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第一章 轴对称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

序言 3

2 空间光线计算 3

2.1 V. Seidl(1866)计算方法 3

2.2 A. kerber(1896)计算方法 4

2.3 二面投影法 7

3 含轴面内光线光路计算 8

3.1 计算误差问题；计算的可能错误及校对 9

3.2 计算步骤简化的可能性和改良函数表 10

3.3 平面计算和计算公式的通用性 11

3.4 近轴光线计算；倍率；象差 13

4 波面；光程；波象差；波象差与几何象差的关系 18

4.1 几何光学的基本定律 19

4.2 波象差与几何象差的关系(Ⅰ) 21

4.3 波象差与几何象差的关系(Ⅱ) 24

4.4 因参考点移动而产生的波象差 26

5 光程计算 27

6 细光束焦点位置计算 29

7 矢量形式的折射定律 32

8 代数方法 33

8.1 平面；校对 36

8.2 弧矢元光束 37

8.3 含轴面内光线 37

9 用逐次接近法计算光线光路 38

10.1 公式组(26)，(27)(T.Smith方法) 39

10 几个计算表格和例子 39

10.2 公式组(16)，(18)和(21)(Conrady方法) 53

10.3 公式组(107*)，(108)(代数法) 53

10.4 公式组(116)-(121)(逐次接近法) 62

10.5 空间光线计算的初始值 62

10.6 公式组(107)，(108)(代数法) 63

10.7 公式组(116)-(121)空间光线计算(逐次接近法) 67

10.8 公式(74)(色差) 67

10.9 公式组(87)，(90)和(90*)(细光束焦点位置) 67

参考文献 73

第二章 理想光学系统 74

1 高斯光学系统的物象关系 74

2 光栏和轴外光束晕暗，投影和景相 78

3.1 倍数100×，总长200的望远镜 81

3 高斯光学和结构尺寸中的长度问题 81

3.2 倍数2000×，总长200的放大镜或显微镜 82

3.3 共轭距1000，工作距100的100×投影物镜 83

3.4 瞳孔距及工作距 84

4 高斯光学和结构尺寸中的直径问题 85

4.1 望远镜的倍数和孔径 85

4.2 显微物镜的倍数和数值孔径 86

4.3 通光孔径；视场 87

4.4 转象系统和场镜 89

5 反射系统的杂光、孔径及视场 91

5.1 光路偏折的反射系统 94

6 正象和光路转折 96

7 全反射棱镜的物象关系 98

参考文献 106

1 象差的转面倍率；球差的各种表示 107

第三章 球差、正弦条件 107

1.1 球差的正负 110

2 初级球差 111

3 高级球差、本征高级球差 114

3.1 折射率和相对孔径 115

3.2 物距和相对孔径 118

4 衍生高级球差 121

5 为校正球差时光学系统应有的结构 122

6 相邻点波象差间的关系，正弦条件及其他 124

7 同轴球面光学系统中的正弦条件 128

8 正弦差分布值 130

8.1 同轴球面系统中正弦差和光栏位置的关系 132

9 薄透镜理论 134

10 计算结果的图示和判断 135

参考文献 138

第四章 轴外象差 139

1 同轴球面系统的畸变表示式 139

2 初级畸变；高级畸变；畸变和物体位置、光栏位置的关系 140

2.1 同轴球面系统中畸变和物体位置的关系 141

2.2 单个球面的畸变和光栏位置的关系 142

3 细光束的聚焦特性 144

3.1 邻主光线高斯光学；物体移动时象面弯曲的变化 146

4 同轴球面系统的象散 147

5 空间光线的象差分布 151

5.1 象差分布的分量表示 152

5.2 象面弯曲表示为各面贡献之和 154

6 初级象散、象面弯曲和畸变 155

7 高级象散和象面弯曲 158

8 为使轴外细光束成象理想时，光学系统应有的结构 162

7.1 薄透镜的高级象散和象面弯曲 162

9 象散、象面弯曲和畸变的表示及评价 164

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 166

11 轴外初级球差和轴外初级彗差的近似展开 171

参考文献 173

第五章 色差 174

1 光学材料 174

2 将色象差看作光程差 176

3 初级色差 178

3.1 分离薄透镜 181

4 二级光谱 183

5 讨论色差的光线光路方法，色差图示--轴上点 187

6 用光线光路方法讨论轴外色差 190

参考文献 191

1 对称性和象差，变数分离法，规化条件 192

第六章 象差的一般性质 192

1.1 规化坐标 196

2 象差的几何意义和描写光束特性的方法 197

2.1 球差 198

2.2 轴外球差 199

2.3 畸变 200

2.4 彗差 200

2.5 轴外彗差 202

2.6 象散和象面弯曲 203

2.7 色差 203

3 光栏移动时的象差变化，计算结果的图示和判断 205

3.1 计算结果的图解法 207

4 光栏象差与物面象差的关系 211

