本书根据作者和美国光学设计师流行的设计方法，以“简练、实用，凡是计算机能做的尽量交给计算机做”的理念，介绍准直镜、柯克、天塞、双高斯、远摄、反远摄、远心、投影、变焦、广角、显微、红外等各类光学成像系统的设计方法和流程，讨论物理模型的建立、部件选型、高效评价函数的设置，并给出大量的设计实例和ZEMAX设计程序。教学和实践证明，只要认真研读本书有关章节，参考书中的实例，根据合理的技术指标，遵循规范的流程，系统总是沿着最速下降路径平稳快速收敛、自动更换玻璃，能得到性能符合要求、结构紧凑、成本合理的设计结果。
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目录
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第1章 概述 1
1.1 光学成像系统的最新进展 1
1.2 光学玻璃的进展 5
1.3 新一代光学设计软件的开发 7
1.4 近代光学设计的特点 8
1.4.1 传统光学设计 8
1.4.2 近代光学设计理念和设计流程 8
1.4.3 小视场物镜的直接设计 8
1.4.4 etendue分析和光学系统的F-w空间 9
1.4.5 复杂系统设计 10
1.5 像质评价指标和评价函数 11
1.5.1 像差 11
1.5.2 评价函数 12
1.6 本章小结 13
第2章 应用光学基础 14
2.1 引言 14
2.1.1 光学设计和应用光学 14
2.1.2 成像系统的一般模型 14
2.1.3 符号规则 15
2.1.4 理想光学 15
2.2 薄透镜成像、光焦度和偏角公式 17
2.2.1 光线经过薄透镜的折射 17
2.2.2 光焦度与偏角 17
2.2.3 分离薄透镜的偏角公式 19
2.2.4 分离薄透镜设计 20
2.3 光波的波段和材料 21
2.4 光学系统图、视场和孔径 22
2.4.1 光学系统图 22
2.4.2 视场 23
2.4.3 孔径 23
2.4.4 归一化 25
2.5 放大率 25
2.5.1 横向放大率和纵向放大率 25
2.5.2 角放大率 26
2.6 焦深 27
2.6.1 离焦 27
2.6.2 衍射极限成像系统的焦深 28
2.6.3 物方焦深和像方焦深 29
2.7 光学系统的基面和基点 29
2.7.1 主平面、焦平面和节平面 29
2.7.2 透镜 30
2.7.3 透镜的基点和基面 31
2.8 光阑、光瞳和渐晕 32
2.8.1 光阑和光瞳 32
2.8.2 光阑的直径和弥散 32
2.8.3 光阑的位置和渐晕 33
2.9 光度学基础：成像系统像面的照度 35
2.9.1 辐射通量和光通量 35
2.9.2 发光强度和亮度 36
2.9.3 余弦发射体 36
2.9.4 光学系统像的轴上点的亮度和照度 37
2.9.5 光学系统轴外像点的照度 38
2.9.6 相对照度的余弦四次方定律与软件计算结果的比对 41
2.9.7 倾斜安置监控物镜的照度估算实例 42
2.10 光通量传递的etendue分析 43
2.11 本章小结 44
第3章 成像信息的传递和像质评价 45
3.1 引言 45
3.2 衍射极限系统和近衍射极限系统 45
3.2.1 衍射极限系统 45
3.2.2 近衍射极限系统 46
3.3 光线追迹 47
3.3.1 主光线和点扩散函数 47
3.3.2 上光线、下光线和“大光线” 48
3.4 球差和纵向色差 48
3.4.1 球差 48
3.4.2 纵向色差 50
3.5 轴外像差 51
3.5.1 彗差 52
3.5.2 场曲和像散 52
3.5.3 畸变 56
3.5.4 横向色差 56
3.6 特性曲线和弥散斑图(点列图) 57
3.6.1 光线的扇形分布和特性曲线 57
3.6.2 弥散斑图 59
3.7 光学传递函数 59
3.7.1 声音频率和图像频率 59
3.7.2 衍射极限系统的光学传递函数 61
3.7.3 用光学传递函数来评价像质 62
3.8 高斯型弥散斑的传递函数、半峰全宽和分辨率 63
3.8.1 贝塞尔函数的积分公式 63
3.8.2 弥散斑的RMS半径 63
3.8.3 弥散斑的半峰全宽和分辨率 64
3.8.4 MTF的解析表达式 65
3.8.5 1/e2带宽 65
3.8.6 等效带宽 66
3.9 像素探测器阵列CCD、CMOS和器件截止频率 68
3.10 光学信号的etendue分析 69
3.10.1 空间带宽积和一维etendue分析 69
3.10.2 探测器和光学系统的etendue匹配 70
3.10.3 光学系统的etendue指标 71
3.11 本章小结 71
