工程光學設計（第3版）

目 錄
第1部分 光學系統(tǒng)設計基礎
第1章 光學設計概述 （2）
1．1 現(xiàn)代光學儀器對光學系統(tǒng)設計的要求 （2）
1．1．1 儀器對光學系統(tǒng)性能與質(zhì)量的要求 （2）
1．1．2 光學系統(tǒng)對使用要求的滿足程度 （2）
1．1．3 光學系統(tǒng)設計的經(jīng)濟性 （3）
1．2 光學系統(tǒng)設計概述 （4）
1．2．1 光學系統(tǒng)設計的一般過程和步驟 （4）
1．2．2 光學系統(tǒng)總體設計 （4）
1．2．3 光學系統(tǒng)的具體設計 （4）
第2章 初級像差理論、像差校正與像質(zhì)評價 （7）
2．1 概述 （7）
2．2 幾何像差 （7）
2．2．1 球差（spherical aberration） （7）
2．2．2 彗差（coma;comatic aberration） （9）
2．2．3 像散與像場彎曲 （10）
2．2．4 畸變（distortion） （12）
2．2．5 色差（chromatic aberration） （14）
2．3 薄透鏡的初級像差理論 （16）
2．3．1 薄透鏡的初級像差普遍公式 （16）
2．3．2 由薄透鏡初級像差普遍公式引出的重要結(jié)論 （17）
2．3．3 規(guī)化條件下的雙膠合透鏡組的色差 （19）
2．4 反射光學系統(tǒng)和平面光學系統(tǒng)的像差理論 （19）
2．4．1 平面反射鏡的像差 （19）
2．4．2 球面反射鏡的像差 （20）
2．4．3 棱鏡或平面平行板的像差 （21）
2．4．4 場鏡的像差 （23）
2．5 厚透鏡初級像差 （24）
2．5．1 厚透鏡焦距的求法 （24）
2．5．2 利用彎月形厚透鏡消場曲SⅣ （24）
2．5．3 分析消場曲的彎月形厚透鏡的其余像差SI、SII、SIII、S1C （26）
2．5．4 遠雙分離正負薄透鏡組消場曲 （26）
2．5．5 用同心不暈彎月形厚透鏡消除球差、彗差及場曲 （27）
2．5．6 用彎月形厚透鏡消除軸上點色差 （27）
2．5．7 鼓形透鏡（雙凸厚透鏡） （27）
2．6 全對稱光學部件的像差 （29）
2．7 像差校正和平衡方法 （31）
2．7．1 引言 （31）
2．7．2 像差校正方法 （31）
2．7．3 像差校正的一些設計技巧 （32）
2．8 光學系統(tǒng)像質(zhì)評價 （33）
2．8．1 幾何像差公差――像差容限 （34）
2．8．2 波像差、瑞利準則和中心亮斑所占能量 （35）
2．8．3 點列圖和能量集中度評價 （36）
2．8．4 分辨率檢驗和星點檢驗 （37）
2．8．5 光學傳遞函數(shù) （39）
第2部分 光學部件與系統(tǒng)設計
第3章 代數(shù)法求解光學部件初始結(jié)構(gòu) （46）
3．1 概述 （46）
3．2 單片薄透鏡初始結(jié)構(gòu)的設計和計算 （46）
3．2．1 基于PW法的單片透鏡的結(jié)構(gòu)設計和計算 （46）
3．2．2 單片透鏡初始結(jié)構(gòu)的簡易設計 （51）
3．3 雙膠薄透鏡初始結(jié)構(gòu)的設計和計算 （52）
3．3．1 雙膠薄透鏡物在無限遠時的P∞、W∞與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系 （52）
3．3．2 對P∞、W∞基本關(guān)系的分析 （53）
3．3．3 基于Shannon法的雙膠合透鏡的設計和計算 （58）
3．4 兩組雙膠物鏡初始結(jié)構(gòu)的設計 （62）
3．4．1 選型 （62）
3．4．2 方案選擇 （62）
3．5 小氣隙雙分透鏡 （63）
3．5．1 雙膠合組變小氣隙雙分透鏡的目的 （63）
3．5．2 小氣隙雙分透鏡能減小高級球差 （63）
3．6 齊明彎月形透鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)求解 （64）
3．6．1 顯微物鏡齊明彎月前組 （64）
3．6．2 聚透鏡第一片齊明透鏡 （66）
3．6．3 設計實例：同心不暈透鏡初始結(jié)構(gòu)的設計計算 （66）
第4章 典型光學部件設計 （68）
4．1 望遠物鏡設計 （68）
4．1．1 望遠物鏡光學特性與結(jié)構(gòu)類型 （68）
4．1．2 雙膠合、雙分離物鏡設計 （70）
4．1．3 攝遠物鏡設計 （72）
4．2 顯微物鏡設計 （74）
4．2．1 顯微物鏡概述 （74）
4．2．2 顯微物鏡的光學特性 （74）
4．2．3 顯微物鏡結(jié)構(gòu)的基本類型 （77）
