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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。
0M^v%22 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。 OB{d^e} E"|LA[o
[attachment=110014] 2V*<HlqOif 第1章什么是光学设计2 (g8<"<
N? 1.1为什么需要光学设计2 Cb5Rr+K= 1.1.1光学仪器小史2 j$TTLFK1 1.1.2光学系统4 jZX2)# a! 1.1.3理想光学系统4 4Sq[I 1.1.4理想成像的违背5 TrBBV]4 1.1.5像质评价7 `?H yDny 1.2光学设计的流程9 et$VR: 1.2.1设计前阶段9 b?~%u+'3 1.2.2设计阶段10 6zGM[2 1.2.3设计师需要参与的阶段13 ('u\rc2R GQP2-cSZ 第2章Zemax软件概述14 c[I4'x 2.1光学设计软件14 eA$wJ$* 2.2在Zemax中输入数据16 os3jpFeG' 2.2.1Zemax软件的交互界面16 #EO@<>I 2.2.2输入镜头数据18 { vf"`#Q9 2.2.3设置孔径20 !ibdw_H 2.2.4设置视场22 _7#9nJ3| 2.2.5设置波长23 \:To>A32 2.2.6设置玻璃24 =y$|2(6 2.3查看输入结果26 C " W, 2.3.1镜头结构参数26 aB N^J_ 2.3.22D/3D视图26 v|&Nh?r 2.3.3查看一阶特性27 ?Bdhn{_ 2.3.4分析输入结果27 Br,^4w[Hq Nzo;j0 [ 第3章光路计算30 122%KS 3.1符号规则30 [vJLj>@ 3.1.1线量的符号规则30 (rHS2SA\5 3.1.2角量的符号规则31 <h*r 3.1.3反射处理32 #'@pL0dj 3.2光路计算公式32 tLz,t&h 3.2.1非近轴光路计算公式32 jOYa}jm? 3.2.2转面公式33 ~q.a<B`,t 3.3近轴光路计算公式33 IsC`r7 3.4计算实例34 lD%Fk3 3.5光路计算的向量公式36 !Rq.L 3.5.1球面光路计算的向量公式37 ;!ICLkc$ 3.5.2二次曲面光路计算的向量公式39 j0XS12eM 3.5.3光路计算的起始和终结公式41 &RzkM4" 7j
]d{lD 第4章光学材料45 V?.')?'V 4.1无色光学玻璃45 nkp, 4.1.1夫琅禾费波长45 6dCS Gb 4.1.2无色光学玻璃的分类和牌号46 g p2S 4.1.3玻璃折射率47 wc%Wy|d 4.1.4色散48 3u)NkS= 4.1.5无色光学玻璃的质量指标49
(SEE(G35 4.1.6玻璃图51 ?nLlZpZ2v 4.2光学塑料51 _:B/XZ 4.2.1光学塑料简介51 /Vg=+FEO 4.2.2常用的光学塑料52 |B<;4ISaRI 4.2.3在Zemax中使用光学塑料53 <K(qv^C 4.3特殊光学玻璃54 7O=N78M 4.3.1有色光学玻璃54 lhx"<kR4 4.3.2低膨胀玻璃55 "}ms| 4.3.3耐辐射玻璃55 O7M8!3Eqm 4.3.4耐潮湿和耐腐蚀玻璃55 :?2@qWaL 4.4紫外光学玻璃56 zA
; 7Nv$3 b6mSPH@ 第5章特殊光学面形58 \-]zXKl2k 5.1非球面58 i1(}E# 5.1.1形状因子58 >{seaihK 5.1.2矢高59 [eWZ^Eh"I 5.1.3二次曲面59 )2t DX=D 5.1.4在Zemax中使用非球面60 ]tjQy1M 5.1.5在Zemax中使用反射面62 n0ZrgTVJ 5.2梯度折射率面64 z frEM 5.2.1梯度折射率简介64 #{m~=1%;Ya 5.2.2梯度折射率分类65 K~C6dy
