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