本书包含了几何光学的基本原理及其在透镜设计中的应用,其中既包含了镜头设计的经典部分,也包含了重要的现代方法、工具和仪器,包括当代天文望远镜、高斯光束及计算机镜头设计。在受人尊敬的学者们的镜头设计课程中已经用本书进行了广泛的课堂教学。
本书简明扼要地解释了光学系统的设计和评价的复杂性。书中还讨论了元件的选择、优化和整合,并形成了有效的光学装置。本书分析了多种光学材料、元件和系统的性能,从简单的放大镜到复杂的摄影镜头、眼科光学设备、望远镜、显微镜、投影系统。
第3版更新的内容:
·改进了插图,其中32张换成了彩图。
·整体进行了更新,反映了在该领域的研究进展。
·新添加了Buchdahl高阶像差的资料。
·扩展并改进了基于光程计算波前像差的方法。
·更新了附录中的光学材料的列表。
·初级像差的描述更详细明确。
·增加了重要的新出版物的引用。
·按新的光学玻璃更新光学系统设计实例。
·增加了25个新的设计实例。
结合光学系统设计的基本理论和实用细节,本书可供学生们使用,同时,对科学家和光学仪器工程师们来说也极具参考价值。
封面
译丛序
原书前言
原书第2版前言
原书第1版前言
第1章 几何光学原理
1.1 光的波动性与费马原理
1.2 反射和折射定律
1.2.1 反射定律
1.2.2 折射定律
1.2.3 折射定律的矢量形式
1.3 基本子午光线追迹方程组
1.3.1 子午光线追迹的L-U方法
1.3.2 子午光线追迹的Q-U方法
1.4 高斯光学或者一阶光学
1.5 成像
1.6 孔径光阑、光瞳和主光线
1.7 德拉诺关系
1.8 光学正弦定理
1.9 拉格朗日不变量
1.10 赫歇尔不变量和成像放大率
参考文献
第2章 薄透镜和球面镜
2.1 薄透镜
2.2 薄透镜的成像公式
2.3 薄透镜的节点
2.4 会聚透镜的成像
2.5 发散透镜的成像
参考文献
第3章 透镜组和厚透镜
3.1 焦距和光焦度
3.2 厚透镜或透镜系统的成像
3.3 基点
3.4 倾斜或弯曲物体的成像
3.5 厚透镜
3.6 薄透镜系统
3.7 薄透镜系统中的拉格朗日-亥姆霍兹不变式
3.8 物或者光阑的平移效应
3.8.1 光阑的移动
3.8.2 物和像平面的移动
3.9 德拉诺图
3.9.1 光阑的移动
3.9.2 物和像的移动
参考文献
第4章 色差
4.1 引言
4.2 近轴色差(位置色差)
4.2.1 薄透镜的近轴色差
4.2.2 消色差双胶合透镜
4.2.3 两块具有一定空气间隔的薄透镜组的消色差系统(消色差双分离透镜)
4.2.4 同种材料制造的两块透镜校正轴向色差
4.2.5 色球差
4.3 用D-d方法消色差
4.4 二级光谱
4.5 倍率色差
4.5.1 光阑位置对色差的影响
4.5.2 倍率色差的校正
4.5.3 同种材料制造的透镜校正倍率色差
参考文献
第5章 球差
5.1 球差计算
5.2 初级球差
5.2.1 薄透镜的球差
5.2.2 薄透镜系统
5.2.3 会聚光通过平行平面板的球差
5.3 非球面
5.4 非球面的球差
5.5 无球差的面
5.5.1 折射球面
5.5.2 二次曲面的反射
5.5.3 笛卡儿卵形
5.6 球差的多项式展开
5.7 高阶球差
5.8 用梯度折射率校正球差
参考文献
第6章 单色轴外像差
6.1 介绍
6.1.1 轴外像差介绍
6.1.2 倾斜光线
6.1.3 轴外像差定义
6.2 佩兹伐场曲
6.3 彗差
6.3.1 反正弦条件
6.3.2 每个面的彗差贡献
6.3.3 单个薄透镜的彗差
6.4 像散
6.4.1 Coddington方程
6.4.2 佩兹伐场曲和像散间的关系
6.4.3 有彗差和像散的像
6.5 齐明面
6.5.1 球面透镜的齐明面
6.5.2 Wassermann-Wolf齐明面
6.6 畸变
6.7 齐明面上的轴外像差
6.8 对称原则和Bow-Sutton条件
6.9 光阑平移方程
6.10 光瞳像差
参考文献
第7章 像差多项式和高阶像差
7.1 光学系统中的波面