5.2.3在Zemax中使用梯度折射率面66 hyHeyDO2 5.2.4梯度折射率面与非球面的等效70 zeHf(N %OIJ. 第6章光学系统中的光束限制72 lBpy0lo# 6.1光阑分类72 Rz #&v 6.1.1孔径光阑72 u{6b>c|,X 6.1.2视场光阑73 _5t~g_(1OK 6.1.3渐晕光阑73 uPmK:9]3R 6.1.4消杂光光阑74 KWq&<X5 6.2主光线和边缘光线74 kK,Ne%}a2K 6.3相对孔径与F数75 17
k9h?s* 6.4拉格朗日不变量75
vj_[LFE 6.5远心光路77 2`Ojw_$W7 6.5.1物方远心光路77 v_ U$jjO1 6.5.2像方远心光路78 ?ufX3yia 6.6在Zemax中移动光阑78 SJ4+s4!l
< xy^t_];X 第7章塞德像差理论Ⅰ83 **D3.-0u& 7.1球差83 )$>
pu{o 7.1.1球差的定义83 FQ3{~05T 7.1.2球差的计算公式84 )F$<-0pT 7.2轴外初级单色像差85 I:L}7uA[t 7.2.1空间坐标系的建立85 uZg[PS=@!X 7.2.2Petzval场曲86 Q[wTV3d 7.2.3轴向像差87 Fx3CY W 7.2.4横向像差89 mBrH`! 7.2.5旋转对称系统89 1GaM!OC 9 7.2.6初级单色像差的塞德和数90 Cwh*AKq( 7.3彗差90 :j)v=qul 7.3.1子午面和弧矢面90 KkIgyLM 7.3.2子午面和弧矢面像差91 =(3Yj[>st 7.3.3彗差定义92 &2P+9j> 7.3.4正弦差93 WLy%|{/ 7.4场曲和像散93 Fad.!%[ 7.4.1子午场曲和弧矢场曲93 ~fht [S?@M 7.4.2像散94 Hdn%r<+c 7.4.3Petzval场曲94 P,eP>55'K 7.5畸变94 z>6hK:27 7.6PW形式的塞德和数95 j6JK4{ 7.7在Zemax中查看塞德像差系数97 pef)c,U$ pkKcTY1Fx 第8章塞德像差理论Ⅱ100 <TDp8t9bU 8.1初级色差100 e2dg{n$6" 8.1.1轴向色差100 38 -vt,| 8.1.2垂轴色差102 ~0 PR>QJ 8.1.3在Zemax中查看初级色差数据103 4#D<#!]^ 8.2Zemax中横向像差与轴向像差105 sU=7)*$ 8.3像差的级数展开与像差平衡107 \Zgc
[F 8.4像差曲线113 w Avnj K!+IRA@ 第9章优化函数116 }#<mK3MBe 9.1求解116 it#,5#Y: 9.1.1曲率求解116 O6[4=4L 9.1.2厚度求解118 -Gyj]v5y`c 9.2环和臂119 u^ 3,~:E 9.3构建优化函数121 :f/T$fa* 9.4Zemax中常用优化函数122 D^30R*gV 9.5设计实例124 &Rp/y%9 }<9IH%sgF 第10章波像差129 0DB8[#i%: 10.1波前129 r-s9]0"7~ 10.2费马原理131 kR
!O-@GJ] 10.3波像差公式131 6SqS\ 8 10.3.1轴上点波像差与球差的关系131 <Rb[0E$ 10.3.2波像差与塞德像差的关系132 #GbfFoE 10.3.3波像差普遍式133 e*!0|#- 10.3.4波像差的极坐标形式134 }ZKG-~ 10.3.5波像差与塞德像差换算公式134 b;5&V_ 10.3.6焦深136 "T4buTXJ 10.4用波像差研究初级像差的几何形状137 O!U8"Yr$ 10.4.1球差137 y(fJ{k 10.4.2彗差137 *I6W6y;E= 10.4.3像散137 IyPk3N 10.4.4场曲137 @4]} J-3 10.4.5畸变138 ]F#}8$ 10.5色差的波像差138 +td]g9Ie 10.5.1D-d方法计算波色差138 iRIO~XVo 10.5.2用后一面半径消色差138 v[+ ] 10.5.3波色差与塞德初级色差的关系139 ]=Dzr<*v 