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第1章 什么是光 1

1.1 光是什么 1

1.1.1 微粒说与波动说 1

1.1.2 电磁波谱 2

1.1.3 可见光 3

1.1.4 视见函数 4

1.2 光的传播 5

1.2.1 光线和光束 5

1.2.2 光速 5

习题 6

第2章 几何光学基本定律 7

2.1 光的直线传播定律 7

2.1.1 光的直线传播 7

2.1.2 直线传播的破坏 7

2.2 光的独立传播定律 7

2.3 光的反射定律 8

2.4 光的折射定律 8

2.5 光路可逆 9

2.6 Snell定律 9

2.6.1 折射率 9

2.6.2 Snell定律的形式 10

2.6.3 Snell定律的讨论 10

2.7 全反射 11

2.7.1 全反射现象 11

2.7.2 全反射的应用 12

习题 13

第3章 理想光学系统 14

3.1 成像的概念 14

3.2 理想像 15

3.2.1 什么是理想像 15

3.2.2 理想像的违背 15

3.3 理想光学系统 16

3.3.1 光学系统 16

3.3.2 理想光学系统的成像特性 17

3.3.3 共轴理想光学系统 18

习题 19

第4章 共轴球面系统的光路计算 20

4.1 共轴球面系统的光路计算公式 20

4.1.1 光路计算公式 20

4.1.2 转面公式 21

4.2 符号规则 22

4.2.1 线量的符号规则 22

4.2.2 角量的符号规则 23

4.2.3 反射处理 23

4.2.4 有限远成像 24

4.3 计算实例 24

4.3.1 单透镜成像 24

4.3.2 圆柱形光纤焦点位置 25

习题 26

第5章 近轴光学 27

5.1 近轴成像理想 27

5.2 近轴光学基本公式 28

5.2.1 投射高及其符号规则 28

5.2.2 另一个近轴光路计算公式 28

5.2.3 近轴光学基本公式的推导 29

5.3 近轴物像关系 30

5.3.1 物高、像高及其符号规则 30

5.3.2 垂轴放大率β 30

5.3.3 垂轴放大率的讨论 31

5.4 近轴光学的作用 31

习题 32

第6章 作图法求理想光学系统的物像关系 33

6.1 主点和主平面 33

6.2 焦点和焦平面 33

6.2.1 像方焦点和像方焦平面 33

6.2.2 物方焦点和物方焦平面 34

6.2.3 焦距 34

6.3 作图法 35

6.3.1 常用两条作图光线 35

6.3.2 实例分析 35

6.3.3 课堂作图训练 37

习题 37

第7章 高斯光学 38

7.1 牛顿公式 38

7.2 高斯公式 39

7.3 两套公式对比与例题 40

7.3.1 两套公式对比 40

7.3.2 例题 41

7.4 拉格朗日不变量 41

7.5 物方焦距和像方焦距的关系 42

习题 43

第8章 基点和基面 44

8.1 单折射球面的基点和基面 44

8.1.1 主点和主平面 44

8.1.2 焦点和焦平面 45

8.1.3 单反射面的基点和基面 45

8.2 共轴球面光学系统的基点和基面 45

8.3 光学系统的三种放大率 46

8.3.1 垂轴放大率β 46

8.3.2 轴向放大率α 46

8.3.3 角放大率γ 47

8.3.4 三种放大率的关系 47

8.4 节点和节平面 47

8.5 无限远共轭的理想像高与理想物高 49

8.5.1 无限远共轭的理想像高 49

8.5.2 无限远共轭的理想物高 50

习题 50

第9章 理想光学系统的组合 51

9.1 两个理想光学系统的组合 51

9.1.1 主点和焦点位置 51

9.1.2 组合焦距 52

9.1.3 光焦度 53

9.1.4 实例 55

9.2 单透镜计算 55

9.2.1 单透镜的焦距 55

9.2.2 主面位置 56

9.2.3 薄透镜 57

9.2.4 常见透镜的主面 57

习题 58

第10章 矩阵光学基础 59

10.1 光线的矩阵描述 59

10.2 物像关系矩阵 60

10.2.1 物像关系矩阵的形成 60

10.2.2 基点和基面 61

10.3 两元系统 62

10.3.1 单透镜 62

10.3.2 两个理想光学系统的组合 62

10.4 矩阵光学例题 63

习题 64

第11章 人眼的光学特性 65

11.1 人眼的结构 65

11.2 人眼的最小分辨角 66

11.3 人眼的调节 67

11.3.1 瞳孔调节 67

11.3.2 视度调节 67

11.4 人眼的缺陷及其校正 68

11.4.1 近视眼 69

11.4.2 远视眼 70

11.4.3 眼镜片的制作 71

习题 71

第12章 传统光学系统的原理 72