参考文献 71
第4章 双胶合和双分离消色差物镜 72
4.1 双胶合消色差物镜 72
4.1.1 双胶合消色差物镜简介 72
4.1.2 球差和纵向色差 73
4.1.3 弥散斑和轴外像差 74
4.2 双胶合消色差物镜的信息量和定义区间 75
4.3 初级球差和高级球差 76
4.4 双胶合消色差物镜设计方法 77
4.4.1 流行的设计方法 77
4.4.2 设计指标四要素：“适用波段、相对孔径、视场和焦距” 77
4.4.3 双胶合物镜对像差的校正 77
4.4.4 焦距缩放 78
4.4.5 设计实例 78
4.5 评价函数的“SPHERICAL”(球差校正)模块和“ACHROMATIC”(色差校正)模块 80
4.5.1 焦距EFFL 80
4.5.2 “ACHROMATIC”(色差校正)模块 80
4.5.3 “SPHERICAL”(球差校正)模块 82
4.5.4 评价函数第2节“默认评价函数”(default merit function)的弥散斑校正设置 83
4.6 有限共轭距双胶合成像系统设计 83
4.6.1 有限共轭距时关于“孔径”的几个定义 83
4.6.2 有限共轭距双胶合消色差准直镜设计方法 84
4.7 双分离消色差物镜设计 84
4.7.1 双胶合消色差物镜的设计极限 84
4.7.2 双分离消色差物镜设计方法 85
4.8 带棱镜(平板)的双胶合消色差物镜 86
4.8.1 棱镜(平板)的加入 86
4.8.2 HAMMER优化和更换玻璃 87
4.8.3 将平板改为45±反射棱镜 88
4.9 本章小结 89
附录4.1 技术指标、像差曲线和结构参数 90
附录4.2 [DB-2]-SPLIT技术指标、像差曲线和结构参数 96
附录4.3 [DB-5]-PRISM技术指标、像差曲线和结构参数 97
附录4.4 评价函数ACHROMATIC-3 98
第5章 三片及四片式消色差准直镜/望远物镜 99
5.1 引言 99
5.2 光焦度与偏角 99
5.3 “双胶合+单片”物镜与双胶合透镜性能比对 100
5.4 三片及四片式物镜典型设计 101
5.4.1 “2+1”型三片式物镜 101
5.4.2 “1+2”型三片式物镜 102
5.4.3 三胶合和四胶合物镜 103
5.4.4 三分离和四分离物镜 104
5.5 长入瞳距物镜 105
5.6 “双胶合+单片”(“2+1”)物镜设计(I) 107
5.6.1 前后组参数计算 107
5.6.2 设计流程 107
5.7 “双胶合+单片”(“2+1”)物镜设计(II) 109
5.8 分光棱镜的插入操作 110
5.9 带有棱镜的望远系统设计 112
5.9.1 低倍开普勒望远镜 112
5.9.2 低倍开普勒望远镜设计方法 112
5.10 本章小结 114
附录5.1 技术指标、像差曲线和结构参数 115
附录5.2 评价函数 134
第6章 二级光谱和复消色差航摄望远物镜 135
6.1 长焦距双胶合消色差准直镜的二级光谱 135
6.2 二级光谱的波像差 136
6.3 光学玻璃的色散特性和阿贝公式 137
6.3.1 光学玻璃所用的特征谱线 137
6.3.2 中部色散和相对部分色散 137
6.3.3 阿贝公式和反常材料 138
6.4 双胶合复消色差准直镜设计 140
6.5 光学设计的极限 142
附录6 技术指标、像差曲线和结构参数 143
第7章 柯克物镜 152
7.1 有限共轭距成像系统 152
7.2 典型的柯克物镜 153
7.2.1 典型的柯克物镜[CK-A]、[CK-B] 153
7.2.2 柯克物镜的佩茨瓦尔半径 156
7.3 柯克物镜的定义域和F-w空间 156
7.3.1 柯克物镜的参考设计 156
7.3.2 柯克物镜的平场特性分析 156
7.3.3 柯克物镜的定义域和etendue分析 157
7.4 柯克物镜设计 158
7.4.1 无限共轭距柯克物镜设计 158
7.4.2 有限共轭距柯克物镜设计 161
7.4.3 探测器和传递函数 163
7.5 玻璃的选配和演变 163
7.6 近紫外-深红超宽带柯克物镜 165
7.7 柯克物镜的评价函数“FIXED-3A-SIMPLE” 166
7.7.1 角视场模块 166
7.7.2 放大率和焦距模块 167
7.7.3 共轭距、物镜长度、物距、像距和畸变模块 167
7.7.4 中心和边缘厚度边界条件模块 167
7.7.5 “默认评价函数”设置 168
7.7.6 设置评价函数的要点 169
7.8 光阑像差和光线对准操作 169
7.9 本章小结 170
附录7.1 技术指标、像差曲线和结构参数 171