10.5.4近轴薄透镜的波色差139 _wp_y-" 10.6在Zemax中查看波像差140 B4MrrW4= +}eH, 第11章Buchdahl公式142 >At* jg48 11.1Buchdahl塞德和数公式142 "2=v:\~= 11.1.1阿贝不变量表示的塞德和数142 MfU0*nVF~ 11.1.2Buchdahl的塞德和数143 %Ek!3t 11.2结构像差系数145 X? l5} 11.2.1薄透镜近似145 Rh,a4n?W 11.2.2结构像差系数的消像差条件148 RA$%3L[A! 11.3小弥散斑150 f6])M) 11.3.1小弥散斑位置150 bn#'o(Lp 11.3.2在Zemax中查看离焦152 =3dR-3 )jPIBzMys 第12章像质评价Ⅰ154 0Lx,qZ' 12.1像差容限154 *w
OU=1+ 12.1.1瑞利判据154 Ju@8_ ?8= 12.1.2球差容限154 BA6(Owb 12.1.3望远和显微物镜的像差容限157 |r+w(TG 12.1.4望远和显微目镜的像差容限157 v
vzP t.ag 12.1.5照相物镜的像差容限157 ^:u-wr8?{ 12.2光线扇形图158 7SJbrOL4Q- 12.3点列图160 Q.MbzSgXL 12.4能量集中度163 ]RxJ^'a63 12.5斯特列尔比164 [C`LKA$t ;-Ki`x.oJ 第13章像质评价Ⅱ167 2Bz\Tsp 13.1对比度167 O)8$aAJ)V 13.2傅里叶变换168 CxD=8X9m 13.2.1傅里叶变换的定义168
1}Th@Vq 13.2.2卷积168 ;Xl {m`E+ 13.2.3线性系统169 }B ?_>0 13.2.4线性平移不变性169 d<cqY<y VA 13.3衍射理论170 -A^o5s 13.3.1基尔霍夫公式170 ;Sl%I+? 13.3.2菲涅耳和夫琅禾费近似171 VVw5)O1' 13.3.3透镜的相位变换172 vyvb-oz;u 13.4点扩散函数173 ?3y>K!D(A 13.4.1点扩散函数计算公式173 qs>&Xn 13.4.2在Zemax中查看点扩散函数174 8gxo{<,9 13.5光学传递函数177 6&;h+;h 13.5.1调制传递函数177 V<ii 13.5.2一个计算实例178 m Eg3.| 13.5.3衍射受限的光学传递函数179 eX$RD9
H 13.5.4在Zemax中使用MTF180 +Kp8X53 6>gm!6` 第14章透镜的初级像差184 zyB>peAp6j 14.1初级像差系数184 Zd}12HFq 14.2单折射面的初级像差185 rV
fZ_\| 14.2.1球差185 Ce/D[% 14.2.2彗差186 |pZ:5ta# 14.2.3像散187 i8A-h6E 14.2.4场曲187 v,!`A!{D 14.2.5畸变188 ](^FGz 14.3球面反射镜的初级像差188 '?Xf(6o1 14.3.1球面反射镜188 fRjp(m 14.3.2平面反射镜189 >eWORf>7 14.3.3非球面的初级像差189 `Y3\R# 14.4薄透镜的初级像差189 wUfm)Q# 14.5平行平板的初级像差190 cs 58: G5 14.6场镜的像差192 b$sT`+4q 14.7光阑位置对初级像差的影响192 x~ID[ 14.8厚透镜194 b%].D(qBy =\M6s 第15章分离镜片和场曲平化196 p2
!w86 F 15.1分离镜片196 d~q7! 15.1.1单片镜196 Sqx'nXgO 15.1.2双片镜197 KMx
