光学设计理论基础 第2版PDF电子书下载

第一章 轴对称球面光学系统中的光线光路计算方法 1

1 概述 1

1.1 符号规则 2

2 空间光线计算 3

3 含轴面内光线光路计算 5

3.1 计算误差问题；计算的可能错误及校对 6

3.2 平面计算和计算公式的通用性 8

3.3 近轴光线计算；倍率；象差 10

4 波面；光程；波象差；波象差与几何象差的关系 15

4.1 几何光学的基本定律 15

4.2 波象差与几何象差的关系(Ⅰ) 18

4.3 波象差与几何象差的关系(Ⅱ) 20

4.4 因参考点移动而产生的波象差 22

5 光程计算 23

6 细光束焦点位置计算 26

7 矢量形式的折射定律 29

8 代数方法 30

8.1 平面；校对 32

8.2 弧矢元光束 33

8.3 含轴面内光线 34

9 光线计算的初始值 35

参考文献 36

第二章 理想光学系统 38

1 高斯光学系统的物象关系 38

2 光栏和轴外光束晕暗，投影和景相 42

3 高斯光学和结构尺寸中的长度问题 45

3.1　倍数100×，总长200的望远镜 45

3.2　倍数2000×，总长200的放大镜或显微镜 46

3.3　共轭距1000，工作距100的100×投影物镜 47

3.4 瞳孔距及工作距 48

4.1 望远镜的倍数和孔径 49

4 高斯光学和结构尺寸中的直径问题 49

4.2 显微物镜的倍数和数值孔径 50

4.3 通光孔径；视场 51

4.4 转象系统和场镜 53

5 反射系统的杂光、孔径及视场 55

5.1 光路偏折的折反射系统 58

6 正象和光路转折 61

7 全反射棱镜的物象关系 62

参考文献 70

第三章 球差、正弦条件 71

1 象差的转面倍率；球差的各种表示 71

l.1 球差的正负 74

2 初级球差 75

3 高级球差、本征高级球差 78

3.1 折射率和相对孔径 79

3.2 物距和相对孔径 82

4 衍生高级球差 85

5 为校正球差时光学系统应有的结构 86

6 相邻点波象差间的关系，正弦条件及其他 88

7 同轴球面光学系统中的正弦条件 92

8 正弦差分布值 94

8.1 同轴球面系统中正弦差和光栏位置的关系 96

9 薄透镜理论 98

10 计算结果的图示和判断 99

参考文献 102

第四章 轴外象差 103

l 同轴球面系统的畸变表示式 103

2 初级畸变；高级畸变；畸变和物体位置、光栏位置的关系 104

2.1 同轴球面系统中畸变和物体位置的关系 105

2.2 单个球面的畸变和光栏位置的关系 106

3 细光束的聚焦特性 108

3.1 邻主光线高斯光学；物体移动时象面弯曲的变化 110

4 同轴球面系统的象散 111

5 空间光线的象差分布 115

5.1 象差分布的分量表示 116

5.2 象面弯曲表示为各面贡献之和 118

6 初级象散、象面弯曲和畸变 119

7 高级象散和象面弯曲 122

7.1 薄透镜的高级象散和象面弯曲 126

8 为使轴外细光束成象理想时，光学系统应有的结构 126

9 象散、象面弯曲和畸变的表示及评价 128

10 邻主光线波象差级数展开，轴外初级球差和轴外初级彗差 130

11 轴外初级球差和轴外初级彗差的近似展开 135

参考文献 137

第五章 色差 138

1 光学材料 138

2 将色象差看作光程差 140

3 初级色差 142

3.1 分离薄透镜 145

4 二级光谱 147

5 讨论色差的光线光路方法，色差图示——轴上点 152

6 用光线光路方法讨论轴外色差 155

参考文献 157

第六章 象差的一般性质 158

1 对称性和象差，变数分离法，规化条件 158

1.1 规化坐标 162

2 象差的几何意义和描写光束特性的方法 163

2.1 球差 164

2.2 轴外球差 165

2.3 畸变 166

2.4 彗差 166

2.5 轴外彗差 168

2.7 色差 169

2.6 象散和象面弯曲 169

3 光栏移动时的象差变化，计算结果的图示和判断 171

3.1 计算结果的图解法 173

4 光栏象差与物面象差的关系 177

5 物面移动时的象差变化 181

6 初级色差 184

7 球面的初级象差 185

7.1 由球差表示式导出其他象差表示式——将轴外象差看作球差 185

7.2 由畸变表示式导出其他象差表示式——将子午象差看作畸变差异 189

7.3 薄透镜的初级象差 189

7.4 将球面的二级本征象差看作球差 194

8 衍生二级象差 199

9 用Fermat原理讨论高级象差的可能性 199

参考文献 200

1.1 象差系数和象差的关系 201

l 引言；初级象差公式组 201

第七章 由象差确定光学系统结构 201

1.2 轴对称光学系统中象差系数间的相互关系 202

1.3 同轴球面光学系统中的象差系数表示式 203

1.4 一组贴合薄透镜的象差系数表示式和相互关系 204

2 由象差要求决定薄透镜焦距分配 206

3 象差和薄透镜弯曲(P，W) 208

4 用薄透镜产生定值象差的可能性 210

4.1 单薄透镜 210

4.2 正负胶合双透镜 213

4.3 无光焦度胶合双透镜 219

4.4 无光焦度等折射率双薄透镜 221

4.5 两组定焦距薄透镜 222

5 薄透镜产生象差的可能性——对高级象差的考虑 222