附录7.2 评价函数“FIXED-3A-SIMPLE” 187
第8章 天塞物镜及其变形 188
8.1 引言 188
8.2 典型的天塞物镜 188
8.3 天塞物镜的F-w空间 189
8.4 拦光操作 190
8.5 变形天塞物镜 191
8.6 海利亚物镜 193
8.7 本章小结 194
附录8.1 天塞及其变形物镜技术指标、像差曲线和结构参数 195
附录8.2 评价函数TESSA 212
第9章 双高斯物镜及其变形 213
9.1 引言 213
9.2 单反相机物镜 214
9.3 拦光和斜光束渐晕 215
9.4 换玻璃操作 216
9.5 双高斯物镜的典型设计 217
9.6 双高斯物镜的F-w空间 221
9.7 双高斯扫描仪物镜 222
9.8 双高斯照相机物镜设计 223
9.9 本章小结 225
附录9.1 技术指标、像差曲线和结构参数 226
附录9.2 FIXED-3A-SIMPLE优化函数 244
第10章 有限共轭距近对称成像物镜 245
10.1 引言 245
10.2 有限共轭距成像的理想光学基本公式 245
10.2.1 共轭距L、横向放大率β和焦距f' 245
10.2.2 物高y、像高y'和孔径角 245
10.2.3 偏角公式和光圈数F 246
10.3 全对称成像 246
10.3.1 全对称-1×双高斯型物镜典型设计 246
10.3.2 全对称-1×三片式和四片式物镜典型设计 248
10.3.3 非对称-1×双高斯型物镜典型设计 249
10.4 近对称成像 249
10.4.1 全对称-0.75×物镜[LM-7] 249
10.4.2 全对称-0.82×物镜[LM-8] 250
10.5 -0:5×成像 251
10.5.1 小视场-0.5×物镜[LM-9] 251
10.5.2 中等视场-0.5×物镜[LM-10] 251
10.5.3 小视场高分辨率-0.5×物镜[LM-11] 252
10.6 “等etendue过渡”有限共轭距物镜设计 253
10.6.1 物镜设计指标 253
10.6.2 “等etendue过渡” 254
10.6.3 设计实例 1 254
10.6.4 设计实例 2 255
10.7 本章小结 255
参考文献 256
附录10.1 技术指标、像差曲线和结构参数 257
附录10.2 评价函数 270
第11章 远摄物镜 271
11.1 引言 271
11.2 典型的远摄物镜 272
11.3 单反相机180mm 物镜 276
11.4 远摄物镜的理想光学模型 277
11.4.1 系统构成和归一化坐标 277
11.4.2 偏角公式的修正及“有限共轭距等效F数” 277
11.4.3 前后组焦距计算 278
11.4.4 前后组的相对孔径 280
11.5 远摄型复消色差航拍物镜设计方法 280
11.5.1 参数计算 281
11.5.2 前组设计 281
11.5.3 后组设计 282
11.5.4 合成与优化 282
11.6 光学设计中的物理模型 284
参考文献 285
附录11.1 技术指标、像差曲线和结构参数 286
附录11.2 评价函数TELEPHOTO-APO 296
第12章 反远摄物镜 297
12.1 引言 297
12.2 单反物镜的法兰距和135单反照相物镜 298
12.3 反远摄物镜的典型设计 298
12.4 反远摄物镜的理想光学模型 300
12.4.1 简介 300
12.4.2 前后组焦距 301
12.4.3 前后组相对孔径 301
12.4.4 小结 302
12.5 反远摄物镜的设计方法 303
12.5.1 设计(Ⅰ)——反远摄物镜[RT-3] 303
12.5.2 设计(Ⅱ)——反远摄物镜[RT-4] 307
12.6 本章小结 309
附录12.1 技术指标、像差曲线和结构参数 310
附录12.2 评价函数 320
第13章 双端负镜式广角物镜 321
13.1 引言 321
13.2 结构特点及像差分析 322
13.3 典型的双端负镜式广角物镜 324
13.3.1 视场角112°≤2w≤120°的广角物镜 324
13.3.2 视场角80°≤2w＜113°的广角物镜 325
13.4 广角物镜的定义域和F-w空间 326
13.5 本章小结 327
附录13.1 技术指标、像差曲线和结构参数 328
附录13.2 评价函数 337
第14章 广角和超广角监控监视物镜 338
14.1 引言 338
14.2 监控监视物镜的特点 338
14.3 0.85视场配置和etendue的“占空比” 339
14.3.1 广角物镜[UA-1]-A 339
