光学系统设计PDF电子书下载

第1章 基础光学与光学系统技术要求 1

1.1 成像光学系统 1

1.2 确定光学系统技术要求的方法 2

1.3 术语的基本定义 5

1.4 实用的初级关系式 7

第2章 光阑、光瞳和其它基本原理 14

2.1 孔径光阑的作用 14

2.2 入瞳和出瞳 14

2.3 渐晕 15

第3章 衍射、像差和像质 17

3.1 像质的概念 17

3.2 几何像差及其来源 18

3.3 衍射 20

3.4 衍射极限性能 21

3.5 系统技术指标的推导 22

第4章 光程差的概念 24

4.1 光程差和瑞利判据 24

4.2 峰-谷波前误差和均方根波前误差 25

4.3 波像差多项式 26

4.4 焦深 27

第5章 几何像差及其消除方法 29

5.1 球差 29

5.2 彗差 34

5.3 像散 35

5.4 场曲与场镜的作用 36

5.5 畸变 40

5.6 轴向色差 41

5.7 横向色差 42

5.8 平行平板所引入像差的参数化分析 42

第6章 玻璃的选择（包括塑料） 45

6.1 材料特性概述 45

6.2 玻璃图和部分色散 45

6.3 玻璃选择的参数化范例 48

6.4 选择玻璃的方法 50

6.5 塑料光学材料 52

第7章 球面和非球面 55

7.1 非球面的定义 55

7.2 圆锥曲面 56

7.3 非球面在反射和折射系统中的应用 57

7.4 非球面使用指南 60

7.5 非球面的技术要求 61

第8章 光学系统的设计型式 62

8.1 引言 62

8.2 折射系统的系统结构 62

8.3 反射系统的系统结构 67

8.4 反射光学系统的特点 70

8.5 折射系统的特点 71

8.6 反射镜和棱镜 71

8.7 目视系统的设计 76

第9章 光学设计过程 82

9.1 镜头系统的优化 82

9.2 光学设计任务 84

9.3 样本镜头设计问题 86

第10章 计算机性能评价 89

10.1 性能评价的涵义 89

10.2 分辨力 89

10.3 光线追迹曲线 90

10.4 点列图 93

10.5 光程差 94

10.6 圆内能量 95

10.7 调制传递函数 95

第11章 高斯光束成像 100

11.1 引言 100

11.2 束腰和发散角 101

11.3 激光束的准直 102

11.4 高斯光束的传输与聚焦 103

11.5 高斯光束的截断 103

11.6 高斯光束光学在激光系统中的应用 106

11.7 激光扫描器中的F-θ镜头 107

第12章 红外热成像基础和紫外光学系统 108

12.1 红外热成像基础 108

12.2 杜瓦瓶、冷光阑和冷屏 109

12.3 冷光阑效率 110

12.4 扫描方式 112

12.5 红外材料 115

12.6 用红外材料降低像差 119

12.7 图像变形 121

12.8 无热化技术 124

12.9 系统设计举例 126

12.10 紫外（UV）光学系统 129

第13章 衍射光学 132

13.1 衍射光栅、体全息元件、基诺和二元表面 132

13.2 衍射效率 136

13.3 消色差双胶合透镜和折射-衍射混合消色差透镜 138

13.4 衍射光学元件的应用 139

13.5 衍射光学设计的参数化范例 140

13.6 衍射光学总结 142

第14章 照明系统的设计 144

14.1 引言 144

14.2 柯勒照明和阿贝照明 144

14.3 光学不变量和面角积 145

14.4 其它类型的照明系统 147

第15章 性能评价与光学测试 150

15.1 使用1951年美国空军标准靶的测试 150

15.2 调制传递函数 152

15.3 干涉测量 153

15.4 其它测试 155

第16章 公差与生产工艺性 157

16.1 引言 157

16.2 样板及其重要性 158

16.3 制定光学系统公差的方法 160

16.4 综合不同公差造成的像质下降的方法 162

16.5 公差的形式 163

16.6 调整参数 165

16.7 各种成本模型的典型公差 166

16.8 公差分析的范例 168

16.9 表面不规则性 174

16.10 波前表面相关性与性能的关系 175

16.11 均方根波前误差和波前相关性对弥散斑直径的影响 176

16.12 对MTF的影响（光学质量因子） 177

16.13 光束直径和表面不规则度 179

16.14 结论 180

第17章 光学加工 183

17.1 材料 183

17.2 加工 187

17.3 特殊的加工控制参数 190

17.4 相对加工成本 195

17.5 先期考虑的因素 196

17.6 结论 196

第18章 光学设计中的偏振问题 199

18.1 引言 199

18.2 偏振光 199

18.3 偏振元件 200

18.4 偏振光的数学表达 207

18.5 偏振像差和偏振光线追迹 211

18.6 几何问题和马耳他十字 212

18.7 应力双折射 213

18.8 偏振系统及设计技术 214

18.9 参考文献 217

第19章 光学薄膜 219

19.1 引言 219

19.2 光学膜层设计 219

19.3 光学膜层的种类 220

19.4 光学镀膜工艺 223

19.5 膜层性能与层数的关系 225

19.6 膜层的技术要求 226

19.7 生产成本、公差及质量之间的关系 226

19.8 参考文献 227

第20章 硬件设计问题 228

20.1 成品光学元件 228

20.2 有效利用成品光学元件的方法 229

20.3 使用成品单透镜和双胶合透镜 229

20.4 在与其设计不同的共轭位置处使用透镜 230

20.5 光瞳匹配 232

20.6 使用成品光学元件开发实验室模型 233

20.7 杂散光控制 233

20.8 光学机械设计 235

第21章 镜头设计优化实例 237

21.1 误差函数的构成 237

21.2 消色差双胶合透镜的设计 238

21.3 双高斯镜头的设计 242

21.4 数码相机镜头 261

21.5 双目望远镜设计 266

21.6 使用先进加工方法时简单镜头的参数化设计 270

21.7 双高斯镜头的设计数据 280

第22章 光学系统设计中的错误 283

22.1 1∶1成像镜头的畸变 283

22.2 变焦潜望镜 285

22.3 畸变的符号 285

22.4 没有必要的透镜元件 286

22.5 光瞳问题 286

22.6 光能不足问题 287

22.7 使用聚四氟乙烯的无热化 287

22.8 无热化技术要求 288

22.9 玻璃牌号的错误选择 288

22.10 元件反向安装 288

22.11 视场或孔径的抽样不足 289

22.12 图像倒置或旋转 289

22.13 哈勃望远镜的零镜头（补偿器）问题 290

第23章 经验法则和提示 292

术语表 295

参考文献 300