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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。 5t'Fv<g 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。 /(%Ig,<"JC ;mJkqbVol
[attachment=110014] ~u/@rqF 第1章什么是光学设计2 NV!4(_~ 1.1为什么需要光学设计2 d/B* 1.1.1光学仪器小史2 9.Ap~Ay. 1.1.2光学系统4 3h JH(ToO 1.1.3理想光学系统4 @6%gIsj<H 1.1.4理想成像的违背5 <3#<I)# 1.1.5像质评价7 tBl#o ^ 1.2光学设计的流程9 Zps&[;R$- 1.2.1设计前阶段9 rdI]\UH 1.2.2设计阶段10 YmCbxYa7 1.2.3设计师需要参与的阶段13 Nu.
(viQ} "#XtDpGk 第2章Zemax软件概述14 +v1-.z 2.1光学设计软件14 v!!;js^ 2.2在Zemax中输入数据16 T 'i~_R6 2.2.1Zemax软件的交互界面16 j#o3 2.2.2输入镜头数据18 H0tF 2.2.3设置孔径20 83?1<v0% 2.2.4设置视场22 l4`^! 2.2.5设置波长23 #J~Xv:LgD 2.2.6设置玻璃24 QE6El'S 2.3查看输入结果26 4.k`[q8 2.3.1镜头结构参数26 C
>kmIw' 2.3.22D/3D视图26 |J?:91
2.3.3查看一阶特性27 AgI > 2.3.4分析输入结果27 y1Z1=U*! V#H8d_V 第3章光路计算30 #[,= 1Od(q 3.1符号规则30 KZ4zF 3.1.1线量的符号规则30 gD5P!}s[u0 3.1.2角量的符号规则31 {tmKCG 3.1.3反射处理32 =f4<({9 3.2光路计算公式32 7AeP Gr 3.2.1非近轴光路计算公式32 |Pf(J;'[ 3.2.2转面公式33 /.2u.G 3.3近轴光路计算公式33 AI R{s7N 3.4计算实例34 .S6ji~;r 3.5光路计算的向量公式36 #jgqkMOd,j 3.5.1球面光路计算的向量公式37 - XLo0 3.5.2二次曲面光路计算的向量公式39 mLULd} g/o 3.5.3光路计算的起始和终结公式41 Q4CJ]J` Y'&8L'2Z[ 第4章光学材料45 _2; ^v`[ 4.1无色光学玻璃45 @4&,
#xo 4.1.1夫琅禾费波长45 W7W3DBKtSm 4.1.2无色光学玻璃的分类和牌号46 uwId 4.1.3玻璃折射率47 @bY?$fj_u 4.1.4色散48 hafECs 4.1.5无色光学玻璃的质量指标49 BP:(IP!& 4.1.6玻璃图51 >.LgsMRIKi 4.2光学塑料51 ,y%ziay 4.2.1光学塑料简介51 hLSTSD} 4.2.2常用的光学塑料52 u'=(&>< 4.2.3在Zemax中使用光学塑料53 P!9;} & 4.3特殊光学玻璃54 !+=Zjm4L 4.3.1有色光学玻璃54 )]tvwEo 4.3.2低膨胀玻璃55 p}&Md-$1 4.3.3耐辐射玻璃55 yz8-&4YRNd 4.3.4耐潮湿和耐腐蚀玻璃55 )ib7K1GJ 4.4紫外光学玻璃56 O%prD}x CQ$::; 第5章特殊光学面形58 ]ZDTn 5.1非球面58 =hPG_4# 5.1.1形状因子58 "0b?+ 3_{G 5.1.2矢高59 "I@v&(Am; 5.1.3二次曲面59 xl3zy~;M 5.1.4在Zemax中使用非球面60 q;ZLaX\bFl 5.1.5在Zemax中使用反射面62 "*+\KPCU 5.2梯度折射率面64 IO*l vy 5.2.1梯度折射率简介64 Ma>:_0I5 5.2.2梯度折射率分类65 B( 8mH 5.2.3在Zemax中使用梯度折射率面66 {v,{x1 5.2.4梯度折射率面与非球面的等效70 Q:pzL