14.3.2 0.85视场配置和奇异区 340
14.3.3 水平视场角2wH和垂直视场角2wv的计算与控制 342
14.3.4 etendue的“占空比”和图像探测器的利用率 342
14.4 典型超广角监控监视物镜 343
14.4.1 超广角物镜[UA-1]-R 343
14.4.2 超广角物镜[UA-2]-R 343
14.4.3 近红外超广角物镜[UA-4]-R 344
14.4.4 大相对孔径超广角物镜[UA-5]-R 344
14.4.5 超广角物镜[UA-6]-R 345
14.5 水下超广角检测物镜 345
14.6 简约结构系列广角物镜及设计方法 346
14.6.1 典型的简约结构系列物镜 346
14.6.2 简约结构系列物镜的特征 347
14.6.3 简约结构系列物镜的设计方法 348
14.7 “透镜棱边接触”处理 349
14.7.1 “透镜棱边接触”的评价函数 349
14.7.2 透镜边缘接触加工工艺要求 350
14.8 超广角物镜的特殊结构设计 350
14.9 主光线“保角映射”和畸变补偿算法 351
14.9.1 大畸变导致放大率公式失效 351
14.9.2 对称性和主光线的保角映射 351
14.9.3 畸变成像的补偿算法 352
14.9.4 逆问题 353
14.10 本章小结 354
附录14 技术指标、像差曲线和结构参数 355
第15章 投影系统概论和定焦投影物镜 367
15.1 引言 367
15.2 典型的幻灯机放映物镜 368
15.3 照明系统设计 370
15.3.1 照明组件和成像组件的匹配 370
15.3.2 胶片照度均匀性和照度 371
15.3.3 临界匹配条件下照明组件的etendue分析 372
15.4 空间光调制器简介 372
15.4.1 空间光调制器：多媒体与投影仪的接口 372
15.4.2 空间光调制器的主要指标 373
15.5 LCD的原理简介 373
15.6 LCD照明光均匀化功能设计 375
15.7 LCD投影仪 376
15.8 DLP投影仪 377
15.8.1 引言 377
15.8.2 DMD的结构和工作原理 377
15.8.3 顺序颜色模式单板投影仪 379
15.8.4 空间分色模式三板投影仪 379
15.8.5 照明光束的耦合 379
15.9 投影显示的新趋势 380
15.9.1 大屏幕数字影院和手机型(PICO)微型投影仪 380
15.9.2 LED投影仪 381
15.10 投影物镜 381
15.10.1 投影物镜的特点 381
15.10.2 偏置 382
15.11 典型投影物镜 383
15.12 定焦投影物镜的简化理想光学模型 384
15.12.1 引言 384
15.12.2 由主光线偏角公式解出后组焦距和系统视场角 385
15.12.3 由轴上光偏角公式导出前组焦距和F数 385
15.12.4 小结 386
15.13 定焦投影物镜设计 386
15.13.1 设计指标及前后组参数 386
15.13.2 前组设计 387
15.13.3 后组设计 388
15.13.4 合成 388
15.13.5 调用评价函数“PROJECT FIXED FOCUS” 389
15.13.6 优化和HAMMER优化 390
15.14 本章小结 390
参考文献 390
附录15 技术指标、像差曲线和结构参数 391
第16章 变焦投影物镜和多重组态操作 398
16.1 引言 398
16.2 LCD和DLP变焦投影物镜 398
16.2.1 LCD变焦投影物镜[PZ-1] 398
16.2.2 部分偏置 401
16.2.3 DLP变焦投影物镜[PZ-2] 401
16.3 典型的变焦投影物镜 402
16.4 Multi-Configuration 操作和变焦投影物镜设计 404
16.4.1 设计指标 404
16.4.2 定义三组态(3-Config) 404
16.4.3 初始设计——Config 2 404
16.4.4 设置三组态 405
16.4.5 调用、设置评价函数“ZOOM-3CONFIG” 406
16.4.6 扩大变焦范围 406
16.4.7 调用、设置评价函数“ZOOM-9CONFIG” 407
16.4.8 9-Config态的优化 408
16.5 本章小结 408
附录16 技术指标、像差曲线和结构参数 409
第17章 远心物镜 455
17.1 引言 455
17.2 远心物镜和非远心成像 456
17.3 远心物镜的理想光学模型 457
17.3.1 远心物镜的构成 457
17.3.2 轴上大孔径光线 458
17.3.3 最大视场主光线 458