7.2 几何像差和波像差
7.3 波像差多项式
7.3.1 共轴系统的霍普金斯波像差多项式
7.3.2 共轴系统的Kingslake波像差多项式
7.3.3 共轴系统的塞德尔波像差多项式
7.3.4 共轴系统的高阶Buchdahl像差多项式
7.3.5 非共轴对称系统的波像差多项式
7.4 泽尼克多项式
7.5 波面变形拟合到多项式
7.6 高斯函数阵列表示波面
7.7 折射面的波像差
7.8 反射面的波像差
7.9 Aldis理论
参考文献
第8章 光学系统的计算机评估
8.1 横向像差多项式
8.1.1 轴向像差曲线
8.1.2 子午像差曲线
8.1.3 弧矢像差曲线
8.2 横向像差的H.H.Hopkins,Seidel和Buchdahl系数
8.2.1 球差
8.2.2 彗差
8.2.3 像散
8.2.4 畸变
8.3 子午光线的追迹和光阑位置的分析
8.4 点列图
8.4.1 几何光点尺寸
8.4.2 径向能量分布
8.5 波阵面的形变
8.5.1 通过横向像差计算
8.5.2 通过光程直接计算
8.5.3 Conrady方法计算波阵面的形变
8.6 点扩散函数和线扩散函数
8.7 光学传递函数
8.8 像差的容限
参考文献
第9章 光学系统中的衍射
9.1 惠更斯-菲涅耳原理
9.2 菲涅耳衍射
9.3 夫琅禾费衍射
9.3.1 圆形孔径
9.3.2 环形孔径
9.4 存在像差的衍射像
9.5 斯特列尔比
9.6 光学传递函数
9.7 分辨率标准
9.8 高斯光束
参考文献
第10章 棱镜
10.1 展开图
10.2 偏转光束
10.3 图像变换
10.4 棱镜的偏转和变换
10.4.1 偏转棱镜
10.4.2 反射系统
10.5 保向变换棱镜
10.5.1 上下镜像和左右镜像棱镜
10.5.2 转像棱镜组
10.6 分束棱镜
10.7 色散棱镜
10.7.1 等边棱镜
10.7.2 恒偏向棱镜
10.7.3 不偏转的色散棱镜
10.8 非成像棱镜
参考文献
第11章 基本的光学系统和简单照相镜头
11.1 光学系统分类
11.2 放大镜和单片成像镜头
11.2.1 放大镜
11.2.2 双目放大镜
11.2.3 单片成像镜头
11.3 风景镜头
11.4 周视镜头
11.5 消色差风景镜头
11.6 双胶合透镜
11.6.1 未消球差的双胶合透镜
11.6.2 双分离透镜
11.6.3 消球差双胶合透镜
11.6.4 复消色差透镜
11.7 激光准直器
11.8 球面和抛物面反射镜
11.8.1 球面镜的离轴像差
11.8.2 凹球面镜
11.8.3 凹抛物面镜
11.8.4 凸球面镜
11.9 一些反射和折反系统
11.9.1 孟琴反射镜
11.9.2 戴森(Dyson)系统
11.9.3 奥夫纳(Offner)系统
11.10 f-θ透镜
11.11 菲涅耳透镜和伽柏平板
参考文献
第12章 复杂摄影镜头
12.1 引言
12.2 不对称系统
12.2.1 佩兹伐镜头
12.2.2 远摄镜头
12.2.3 库克(Cooke)三片式镜头
12.2.4 天塞(Tessar)镜头
12.3 对称去像散系统
12.3.1 Dagor镜头
12.3.2 分离镜头
12.3.3 双高斯镜头
12.4 可变焦面镜头和变焦镜头
参考文献
第13章 人眼和眼镜
13.1 人眼
13.2 眼镜片
13.3 眼镜片设计
13.3.1 Tscherning椭圆
13.3.2 非球面眼镜片
13.4 楔形镜片
13.5 球柱镜片
参考文献
第14章 天文望远镜
14.1 分辨率和集光能力
14.1.1 衍射效应和大气扰动
14.1.2 望远镜的视觉限制
14.1.3 望远镜的拍摄和CCD限制等级
14.2 双反射式相机镜头和望远镜
14.2.1 双反射镜系统的一阶近似设计
14.2.2 双反射镜望远镜遮光罩
14.3 折反相机镜头
14.3.1 施密特相机镜头
14.3.2 鲍沃斯(Bouwers)相机镜头
14.3.3 鲍沃斯-马克苏托夫相机镜头