"bT .#sz|0 第6章光学系统中的光束限制72 ,TEuM| 6.1光阑分类72 -}E)M}W 6.1.1孔径光阑72 ^l--zzO8l 6.1.2视场光阑73 L
43`^;u 6.1.3渐晕光阑73 'YBi5_ 6.1.4消杂光光阑74 TNJ<!6 6.2主光线和边缘光线74 oPCrD.s 6.3相对孔径与F数75 8W;xi:CC 6.4拉格朗日不变量75 ^Wif!u/HM 6.5远心光路77 Q!YF!WoBX 6.5.1物方远心光路77 qQL.c+%L 6.5.2像方远心光路78 1;aF5~& 6.6在Zemax中移动光阑78 KUF$h Er ]7v81G5E 第7章塞德像差理论Ⅰ83 PEfE'lGj 7.1球差83 /8=:qIJYA 7.1.1球差的定义83 #FEa 5 7.1.2球差的计算公式84 |3 ;u"&(P 7.2轴外初级单色像差85 @+iC/ 7.2.1空间坐标系的建立85 ud yAP> 7.2.2Petzval场曲86 {,i=>%X* 7.2.3轴向像差87 K2*1T+?X 7.2.4横向像差89 Y 5Qb4Sa 7.2.5旋转对称系统89 D!X>O} 7.2.6初级单色像差的塞德和数90 :G^"e 7.3彗差90 K?9WY]Ot 7.3.1子午面和弧矢面90 Z"-ntx# 7.3.2子午面和弧矢面像差91 O;UiYrXU 7.3.3彗差定义92 tp#Z@5= 7.3.4正弦差93 RV(
w%g 7.4场曲和像散93 MJ1W*'9</W 7.4.1子午场曲和弧矢场曲93 wTHK=n\i 7.4.2像散94 {EOn r1 7.4.3Petzval场曲94 giaD9$C 7.5畸变94 #!w:_T% 7.6PW形式的塞德和数95 4sj9Z: 7.7在Zemax中查看塞德像差系数97 CKx\V+\O :-$cdZ3E 第8章塞德像差理论Ⅱ100 |~ z8< 8.1初级色差100 y=-{Q 8.1.1轴向色差100 b;Hm\aK 8.1.2垂轴色差102 6 lN?) <uQ 8.1.3在Zemax中查看初级色差数据103 l{nB.m2 8.2Zemax中横向像差与轴向像差105 ^Yf3"D?& 8.3像差的级数展开与像差平衡107 #D/$6ah~m 8.4像差曲线113 -zPm{a g!p+rq_f 第9章优化函数116 c zZrP" 9.1求解116 <+<)xwOQ ] 9.1.1曲率求解116 P=f<#l"v 9.1.2厚度求解118 dK:l&R 9.2环和臂119 pZc9q8j3 9.3构建优化函数121 2dv|6p 9.4Zemax中常用优化函数122 +A'}PXm*tu 9.5设计实例124 0\V\qAk OI'uH$y 第10章波像差129 )3k)2X F 10.1波前129 Bx\#`Y 10.2费马原理131 }9MW!Ss 10.3波像差公式131 TjKzBAX 10.3.1轴上点波像差与球差的关系131 @uQ%o%Ru6 10.3.2波像差与塞德像差的关系132 w;lx:j!Vp$ 10.3.3波像差普遍式133 +#|'|}j 10.3.4波像差的极坐标形式134 R g%R/p)C 10.3.5波像差与塞德像差换算公式134 j09mI$2y67 10.3.6焦深136 1joc<EI 10.4用波像差研究初级像差的几何形状137 =@bXGMsV! 10.4.1球差137 A>qd2 10.4.2彗差137 ^?H\*N4 10.4.3像散137 1h#w"4 10.4.4场曲137 7yY1dR<Y 10.4.5畸变138 9)G:::8u7 10.5色差的波像差138 {.s ]\C 10.5.1D-d方法计算波色差138 fMWXo)rzj 10.5.2用后一面半径消色差138 ,m #@%fa 10.5.3波色差与塞德初级色差的关系139 OU0xZ=G 10.5.4近轴薄透镜的波色差139 /V#MLPA 10.6在Zemax中查看波像差140 ^ %~Et>C E&RoaY0 第11章Buchdahl公式142 h1Ke$#$6 11.1Buchdahl塞德和数公式142 9`LU=Xv/ 11.1.1阿贝不变量表示的塞德和数142 rnzsfr-|(2 11.1.2Buchdahl的塞德和数143 5pNvzw 11.2结构像差系数145 sW>P- 11.2.1薄透镜近似145 a(Gk~vD;" 11.2.2结构像差系数的消像差条件148 |_Naun=+~ 11.3小弥散斑150 +=n
