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光学系统设计教程电子书

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作       者:王朝晖,焦斌亮,徐朝鹏

出  版  社:北京邮电大学出版社

出版时间:2013-08-12

字       数:10.2万

所属分类: 科技 > 自然科学 > 物理学

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  本书是一本关于光学系统设计的门教材,内容包括光学设计的基本概念、像差理论基础及设计方法。书中介绍了包括透镜弯曲、光阑移动、对称、元件分离、色差校正、像差平衡、平视场、非球面的使用等光学设计的基本方法,并以摄影镜头的发展历史为主线,详细介绍了渥拉斯顿摄影镜头、潜望镜、消色差物镜等系统的设计。   本书可作为光电子、仪器仪表等专业本科生及研究生相关课程的教材,书中包含大量例题和习题,均给出了详细解答,适合学生自学,本书也可作为学习ZEMAX软件的参考资料。 本书是一本关于光学系统设计的门教材,内容包括光学设计的基本概念、像差理论基础及设计方法。书中介绍了包括透镜弯曲、光阑移动、对称、元件分离、色差校正、像差平衡、平视场、非球面的使用等光学设计的基本方法,并以摄影镜头的发展历史为主线,详细介绍了渥拉斯顿摄影镜头、潜望镜、消色差物镜等系统的设计。 本书可作为光电子、仪器仪表等专业本科生及研究生相关课程的教材,书中包含大量例题和习题,均给出了详细解答,适合学生自学,本书也可作为学习ZEMAX软件的参考资料。
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前言

第1章 预备知识

1.1 名词与概念

1.2 镜头的设计步骤

1.2.1 初始系统的来源

1.2.2 光路计算

1.2.3 设计评价

1.2.4 系统的修改

1.3 高斯光学和理想成像

1.4 初级像差及其独立性原理

1.5 轴向球差与横向球差

1.6 透镜的近似表示

1.6.1 薄透镜与薄透镜系统

1.6.2 真实透镜的近轴形式

1.7 玻璃的特性

1.7.1 折射率

1.7.2 色散

1.7.3 玻璃色散特性的量化

1.7.4 玻璃图

1.7.5 熔炼数据

1.7.6 部分色散

1.7.7 实际考虑

1.8 习题

第2章 ZEMAX软件的使用

2.1 ZEMAX中数据的输入

2.1.1 将初始数据输入到透镜数据编辑器中

2.1.2 通过对话框完成的操作

2.2 外形图及一级特性的调用

2.3 ZEMAX的分析功能

2.4 ZEMAX玻璃库的调用

2.4.1 ZEMAX玻璃库的调用

2.4.2 玻璃库中的特殊文件夹

2.4.3 描述玻璃的多项式

2.5 其他

2.5.1 ZEMAX中的3个F数

2.5.2 光线的选择

2.5.3 设计方案的跟踪

第3章 近轴光路与非球面公式

3.1 符号规则

3.2 透镜及表面形状的描述

3.2.1 面形因子

3.2.2 表面挠度

3.3 近轴光线追迹公式

3.3.1 基本公式

3.3.2 用PRTE描述的透镜外观

3.3.3 光学表面的光焦度

3.3.4 M方案和F方案

3.4 二合系统的光焦度及主面位置

3.5 单反射面和薄透镜的光焦度公式

3.6 高斯透镜公式

3.7 非球面

3.7.1 为什么要采用非球面

3.7.2 二次曲面表达式的推导

3.7.3 相对于球面的偏离

3.8 练习题

3.9 习题

第4章 光阑与摄影镜头

4.1 光阑与光瞳

4.2 边缘光线和主光线

4.3 光阑位于透镜内部时用PRTE确定入瞳和出瞳的位置

4.4 光瞳的大小与F数的关系

4.5 拉格朗日不变量

4.6 光阑移动与像差控制

4.7 渥拉斯顿后摄影透镜

4.8 习题

第5章 像差概述及设计评价

5.1 分析工具

5.1.1 光线扇曲线

5.1.2 点列图

5.2 像差的光线描述

5.2.1 离焦

5.2.2 球差

5.2.3 彗差

5.2.4 像散

5.2.5 场曲和畸变

5.2.6 阿贝正弦条件

5.3 波像差

5.3.1 点光源的波前(或参考波前)

