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第1章 几何光学基本原理 1

1.1 几何光学的基本概念 1

1.1.1 光波、光线与波前 1

1.1.2 光束 2

1.2 几何光学的基本定律 3

1.2.1 基本定律 3

1.2.2 矢量形式的折射定律和反射定律 5

1.2.3 全反射及其应用 6

1.3 费马原理与马吕斯定理 8

1.3.1 费马原理 8

1.3.2 马吕斯－杜平定理 10

1.4 成像的概念 11

1.4.1 点物的理想成像条件 11

1.4.2 实物与虚物实像与虚像 12

1.4.3 物空间与像空间物与像的共轭性 13

1.5 反射等光程面和折射等光程面 13

1.5.1 反射等光程面 13

1.5.2 折射等光程面 15

1.6 微小线段理想成像条件 15

1.6.1 光学余弦条件 16

1.6.2 阿贝正弦条件 17

1.6.3 赫谢尔条件 17

习题 18

第2章 球面成像系统 21

2.1 球面折射的光路计算公式 21

2.1.1 单折射球面的光路计算公式 22

2.1.2 近轴区域的光路计算公式 24

2.2 单折射球面的成像放大率 25

2.3 共轴球面系统 27

2.3.1 过渡公式 27

2.3.2 ynu光线追迹 29

2.3.3 共轴球面系统的放大率 33

2.4 球面反射镜 34

2.4.1 球面反射镜的物像位置公式 35

2.4.2 球面反射镜的成像放大率 35

习题 36

第3章 理想光学系统 39

3.1 理想光学系统及其成像理论 39

3.1.1 理想光学系统的成像特性 39

3.1.2 共轴理想光学系统的成像特性 40

3.2 共轴光学系统的基面和基点 43

3.2.1 焦点 43

3.2.2 主平面 44

3.2.3 焦距 45

3.2.4 共轴球面系统主平面和焦点位置的计算 45

3.3 理想光学系统的物像关系 50

3.3.1 图解法求像 50

3.3.2 解析法求像 52

3.3.3 光学系统两焦距之间的关系 53

3.3.4 光学系统的光焦度 54

3.3.5 放大率公式 54

3.4 节点和节平面 56

3.5 共轴理想光学系统的组合 58

3.5.1 两光组系统的焦距公式 59

3.5.2 两光组系统的一般公式 60

3.6 透镜与薄透镜 61

3.6.1 透镜的有效焦距与后焦距 61

3.6.2 薄透镜 63

3.7 Scheimpflug条件 64

3.8 常用镜头的组合特性 65

3.8.1 摄远物镜 65

3.8.2 反摄远物镜 66

习题 67

第4章 平面镜棱镜系统 71

4.1 平面反射镜 71

4.1.1 单平面镜的成像特性 71

4.1.2 双平面镜的成像特性 73

4.2 反射棱镜 74

4.2.1 反射棱镜的构成与作用 74

4.2.2 反射棱镜的分类 75

4.2.3 屋脊棱镜 76

4.3 反射棱镜的成像性质 77

4.3.1 反射棱镜的视场角 77

4.3.2 反射棱镜成像方向的确定 78

4.3.3 反射棱镜的展开 80

4.4 平行平板及等效空气平板 83

4.4.1 平面折射 83

4.4.2 平行板 84

4.4.3 等效空气平板 85

4.5 折射棱镜和光楔 88

4.5.1 折射棱镜 88

4.5.2 光楔 90

习题 92

第5章 光学系统中光束的限制 96

5.1 孔径光阑及其确定方法 96

5.1.1 孔径光阑 96

5.1.2 孔径光阑的确定方法 97

5.2 主光线与边光线视场光阑 98

5.2.1 主光线与边光线 98

5.2.2 视场光阑 99

5.3 渐晕与渐晕光阑 101

5.3.1 通过渐晕光阑产生渐晕 101

5.3.2 入射窗和物平面不重合产生渐晕 102

5.4 消杂光光阑 104

5.5 光学不变量 105

5.5.1 光学不变量的定义 105

5.5.2 拉格朗日－赫姆霍兹不变量 106

5.5.3 望远系统的角放大率 107

5.5.4 无穷远处物体的像高 107

5.5.5 确定任意光线的数据 108

5.6 景深 109