x|:no 11.3.1小弥散斑位置150 Mft0Dj/ 11.3.2在Zemax中查看离焦152 ')C_An>X6 >m)2ox_B 第12章像质评价Ⅰ154 ,Ut!u) 12.1像差容限154 b?+Yo>yF8 12.1.1瑞利判据154 ZaEBdBv 12.1.2球差容限154 !Szgph"ul 12.1.3望远和显微物镜的像差容限157 J@u!S~&r 12.1.4望远和显微目镜的像差容限157 |-SI(Khjk 12.1.5照相物镜的像差容限157 u;l6sdo 12.2光线扇形图158 Y\\3g_YBF 12.3点列图160 !5g)3St 12.4能量集中度163 [)b/uR 12.5斯特列尔比164 i9#`F.7F `Cb<KAaCH 第13章像质评价Ⅱ167 3rXL0&3w% 13.1对比度167 1xFhhncf 13.2傅里叶变换168 P:zEx]Y% 13.2.1傅里叶变换的定义168 yK @X^jf 13.2.2卷积168 PBPJ/puW 13.2.3线性系统169 EmBfiuX 13.2.4线性平移不变性169 KweHY, 13.3衍射理论170 AW{/k'%xw 13.3.1基尔霍夫公式170 `#IT24! 13.3.2菲涅耳和夫琅禾费近似171 z=8_%r 13.3.3透镜的相位变换172 Bv
|jo&0n 13.4点扩散函数173 kBDe*K.V 13.4.1点扩散函数计算公式173 |Ls&~'ik 13.4.2在Zemax中查看点扩散函数174 g-T X;( 13.5光学传递函数177 {~B4F}ES 13.5.1调制传递函数177 %n V@'3EI 13.5.2一个计算实例178 ZT3jxwe 13.5.3衍射受限的光学传递函数179 aaqjE
13.5.4在Zemax中使用MTF180 epY;1,;> R&-W_v+ 第14章透镜的初级像差184 ;M(ehX
14.1初级像差系数184 BZ'y}Zu*
14.2单折射面的初级像差185 Z{R=h7P 14.2.1球差185 `5~o=g 14.2.2彗差186 cbg3bi 14.2.3像散187 wTJMq`sY_ 14.2.4场曲187 `P)64So-1 14.2.5畸变188 bj*v' 14.3球面反射镜的初级像差188 5p>]zij> 14.3.1球面反射镜188 !&`7 14.3.2平面反射镜189 :h](;W>H 14.3.3非球面的初级像差189 A.'`FtV 14.4薄透镜的初级像差189 !Z9ikn4A 14.5平行平板的初级像差190 ^PCL^]W 14.6场镜的像差192
5G]#'tu 14.7光阑位置对初级像差的影响192 kH(3 14.8厚透镜194 5SPl#*W *b 7
^s,? 第15章分离镜片和场曲平化196 ?eg@
7n 15.1分离镜片196 k Y |=a 15.1.1单片镜196 {t IoC;Y 15.1.2双片镜197 #@OKp,LJ 15.1.3三片镜198 Q*{ H] 15.2弯曲光学系统200 ":#A>L? l 15.3场曲平化201 14)kKWG 15.3.1Petzval半径201 oR%E_g?mI~ 15.3.2平行平板引起的焦移203 A<G ; 15.3.3场曲平化方程203 66y ,{t 15.3.4Zemax中的场曲平化操作数204 R/KWl^oNj 15.4对称结构204 :-jP8X $@
#G+QQ_ 第16章消色差Ⅰ206 E(K$|k_> 16.1密接双片镜消初级色差206 B2+_F"<; 16.1.1消色差约束条件206 "9Fv!*<-W 16.1.2消色差设计实例207 $AJy^`E^ 16.1.3加入厚度208 ?wiq
