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第1部分 光学设计基础 2

第1章 光学设计概述 2

1.1 现代光学仪器对光学系统设计的要求 2

1.1.1 仪器对光学系统性能与质量的要求 2

1.1.2 光学系统对使用要求的满足程度 2

1.1.3 光学系统设计的经济性 3

1.2 光学系统设计概述 4

1.2.1 光学系统设计的一般过程和步骤 4

1.2.2 光学系统总体设计 4

1.2.3 光学系统的具体设计 4

第2章 初级像差理论、像差校正与像质评价 7

2.1 概述 7

2.2 几何像差 7

2.2.1 球差（sphericalaberration） 7

2.2.2 彗差（coma;comaticaberration） 9

2.2.3 像散与像场弯曲 10

2.2.4 畸变（distortion） 12

2.2.5 色差（chromaticaberration） 13

2.3 薄透镜的初级像差理论 15

2.3.1 薄透镜的初级像差普遍公式 15

2.3.2 由薄透镜初级像差普遍公式引出的重要结论 16

2.3.3 规化条件下的双胶合透镜组的色差 18

2.4 反射光学系统和平面光学系统的像差理论 18

2.4.1 平面反射镜像差 18

2.4.2 球面反射镜的像差 19

2.4.3 棱镜或平面平行板的像差 21

2.4.4 场镜的像差 22

2.5 厚透镜初级像差 23

2.5.1 厚透镜焦距的求法 23

2.5.2 利用弯月形厚透镜消场曲SⅣ 23

2.5.3 分析消场曲的弯月形厚透镜的其余像差SⅠ、SⅡ、SⅢ、SIC 25

2.5.4 远双分离正负薄透镜组消场曲 25

2.5.5 用同心不晕弯月厚透镜消除球差、彗差及场曲 26

2.5.6 用弯月型厚透镜消除轴上点色差 26

2.5.7 鼓形透镜（双凸厚透镜） 26

2.6 全对称光学部件的像差 28

2.7 像差校正和平衡方法 30

2.7.1 引言 30

2.7.2 像差校正方法 30

2.7.3 像差校正的一些设计技巧 31

2.8 像差容限与像质评价 32

2.8.1 概述 32

2.8.2 经典光学系统的像差容限 33

2.9 应用光学传递函数校正像差和评价像质 34

2.9.1 光学传递函数概述 34

2.9.2 光学传函理论实质、基本出发点和物理意义 34

2.9.3 用光学传函评价光学系统像质 36

第2部分 光学部件与系统设计 40

第3章 代数法求解光学部件初始结构 40

3.1 概述 40

3.2 单片薄透镜初始结构设计计算 40

3.3 双胶薄透镜初始结构的设计计算 43

3.3.1 双胶薄透镜物在无限远时的P∞、W∞与结构参数的关系 43

3.3.2 对P∞、W∞基本关系的分析 44

3.4 两组双胶物镜初始结构设计 46

3.4.1 选型 46

3.4.2 方案选择 47

3.5 小气隙双分透镜 48

3.5.1 双胶合组变小气隙双分透镜的目的 48

3.5.2 小气隙双分透镜能减小高级球差 48

3.6 齐明弯月透镜结构参数求解 49

3.6.1 显微物镜齐明弯月前组 49

3.6.2 聚透镜第一片齐明透镜 50

3.6.3 设计实例 51

第4章 典型光学部件设计 53

4.1 望远物镜设计 53

4.1.1 望远物镜光学特性与结构类型 53

4.1.2 双胶合、双分离物镜设计 55

4.1.3 摄远物镜设计 57

4.2 显微物镜设计 59

4.2.1 显微物镜概述 59

4.2.2 显微物镜的光学特性 59

4.2.3 显微物镜结构基本类型 62

4.2.4 显微物镜设计时应校正的像差 65

4.2.5 消色差显微物镜设计 66

4.2.6 长工作距离平场物镜设计 67

4.3 目镜设计 71

4.3.1 目镜光学特性与结构类型 71

4.3.2 目镜设计要点 72

4.3.3 普通目镜设计 74

4.3.4 借助价格工程（VE）优化广角目镜设计 77

4.3.5 显微摄影光学系统及摄影目镜设计 79

4.3.6 显微电视CCD摄录接口的设计 82

4.4 照相物镜设计 84

4.4.1 照相物镜的光学特性和结构形式 84

4.4.2 照相物镜设计的一般方法 91

4.4.3 照相机标准镜头设计 92

4.4.4 新型三片式照相物镜设计 94

4.5 投影物镜设计 98

4.5.1 投影物镜光学特性 98

4.5.2 结构形式与对像质的要求 99

4.5.3 电影投影物镜设计 100

第5章 典型光学系统设计 101

5.1 概述 101

5.2 普通生物显微镜成像光学系统设计 101

5.2.1 显微镜成像简述 101

5.2.2 显微光学系统的设计方法和要求 102

5.2.3 显微光学系统设计的标准化 102

5.2.4 显微光学系统设计要点 103

5.2.5 设计实例 104

5.3 无限远像距光学系统设计 111

5.3.1 概述 111

5.3.2 无限远像距光学系统设计要点 112

5.3.3 设计实例 114

5.4 照明光学系统设计 116