5.6.1 景深 109

5.6.2 超聚焦距离 110

5.6.3 景深与F数的关系 111

5.7 远心光路 111

5.7.1 物方远心光路 112

5.7.2 像方远心光路 113

5.7.3 远心系统的像 113

习题 114

第6章 光度学与色度学基础 116

6.1 光通量与发光强度 116

6.1.1 光通量 116

6.1.2 发光强度 119

6.2 光照度与光出射度 121

6.2.1 光照度 121

6.2.2 光出射度 122

6.3 光亮度 123

6.3.1 光亮度的定义 123

6.3.2 余弦辐射体 124

6.3.3 余弦辐射体的光通量、光出射度与亮度之间的关系 125

6.4 面光源产生的照度 126

6.4.1 余弦辐射面在远处产生的照度 126

6.4.2 面光源产生的照度 127

6.4.3 交换定律 129

6.5 亮度在光学系统的传递与像面照度 129

6.5.1 亮度在均匀介质中的传递 129

6.5.2 亮度在两透明介质分界面上的传递 130

6.5.3 小视场大孔径光学系统的亮度传递与像面照度 132

6.6 照明光学系统中光能损失的计算 133

6.6.1 常用的照明系统 133

6.6.2 光能计算 137

6.7 颜色现象 138

6.7.1 颜色现象的生理物理基础 139

6.7.2 光源色与物体色 139

6.7.3 颜色的特征与分类 139

6.7.4 颜色混合 140

6.8 颜色匹配 142

6.8.1 颜色匹配实验 142

6.8.2 颜色匹配方程 143

6.8.3 三刺激值 143

6.8.4 色品坐标及色品图 146

6.9 CIE1931标准色度系统 147

6.9.1 CIE1931-RGB表色系统 147

6.9.2 CIE1931-XYZ表色系统 149

6.9.3 CIE1931-XYZ色品图（色度图） 153

6.9.4 光源色和物体色的三刺激值 156

6.9.5 CIE 1964补充标准色度学系统 157

6.10主波长与颜色纯度 157

6.10.1 主波长 157

6.10.2 颜色纯度 158

6.11 CIE标准照明体与标准光源 159

6.11.1 光源的光谱功率分布与色温 159

6.11.2 CIE标准照明体与标准光源 161

习题 164

第7章 像差概论 167

7.1 像差基本概念 167

7.2 波像差与垂轴像差 168

7.2.1 哈密顿特征函数 168

7.2.2 波前像差与垂轴像差的关系 170

7.3 旋转对称光学系统的光路计算 172

7.3.1 归一化坐标系统 172

7.3.2 光线的光路计算类型 174

7.3.3 光线的光路计算公式 176

7.3.4 初始数据 182

7.4 旋转对称光学系统的像差 185

7.4.1 像差曲线及点列图 185

7.4.2 波像差系数及波像差图 188

7.4.3 波像差的计算 191

7.4.4 瑞利标准 192

7.5 单色像差 196

7.5.1 畸变 196

7.5.2 球差 198

7.5.3 场曲（像面弯曲） 203

7.5.4 像散 205

7.5.5 彗差 215

7.6 色差 221

7.6.1 光学材料 221

7.6.2 位置色差 225

7.6.3 倍率色差 228

7.7 赛德尔初级像差——Seidel像差 230

7.7.1 赛德尔初级单色像差系数 230

7.7.2 不晕面 235

7.7.3 单薄透镜的赛德尔初级球差系数 236

7.7.4 初级色差系数 239

7.7.5 初级波像差与几何像差 245

习题 251

第8章 眼睛及显微系统 255

8.1 人眼的构造及其光学特性 255

8.1.1 眼睛的构造 255

8.1.2 人眼的光学特性 257

8.2 放大镜 263

8.2.1 放大镜的视角放大率 263

8.2.2 放大镜的光束限制 265

8.3 显微镜系统及其光学特性 266

8.3.1 显微镜工作原理 266

8.3.2 显微镜的光束限制 267

8.3.3 显微镜的分辨率 268

8.3.4 显微镜的有效放大率 269