4．2．4 設計顯微物鏡時應校正的像差 （80）
4．2．5 消色差顯微物鏡設計 （81）
4．2．6 長工作距離平場顯微物鏡設計 （82）
4．2．7 復消色差光路追跡機理與平場復消色差顯微物鏡設計 （86）
4．2．8 平場半復消色差顯微物鏡設計 （95）
4．3 目鏡設計 （102）
4．3．1 目鏡的光學特性與結(jié)構(gòu)類型 （102）
4．3．2 目鏡設計要點 （104）
4．3．3 普通目鏡設計 （105）
4．3．4 借助價值工程（VE）優(yōu)化廣角目鏡設計 （108）
4．3．5 顯微攝影光學系統(tǒng)及攝影目鏡設計 （109）
4．4 照相物鏡設計 （113）
4．4．1 照相物鏡的光學特性和結(jié)構(gòu)形式 （113）
4．4．2 照相物鏡設計的一般方法 （120）
4．4．3 照相機標準鏡頭設計 （121）
4．5 投影物鏡設計 （124）
4．5．1 投影物鏡光學特性 （124）
4．5．2 投影物鏡結(jié)構(gòu)形式以及對像質(zhì)的要求 （125）
4．5．3 投影儀物鏡設計 （126）
4．5．4 電影放映物鏡設計 （128）
4．6 CCD圖像傳感器成像物鏡設計 （129）
4．6．1 CCD成像物鏡的光學性能和設計要點 （129）
4．6．2 顯微電視CCD攝錄接口的設計 （130）
4．6．3 高清CCTV成像物鏡設計 （131）
4．7 遠心物鏡設計 （139）
4．7．1 遠心光學系統(tǒng)概述 （139）
4．7．2 遠心物鏡的簡易設計――光闌位置的一維優(yōu)化 （140）
4．7．3 設計實例：生物顯微鏡多功能光電質(zhì)檢儀遠心物鏡設計 （142）
第5章 典型光學系統(tǒng)設計 （146）
5．1 概述 （146）
5．2 普通生物顯微鏡成像光學系統(tǒng)設計 （146）
5．2．1 顯微鏡成像簡述 （146）
5．2．2 顯微光學系統(tǒng)的設計方法和要求 （147）
5．2．3 顯微光學系統(tǒng)設計的標準化 （147）
5．2．4 顯微光學系統(tǒng)設計要點 （148）
5．2．5 設計實例：設計?max?1 600×生物顯微鏡光學系統(tǒng) （149）
5．3 無限遠像距光學系統(tǒng)設計 （156）
5．3．1 概述 （156）
5．3．2 無限遠像距光學系統(tǒng)設計要點 （158）
5．3．3 設計實例：設計?max?320×特種顯微鏡無限遠像距光學系統(tǒng) （160）
5．4 照明光學系統(tǒng)設計 （162）
5．4．1 概述 （162）
5．4．2 照明系統(tǒng)及其分類 （164）
5．4．3 照明系統(tǒng)外形尺寸計算 （167）
5．4．4 聚光鏡光學設計 （169）
5．4．5 環(huán)形透鏡暗場落射照明系統(tǒng)設計 （174）
5．4．6 照明系統(tǒng)設計中的幾個問題 （178）
5．5 醫(yī)用光學儀器光學系統(tǒng)設計 （183）
5．5．1 眼底電視光學系統(tǒng)設計 （183）
5．5．2 基于窄帶濾光片的生化分析儀光學系統(tǒng)設計 （187）
5．6 機器視覺圖像采集系統(tǒng)設計 （192）
5．6．1 機器視覺系統(tǒng)概述 （192）
5．6．2 機器視覺光電檢測原理及光學系統(tǒng)初步設計 （193）
5．6．3 設計實例：大視場高分辨率機器視覺攝錄物鏡的設計 （195）
5．7 二次平行光路望遠光電成像系統(tǒng)的設計 （199）
5．7．1 望遠二次平行光路系統(tǒng)光學原理 （199）
5．7．2 設計實例：標清望遠光電成像系統(tǒng)設計 （202）
第6章 變焦距（變倍）光學系統(tǒng)設計 （205）
6．1 變焦距（變倍）光學系統(tǒng)原理 （205）
6．2 變焦距物鏡 （206）
6．3 連續(xù)變倍顯微光學系統(tǒng)設計 （208）
6．3．1 連續(xù)變倍顯微光學系統(tǒng)的類型 （208）
6．3．2 典型的連續(xù)變倍顯微鏡 （209）
6．3．3 連續(xù)變倍體視顯微物鏡的設計 （211）
6．3．4 設計實例：連續(xù)變倍體視顯微鏡光學系統(tǒng)的設計 （214）
6．3．5　設計實例：0．47×～4．7×大變倍比連續(xù)變倍顯微物鏡的設計 （217）

第3部分 現(xiàn)代光學系統(tǒng)設計
第7章 激光光學系統(tǒng)設計 （222）
7．1 激光光學系統(tǒng)設計基礎 （222）
7．1．1 概述 （222）
7．1．2 設計基礎知識 （222）
7．1．3 激光光學系統(tǒng)的外形尺寸計算 （225）