17.3.4 理想光学模型的关系式 458
17.3.5 物方孔径角 460
17.4 远心物镜的设计方法 460
17.4.1 确定系统和前后组参数 460
17.4.2 选择前后组初始结构 460
17.4.3 后组设计流程 461
17.4.4 前组设计 461
17.4.5 合成 462
17.4.6 调用评价函数和优化 463
17.5 典型的远心物镜 463
17.5.1 机器视觉用物方远心物镜 463
17.5.2 像方远心物镜和双方远心物镜 464
17.5.3 超大视场像方远心物镜 464
17.6 测量范围和景深 465
17.6.1 物镜孔径对测区线度的横向限制 465
17.6.2 焦深对测区纵向线度的限制 466
17.6.3 光电混合处理增加测区纵向线度 466
17.7 远心照明 467
17.8 本章小结 467
参考文献 467
附录17.1 技术指标、像差曲线和结构参数 468
附录17.2 评价函数 476
第18章 变焦物镜 477
18.1 引言 477
18.2 变焦物镜结构的特点 478
18.2.1 基本特性 478
18.2.2 结构特点 479
18.3 变焦和补偿 479
18.3.1 变焦物镜[WS-380]和经典变焦-补偿 479
18.3.2 大变焦比物镜[ZM-2]和复杂变焦-补偿 481
18.3.3 超广角变焦物镜[ZM-3]和两间隔调焦-补偿 482
18.4 典型的变焦物镜 483
18.4.1 变焦物镜[ZM-4] 483
18.4.2 紧凑型广角变焦物镜[ZM-5] 484
18.4.3 小型变焦物镜[ZM-6] 484
18.4.4 大变焦比物镜[ZM-7] 485
18.4.5 高清晰度6×ZOOM[ZM-J4]-C 486
18.4.6 大变焦比物镜[ZM-8] 486
18.4.7 大变焦比物镜[ZM-J1]-C 487
18.4.8 大变焦比物镜[ZM-J2]-C 487
18.4.9 高清晰度大变焦比物镜[ZM-J3]-C 488
18.5 变焦物镜的简化模型 488
18.5.1 变焦物镜[WS-380] 488
18.5.2 理想光学模型 489
18.5.3 简化模型 491
18.5.4 小结 493
18.6 变焦物镜的设计实例 493
18.6.1 设计指标 493
18.6.2 望远镜设计 493
18.6.3 后组选择，系统设计及优化 496
18.6.4 变焦比ZR=3的设计结果 498
18.7 变焦比ZR=4和5的物镜设计 498
18.7.1 引言 498
18.7.2 变焦比ZR=4和5的设计结果 498
18.8 变焦曲线的重整化 499
18.9 有限共轭的对焦操作 502
18.10 “-+-”型变焦物镜设计方法 502
18.10.1 引言 502
18.10.2 变焦比ZR=5.0“-+-”型物镜设计流程 503
18.11 变焦物镜技术指标一览表 506
18.12 本章小结 506
参考文献 507
附录18.1 技术指标、像差曲线和结构参数 508
附录18.2 优化函数 542
第19章 fθ扫描物镜 544
19.1 引言 544
19.2 fθ扫描物镜的理想光学模型和特性 545
19.2.1 fθ扫描物镜的理想光学模型 545
19.2.2 fθ扫描物镜的特性 546
19.2.3 fθ扫描物镜[FT-1] 546
19.3 带指示光的双波长扫描物镜 548
19.4 典型的fθ扫描物镜 549
19.5 正交振镜二维扫描物镜 550
19.5.1 二维fθ扫描物镜 550
19.5.2 二维fθ扫描物镜[FT-7] 551
19.6 二维fθ扫描物镜的设计 552
19.6.1 一维fθ扫描物镜初始模型 552
19.6.2 正交振镜插入设置 553
19.6.3 振镜转角设置 554
19.6.4 振镜转角效应的视图 554
19.7 二维fθ扫描物镜的评价函数 555
19.7.1 焦距、物镜长度控制，透镜中心和边缘厚度控制 555
19.7.2 全局坐标系 555
19.7.3 扫描区间模块 556
19.7.4 弥散斑和优化 556
19.7.5 线性 557
19.8 变焦fθ扫描物镜设计 558
19.8.1 变焦fθ扫描物镜[FT-21] 558
19.8.2 变焦fθ扫描物镜设计要点 558
19.9 本章小结 559
参考文献 559
附录19.1 技术指标、像差曲线和结构参数 560
附录19.2 fθ物镜的线性观察 569
附录19.3 fθ物镜的优化函数 570
第20章 目镜 572
20.1 引言 572
20.2 常用目镜 573