12.1 目视光学系统的要求 72

12.2 放大镜的原理 73

12.3 显微镜的原理 73

12.4 望远镜的原理 75

12.5 光学仪器的视度调节 78

习题 78

第13章 平面镜棱镜的应用 79

13.1 平面镜成像性质 79

13.1.1 平面镜成镜像 79

13.1.2 平面镜的旋转 80

13.1.3 双平面镜 80

13.2 棱镜及类型 81

13.3 平面镜棱镜的作用 82

13.4 最小偏向角 83

13.5 光楔 84

习题 85

第14章 棱镜的展开 86

14.1 棱镜展开的要求 86

14.2 直角棱镜的展开 87

14.3 五角棱镜的展开 88

14.4 靴形棱镜的展开 88

14.5 平行平板的成像性质 89

14.5.1 平行平板的成像特性 89

14.5.2 等效空气层 90

14.5.3 非近轴等效空气层 90

习题 92

第15章 平面镜棱镜系统成像方向 93

15.1 屋脊棱镜 93

15.2 角隅棱镜 94

15.3 平面镜棱镜成像方向 95

15.3.1 坐标镜像法 96

15.3.2 画线法 96

15.3.3 法则法 97

习题 98

第16章 棱镜转动定理 99

16.1 棱镜转动定理 99

16.1.1 棱镜转动定理的表达式 99

16.1.2 常见的棱镜转动 100

16.2 转动矩阵 101

16.2.1 转动矩阵的形式 101

16.2.2 作用矩阵 101

16.3 光轴偏与像倾斜 102

16.3.1 光轴偏与像倾斜的求解 102

16.3.2 特征方向和特征平面 103

16.4 棱镜的偏差 103

16.4.1 光学平行差 103

16.4.2 屋脊棱镜的双像差 104

习题 105

第17章 期中课程设计 106

17.1 期中课程设计要求 106

17.2 双分离望远物镜的参数 107

17.3 作图法 107

17.4 光路计算公式 107

17.5 近轴光学 108

17.6 矩阵光学 108

17.7 高斯光学 109

17.8 棱镜外形尺寸 110

第18章 光阑与光束选择 111

18.1 为什么用光阑 111

18.2 光阑分类 112

18.2.1 孔径光阑 112

18.2.2 视场光阑 112

18.2.3 渐晕光阑 113

18.2.4 消杂光光阑 113

18.3 望远系统中成像光束的选择 114

18.3.1 孔径光阑 114

18.3.2 视场光阑 115

18.4 显微系统中成像光束的选择 115

习题 117

第19章 远心光路、场镜和景深 118

19.1 远心光路 118

19.1.1 物方远心光路 118

19.1.2 像方远心光路 119

19.2 场镜 119

19.3 景深 120

19.3.1 景深概念 120

19.3.2 景深计算 120

19.3.3 景深的基准物平面 122

习题 123

第20章 光度学基本量Ⅰ 124

20.1 立体角 124

20.1.1 立体角的概念 124

20.1.2 立体角的计算 124

20.2 光通量 125

20.2.1 辐射通量 125

20.2.2 光通量 126

20.2.3 光视效能 126

20.3 发光强度 127

20.4 光出射度 128

习题 128

第21章 光度学基本量Ⅱ 129

21.1 光照度 129

21.1.1 光照度的定义 129

21.1.2 光照度公式 130

21.2 光亮度 131

21.3 光学系统中的光亮度传递 132

21.3.1 同种介质中光亮度的传递 132

21.3.2 折射时光亮度的传递 132

习题 134

第22章 光学系统像平面照度 135

22.1 朗伯辐射体 135

22.1.1 朗伯辐射体 135

22.1.2 发光面的光通量 136

22.1.3 全扩散表面 136

22.2 光学系统像平面照度 137

22.2.1 像平面轴上点光照度 137

22.2.2 像平面轴外点光照度 137

22.3 照相物镜像平面照度 138

22.3.1 照相物镜的像平面照度 138

22.3.2 曝光量 139

习题 140

第23章 主观光亮度与光能损失 141

23.1 主观光亮度 141

23.1.1 人眼直接观察时的主观光亮度 141

23.1.2 望远镜观察发光点的主观光亮度 142

23.1.3 望远镜观察发光面的主观光亮度 143

23.2 光学系统中光能损失 143

23.2.1 反射损失 143

23.2.2 吸收损失 144

23.2.3 光学系统的透过率 144

23.2.4 透过率计算实例 145

习题 146

第24章 两种视觉体视与色觉 147

24.1 体视 147

24.1.1 空间深度感觉 147