'( 15.1.3三片镜198 32Wa{LG;2 15.2弯曲光学系统200 kP1cwmZ7F 15.3场曲平化201 a-lF}P\ 15.3.1Petzval半径201 sB!6"D5 15.3.2平行平板引起的焦移203 Y?- "HK: 15.3.3场曲平化方程203 X/Ii}X/p 15.3.4Zemax中的场曲平化操作数204 CIVV"p`} 15.4对称结构204 n72kJ3u. t$b5,"G1 第16章消色差Ⅰ206 N|%X/UjZ2. 16.1密接双片镜消初级色差206 s@p:XO 16.1.1消色差约束条件206 6]mAtA`Y 16.1.2消色差设计实例207 8Vy/n^3) 16.1.3加入厚度208 3bT?4 16.1.4弯曲消色差209 S{Zf}8?6$ 16.2消二级光谱210 U|b)Bw<P 16.2.1二级光谱色差的概念210 xwj{4fzpk{ 16.2.2消二级光谱方法210 +UiJWO 16.2.3消二级光谱实例212 </b_Rar 16.2.4如何获得二级光谱数值213 Rq`5ff3, 16.2.5何时需要校正二级光谱215 fNV-_^,R9 NZ?dJ"eq7 第17章消色差Ⅱ216 [#fz[U 17.1分离双片镜消初级色差216 3_>=Cv} 17.1.1分离双片镜消色差条件216 tF\_AvL_8 17.1.2分离双片镜消色差解217 FD5OO;$ 17.1.3同种材料消色差218 qfRrX" 17.1.4设计实例218 g9Ty%|Q7( 17.2密接三片镜复消色差220 8tO.o\)h 17.2.1部分色差约束条件220 a`zHx3Yg 17.2.2复消色差约束条件221 1Beh&pl^ 17.2.3复消色差方程组的解221
&_-3>8gU 17.2.4设计实例222 4 %4Yqx ) k"6v& O 第18章PWC分解227 CF
v ]wS 18.1PWC因子的规化227 cYBjsN(!A| 18.1.1PW因子227 GiKhdy 18.1.2有限距离的PW因子规化228 t#%J=zF{ 18.1.3位置变化对PW因子的规化228 !}sF# 18.1.4薄透镜组的PW规化过程230 wh!8\9{g 18.1.5逆向追迹光路时的PW因子231 d$8K,-M 18.1.6初级色差系数的规化231 WXG0Z 18.1.7计算实例232 $LG.rJ/* 18.2双胶合透镜组的PW计算233 A-*MH#QUKh 18.2.1变量选取233 IJC]Al,df 18.2.2PWC因子和结构参数的关系234 8"A0@fNz 18.2.3PWC因子与玻璃材料的关系235 wr~Qy4 ny 18.2.4双胶合透镜组PWC计算过程235 /B|"<`-H 18.2.5设计实例236 Asy2jw\V 18.3单透镜的PWC计算241 a-AA$U9hj A|GsbRuy 第19章光学自动设计243 w ~^{V4V 19.1光学自动设计的数学问题243 ;,7m 19.2多元函数的极值理论245 `R!2N4|; 19.3小二乘法247 c[$i )\0 19.4阻尼小二乘法250 (j(9'DjP 19.5正交下降法251 @Fzw_qr
M 19.6全局搜索253 m>?|*a, {:KPEN 下篇光学系统设计 $`R=Q 第20章望远物镜设计257 T!Lv%i*|Y 20.1望远物镜的成像特性257 mX, @yCI 20.2望远物镜的类型258 zy.v[Y1! 20.3大相对孔径望远物镜设计260 ?j)#\s2 20.3.1初始系统260 v- p8~u1N 20.3.2缩放系统261 %d<UMbS^ 20.3.3优化处理262 Z_7TD) 20.3.4校正色差262 9$}>O] 20.4内调焦摄远物镜设计263 #WGyQu 20.4.1光焦度分配264 Do5{t'm3 20.4.2求解初始结构265 nFe 20.4.3前后透镜组为摄远物镜268 c8HETs1 !1@oZ( 第21章显微物镜设计270 Ns#L9T# 21.1光学显微镜的两种形式270 C;#gy- 21.2显微物镜的像差特性271 Mc,p]{<<AV 21.3像差的控制271 /Xv@g$ 21.3.1像差类型271 Q5u3~Q'e 21.3.2在Zemax中像差的控制方法272 1_StgFu u 21.3.3球差的构建273 xK4E+^ b 21.3.4色球差的构建273 F!2VTPm9z 21.3.5子午彗差的构建274 CK_\K,xVT 21.4显微物镜的成像特性275 :qV|rih_Q 21.5显微物镜的类型276 uC6e2py<[ 21.5.1消色差物镜276 AgB$