14.3.4 去像散同心施密特-卡塞格林相机镜头
14.3.5 平面场去像散施密特-卡塞格林相机镜头
14.4 天文望远镜
14.4.1 牛顿望远镜
14.4.2 卡塞格林望远镜
14.4.3 RC望远镜
14.4.4 达-客(Dall-Kirkham)望远镜
14.4.5 格里(Gregory)望远镜
14.4.6 施密特-卡塞格林望远镜
14.4.7 马克苏托夫-卡塞格林望远镜
14.4.8 折轴焦点结构和内氏焦点结构
14.5 像场校正镜
14.5.1 单视场致平器
14.5.2 罗斯(Ross)校正器
14.5.3 韦恩(Wynne)校正器
14.5.4 非球面校正器
14.6 多镜面望远镜
14.7 主动光学和自适应光学
参考文献
第15章 目视系统和无焦系统
15.1 目视光学系统
15.1.1 在目视光学系统中出瞳的位置
15.1.2 人眼的光学模型
15.2 望远系统的基本原理
15.3 无焦系统
15.4 目视望远镜
15.4.1 伽利略望远镜
15.4.2 含正像目镜的望远镜
15.4.3 含倒像棱镜的望远镜
15.5 望远镜目镜
15.5.1 惠更斯目镜和冉斯登目镜
15.5.2 克耳纳目镜
15.5.3 对称或普罗素目镜
15.5.4 无畸变目镜
15.5.5 埃尔弗目镜
15.6 中继镜和潜望镜
15.6.1 无影检眼镜
15.6.2 内窥镜
参考文献
第16章 显微镜
16.1 显微镜组成
16.2 显微物镜
16.2.1 低倍物镜
16.2.2 李斯特物镜
16.2.3 阿米西物镜
16.2.4 油浸物镜
16.2.5 其他类型的物镜
16.2.6 反射式物镜
16.2.7 紧凑型读写镜头
16.3 显微目镜
16.3.1 惠更斯目镜
16.3.2 广角目镜
16.4 显微镜照明
参考文献
第17章 投影系统
17.1 成像投影仪
17.2 投影仪的主要元件
17.2.1 灯
17.2.2 聚光镜
17.2.3 投影镜头
17.3 投影仪中的相干效应
17.4 变形投影
17.5 幻灯片和电影投影仪
17.6 高射投影仪
17.7 轮廓投影仪
17.8 电视投影仪
17.9 液晶电脑和家庭影院投影仪
参考文献
第18章 镜头设计优化
18.1 基本原则
18.2 优化方法
18.3 格拉策尔自适应法
18.4 约束阻尼最小二乘优化法
18.4.1 问题线性化
18.4.2 使用拉格朗日乘数法
18.4.3 矩阵形式
18.4.4 矩阵解的数值计算
18.4.5 使用权重因子
18.5 评价函数和边界条件
18.5.1 评价函数
18.5.2 边界条件
18.6 现代光学设计的趋势
18.7 镜头优化程序的流程
18.8 镜头评估程序的实用技巧
18.8.1 曲率、厚度和间隔符号约定
18.8.2 指定曲率或者曲率
18.8.3 指定厚度和间隔
18.8.4 一些有用的技巧
18.9 一些商业镜头设计程序
参考文献
附录
附录A 符号规则和初级像差系数概述
A.1 符号规则
A.2 初级像差系数概述
A.2.1 Conrady形式
A.2.2 数值计算
附录B 光学表面的数学表示
B.1 非球面法线的偏差
B.2 二次曲面的一些参数
B.3 离轴抛物面
B.4 环面和球柱面
参考文献
附录C 光学材料
C.1 光学玻璃
C.2 光学塑料
C.3 红外材料和紫外材料
参考文献
附录D 偏斜光线的精确光线追迹
D.1 精确光线追迹
D.1.1 从第一个表面转换到正切于下一个表面的平面
D.1.2 从正切平面转换到密切球面
D.1.3 从密切球面转换到非球面
D.1.4 在非球面上折射
D.1.5 环形面或者球柱面的折射
D.2 光线追迹结果一览
D.3 倾斜或者偏心表面的光线追迹
参考文献
附录E 镜头设计方面的一些专业书籍
E.1 书籍
E.2 综述文章和一些书籍中的章节
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