登目镜的设计289 'dwsm7Xd 22.4.1冉斯登目镜的技术要求289 aEdMZ+P. 22.4.2冉斯登目镜的初始系统289 Q']'KU. 22.4.3阶段优化290 jR1^e$ 22.4.4第二阶段优化291 N''xdz3Z 22.5对称目镜的设计291 e#5WX 22.5.1对称目镜的技术要求291 hlyh8=Z6o 22.5.2初始对称目镜292 >7a
ENKOg: 22.5.3优化处理292 d.ywH; 22.6无畸变目镜的设计294 7y& | |