5.1 胶合双透镜的Po和W∞的限度 222

5.2 薄透镜象差的极值 224

5.3 双透镜象差的极值 227

5.4 胶合面或无光焦度双透镜的作用和限度 228

6 以厚透镜代替分离薄透镜 229

6.1 用厚透镜校正ＳⅣ 230

6.2 校正色差的厚透镜，球差校正板 237

7 用厚透镜与薄透镜组合以校正象差 239

8 对称型 243

9 光学设计概论 247

9.1 校正象差的可能性 248

9.2 象差校正方案的确定 251

9.3 校正象差的结构的选择和有效参数 254

9.4 现代光学设计所达到的水平 258

参考文献 262

第八章 轴对称非球面 263

l 使用非球面的可能性 263

2 光线光路计算 264

2.1 曲面的参数表示 264

2.2 三角法计算子午光线光路 266

2.3 用代数方法计算空间光线 267

2.4 逐次接近法 268

3 初级象差理论 269

4 非球面的高级象差和由象差要求确定非球面面形 273

5 用单个非球面准确校正球差 274

6 用单个非球面准确校正象散 278

7 用单个非球面校正子午光束象差 283

参考文献 285

第九章 非轴对称非球面 286

1 对称性和象差的级数展开 286

1.1 双曲率系统的高斯光学 289

1.2 双曲率系统中象差之间的关系 290

1.3 象差的几何意义 293

2 同轴柱面系统的初级象差 294

3.1 圆柱面折射光线光路计算 296

2.1 物体在无限远处时的象差 296

3 柱面望远镜的象差 296

3.2 象差分布及校正方法 299

3.3 一般的同轴柱面系统 300

3.4 柱面望远镜的象差估值 300

3.5 柱面望远镜的畸变 302

参考文献 303

第十章 光学零件的制造和装配公差 304

1 引言 304

2 单个因素变更时的直接影响 305

3 衍生变化 308

4 偏心系统的象差，固定透镜的原则 310

5 透镜系统公差的确定 314

6 棱镜 318

参考文献 320

7 局部误差和光洁度 320

第十一章 光学系统的质量评价 321

l 几何光学和光能传播的基本定律 321

1.1 由Maxwell方程导出程函方程 322

1.2 程函方程、Fermat原理及折射定律 324

1.3 由Maxwell方程导出Huygens-Fresnel原理 325

2 光学系统形成的能量分布和质量判断 329

2.1 理想波面的衍射图形 329

2.2 有象差时的衍射图形 334

4.4 球差 334

2.3 Strehl判断和小象差近似 344

2.4 Rayleigh判断，图解法 352

2.5 象差最佳校正方案的几何特征和公差的几何值 362

2.6 衍射图形的特征及质量判断；分辨能力 365

3 光学传递函数方法 368

3.1 反应函数和分辨能力 371

3.3 反应函数和能量集中度 374

3.2 反应函数和中心点亮度 374

4 光学系统的反应函数 376

4.1 理想光学系统的反应函数；通光孔形状的影响 379

4.2 轴向离焦和象散的影响 382

4.3 初级彗差 383

5 质量评价的标准和光学系统象差的公差 385

5.1 质量指标问题 385

5.2 象差公差问题 387

5.3 几何光学的反应函数和能量集中度 388

5.4 低对比分辨能力判断 390

6 部分相干照明时的成象质量评价 399

6.1 vonCittert-Zernike定理 399

6.2 部分相干照明时的成象 402

6.2.1 聚光镜的作用和等效光源的概念 402

6.2.2 象的形成 404

6.3 弱物体的衬度传递 406

6.4 其他评价方法 410

6.4.1 点分辨率 410

6.4.2 正弦物体的表观传递函数 411

6.4.3 直边的象分布、锐度和表观传递函数 412

参考文献 416

第十二章 电子计算机和光学设计 419

l 概述 419

2 高斯光学和初级象差 420

3 光束的初值 421

4 光路计算 423

4.1 曲面的形式 423

4.2 光线在曲面上折射 425

4.3 细光束焦点 427

5 计算结果处理 427

6 象差分布值 431

7 非轴对称光学系统 433

8 光学传递函数（OTF）计算 435

参考文献 438

第十三章 光学自动设计 439

1 概述 439

2 评价函；象差的规化 440

3 最小二乘法；变量的度规 443

4 阻尼和步长 446

5 边值问题 447

6 结组和保值 447

7 自动平衡程序的现状 448

参考文献 448

第十四章 光学仪器的光学整体设计 450

1 概述 450

2 光度性质 452

2.1 亮度 454

2.2 大光管的传递，象面上各点的照度 455

2.3 象差对照度的影响 457

2.4 光度学的和相干性 459

3 成象性质 460

3.1 接收器和光学系统联用时的问题 461

3.2 光学系统对仪器成象特性的影响 463

4 噪音和背景 464

5 一些光学技术特征数据 465

5.1 光源 465

5.2 大气；自适应技术 466

5.3 光学薄膜 468

5.4 人眼和其他接收器 468

6 光学信息处理 472

7 综合评价 474

8 一个例子 475

参考文献 477