工程光學(xué)設(shè)計（第3版）

目 錄
第1部分 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)
第1章 光學(xué)設(shè)計概述 （2）
1．1 現(xiàn)代光學(xué)儀器對光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的要求 （2）
1．1．1 儀器對光學(xué)系統(tǒng)性能與質(zhì)量的要求 （2）
1．1．2 光學(xué)系統(tǒng)對使用要求的滿足程度 （2）
1．1．3 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性 （3）
1．2 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計概述 （4）
1．2．1 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的一般過程和步驟 （4）
1．2．2 光學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計 （4）
1．2．3 光學(xué)系統(tǒng)的具體設(shè)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(xué)系統(tǒng)和平面光學(xué)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(yuǎn)雙分離正負(fù)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(xué)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(shè)計技巧 （32）
2．8 光學(xué)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(zhǔn)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(xué)傳遞函數(shù) （39）
第2部分 光學(xué)部件與系統(tǒng)設(shè)計
第3章 代數(shù)法求解光學(xué)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(shè)計和計算 （46）
3．2．1 基于PW法的單片透鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 （46）
3．2．2 單片透鏡初始結(jié)構(gòu)的簡易設(shè)計 （51）
3．3 雙膠薄透鏡初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算 （52）
3．3．1 雙膠薄透鏡物在無限遠(yuǎn)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(shè)計和計算 （58）
3．4 兩組雙膠物鏡初始結(jié)構(gòu)的設(shè)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(shè)計實例：同心不暈透鏡初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 （66）
第4章 典型光學(xué)部件設(shè)計 （68）
4．1 望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計 （68）
4．1．1 望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)類型 （68）
4．1．2 雙膠合、雙分離物鏡設(shè)計 （70）
4．1．3 攝遠(yuǎn)物鏡設(shè)計 （72）
4．2 顯微物鏡設(shè)計 （74）
4．2．1 顯微物鏡概述 （74）
4．2．2 顯微物鏡的光學(xué)特性 （74）
4．2．3 顯微物鏡結(jié)構(gòu)的基本類型 （77）
4．2．4 設(shè)計顯微物鏡時應(yīng)校正的像差 （80）
4．2．5 消色差顯微物鏡設(shè)計 （81）
4．2．6 長工作距離平場顯微物鏡設(shè)計 （82）
4．2．7 復(fù)消色差光路追跡機(jī)理與平場復(fù)消色差顯微物鏡設(shè)計 （86）
4．2．8 平場半復(fù)消色差顯微物鏡設(shè)計 （95）
4．3 目鏡設(shè)計 （102）
4．3．1 目鏡的光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)類型 （102）
4．3．2 目鏡設(shè)計要點 （104）
4．3．3 普通目鏡設(shè)計 （105）
4．3．4 借助價值工程（VE）優(yōu)化廣角目鏡設(shè)計 （108）
4．3．5 顯微攝影光學(xué)系統(tǒng)及攝影目鏡設(shè)計 （109）
4．4 照相物鏡設(shè)計 （113）
4．4．1 照相物鏡的光學(xué)特性和結(jié)構(gòu)形式 （113）
4．4．2 照相物鏡設(shè)計的一般方法 （120）
4．4．3 照相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭設(shè)計 （121）
4．5 投影物鏡設(shè)計 （124）
4．5．1 投影物鏡光學(xué)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(shè)計 （126）
4．5．4 電影放映物鏡設(shè)計 （128）
4．6 CCD圖像傳感器成像物鏡設(shè)計 （129）
4．6．1 CCD成像物鏡的光學(xué)性能和設(shè)計要點 （129）
4．6．2 顯微電視CCD攝錄接口的設(shè)計 （130）
4．6．3 高清CCTV成像物鏡設(shè)計 （131）
4．7 遠(yuǎn)心物鏡設(shè)計 （139）
4．7．1 遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)概述 （139）
4．7．2 遠(yuǎn)心物鏡的簡易設(shè)計――光闌位置的一維優(yōu)化 （140）
4．7．3 設(shè)計實例：生物顯微鏡多功能光電質(zhì)檢儀遠(yuǎn)心物鏡設(shè)計 （142）
第5章 典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （146）
5．1 概述 （146）
5．2 普通生物顯微鏡成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （146）
5．2．1 顯微鏡成像簡述 （146）
5．2．2 顯微光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法和要求 （147）
5．2．3 顯微光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化 （147）
5．2．4 顯微光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計要點 （148）
5．2．5 設(shè)計實例：設(shè)計?max?1 600×生物顯微鏡光學(xué)系統(tǒng) （149）
5．3 無限遠(yuǎn)像距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （156）
5．3．1 概述 （156）
5．3．2 無限遠(yuǎn)像距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計要點 （158）