5.3.2 波前与光学系统间的相互作用

5.3.3 波前的描述

5.3.4 波前与衍射

5.3.5 像面像差与出瞳像差间的关系

5.4 设计方案评价

5.4.1 环与臂

5.4.2 评价函数

5.4.3 RMS点半径

5.4.4 RMS点曲线

第6章 透镜的分离与对称结构

6.1 透镜分离

6.1.1 单元组

6.1.2 二元组

6.1.3 三元组

6.2 透镜分离的应用

6.3 对称结构———潜望镜设计

6.3.1 确定初始半径

6.3.2 在ZEMAX中设置初始数据

6.3.3 物位于无穷远

6.3.4 平视场

6.4 潜望镜与后摄影透镜的比较

6.5 打破对称性

6.6 习题

第7章 球差

7.1 有关Wijk的讨论

7.2 通过近轴追迹求得W040的实例

7.3 W040的薄透镜形式

7.4 W040计算实例

7.5 轴外像差系数

7.6 波像差球差系数W040的推导

7.7 习题

第8章 透镜弯曲与像差平衡

8.1 薄透镜结构的表达式

8.2 薄透镜的弯曲

8.3 焦点的移动

8.4 W020与Wd间的差异

8.5 像差平衡:球差与离焦

8.6 最小模糊斑处散焦的轴向位置和半径大小

8.7 W040与SA3间的联系

8.8 薄透镜公式的推导

8.9 习题

第9章 彗差和像散

9.1 横向球差:SA3

9.2 ZEMAX中轴外像差的计算

9.2.1 用赛得系数表示彗差(W131)

9.2.2 用薄透镜公式表示彗差(W131)

9.2.3 用赛得系数表示像散(W222)

9.2.4 用薄透镜公式表示像散(W222)

9.3 彗差与透镜弯曲

9.4 彗差和像散随f #及视场角的变化关系

9.5 习题

第10章 场曲与畸变

10.1 匹兹瓦尔弯曲

10.1.1 匹兹瓦尔弯曲的概念

10.1.2 匹兹瓦尔波像差

10.1.3 匹兹瓦尔像差系数与匹兹瓦尔和

10.1.4 计算实例

10.1.5 匹兹瓦尔半径

10.2 平场器的基本理论

10.3 波前倾斜与畸变

10.3.1 波前倾斜

10.3.2 畸变

10.4 畸变计算实例

10.5 讨论

10.6 习题

第11章 色差与消色差物镜

11.1 公式推导

11.1.1 初级轴向色差公式的推导

11.1.2 赛得像差系数CL的推导

11.1.3 波色差系数Wax的推导

11.2 消色差物镜的预先设计

11.2.1 约束条件

11.2.2 消色差物镜的光焦度

11.2.3 消色差物镜的设计实例

11.3 实际消色差物镜的设计

11.4 消色差物镜的弯曲

11.4.1 赛得球差

11.4.2 高级球差

11.4.3 色球差

11.4.4 彗差及像散

11.4.5 消球差透镜

11.5 二级光谱

11.5.1 部分色散

11.5.2 消色差物镜的二级光谱

11.5.3 用ZEMAX校正过的消色差物镜

11.5.4 什么时候需考虑二级光谱

11.6 横向色差

11.7 习题

第12章 分离式消色差物镜、法国摄影物镜和复消色差物镜

12.1 用分离的薄透镜构造的消色差物镜

12.1.1 色散约束条件的修改

12.1.2 确定各个镜片的光焦度

12.1.3 用同一种玻璃构造的消色差物镜

12.2 消色差物镜的场曲问题

12.2.1 平视场的消色差物镜

12.2.2 契伐利埃(Chevalier)物镜

12.3 复消色差的条件

12.3.1 部分初级轴向色差

12.3.2 双透镜组和三透镜组的初级部分色差

12.4 复消色差物镜

12.4.1 复消色差物镜的约束条件

12.4.2 复消色差物镜光焦度的求解

12.4.3 计算实例

12.4.4 ZEMAX中的优化

12.5 色差校正与像点大小的关系

12.6 习题

第13章 测试与总结

13.1 显微镜

13.2 设计综述与提示

13.2.1 第1部分:预先的薄透镜设计

13.2.2 第2部分:利用ZEMAX对设计进行优化

13.3 测试题

13.4 总结与展望

习题答案

第1章(1.8习题)

第3章(3.9习题)

第4章(4.8习题)

第6章(6.6习题)

第7章(7.7习题)

第8章(8.9习题)

第9章(9.5习题)

第10章(10.6习题)

第11章(11.7习题)

第12章(12.6习题)

第13章(测试题)

参考文献

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