工程光学设计 第3版PDF电子书下载

第1部分光学系统设计基础 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（spherical aberration） 7

2.2.2 彗差（coma；comatic aberration） 9

2.2.3 像散与像场弯曲 10

2.2.4 畸变（distortion） 12

2.2.5 色差（chromatic aberration） 14

2.3 薄透镜的初级像差理论 16

2.3.1 薄透镜的初级像差普遍公式 16

2.3.2 由薄透镜初级像差普遍公式引出的重要结论 17

2.3.3 规化条件下的双胶合透镜组的色差 19

2.4 反射光学系统和平面光学系统的像差理论 19

2.4.1 平面反射镜的像差 19

2.4.2 球面反射镜的像差 20

2.4.3 棱镜或平面平行板的像差 21

2.4.4 场镜的像差 23

2.5 厚透镜初级像差 24

2.5.1 厚透镜焦距的求法 24

2.5.2 利用弯月形厚透镜消场曲SⅣ 24

2.5.3 分析消场曲的弯月形厚透镜的其余像差SⅠ、SⅡ、SⅢ、S1C 26

2.5.4 远双分离正负薄透镜组消场曲 26

2.5.5 用同心不晕弯月形厚透镜消除球差、彗差及场曲 27

2.5.6 用弯月形厚透镜消除轴上点色差 27

2.5.7 鼓形透镜（双凸厚透镜） 27

2.6 全对称光学部件的像差 29

2.7 像差校正和平衡方法 31

2.7.1 引言 31

2.7.2 像差校正方法 31

2.7.3 像差校正的一些设计技巧 32

2.8 光学系统像质评价 33

2.8.1 几何像差公差——像差容限 34

2.8.2 波像差、瑞利准则和中心亮斑所占能量 35

2.8.3 点列图和能量集中度评价 36

2.8.4 分辨率检验和星点检验 37

2.8.5 光学传递函数 39

第2部分光学部件与系统设计 46

第3章 代数法求解光学部件初始结构 46

3.1 概述 46

3.2 单片薄透镜初始结构的设计和计算 46

3.2.1 基于PW法的单片透镜的结构设计和计算 46

3.2.2 单片透镜初始结构的简易设计 51

3.3 双胶薄透镜初始结构的设计和计算 52

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 52

3.3.2 对P∞、W∞基本关系的分析 53

3.3.3 基于Shannon法的双胶合透镜的设计和计算 58

3.4 两组双胶物镜初始结构的设计 62

3.4.1 选型 62

3.4.2 方案选择 62

3.5 小气隙双分透镜 63

3.5.1 双胶合组变小气隙双分透镜的目的 63

3.5.2 小气隙双分透镜能减小高级球差 63

3.6 齐明弯月形透镜结构参数求解 64

3.6.1 显微物镜齐明弯月前组 64

3.6.2 聚透镜第一片齐明透镜 66

3.6.3 设计实例：同心不晕透镜初始结构的设计和计算 66

第4章 典型光学部件设计 68

4.1 望远物镜设计 68

4.1.1 望远物镜光学特性与结构类型 68

4.1.2 双胶合、双分离物镜设计 70

4.1.3 摄远物镜设计 72

4.2 显微物镜设计 74

4.2.1 显微物镜概述 74

4.2.2 显微物镜的光学特性 74

4.2.3 显微物镜结构的基本类型 77

4.2.4 设计显微物镜时应校正的像差 80

4.2.5 消色差显微物镜设计 81

4.2.6 长工作距离平场显微物镜设计 82

4.2.7 复消色差光路追迹机理与平场复消色差显微物镜设计 86

4.2.8 平场半复消色差显微物镜设计 95

4.3 目镜设计 102

4.3.1 目镜的光学特性与结构类型 102

4.3.2 目镜设计要点 104

4.3.3 普通目镜设计 105

4.3.4 借助价值工程（VE）优化广角目镜设计 108

4.3.5 显微摄影光学系统及摄影目镜设计 109

4.4 照相物镜设计 113

4.4.1 照相物镜的光学特性和结构型式 113

4.4.2 照相物镜设计的一般方法 120

4.4.3 照相机标准镜头设计 121

4.5 投影物镜设计 124

4.5.1 投影物镜光学特性 124

4.5.2 投影物镜结构型式以及对像质的要求 125

4.5.3 投影仪物镜设计 126

4.5.4 电影放映物镜设计 128

4.6 CCD图像传感器成像物镜设计 129

4.6.1 CCD成像物镜的光学性能和设计要点 129

4.6.2 显微电视CCD摄录接口的设计 130

4.6.3 高清CCTV成像物镜设计 131

4.7 远心物镜设计 139

4.7.1 远心光学系统概述 139

4.7.2 远心物镜的简易设计——光阑位置的一维优化 140

4.7.3 设计实例：生物显微镜多功能光电质检仪远心物镜设计 142

第5章 典型光学系统设计 146

5.1 概述 146

5.2 普通生物显微镜成像光学系统设计 146

5.2.1 显微镜成像简述 146

5.2.2 显微光学系统的设计方法和要求 147

5.2.3 显微光学系统设计的标准化 147

5.2.4 显微光学系统设计要点 148

5.2.5 设计实例：设计Γmax＝1600x生物显微镜光学系统 149

5.3 无限远像距光学系统设计 156

5.3.1 概述 156

5.3.2 无限远像距光学系统设计要点 158

5.3.3 设计实例：设计Γmax＝320x特种显微镜无限远像距光学系统 160

5.4 照明光学系统设计 162

5.4.1 概述 162

5.4.2 照明系统及其分类 164

5.4.3 照明系统外形尺寸计算 167