5．3．3 設(shè)計實例：設(shè)計?max?320×特種顯微鏡無限遠(yuǎn)像距光學(xué)系統(tǒng) （160）
5．4 照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)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(xué)設(shè)計 （169）
5．4．5 環(huán)形透鏡暗場落射照明系統(tǒng)設(shè)計 （174）
5．4．6 照明系統(tǒng)設(shè)計中的幾個問題 （178）
5．5 醫(yī)用光學(xué)儀器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （183）
5．5．1 眼底電視光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （183）
5．5．2 基于窄帶濾光片的生化分析儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （187）
5．6 機(jī)器視覺圖像采集系統(tǒng)設(shè)計 （192）
5．6．1 機(jī)器視覺系統(tǒng)概述 （192）
5．6．2 機(jī)器視覺光電檢測原理及光學(xué)系統(tǒng)初步設(shè)計 （193）
5．6．3 設(shè)計實例：大視場高分辨率機(jī)器視覺攝錄物鏡的設(shè)計 （195）
5．7 二次平行光路望遠(yuǎn)光電成像系統(tǒng)的設(shè)計 （199）
5．7．1 望遠(yuǎn)二次平行光路系統(tǒng)光學(xué)原理 （199）
5．7．2 設(shè)計實例：標(biāo)清望遠(yuǎn)光電成像系統(tǒng)設(shè)計 （202）
第6章 變焦距（變倍）光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （205）
6．1 變焦距（變倍）光學(xué)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(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （208）
6．3．1 連續(xù)變倍顯微光學(xué)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(shè)計 （211）
6．3．4 設(shè)計實例：連續(xù)變倍體視顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計 （214）
6．3．5　設(shè)計實例：0．47×～4．7×大變倍比連續(xù)變倍顯微物鏡的設(shè)計 （217）

第3部分 現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計
第7章 激光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （222）
7．1 激光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) （222）
7．1．1 概述 （222）
7．1．2 設(shè)計基礎(chǔ)知識 （222）
7．1．3 激光光學(xué)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(shè)計注意事項 （229）
7．2 高斯光束會聚系統(tǒng)設(shè)計 （229）
7．2．1 激光聚光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)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(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)設(shè)計 （231）
7．3．1 激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)設(shè)計 （231）
7．3．2 半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計 （234）
第8章 光纖光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 （236）
8．1 半導(dǎo)體激光器與光纖直接耦合設(shè)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(xué)元件擴(kuò)束耦合系統(tǒng)設(shè)計 （240）
8．3 光纖-透鏡耦合激光會聚系統(tǒng)設(shè)計 （245）
8．4 光天線-光纖耦合系統(tǒng)設(shè)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(shè)計的要求與設(shè)計理念 （247）
8．4．3 光天線設(shè)計 （248）
8．4．4 設(shè)計實例 （251）
第4部分 光學(xué)設(shè)計實務(wù)
第9章 光學(xué)設(shè)計CAD軟件應(yīng)用基礎(chǔ) （254）
9．1 國內(nèi)外光學(xué)CAD軟件概述 （254）
9．1．1 光學(xué)設(shè)計CAD軟件的發(fā)展歷史 （254）
9．1．2 幾種有代表性的光學(xué)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(yuǎn)共軛距鏡頭文件 （271）
9．4．3 建立有限遠(yuǎn)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(yīng)用實例 （280）
9．5．1 25×消色差顯微物鏡設(shè)計 （280）
9．5．2 15×廣角目鏡設(shè)計 （281）
9．5．3 松納型照相物鏡設(shè)計 （283）
9．5．4 5×激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡設(shè)計 （284）
第10章 光學(xué)零件與光學(xué)制圖 （285）
10．1 光學(xué)材料 （285）
10．1．1 光學(xué)材料簡介 （285）
10．1．2 光學(xué)玻璃 （285）
10．1．3 激光技術(shù)用的光學(xué)材料 （286）
10．1．4 紅外、紫外光學(xué)材料 （288）
10．1．5 光學(xué)薄膜 （290）
10．1．6 光學(xué)塑料 （290）
10．2 光學(xué)制圖（GB 13323－91）標(biāo)準(zhǔn)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(xué)零件材料的要求 （300）
10．4 對光學(xué)零件的加工要求 （301）
10．4．1 光學(xué)零件的表面誤差 （301）
10．4．2 光學(xué)零件外徑及配合公差的給定 （303）
10．4．3 光學(xué)零件的中心厚度及邊緣最小厚度 （304）
10．4．4 光學(xué)零件的厚度公差 （304）
10．4．5 光學(xué)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(xué)零件鍍膜分類、符號及標(biāo)注（JB/T 6179－92） （307）
附錄A 無色光學(xué)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(xiàn) （323）