3f 6 16.1.4弯曲消色差209 \=:g$_l 16.2消二级光谱210 0O9
Lg} 16.2.1二级光谱色差的概念210 AXv3jH,HF 16.2.2消二级光谱方法210 ^`C*";8Q 16.2.3消二级光谱实例212 0i1?S6]d- 16.2.4如何获得二级光谱数值213 p`V9+CA 16.2.5何时需要校正二级光谱215 iF2IR{h ]KII?{<k 第17章消色差Ⅱ216 :$@zX]?M 17.1分离双片镜消初级色差216 :~YyHX 17.1.1分离双片镜消色差条件216 TbUkqABm 17.1.2分离双片镜消色差解217 tYxlM! 17.1.3同种材料消色差218 a*ixs'MJ 17.1.4设计实例218 _:z;j{@4 17.2密接三片镜复消色差220 :.o0< 17.2.1部分色差约束条件220 !QzMeN;D 17.2.2复消色差约束条件221 }t{^*( 17.2.3复消色差方程组的解221 bsS|!KT 17.2.4设计实例222 !c;p4B)
R5YtCw]i= 第18章PWC分解227 'k) P(H 18.1PWC因子的规化227 \$++.%0 18.1.1PW因子227 J +Y|# U 18.1.2有限距离的PW因子规化228 rEyMSLN 18.1.3位置变化对PW因子的规化228 Y- 9j2.{ 18.1.4薄透镜组的PW规化过程230 cyn]>1ZM 18.1.5逆向追迹光路时的PW因子231 X!'Xx8 18.1.6初级色差系数的规化231 !{- 3:N7 18.1.7计算实例232 S)1:*>@ 18.2双胶合透镜组的PW计算233 +\@\,{Ujy 18.2.1变量选取233 1JY90l$ME 18.2.2PWC因子和结构参数的关系234 -cS4B//IK8 18.2.3PWC因子与玻璃材料的关系235 ]5MRp7 18.2.4双胶合透镜组PWC计算过程235 @o.i2iG 18.2.5设计实例236 f;I"tugO 18.3单透镜的PWC计算241 qdnNapWnc IQ`aDo-V 第19章光学自动设计243 aQ3vG08L> 19.1光学自动设计的数学问题243 D.JVEKLkU 19.2多元函数的极值理论245 H0:6zSsc=| 19.3小二乘法247 &?6~v
19.4阻尼小二乘法250 YmF(o 19.5正交下降法251 S`PSFetC 19.6全局搜索253 8TM=AV HCZ%DBU96 下篇光学系统设计 ;:YjgZ:+Q] 第20章望远物镜设计257 %Y[/Ucdm 20.1望远物镜的成像特性257 DWO: 20.2望远物镜的类型258 (9QRg; 20.3大相对孔径望远物镜设计260 >~r@*gml 20.3.1初始系统260 W_lNvzag 20.3.2缩放系统261 %=>xzP(z 20.3.3优化处理262 z?g4^0e 20.3.4校正色差262 k3eN;3#& 20.4内调焦摄远物镜设计263 ^Rh ~+ 20.4.1光焦度分配264 S`-IQ,*} 20.4.2求解初始结构265 `
R-np_ 20.4.3前后透镜组为摄远物镜268 v2<gkCK^ rW .0_* 第21章显微物镜设计270 ?n~j2-[< 21.1光学显微镜的两种形式270 P?-44m# 21.2显微物镜的像差特性271 %}MM+1eu 21.3像差的控制271 N>iCb:_
T; 21.3.1像差类型271 yr DYw T 21.3.2在Zemax中像差的控制方法272 \M^4Dd Ay 21.3.3球差的构建273 BAed [ 21.3.4色球差的构建273 rx)Q] 21.3.5子午彗差的构建274 UYLI>XSd 21.4显微物镜的成像特性275 %-1-J<<J
q 21.5显微物镜的类型276 WWzns[$f 21.5.1消色差物镜276 6XqO'G 21.5.2复消色差物镜277 $fG/gYvI\ 21.5.3平场物镜277 ZPFTNwf 21.6低倍消色差显微物镜设计277 7hE=+V8 21.6.1一阶参数计算277 k}7)pJNj 21.6.2初始系统278 kKO]q#9sO 21.6.3优化处理278 +#9 (T
