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第1章 光学基础知识1

1.1 电磁光谱1

1.2 光波的传播2

1.3 Snell折射定律4

1.4 简单透镜和棱镜对波前的作用6

1.5 干涉和衍射8

1.6 光电效应12

练习13

参考文献14

第2章 高斯光学：基点15

2.1 概述15

2.2 光学系统的基点16

2.3 像的位置和大小17

2.4 成像公式汇总22

2.5 不在空气中的光学系统23

练习23

参考文献25

第3章 近轴光学和计算26

3.1 光线在一个表面上的折射26

3.2 近轴区域28

3.3 通过几个表面的近轴光线追迹29

3.4 焦点和主点的计算33

3.5 “薄透镜”36

3.6 反射镜37

练习39

参考文献40

第4章 光学系统方面的考虑41

4.1 分离透镜系统41

4.2 光学不变量45

4.3 矩阵光学49

4.4 y-ybar图50

4.5 Scheimpflug条件51

4.6 符号规则总结52

练习53

参考文献54

第5章 初级像差55

5.1 概述55

5.2 像差多项式和赛德像差55

5.3 色差64

5.4 透镜形状和光阑位置对像差的影响66

5.5 像差随孔径和视场的变化69

5.6 光程差（波前像差）70

5.7 像差校正和剩余像差71

5.8 光线交点曲线和像差的“级”74

5.9 纵向像差、横向像差、波前像差（OPD）和角像差之间的关系78

练习80

参考文献82

第6章 三级像差理论和计算83

6.1 概述83

6.2 近轴光线追迹84

6.3 三级像差：表面贡献量86

6.4 三级像差：薄透镜，光阑移动公式89

6.5 计算实例93

参考文献97

第7章 棱镜和反射镜系统98

7.1 概述98

7.2 色散棱镜98

7.3 “薄”棱镜99

7.4 最小偏折量100

7.5 消色差棱镜和直视棱镜101

7.6 全内反射102

7.7 一个平面的反射103

7.8 平面平行板105

7.9 直角棱镜108

7.10 屋脊棱镜110

7.11 正像棱镜系统112

7.12 倒像棱镜116

7.13 五（角）棱镜117

7.14 菱形棱镜和分束镜117

7.15 平面反射镜119

7.16 棱镜和反射镜系统的设计120

7.17 制造误差分析124

参考文献124

第8章 人眼特性125

8.1 概述125

8.2 眼睛的构造126

8.3 眼睛的特性127

8.4 眼睛的缺陷134

实验137

练习138

参考文献139

第9章 光阑，孔径，光瞳和衍射140

9.1 概述140

9.2 孔径光阑和光瞳141

9.3 视场光阑141

9.4 渐晕142

9.5 消杂散光光阑、冷光阑和挡光板143

9.6 远心光阑146

9.7 孔径和像的照度——f数和余弦四次方定律147

9.8 焦深149

9.9 孔径的衍射效应150

9.10 学系统的分辨率154

9.11 高斯（激光）光束的衍射156

9.12 傅里叶变换透镜和空间滤波160

练习160

参考文献163

第10章 光学材料165

10.1 反射、吸收和色散165

10.2 光学玻璃170

10.3 特种玻璃175

10.4 晶体材料177

10.5 光学塑料179

10.6 吸收滤光片181

10.7 散射材料和投影屏185

10.8 偏振材料187

10.9 光学胶和溶剂188

练习189

参考文献190

第11章 光学镀膜192

11.1 介电质反射和干涉滤光片192

11.2 反射膜200

11.3 分划板203

练习204

参考文献205

第12章 辐射度学和光度学原理206

12.1 概述206

12.2 逆平方定律；光强度207

12.3 辐射率和朗伯（Lambert）定律208

12.4 半球内的辐射208

12.5 散射光源产生的辐照度209

12.6 像的辐射度学211

12.7 光谱辐射度学214

12.8 黑体辐射215

12.9 光度学219

12.10 照明装置224

练习227

参考文献230

第13章 光学系统总体布局231

13.1 望远镜和无焦系统231

13.2 场镜和中继系统234

13.3 出瞳、眼睛和分辨率236

13.4 简单显微镜和放大镜244

13.5 复式显微镜245

13.6 测距机247

13.7 辐射计和医用光学251

13.8 光纤光学255

13.9 变形系统260

13.10 变光焦度（变焦）系统264

13.11 衍射表面268

练习269

参考文献271

第14章 系统总体布局中的案例分析（经典案例）273

14.1 概述273

14.2 摄远物镜274

14.3 反摄远透镜275

14.4 转像系统（中继系统）276

14.5 转像系统（14.4节中）的孔径光阑277

14.6 短距离望远镜278

14.7 14.6节的场镜281

14.8 14.7节的光线追迹282

14.9 125倍显微镜283

14.10 Brueke 125×放大镜284

14.11 4×机械补偿变焦物镜285

14.12 计算机绘制系统布局图289

14.13 设计有外部冷光阑的消色差中红外系统290

第15章 波前像差和调制传递函数（MTF）297

15.1 概述297

15.2 光程差：焦点漂移297

15.3 光程差：球差299

15.4 像差（容限）公差304

15.5 像的能量分布（几何）309

15.6 点和线扩散函数310

15.7 由于球差造成光斑的几何尺寸311

15.8 调制传递函数314

15.9 方波与正弦波靶标319

15.10 特殊调制传递函数：衍射受限系统320

15.11 径向能量分布328

15.12 具有初级像差光学系统的点扩散函数329

练习334

参考文献335

第16章 光学设计的基础知识336

16.1 概述336

16.2 简单的弯月形照相物镜337

16.3 对称原理342

16.4 消色差望远物镜（薄透镜理论）344

16.5 消色差望远物镜（设计形式）346

16.6 光学设计中的衍射表面353

16.7 库克（Cooke）三分离消像散物镜：三级理论358

16.8 自动设计367

16.9 对一些实际问题的考虑371

练习372

参考文献373

第17章 目镜、显微镜和照相物镜的设计374

17.1 望远系统和目镜374

17.2 显微物镜381

17.3 照相物镜388

17.4 聚光镜系统406

17.5 简单透镜的像差特性409

练习412

参考文献412

第18章 反射镜和折反式系统的设计413

18.1 反射系统413

18.2 球面反射镜413

18.3 抛物面反射镜415

18.4 椭球面和双曲面反射镜416

18.5 双反射镜系统的公式417

18.6 过原点的锥形截面421

18.7 施密特（Schmidt）系统422

18.8 Margin反射镜（内表面镀膜反射镜）424

18.9 Bouwers［或马克苏托夫（Maksutov）］系统425

18.10 对简单光学系统弥散斑尺寸的快速计算428

练习432

参考文献432

第19章 物镜设计实例集、分析和说明433

19.1 概述433

19.2 物镜的数据表433

19.3 光线追迹图434

19.4 关于调制传递函数的注释436

19.5 物镜目录437

19.6 物镜设计实例439

参考文献500

第20章 光学工程中的实际问题501

20.1 光学加工501

20.2 光学技术要求和公差511

20.3 光学装配技术524

20.4 光学实验室中的实际问题529

20.5 公差预算实例545

参考文献549

第21章 最有效地利用“库存”透镜551

21.1 概述551

21.2 库存透镜551

21.3 一些简单的测量553

21.4 系统原理样机和测试556

21.5 像差方面的考虑559

21.6 如何利用单透镜（单块零件）562

21.7 如何使用双胶合物镜566

21.8 库存透镜的组合566

21.9 库存透镜的供应商574

附录A 光线追迹和像差计算577

附录B 一些器件的标准尺寸592

专业术语表594