5 物面移动时的象差变化 215

6 初级色差 218

7 球面的初级象差 219

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 219

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 223

7.3 薄透镜的初级象差 223

7.4 将球面的二级本征象差看作球差 228

8 衍生二级象差 231

9 用Fermat原理讨论高级象差的可能性 233

参考文献 234

第七章 由象差确定光学系统结构 235

1 引言；初级象差公式组 235

1.1 象差系数和象差的关系 235

1.2 轴对称光学系统中象差系数间的相互关系 236

1.3 同轴球面光学系统中的象差系数表示式 237

1.4 一组贴合薄透镜的象差系数表示式和相互关系 238

2 由象差要求决定薄透镜焦距分配 240

3 象差和薄透镜弯曲(P，W) 242

4 用薄透镜产生定值象差的可能性 244

4.1 单薄透镜 244

4.2 正负胶合双透镜 247

4.3 无光焦度胶合双透镜 253

4.4 无光焦度等折射率双薄透镜 255

4.5 两组定焦距薄透镜 256

5 薄透镜产生象差的可能性--对高级象差的考虑 256

5.1 胶合双透镜的P0和W∞的限度 256

5.2 薄透镜象差的极值 258

5.3 双透镜象差的极值 261

5.4 胶合面或无光焦度双透镜的作用和限度 262

6 以厚透镜代替分离薄透镜 263

6.1 用厚透镜校正SIV 264

6.2 校正色差的厚透镜，球差校正板 271

7 用厚透镜与薄透镜组合以校正象差 273

8 对称型 277

9 光学设计概论 281

9.1 校正象差的可能性 282

9.2 象差校正方案的确定 285

9.3 校正象差的结构的选择和有效参数 288

9.4 现代光学设计所达到的水平 292

参考文献 294

第八章 轴对称非球面 295

1 使用非球面的可能性 295

2 光线光路计算 296

2.1 曲面的参数表示 296

2.2 三角法计算子午光线光路 298

2.3 用代数方法计算空间光线 299

2.4 逐次接近法 300

3 初级象差理论 301

4 非球面的高级象差和由象差要求确定非球面面形 305

5 用单个非球面准确校正球差 306

6 用单个非球面准确校正象散 310

7 用单个非球面校正子午光束象差 315

参考文献 317

第九章 非轴对称非球面 318

1 对称性和象差的级数展开 318

1.1 双曲率系统的高斯光学 321

1.2 双曲率系统中象差之间的关系 322

1.3 象差的几何意义 325

2 同轴柱面系统的初级象差 326

3.1 圆柱面折射光线光路计算 328

2.1 物体在无限远处时的象差 328

3 柱面望远镜的象差 328

3.2 象差分布及校正方法 331

3.3 一般的同轴柱面系统 332

3.4 柱面望远镜的象差估值 332

3.5 柱面望远镜的畸变 334

参考文献 335

第十章 光学零件的制造和装配公差 336

1 引言 336

2 单个因素变更时的直接影响 337

3 衍生变化 339

4 偏心系统的象差，固定透镜的原则 341

5 透镜系统公差的确定 345

6 棱镜 350

参考文献 352

7 局部误差和光洁度 352

第十一章 光学系统的质量评价 353

1 几何光学和光能传播和基本定律 353

1.1 由Maxwell方程导出程函方程 354

1.2 程函方程、Fermat原理及折射定律 356

1.3 由Maxwell方程导出Huygens-Fresnel原理 357

2 光学系统形成的能量分布和质量判断 361

2.1 理想波面的衍射图形 361

2.2 有象差时的衍射图形 366

2.3 Strehl判断和小象差近似 376

2.4 Rayleigh判断，图解法 384

2.5 象差最佳校正方案的几何特征和公差的几何值 394

2.6 衍射图形的特征及质量判断；分辨能力 397

3 光学传递函数方法 400

3.1 反应函数和分辨能力 403

3.2 反应函数和中心点亮度 406

3.3 反应函数和能量集中度 406

4 光学系统的反应函数 408

4.1 理想光学系统的反应函数；通光孔形状的影响 411

4.2 轴向离焦和象散的影响 414

4.3 初级彗差 415

4.4 球差 416

5 质量评价的标准和光学系统象差的公差 417

5.1 质量指标问题 417

5.2 象差公差问题 419

5.3 几何光学的反应函数和能量集中度 420

5.4 低对比分辨能力判断 422

参考文献 431

第十二章 光学仪器的光学整体设计 432

1 概述 432

2 光度性质 434

2.1 亮度 436

2.2 大光管的传递，象面上各点的照度 437

2.3 象差对照度的影响 439

2.4 光学元件的光度特性 441

3 成象性质 443

3.1 接收器和光学系统联用时的问题 445

3.2 光学系统对仪器成象特性的影响 447

4 噪音和背景 448

5 综合评价 448

6 一个例子 449

参考文献 451