20.2.1 早期的目镜 573
20.2.2 凯涅尔目镜 573
20.2.3 对称式目镜 574
20.2.4 无畸变目镜 575
20.2.5 10×简化艾尔弗广角目镜 576
20.3 广角目镜 576
20.3.1 艾尔弗广角目镜 576
20.3.2 变形艾尔弗广角目镜 577
20.3.3 广角小畸变目镜 578
20.4 长镜目距目镜 579
20.4.1 远摄型10×长镜目距目镜 579
20.4.2 变形艾尔弗长镜目距目镜 579
20.4.3 长镜目距目镜[EP-12] 581
20.5 变焦目镜 582
20.6 主光线轮廓控制和目镜设计评价函数 583
20.6.1 大视场像差控制，主光线轮廓控制和镜目距下限控制模块 583
20.6.2 变焦目镜评价函数 584
20.7 目镜和显微物镜的接续(Ⅰ)：光阑像差和Ray Aiming操作 585
20.7.1 目镜和显微物镜的接续 585
20.7.2 系统合成，光阑像差和Ray Aiming操作 585
20.8 目镜和系统的接续(Ⅱ)：加入棱镜和Non-Sequential操作 587
20.8.1 加入棱镜等效平板 587
20.8.2 运用Non-Sequential操作加入棱镜 588
20.8.3 图形图像通过系统的变换 589
20.9 目镜技术参数 590
20.10 本章小结 591
参考文献 591
附录20.1 技术指标、像差曲线和结构参数 592
附录20.2 变焦目镜的评价函数 606
第21章 显微物镜 608
21.1 引言 608
21.2 显微镜的规范 609
21.2.1 共轭距、物镜长度和机械筒长 609
21.2.2 物镜的螺纹、物镜转换器和“定中心齐焦” 610
21.2.3 放大率 610
21.2.4 线视场 611
21.2.5 数值孔径和油浸物镜 611
21.2.6 盖玻片 612
21.2.7 工作距和物镜止动弹簧 612
21.2.8 显微物镜的标识 612
21.3 常规消色差显微物镜 613
21.3.1 引言 613
21.3.2 10×消色差显微物镜 614
21.3.3 40×消色差显微物镜 614
21.3.4 100×消色差油浸显微物镜 615
21.3.5 油浸不晕半球 615
21.3.6 显微物镜的评价函数 616
21.4 佩茨瓦尔(Petzval)半径和视场清晰度比率 617
21.5 40×平场复消色差显微物镜[MS-M21] 618
21.5.1 平场特性 618
21.5.2 复消色差 619
21.6 特殊色散光学玻璃在高级显微物镜中的应用 620
21.7 高倍平场复消色差显微物镜系列 622
21.7.1 100×宽带复消色差油浸物镜[MS-H1] 622
21.7.2 100×半平场复消色差(干)物镜[MS-H2] 622
21.7.3 100×平场复消色差油浸物镜[MS-H3] 623
21.7.4 小结 624
21.8 55×～60×特殊性能显微物镜系列 625
21.8.1 引言 625
21.8.2 55×平场复消色差显微物镜[MS-M2] 625
21.8.3 60×长工作距平场复消色差显微物镜[MS-M3] 625
21.8.4 60×长工作距半平场复消色差显微物镜[MS-M4] 626
21.8.5 采用普通玻璃的60×半平场显微物镜[MS-M5] 627
21.9 40×特殊性能显微物镜系列 627
21.9.1 40×平场复消色差显微物镜 627
21.9.2 40×特长工作距半平场复消色差显微物镜[MS-M8] 628
21.10 12:5×～30×特殊性能显微物镜系列 629
21.10.1 30×复消色差显微物镜[MS-M9] 629
21.10.2 20×平场复消色差显微物镜[MS-M10]和[MS-M11] 630
21.10.3 大视场20×和15×显微物镜 631
21.10.4 结构简约的20×平场复消色差显微物镜[MS-M15] 632
21.10.5 12.5×显微物镜 632
21.11 10×显微物镜系列 634
21.12 低倍显微物镜系列和有限共轭成像 636
21.12.1 引言 636
21.12.2 低倍平场复消色差显微物镜 637
21.12.3 光焦度和偏角分配 638
21.12.4 2×半平场复消色差显微物镜[MS-L12] 638
21.13 无限共轭显微物镜 639
21.13.1 引言 639
21.13.2 高倍无限共轭显微物镜[MS-IF1] 639
21.13.3 中倍无限共轭显微物镜 640
21.14 显微系统和照明组件通过分光镜集成 642
