光学设计手册 原书第3版pdf电子书版本下载

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第1章 几何光学原理 1

1.1光的波动性与费马原理 1

1.2反射和折射定律 6

1.2.1反射定律 6

1.2.2折射定律 7

1.2.3折射定律的矢量形式 8

1.3基本子午光线追迹方程组 8

1.3.1子午光线追迹的L-U方法 11

1.3.2子午光线追迹的Q-U方法 11

1.4高斯光学或者一阶光学 12

1.5成像 14

1.6孔径光阑、光瞳和主光线 16

1.7德拉诺关系 20

1.8光学正弦定理 20

1.9拉格朗日不变量 22

1.10赫歇尔不变量和成像放大率 23

参考文献 25

第2章 薄透镜和球面镜 26

2.1薄透镜 26

2.2薄透镜的成像公式 28

2.3薄透镜的节点 29

2.4会聚透镜的成像 30

2.5发散透镜的成像 30

参考文献 31

第3章 透镜组和厚透镜 32

3.1焦距和光焦度 32

3.2厚透镜或透镜系统的成像 33

3.3基点 34

3.4倾斜或弯曲物体的成像 36

3.5厚透镜 38

3.6薄透镜系统 40

3.7薄透镜系统中的拉格朗日-亥姆霍兹不变式 42

3.8物或者光阑的平移效应 43

3.8.1光阑的移动 43

3.8.2物和像平面的移动 44

3.9德拉诺y-y图 45

3.9.1光阑的移动 47

3.9.2物和像的移动 47

参考文献 48

第4章 色差 50

4.1引言 50

4.2近轴色差（位置色差） 51

4.2.1薄透镜的近轴色差 52

4.2.2消色差双胶合透镜 53

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） 54

4.2.4同种材料制造的两块透镜校正轴向色差 54

4.2.5色球差 56

4.3用D-d方法消色差 57

4.4二级光谱 58

4.5倍率色差 60

4.5.1光阑位置对色差的影响 61

4.5.2倍率色差的校正 62

4.5.3同种材料制造的透镜校正倍率色差 64

参考文献 65

第5章 球差 67

5.1球差计算 67

5.2初级球差 70

5.2.1薄透镜的球差 72

5.2.2薄透镜系统 75

5.2.3会聚光通过平行平面板的球差 75

5.3非球面 76

5.4非球面的球差 76

5.5无球差的面 77

5.5.1折射球面 77

5.5.2二次曲面的反射 78

5.5.3笛卡儿卵形 78

5.6球差的多项式展开 79

5.7高阶球差 82

5.8用梯度折射率校正球差 84

参考文献 85

第6章 单色轴外像差 86

6.1介绍 86

6.1.1轴外像差介绍 86

6.1.2倾斜光线 87

6.1.3轴外像差定义 90

6.2佩兹伐场曲 91

6.3彗差 93

6.3.1反正弦条件 93

6.3.2每个面的彗差贡献 95

6.3.3单个薄透镜的彗差 95

6.4像散 96

6.4.1 Coddington方程 97

6.4.2佩兹伐场曲和像散间的关系 100

6.4.3有彗差和像散的像 101

6.5齐明面 105

6.5.1球面透镜的齐明面 105

6.5.2 Wassermann-Wolf齐明面 106

6.6畸变 106

6.7齐明面上的轴外像差 108

6.8对称原则和Bow-Sutton条件 110

6.9光阑平移方程 111

6.10光瞳像差 113

参考文献 114

第7章 像差多项式和高阶像差 117

7.1光学系统中的波面 117

7.2几何像差和波像差 117

7.3波像差多项式 118

7.3.1共轴系统的霍普金斯波像差多项式 119

7.3.2共轴系统的Kingslake波像差多项式 121

7.3.3共轴系统的塞德尔波像差多项式 123

7.3.4共轴系统的高阶Buchdahl像差多项式 123

7.3.5非共轴对称系统的波像差多项式 126

7.4泽尼克多项式 128

7.5波面变形拟合到多项式 132

7.6高斯函数阵列表示波面 133

7.7折射面的波像差 134

7.8反射面的波像差 139

7.9 Aldis理论 142

参考文献 143

第8章 光学系统的计算机评估 145

8.1横向像差多项式 145

8.1.1轴向像差曲线 146

8.1.2子午像差曲线 147

8.1.3弧矢像差曲线 148