8.4 显微镜物镜与目镜 270

8.4.1 显微物镜的特性及类型 270

8.4.2 目镜的特性和类型 272

8.5 显微镜的照明系统 274

8.5.1 照明方式 274

8.5.2 聚光镜 276

习题 277

第9章 望远系统 278

9.1 望远系统概述 278

9.1.1 望远系统的原理与基本类型 278

9.1.2 望远系统的光束限制 279

9.1.3 望远系统的主要光学性能参数 280

9.2 望远物镜 282

9.2.1 望远物镜的特性和分类 282

9.2.2 折射式望远物镜 283

9.2.3 反射式望远物镜与折反射式望远物镜 284

9.3 内调焦、准直与自准直望远镜 286

9.3.1 内调焦望远镜 286

9.3.2 准直、自准直望远镜 288

9.4 转像系统与场镜 290

9.4.1 棱镜式转像系统 290

9.4.2 单透镜转像系统 291

9.4.3 双组透镜转像系统 292

9.4.4 场镜 293

9.5 望远系统的外形尺寸计算 293

9.5.1 简单开普勒望远系统 294

9.5.2 双透镜转像望远系统 295

9.5.3 带有棱镜转像系统的望远系统 298

9.6 主观亮度 300

9.6.1 人眼的主观亮度 300

9.6.2 通过望远镜观察时的主观亮度 301

习题 303

第10章 摄影及投影系统 304

10.1 照相机的基本结构及其作用 304

10.1.1 主体、镜头及取景器 304

10.1.2 测距器及对焦器 307

10.1.3 快门及其他部件 309

10.2 数码照相机简介 310

10.2.1 数码相机的主要电子部件 310

10.2.2 自动对焦及快门 312

10.2.3 测光系统及曝光模式 312

10.2.4 存储设备及显示屏 313

10.3 摄影物镜的特性和种类 314

10.3.1 摄影物镜的光学特性 314

10.3.2 摄影物镜的种类 315

10.4 摄影系统的技术特性与摄影闪光灯简介 321

10.4.1 摄影系统的技术特性 321

10.4.2 摄影闪光灯 323

10.5 感光材料 325

10.5.1 感光材料的种类 326

10.5.2 感光材料的基本结构与感光成色机理 327

10.5.3 感光材料的感光特性 329

10.6 光电传感器 332

10.6.1 CCD与CMOS图像传感器 332

10.6.2 CCD与CMOS图像传感器的技术特性 333

10.7 投影系统及放映系统 336

10.7.1 投影与放映物镜 336

10.7.2 放映与投影系统的照明 338

习题 339

第11章 光学系统初始结构计算 341

11.1 光学系统的基本像差参量 341

11.1.1 P、W形式的初级像差系数 341

11.1.2 薄透镜系统初级像差的P、W表示式 342

11.1.3 像差参量P、W的规化 344

11.1.4 薄透镜组的基本像差参量 347

11.1.5 用？、？、？I表示的初级像差系数 348

11.2 双胶合透镜组的？∞、？∞、？I与结构参数的关系 348

11.3 单薄透镜的？∞、？∞、？I与结构参数的关系 353

11.4 用PW方法求解初始结构的实例 355

习题 361

第12章 像质评价、零件的技术要求与检验 362

12.1 像质评价 362

12.1.1 波像差的均方根值 362

12.1.2 斯特列尔比——中心点亮度 363

12.1.3 点列图 364

12.1.4 点扩展函数 364

12.1.5 调制传递函数（MTF） 365

12.1.6 包围能量比 368

12.2 光学系统的像差公差 369

12.2.1 望远物镜与显微物镜的像差公差 369

12.2.2 望远目镜与显微目镜的像差公差 370

12.2.3 照相物镜的像差公差 372

12.3 光学零件的加工与技术要求 372

12.4 常用的像质检验方法 375

12.4.1 分辨率检验法 375

12.4.2 星点检验法 377

主要参考文献 379

主要公式 380

中英文对照表 383

部分习题答案 390

关键词索引 396