7．1．4 通光孔徑的選擇 （226）
7．1．5 聚焦高斯光束的焦點位移 （228）
7．1．6 設計注意事項 （229）
7．2 高斯光束會聚系統(tǒng)設計 （229）
7．2．1 激光聚光光學系統(tǒng)設計思想與實例 （229）
7．2．2 李斯特顯微物鏡激光會聚系統(tǒng) （230）
7．3 高斯光束準直擴束系統(tǒng)設計 （231）
7．3．1 激光準直擴束系統(tǒng)設計 （231）
7．3．2 半導體激光器準直系統(tǒng)設計 （234）
第8章 光纖光學系統(tǒng)設計 （236）
8．1 半導體激光器與光纖直接耦合設計 （236）
8．1．1 概述 （236）
8．1．2 直接耦合光纖端面結(jié)構(gòu)形式及其效率 （237）
8．1．3 尖錐端光纖耦合理論模型 （238）
8．2 微光學元件擴束耦合系統(tǒng)設計 （240）
8．3 光纖-透鏡耦合激光會聚系統(tǒng)設計 （245）
8．4 光天線-光纖耦合系統(tǒng)設計 （247）
8．4．1 自由空間光通信接收系統(tǒng)前端概述 （247）
8．4．2 對光天線設計的要求與設計理念 （247）
8．4．3 光天線設計 （248）
8．4．4 設計實例 （251）
第4部分 光學設計實務
第9章 光學設計CAD軟件應用基礎 （254）
9．1 國內(nèi)外光學CAD軟件概述 （254）
9．1．1 光學設計CAD軟件的發(fā)展歷史 （254）
9．1．2 幾種有代表性的光學CAD軟件簡介 （254）
9．2 OSLO簡介 （255）
9．2．1 OSLO的版本 （255）
9．2．2 OSLO的基本概念 （256）
9．3 OSLO LT6．1用戶界面 （256）
9．3．1 主窗口 （257）
9．3．2 工具條 （257）
9．3．3 面數(shù)據(jù)編輯表 （259）
9．3．4 圖形窗口 （263）
9．3．5 文本窗口 （264）
9．3．6 文件（File）菜單 （265）
9．3．7 透鏡（Lens）菜單 （266）
9．3．8 評價（Evaluate）菜單 （267）
9．3．9 優(yōu)化（Optimize）菜單 （268）
9．3．10 公差（Tolerance）菜單 （268）
9．3．11 光源（Source）菜單 （268）
9．3．12 工具（Tools）菜單 （269）
9．3．13 窗口（Window）菜單 （270）
9．3．14 幫助（Help）菜單 （270）
9．4 OSLO LT6．1基本操作 （270）
9．4．1 OSLO的參數(shù)輸入操作規(guī)定 （271）
9．4．2 建立無限遠共軛距鏡頭文件 （271）
9．4．3 建立有限遠共軛距透鏡文件 （274）
9．4．4 像質(zhì)評價 （275）
9．4．5 優(yōu)化 （277）
9．5 OSLO LT6．1應用實例 （280）
9．5．1 25×消色差顯微物鏡設計 （280）
9．5．2 15×廣角目鏡設計 （281）
9．5．3 松納型照相物鏡設計 （283）
9．5．4 5×激光擴束準直鏡設計 （284）
第10章 光學零件與光學制圖 （285）
10．1 光學材料 （285）
10．1．1 光學材料簡介 （285）
10．1．2 光學玻璃 （285）
10．1．3 激光技術(shù)用的光學材料 （286）
10．1．4 紅外、紫外光學材料 （288）
10．1．5 光學薄膜 （290）
10．1．6 光學塑料 （290）
10．2 光學制圖（GB 13323－91）標準的主要內(nèi)容 （292）
10．2．1 一般規(guī)定 （292）
10．2．2 圖樣要求 （294）
10．3 對光學零件材料的要求 （300）
10．4 對光學零件的加工要求 （301）
10．4．1 光學零件的表面誤差 （301）
10．4．2 光學零件外徑及配合公差的給定 （303）
10．4．3 光學零件的中心厚度及邊緣最小厚度 （304）
10．4．4 光學零件的厚度公差 （304）
10．4．5 光學零件的倒角（GB 1204－75） （305）
10．4．6 透鏡中心誤差（GB7242－87） （306）
10．4．7 光楔 （306）
10．4．8 光學零件鍍膜分類、符號及標注（JB/T 6179－92） （307）
附錄A 無色光學玻璃（GB 903―87） （308）
附錄B 中、德玻璃牌號對照表 （311）
附錄C 單薄透鏡參數(shù)表 （314）
附錄D 冕牌透鏡在前的玻璃組合 （316）
附錄E 火石透鏡在前的玻璃組合 （317）
附錄F 雙膠合透鏡P0，Q0表 （318）
參考文獻 （323）