24.1.2 双目立体视觉 148

24.1.3 双目观察仪器 149

24.2 色觉 150

24.2.1 颜色色觉 150

24.2.2 格拉斯曼定律 150

24.2.3 颜色匹配 151

24.3 色度学 151

24.3.1 色度学基础 151

24.3.2 CIE标准色度学系统 152

24.3.3 光源的颜色特性 155

习题 155

第25章 像质评价 156

25.1 光学系统的要求 156

25.2 后评价方法 157

25.2.1 一阶特性测量评价 157

25.2.2 像质评价之分辨率 158

25.2.3 像质评价之星点检验 158

25.3 理想光学系统的分辨率 159

25.3.1 瑞利判据 159

25.3.2 望远镜分辨率 160

25.3.3 照相物镜分辨率 160

25.3.4 显微镜分辨率 161

习题 161

第26章 设计评价Ⅰ 塞德像差 162

26.1 球差 162

26.2 场曲和彗差 163

26.2.1 子午面内场曲和彗差 163

26.2.2 弧矢面内场曲和彗差 164

26.2.3 像散 164

26.3 畸变 165

26.4 色差 165

26.4.1 色散与玻璃图 165

26.4.2 轴向色差 166

26.4.3 垂轴色差 167

26.5 像差分类 168

26.6 像差曲线 168

习题 169

第27章 设计评价Ⅱ 综合方法 170

27.1 斯特列尔比 170

27.2 光线扇形图 171

27.3 点列图 171

27.4 能量环 172

27.5 波像差 173

27.6 调制传递函数 174

27.6.1 MTF曲线 174

27.6.2 MTF在像质评价中的应用 176

习题 176

第28章 望远镜和显微镜 177

28.1 望远镜的技术要求 177

28.2 望远镜的物镜 178

28.2.1 望远物镜技术参数 178

28.2.2 望远物镜类型 179

28.3 显微镜的技术要求 180

28.4 显微镜的物镜 181

28.5 目镜 182

28.5.1 目镜技术参数 182

28.5.2 目镜类型 183

习题 184

第29章 照相机和投影仪 185

29.1 照相物镜 185

29.1.1 照相物镜的技术要求 185

29.1.2 照相物镜的类型 187

29.2 照相机取景系统 189

29.3 投影仪照明系统 191

29.4 投影物镜 192

29.4.1 投影物镜的技术要求 192

29.4.2 投影物镜的类型 193

习题 193

第30章 新型光学系统 194

30.1 红外光学系统 194

30.1.1 概述 194

30.1.2 红外物镜 196

30.1.3 红外光学系统的应用 196

30.2 激光光学系统 197

30.2.1 激光束特性 197

30.2.2 激光光学系统 198

30.3 数码影像光学系统 199

30.3.1 光电感光器件与摄像物镜 199

30.3.2 数码影像系统 200

习题 200

第31章 梯度折射率成像 201

31.1 大气折射率 201

31.2 梯度折射率材料分类 202

31.2.1 径向梯度折射率材料 202

31.2.2 轴向梯度折射率材料 202

31.2.3 球向梯度折射率材料 203

31.2.4 层状梯度折射率材料 203

31.3 梯度折射率的光线方程 203

31.3.1 程函方程 203

31.3.2 光线方程 204

31.3.3 费马原理 204

31.3.4 光学方向余弦 204

31.4 GRIN透镜成像 205

31.4.1 GRIN光线方程 205

31.4.2 光线方程的解 206

31.4.3 GRIN成像特性 207

习题 209

第32章 ZEMAX软件概述 210

32.1 数据输入 210

32.1.1 ZEMAX软件交互界面 210

32.1.2 输入镜头参数 211

32.1.3 通用对话框 212

32.1.4 视场数据对话框 213

32.1.5 波长数据对话框 215

32.1.6 玻璃库对话框 216

32.2 查看输入结果 216

32.2.1 镜头结构参数 216

32.2.2 轮廓图 216

32.2.3 查看一阶特性 217

32.3 分析输入结果 218

习题 219

第33章 期末课程设计 220

33.1 期末课程设计要求 220

33.2 周视瞄准镜结构 220

33.3 周视瞄准镜计算 221

33.3.1 一阶特性参数计算 221

33.3.2 外形尺寸计算 222

33.3.3 成像方向与棱镜转动 225

33.3.4 光能计算 226

附录A 中英文术语 227

附录B 习题参考答案 232

参考文献 237