5.4.1 概述 116

5.4.2 照明系统及其分类 119

5.4.3 照明系统外形尺寸计算 121

5.4.4 聚光镜光学设计 123

5.4.5 照明系统设计中的几个问题 129

5.5 特殊照明系统设计 133

5.5.1 光导纤维落射内照明系统设计 133

5.5.2 不散瞳广角眼底观测仪照明系统设计 136

第6章 变焦距（变倍）光学系统设计 138

6.1 变焦距（变倍）光学系统原理 138

6.2 变焦距物镜 139

6.3 连续变倍显微光学系统设计 140

6.3.1 连续变倍显微光学系统的类型 140

6.3.2 典型的连续变倍显微镜 141

6.3.3 变倍目镜设计 144

6.3.4 设计实例 149

第3部分 现代光学系统设计 152

第7章 激光光学系统设计 152

7.1 激光光学系统设计基础 152

7.1.1 概述 152

7.1.2 设计基础知识 152

7.1.3 激光光学系统的外形尺寸计算 155

7.1.4 通光孔径的选择 156

7.1.5 聚焦高斯光束的焦点位移 158

7.1.6 设计注意事项 159

7.2 高斯光束会聚系统设计 159

7.2.1 激光聚光光学系统设计思想与实例 159

7.2.2 李斯特显微物镜激光会聚系统 160

7.3 高斯光束准直扩束系统设计 162

7.3.1 激光准直扩束系统设计 162

7.3.2 半导体激光器准直系统设计 164

第8章 光纤光学系统设计 166

8.1 半导体激光器与光纤直接耦合设计 166

8.1.1 概述 166

8.1.2 直接耦合光纤端面结构形式及其效率 167

8.1.3 尖锥端光纤耦合理论模型 168

8.2 微光学元件扩束耦合系统设计 170

8.3 光纤－透镜耦合激光会聚系统设计 175

8.4 光天线－光纤耦合系统设计 177

8.4.1 自由空间光通信接收系统前端概述 177

8.4.2 对光天线设计的要求与设计理念 177

8.4.3 光天线设计 178

8.4.4 设计实例 181

第4部分 光学设计实务 184

第9章 光学设计CAD软件应用基础 184

9.1 国内外光学设计CAD软件概述 184

9.1.1 光学设计CAD软件的发展历史 184

9.1.2 有代表性的中外光学设计CAD软件简介 184

9.2 SLO软件简介 185

9.2.1 OSLO的特点 185

9.2.2 OSLO的3种版本 186

9.3 SLOLT54基本概念 187

9.4 SLO用户界面 190

9.4.1 主视窗（MainWindow） 190

9.4.2 文件管理（filemanagement） 195

9.4.3 编辑表（spreadsheets） 196

9.4.4 各厂商的透镜产品目录资料库（cataloglensdatabase） 200

9.4.5 对话框（Dialogboxes） 202

9.4.6 图形视窗（Graphicwindow） 202

9.4.7 命令输入（commandinput） 204

9.4.8 文字编辑器（Texteditor） 204

9.4.9 帮助视窗（HelpWindow） 205

9.4.1 打印输出（Hardcopyoutput） 205

9.4.1 剪切板支持 205

9.5 OSLOLT54基本操作要点 205

9.5.1 概述 205

9.5.2 新建镜头 206

9.5.3 调用镜头 214

9.5.4 优化 214

9.6 OSLOLT54应用实例 218

9.6.1 双高斯型照像物镜设计 219

9.6.2 25×消色差显微物镜设计 220

9.6.3 15×广角目镜设计 221

第10章 光学零件与光学制图 223

10.1 光学材料 223

10.1.1 光学材料简介 223

10.1.2 光学玻璃 223

10.1.3 激光技术用的光学材料 224

10.1.4 红外、紫外光学材料 226

10.1.5 光学薄膜 228

10.1.6 光学塑料 228

10.2 光学制图（GB13323—91）标准的主要内容 230

10.2.1 一般规定 230

10.2.2 图样要求 232

10.3 对光学零件材料的要求 238

10.4 对光学零件的加工要求 239

10.4.1 光学零件的表面误差 239

10.4.2 光学零件外径及配合公差的给定 241

10.4.3 光学零件的中心厚度及边缘最小厚度 242

10.4.4 光学零件的厚度公差 242

10.4.5 光学零件的倒角（GB1204—75） 243

10.4.6 透镜中心误差（GB7242—87） 244

10.4.7 光楔 244

10.4.8 光学零件镀膜分类、符号及标注（JB/T6179—92） 245

附录A 无色光学玻璃（GB903-87） 247

附录B 中、德玻璃牌号对照表 250

附录C 单薄透镜参数表 252

附录D 冕牌透镜在前的玻璃组合 254

附录E 火石透镜在前的玻璃组合 255

附录F 双胶合透镜P0,Q0表 256

参考文献 261