8.2横向像差的H.H.Hopkins， Seidel和Buchdahl系数 150

8.2.1球差 150

8.2.2彗差 150

8.2.3像散 151

8.2.4畸变 152

8.3子午光线的追迹和光阑位置的分析 153

8.4点列图 155

8.4.1几何光点尺寸 155

8.4.2径向能量分布 158

8.5波阵面的形变 159

8.5.1通过横向像差计算 159

8.5.2通过光程直接计算 159

8.5.3 Conrady方法计算波阵面的形变 161

8.6点扩散函数和线扩散函数 162

8.7光学传递函数 164

8.8像差的容限 165

参考文献 166

第9章 光学系统中的衍射 168

9.1惠更斯-菲涅耳原理 168

9.2菲涅耳衍射 169

9.3夫琅禾费衍射 171

9.3.1圆形孔径 172

9.3.2环形孔径 173

9.4存在像差的衍射像 174

9.5斯特列尔比 175

9.6光学传递函数 176

9.7分辨率标准 179

9.8高斯光束 181

参考文献 182

第10章 棱镜 185

10.1展开图 185

10.2偏转光束 185

10.3图像变换 186

10.4棱镜的偏转和变换 188

10.4.1偏转棱镜 188

10.4.2反射系统 189

10.5保向变换棱镜 191

10.5.1上下镜像和左右镜像棱镜 191

10.5.2转像棱镜组 192

10.6分束棱镜 195

10.7色散棱镜 195

10.7.1等边棱镜 196

10.7.2恒偏向棱镜 197

10.7.3不偏转的色散棱镜 198

10.8非成像棱镜 199

参考文献 199

第11章 基本的光学系统和简单照相镜头 201

11.1光学系统分类 201

11.2放大镜和单片成像镜头 202

11.2.1放大镜 202

11.2.2双目放大镜 204

11.2.3单片成像镜头 206

11.3风景镜头 209

11.4周视镜头 211

11.5消色差风景镜头 212

11.6双胶合透镜 214

11.6.1未消球差的双胶合透镜 214

11.6.2双分离透镜 217

11.6.3消球差双胶合透镜 219

11.6.4复消色差透镜 220

11.7激光准直器 220

11.8球面和抛物面反射镜 222

11.8.1球面镜的离轴像差 223

11.8.2凹球面镜 224

11.8.3凹抛物面镜 226

11.8.4凸球面镜 227

11.9一些反射和折反系统 229

11.9.1孟琴反射镜 229

11.9.2戴森（Dyson ）系统 230

11.9.3奥夫纳（Offner）系统 231

11.10 f-θ透镜 231

11.11菲涅耳透镜和伽柏平板 232

参考文献 233

第12章 复杂摄影镜头 235

12.1引言 235

12.2不对称系统 236

12.2.1佩兹伐镜头 236

12.2.2远摄镜头 237

12.2.3库克（Cooke）三片式镜头 239

12.2.4天塞（Tessar）镜头 243

12.3对称去像散系统 244

12.3.1 Dagor镜头 244

12.3.2分离镜头 246

12.3.3双高斯镜头 246

12.4可变焦面镜头和变焦镜头 248

参考文献 252

第13章 人眼和眼镜 255

13.1人眼 255

13.2眼镜片 257

13.3眼镜片设计 260

13.3.1 Tscherning椭圆 262

13.3.2非球面眼镜片 263

13.4楔形镜片 264

13.5球柱镜片 265

参考文献 266

第14章 天文望远镜 268

14.1分辨率和集光能力 268

14.1.1衍射效应和大气扰动 268

14.1.2望远镜的视觉限制 269

14.1.3望远镜的拍摄和CCD限制等级 269

14.2双反射式相机镜头和望远镜 270

14.2.1双反射镜系统的一阶近似设计 271

14.2.2双反射镜望远镜遮光罩 273

14.3折反相机镜头 273

14.3.1施密特相机镜头 274

14.3.2鲍沃斯（Bouwers）相机镜头 276

14.3.3鲍沃斯-马克苏托夫相机镜头 277

14.3.4去像散同心施密特-卡塞格林相机镜头 277

14.3.5平面场去像散施密特-卡塞格林相机镜头 278

14.4天文望远镜 280

14.4.1牛顿望远镜 280

14.4.2卡塞格林望远镜 281

14.4.3 RC望远镜 284