21.14.1 在显微系统中插入45°分光平板 642
21.14.2 聚光组件设计 643
21.14.3 反射镜插入操作 643
21.14.4 聚光组件和显微系统合成 645
21.15 显微物镜设计流程的起源和演变 646
21.15.1 引言 646
21.15.2 20×平场物镜的设计演变 646
21.15.3 10×平场物镜[MS-L1]的设计演变 647
21.16 突破光学衍射极限的超分辨成像技术 648
21.16.1 引言 648
21.16.2 基于单分子定位的超分辨成像 648
21.16.3 基于点扩散函数改造的超分辨成像 649
21.17 本章小结 650
参考文献 651
附录21.1 经典显微物镜技术指标、像差曲线和结构参数 654
附录21.2 高倍显微镜物镜技术指标、像差曲线和结构参数 658
附录21.3 中倍(II)显微物镜技术指标、像差曲线和结构参数 661
附录21.4 中倍(I)显微物镜技术指标、像差曲线和结构参数 672
附录21.5 低倍显微物镜技术指标、像差曲线和结构参数 682
附录21.6 无限共轭显微物镜技术指标、像差曲线和结构参数 696
附录21.7 评价函数 708
第22章 激光耦合--聚光镜 711
22.1 引言 711
22.2 典型的激光耦合镜 711
22.3 激光耦合镜的理想光学模型 714
22.4 激光耦合镜设计方法 714
22.4.1 前组：双胶合透镜+单片镜组设计 715
22.4.2 后组：齐明透镜+平凸透镜设计 715
22.4.3 激光耦合镜系统合成 718
22.4.4 激光分光耦合镜 719
22.5 通用聚光镜设计 719
22.6 本章小结 720
附录22.1 技术指标、像差曲线和结构参数 721
附录22.2 评价函数 727
第23章 激光扩束、整形及激光测距仪设计 729
23.1 引言 729
23.2 激光定倍及连续变倍扩束镜 729
23.2.1 引言 729
23.2.2 变焦过程的主要规律 729
23.2.3 12×激光扩束镜设计 730
23.2.4 8× ～16×连续变比1053nm 激光扩束镜设计 733
23.3 可见光和近紫外～近红外波段消色差扩束镜 737
23.3.1 引言 737
23.3.2 可见光消色差8×扩束镜设计 738
23.3.3 近紫外到近红外(0.23～1.064μm)超宽带扩束镜设计 738
23.4 用非序列模式生成多高斯激光匀光线光源 739
23.4.1 用多个激光束构建多高斯激光匀光线光源 739
23.4.2 用ZEMAX非序列模式设置多高斯激光匀光线光源 741
23.5 利用异形棱镜对激光束整形 744
23.5.1 引言 744
23.5.2 单个棱镜折射的光束放大率函数 744
23.5.3 棱镜对 746
23.5.4 在序列模式下利用表面旋转操作建立棱镜 746
23.5.5 在非序列模式下编写POB文件建立棱镜 750
23.5.6 利用棱镜组合对板条激光放大器光束整形 754
23.6 激光测距仪 757
23.6.1 引言 757
23.6.2 设计指标和主光学系统选型 757
23.6.3 主光学系统设计 759
23.6.4 远程分总(CCD/CMOS分总)设计 760
23.6.5 APD分总设计 761
23.6.6 目镜选择 762
23.6.7 系统合成 763
23.6.8 小结 765
23.7 本章小结 765
第24章 折反系统 766
24.1 引言 766
24.1.1 折反系统的优点 766
24.1.2 中心拦光和MTF修正 766
24.2 折反物镜的宽波段运用 767
24.3 典型的折反物镜 769
24.3.1 “反射镜+透镜”系统 769
24.3.2 “透镜+反射镜”系统 770
24.3.3 探测器位于内部的系统[CA-8] 774
24.3.4 红外折反物镜[CA-9] 775
24.4 卡塞格林型折反物镜设计 776
24.4.1 卡塞格林系统的理想光学模型 776
24.4.2 卡塞格林折反系统设计方法 778
24.5 本章小结 779
附录24.1 技术指标、像差曲线和结构参数 780
附录24.2 评价函数 791
第25章 红外物镜 793
25.1 红外材料 793
25.2 覆盖近紫外、可见光到红外的准直物镜 797
25.2.1 覆盖0.532～1.064μm波段的复消色差物镜 797
25.2.2 覆盖0.4～5.35μm的超宽波段准直物镜 798
25.3 波长3～5μm窗口的红外物镜 798
25.4 波长8～14μm窗口的红外物镜 799
25.4.1 第三窗口两片式准直物镜 799