21.7高倍显微物镜设计280 <o`]wOrl 21.7.1一阶参数计算280 "6h.6_bTw 21.7.2初始系统280 jt*@,+e| 21.7.3优化处理281 At:C4>HE@ jl7-"V>j?; 第22章目镜设计283 ?`iBp+iBv 22.1目镜的光学特性283 [#H8Mb+7 22.1.1短焦距283 eu/Sp3@v 22.1.2小相对孔径283 A>S2BL#= 22.1.3大视场角284 2sq<"TlQXI 22.1.4入瞳和出瞳远离透镜组284 M6n.uho/ 22.2目镜的像差特点284 ~0:c{v;4 22.3目镜的类型285 I>|?B(F 22.3.1冉斯登目镜286 XS@6jbLE 22.3.2惠更斯目镜287 oZw#Nd 22.3.3凯涅尔目镜287 yIP
IA%dJ 22.3.4对称目镜288 cFo-NI2 22.3.5无畸变目镜288 '!GI:U+g 22.3.6广角目镜288 {%dQV#'c 22.4冉斯登目镜的设计289 xEqrs6sR 22.4.1冉斯登目镜的技术要求289 =25"qJr 22.4.2冉斯登目镜的初始系统289 n`1i k'x? 22.4.3阶段优化290 A
2 )%+ 22.4.4第二阶段优化291 0}!lN{m? 22.5对称目镜的设计291 6UTdy1Qq> 22.5.1对称目镜的技术要求291 vN+!l3O 22.5.2初始对称目镜292 J(GLPC O$K 22.5.3优化处理292 YTA&G 22.6无畸变目镜的设计294 uLht;-`{n 22.6.1无畸变目镜的技术要求294 Nq3P?I(< 22.6.2初始无畸变目镜294 >Li?@+Zl 22.6.3优化处理294 (6b%;2k
C7:Ry)8'I 第23章照相物镜设计296
~I74' 23.1照相物镜的光学特性296 X8TZePh 23.1.1幅面大小296 v'=APl+_ 23.1.2焦距297 BGS6uV4^> 23.1.3视场角297 L|Iq#QX| 23.1.4相对孔径297 J.(_c'
r 23.1.5F数298 W1z5|-T 23.1.6分辨率298 8B5%IgA 23.1.7景深298 7085&\9 23.2照相物镜的类型298 C_/oORvK 23.2.1匹兹瓦物镜298 *bK@ A2` 23.2.2库克三片式物镜298 wH.'EC 23.2.3天塞物镜和海利亚物镜299 QO%K`}Q} 23.2.4双高斯物镜299 >F
v8 - 23.2.5摄远物镜299 E'}$'n?: 23.2.6托普岗物镜和鲁沙物镜300 H?m2|. 23.2.7松纳物镜300 |SmN.*&(9 23.2.8反摄远物镜300 ;K!Or 23.3照相物镜的像差校正301 5s9~rm 23.4双高斯物镜的设计302 FdD'Hp+ 23.4.1双高斯物镜的技术要求302 K.SHY!U} 23.4.2初始双高斯物镜302 JB7]51WH@ 23.4.3基础像差校正303
+gkB 23.4.4像差平衡304 f~Su F,o@h 23.5反摄远物镜的设计306 GupKM%kM 23.5.1反摄远物镜的技术要求306 =/;(qy9.-R 23.5.2初始反摄远物镜307 }Z|a?J@CZm 23.5.3基础像差校正307 (46)v'? 23.5.4像差平衡308 !ibp/:x 6{6tg>|L) 第24章投影和照明系统设计312 5sH ee, 24.1幻灯机312 7pNh|#Uv' 24.1.1幻灯机的原理312 ur|2FS7 24.1.2两种照明方式313 TBzM~y 24.1.3投影物镜314 3
V<8 24.1.4投影镜头设计过程315 x8^Dhpr6 24.2投影仪315 AMr 9rB d 24.2.1投影仪原理315 GUxhCoxb 24.2.2投影镜头设计实例316 K(?7E6\vO 24.3背投数字光处理器319 =J,:j[D( 24.3.1数字微反射阵列319 Z=xrjE 24.3.2背投投影仪原理320 f"Z2& | |