14.4.4达-客（Dall - Kirkham）望远镜 286

14.4.5格里（Gregory）望远镜 286

14.4.6施密特-卡塞格林望远镜 287

14.4.7马克苏托夫-卡塞格林望远镜 288

14.4.8折轴焦点结构和内氏焦点结构 289

14.5像场校正镜 289

14.5.1单视场致平器 290

14.5.2罗斯（Ross）校正器 290

14.5.3韦恩（Wynne）校正器 291

14.5.4非球面校正器 291

14.6多镜面望远镜 293

14.7主动光学和自适应光学 294

参考文献 295

第15章 目视系统和无焦系统 299

15.1目视光学系统 299

15.1.1在目视光学系统中出瞳的位置 299

15.1.2人眼的光学模型 300

15.2望远系统的基本原理 301

15.3无焦系统 303

15.4目视望远镜 305

15.4.1伽利略望远镜 306

15.4.2含正像目镜的望远镜 309

15.4.3含倒像棱镜的望远镜 310

15.5望远镜目镜 311

15.5.1惠更斯目镜和冉斯登目镜 312

15.5.2克耳纳目镜 313

15.5.3对称或普罗素目镜 314

15.5.4无畸变目镜 315

15.5.5埃尔弗目镜 316

15.6中继镜和潜望镜 317

15.6.1无影检眼镜 318

15.6.2内窥镜 319

参考文献 320

第16章 显微镜 322

16.1显微镜组成 322

16.2显微物镜 325

16.2.1低倍物镜 327

16.2.2李斯特物镜 327

16.2.3阿米西物镜 329

16.2.4油浸物镜 329

16.2.5其他类型的物镜 330

16.2.6反射式物镜 330

16.2.7紧凑型读写镜头 330

16.3显微目镜 331

16.3.1惠更斯目镜 331

16.3.2广角目镜 334

16.4显微镜照明 335

参考文献 336

第17章 投影系统 338

17.1成像投影仪 338

17.2投影仪的主要元件 339

17.2.1灯 339

17.2.2聚光镜 340

17.2.3投影镜头 340

17.3投影仪中的相干效应 343

17.4变形投影 343

17.5幻灯片和电影投影仪 345

17.6高射投影仪 345

17.7轮廓投影仪 346

17.8电视投影仪 347

17.9液晶电脑和家庭影院投影仪 347

参考文献 348

第18章 镜头设计优化 350

18.1基本原则 350

18.2优化方法 351

18.3格拉策尔自适应法 352

18.4约束阻尼最小二乘优化法 352

18.4.1问题线性化 353

18.4.2使用拉格朗日乘数法 354

18.4.3矩阵形式 355

18.4.4矩阵解的数值计算 356

18.4.5使用权重因子 357

18.5评价函数和边界条件 358

18.5.1评价函数 358

18.5.2边界条件 360

18.6现代光学设计的趋势 361

18.7镜头优化程序的流程 362

18.8镜头评估程序的实用技巧 362

18.8.1曲率、厚度和间隔符号约定 362

18.8.2指定曲率或者曲率 363

18.8.3指定厚度和间隔 364

18.8.4一些有用的技巧 364

18.9一些商业镜头设计程序 364

参考文献 365

附录 368

附录A符号规则和初级像差系数概述 368

A.1符号规则 368

A.2初级像差系数概述 370

A.2.1 Conrady形式 370

A.2.2数值计算 371

附录B光学表面的数学表示 372

B.1非球面法线的偏差 374

B.2二次曲面的一些参数 375

B.3离轴抛物面 376

B.4环面和球柱面 377

参考文献 378

附录C光学材料 379

C.1光学玻璃 379

C.2光学塑料 383

C.3红外材料和紫外材料 384

参考文献 384

附录D偏斜光线的精确光线追迹 385

D.1精确光线追迹 385

D.1.1从第一个表面转换到正切于下一个表面的平面 385

D.1.2从正切平面转换到密切球面 386

D.1.3从密切球面转换到非球面 388

D.1.4在非球面上折射 390

D.1.5环形面或者球柱面的折射 391

D.2光线追迹结果一览 391

D.3倾斜或者偏心表面的光线追迹 393

参考文献 395

附录E镜头设计方面的一些专业书籍 395

E.1书籍 395

E.2综述文章和一些书籍中的章节 397