w4 21.5.2复消色差物镜277 1^[]#N-Bu 21.5.3平场物镜277 ey\(*Tu9 21.6低倍消色差显微物镜设计277 |uX&T`7?- 21.6.1一阶参数计算277 pW>.3pj 21.6.2初始系统278 ;!OME*?m< 21.6.3优化处理278 ZmI#-[/ 21.7高倍显微物镜设计280 6;Mv)|FJF 21.7.1一阶参数计算280 /b6j<]H 21.7.2初始系统280 o =F!&]+ 21.7.3优化处理281 T( k:\z/ Zc*#LsQh.` 第22章目镜设计283 P(3$XMx 22.1目镜的光学特性283 6\%#=GG 22.1.1短焦距283 2d<`dQY{l3 22.1.2小相对孔径283 e`)zR'As 22.1.3大视场角284 B*^QTJ 22.1.4入瞳和出瞳远离透镜组284 v[a4d&P 22.2目镜的像差特点284 ): r'IR 22.3目镜的类型285 |Z$)t%' 22.3.1冉斯登目镜286 u
N_< G 22.3.2惠更斯目镜287 0 4oMgH>Vd 22.3.3凯涅尔目镜287 $]?M[sL\N7 22.3.4对称目镜288 JqEo~]E] 22.3.5无畸变目镜288 rKl 22.3.6广角目镜288 y@Td]6|f 22.4冉斯登目镜的设计289 -&QpQ7q1 22.4.1冉斯登目镜的技术要求289 7'@~TM 22.4.2冉斯登目镜的初始系统289 Ju.T.)H 22.4.3阶段优化290 nzU0=w}V 22.4.4第二阶段优化291 Cio(Ptt: 22.5对称目镜的设计291 ~Q=^YZgn8 22.5.1对称目镜的技术要求291 ESe$6)P 22.5.2初始对称目镜292 fOk(ivYy 22.5.3优化处理292 8Z
0@-8vi 22.6无畸变目镜的设计294 V~t;
J 22.6.1无畸变目镜的技术要求294 Ihl]"76q/ 22.6.2初始无畸变目镜294 >-(,BfZ 22.6.3优化处理294 B""=&(Yu \x"BgLSE 第23章照相物镜设计296 u#3Cst8Y 23.1照相物镜的光学特性296 3:b5#c?R- 23.1.1幅面大小296 xI~ c~KC 23.1.2焦距297 }IKU^0M9<T 23.1.3视场角297 ,LL=b-Es 23.1.4相对孔径297 \r&(l1R 23.1.5F数298 jfZ) 23.1.6分辨率298 ~sCdvBA 23.1.7景深298 6h\; U5 23.2照相物镜的类型298 ;]2d%Qt 23.2.1匹兹瓦物镜298 &VVvZ@X; 23.2.2库克三片式物镜298 gyCXv0*z 23.2.3天塞物镜和海利亚物镜299 rwAycW7 23.2.4双高斯物镜299 ?nf4K/IjZ! 23.2.5摄远物镜299 hP
jL 23.2.6托普岗物镜和鲁沙物镜300 AQ,%5MeqJ 23.2.7松纳物镜300 t5S!j2E 23.2.8反摄远物镜300 <"LA70Hkk 23.3照相物镜的像差校正301 @%6"xnb` 23.4双高斯物镜的设计302 S#\Cyn2(t 23.4.1双高斯物镜的技术要求302 ul\FZT 4 23.4.2初始双高斯物镜302 AHLXmQl 23.4.3基础像差校正303 \Pd>$Q 23.4.4像差平衡304 $XFFNE`% 23.5反摄远物镜的设计306 }`uq:y 23.5.1反摄远物镜的技术要求306 z@xkE ,j> 23.5.2初始反摄远物镜307 8ya|eJ]/L 23.5.3基础像差校正307 tj
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