25.4.2 第三窗口红外物镜 800
25.4.3 第三窗口大相对孔径红外物镜 801
25.4.4 第三窗口无光焦度物镜 802
25.5 覆盖两个以上窗口的红外物镜 803
25.5.1 跨越三个红外窗口的物镜 803
25.5.2 应用波段从近紫外、可见到近红外的物镜 805
25.6 红外接收器件 806
25.7 本章小结 808
参考文献 809
附录25 技术指标、像差曲线和结构参数 810
附录A 光学玻璃 827
A.1 引言 827
A.2 光学玻璃简介以及分类 827
A.3 无色光学玻璃的主要参数 827
A.4 光学玻璃近年来的进展 829
附录B 光学加工和在线测量 831
B.1 光学加工工艺 831
B.1.1 引言 831
B.1.2 古典加工工艺流程 831
B.1.3 一般高速加工工艺流程 833
B.1.4 现代高速生产线工艺流程 835
B.2 生产制造 837
B.2.1 古典光学加工常用设备及精度 837
B.2.2 一般高速加工常用设备及精度 838
B.2.3 现代高速生产线常用加工设备及精度 839
B.3 光学零件技术要求 843
B.4 光学透镜在线加工检验 845
B.4.1 光学样板(标准样板、工作样板)加工及公差 845
参考文献 848
附录C 光学镀膜 849
C.1 引言 849
C.2 常见的光学镀膜种类 849
C.3 常见的镀膜制备方法 850
C.3.1 真空蒸发镀膜 850
C.3.2 溅射镀膜 851
C.4 与光学镜头设计相关的镀膜 852
C.4.1 剩余反射和减反射膜 852
C.4.2 入射角度 852
C.4.3 性能和成本评估 853
C.4.4 损伤阈值 854
C.4.5 憎水膜及硬碳膜 854
附录D 光学元件的测量 855
D.1 光学棱镜角度测量 855
D.1.1 光学棱镜(包括屋脊棱镜)车间测量方法 855
D.1.2 光学棱镜实验室测量 855
D.1.3 光学元件平行度θ的测量 856
D.1.4 直角棱镜工作角的测量 857
D.2 光学元件面形测量 858
D.2.1 小型光学元件面形测量 858
D.2.2 大型光学元件 860
D.3 光学系统常用光学参数的测量 861
D.3.1 焦距的测量 861
D.3.2 视场检测 862
D.3.3 像质测量 863
D.3.4 光学传递函数 869
参考文献 870
附录E 反射棱镜 871
E.1 反射棱镜对图像的变换 871
E.2 反射棱镜对光轴的折转和平移 871
E.3 反射棱镜展开为平板 872
E.4 反射棱镜的主要参数 873
E.5 插入棱镜操作 873
E.6 斯密特屋脊棱镜的构建和插入操作 875
E.6.1 引言 875
E.6.2 斯密特屋脊棱镜几何 875
E.6.3 编写斯密特屋脊棱镜的 POB 文件 876
E.6.4 调用斯密特屋脊棱镜的实例 878
E.7 棱镜的“光学平行差”和屋脊棱镜的“双像差” 879
E.7.1 棱镜的“光学平行差” 879
E.7.2 屋脊棱镜的“双像差” 879
E.8 直角棱镜的插入操作 880
E.9 图像变换判则 881
附录F 光栅、DMD和微透镜阵列 883
F.1 光栅 883
F.1.1 引言 883
F.1.2 衍射光栅面的创建步骤 884
F.1.3 光栅设计实例：双光栅结构设计 884
F.2 DMD 889
F.3 微透镜阵列 890
F.3.1 引言 890
F.3.2 设计案例 891
F.4 小结 894
附录G 光楔对和光束方向微调 895
G.1 引言 895
G.2 光楔的构建 895
G.3 弥散斑和彗差 897
G.4 透镜数据表和程序 897
G.5 结论 898
附录H 公差设定 899
H.1 引言 899
H.2 ZEMAX的公差操作项 899
H.2.1 关于材料的操作项 899
H.2.2 透镜表面光圈和局部误差 899
H.2.3 间隔和透镜厚度公差 899
H.2.4 与表面有关的误差操作项 899
H.2.5 元件的ZEMAX公差 901
H.2.6 小结 902
H.3 ZEMAX公差的设定实例 903
H.3.1 引言 903
H.3.2 中高级光学系统推荐公差表 904
H.3.3 运行Tolerancing 904
H.3.4 转换为加工公差及第一次修正 905
H.3.5 进一步修正 907
H.3.6 装配修正 908
H.4 小结 908
附录I 透镜加工图纸示例 909
参考书目 914
索引 915
封底二维码包含的内容目录 919
后记 926
京公网安备 11010102004214号