5.4.4 聚光镜光学设计 169

5.4.5 环形透镜暗场落射照明系统设计 174

5.4.6 照明系统设计中的几个问题 178

5.5 医用光学仪器光学系统设计 183

5.5.1 眼底电视光学系统设计 183

5.5.2 基于窄带滤光片的生化分析仪光学系统设计 187

5.6 机器视觉图像采集系统设计 192

5.6.1 机器视觉系统概述 192

5.6.2 机器视觉光电检测原理及光学系统初步设计 193

5.6.3 设计实例：大视场高分辨率机器视觉摄录物镜的设计 195

5.7 二次平行光路望远光电成像系统的设计 199

5.7.1 望远二次平行光路系统光学原理 199

5.7.2 设计实例：标清望远光电成像系统设计 202

第6章 变焦距（变倍）光学系统设计 205

6.1 变焦距（变倍）光学系统原理 205

6.2 变焦距物镜 206

6.3 连续变倍显微光学系统设计 208

6.3.1 连续变倍显微光学系统的类型 208

6.3.2 典型的连续变倍显微镜 209

6.3.3 连续变倍体视显微物镜的设计 211

6.3.4 设计实例：连续变倍体视显微镜光学系统的设计 214

6.3.5 设计实例：0.4 7x～4.7 x大变倍比连续变倍显微物镜的设计 217

第3部分现代光学系统设计 222

第7章 激光光学系统设计 222

7.1 激光光学系统设计基础 222

7.1.1 概述 222

7.1.2 设计基础知识 222

7.1.3 激光光学系统的外形尺寸计算 225

7.1.4 通光孔径的选择 226

7.1.5 聚焦高斯光束的焦点位移 228

7.1.6 设计注意事项 229

7.2 高斯光束会聚系统设计 229

7.2.1 激光聚光光学系统设计思想与实例 229

7.2.2 李斯特显微物镜激光会聚系统 230

7.3 高斯光束准直扩束系统设计 231

7.3.1 激光准直扩束系统设计 231

7.3.2 半导体激光器准直系统设计 234

第8章 光纤光学系统设计 236

8.1 半导体激光器与光纤直接耦合设计 236

8.1.1 概述 236

8.1.2 直接耦合光纤端面结构形式及其效率 237

8.1.3 尖锥端光纤耦合理论模型 238

8.2 微光学元件扩束耦合系统设计 240

8.3 光纤-透镜耦合激光会聚系统设计 245

8.4 光天线-光纤耦合系统设计 247

8.4.1 自由空间光通信接收系统前端概述 247

8.4.2 对光天线设计的要求与设计理念 247

8.4.3 光天线设计 248

8.4.4 设计实例 251

第4部分光学设计实务 254

第9章 光学设计CAD软件应用基础 254

9.1 国内外光学CAD软件概述 254

9.1.1 光学设计CAD软件的发展历史 254

9.1.2 几种有代表性的光学CAD软件简介 254

9.2 OSLO简介 255

9.2.1 OSLO的版本 255

9.2.2 OSLO的基本概念 256

9.3 OSLO LT6.1 用户界面 256

9.3.1 主窗口 257

9.3.2 工具条 257

9.3.3 面数据编辑表 259

9.3.4 图形窗口 263

9.3.5 文本窗口 264

9.3.6 文件（File）菜单 265

9.3.7 透镜（Lens）菜单 266

9.3.8 评价（Evaluate）菜单 267

9.3.9 优化（Optimize）菜单 268

9.3.1 0公差（Tolerance）菜单 268

9.3.1 1光源（Source）菜单 268

9.3.1 2 工具（Tools）菜单 269

9.3.1 3窗口（Window）菜单 270

9.3.1 4帮助（Help）菜单 270

9.4 OSLOLT6.1 基本操作 270

9.4.1 OSLO的参数输入操作规定 271

9.4.2 建立无限远共轭距镜头文件 271

9.4.3 建立有限远共轭距透镜文件 274

9.4.4 像质评价 275

9.4.5 优化 277

9.5 OSLOLT6.1 应用实例 280

9.5.1 25x消色差显微物镜设计 280

9.5.2 15x广角目镜设计 281

9.5.3 松纳型照相物镜设计 283

9.5.4 5x激光扩束准直镜设计 284

第10章 光学零件与光学制图 285

10.1 光学材料 285

10.1.1 光学材料简介 285

10.1.2 光学玻璃 285

10.1.3 激光技术用的光学材料 286

10.1.4 红外、紫外光学材料 288

10.1.5 光学薄膜 290

10.1.6 光学塑料 290

10.2 光学制图（GB 13323-91）标准的主要内容 292

10.2.1 一般规定 292

10.2.2 图样要求 294

10.3 对光学零件材料的要求 300

10.4 对光学零件的加工要求 301

10.4.1 光学零件的表面误差 301

10.4.2 光学零件外径及配合公差的给定 303

10.4.3 光学零件的中心厚度及边缘最小厚度 304

10.4.4 光学零件的厚度公差 304

10.4.5 光学零件的倒角（GB 1204—75） 305

10.4.6 透镜中心误差（GB7242—87） 306

10.4.7 光楔 306

10.4.8 光学零件镀膜分类、符号及标注（JB/T6179—92） 307

附录A 无色光学玻璃（GB903—87） 308

附录B 中、德玻璃牌号对照表 311

附录C 单薄透镜参数表 314

附录D 冕牌透镜在前的玻璃组合 316

附录E 火石透镜在前的玻璃组合 317

附录F 双胶合透镜P0，Q0表 318

参考文献 323