目錄
第二版前言
第一版序一
第一版序二
第一版前言
第1章 緒論 1
1.1 光學(xué)成像系統(tǒng)的最新進(jìn)展 1
1.2 光學(xué)玻璃的進(jìn)展 8
1.3 新一代光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā) 9
1.4 特制光學(xué)設(shè)計(jì) 10
1.5 近代光學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 14
1.5.1 傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì) 14
1.5.2 近代光學(xué)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)流程 14
1.5.3 小視場(chǎng)物鏡的直接設(shè)計(jì) 14
1.5.4 etendue分析和光學(xué)系統(tǒng)的F-ω空間 15
1.5.5 復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16
1.6 像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)函數(shù) 17
1.6.1 像差 17
1.6.2 評(píng)價(jià)函數(shù) 18
1.7 本章小結(jié) 19
第2章 應(yīng)用光學(xué)基礎(chǔ) 20
2.1 引言 20
2.1.1 光學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用光學(xué) 20
2.1.2 成像系統(tǒng)的一般模型 20
2.1.3 符號(hào)規(guī)則 21
2.1.4 理想光學(xué) 21
2.2 薄透鏡成像、光焦度和偏角公式 23
2.2.1 光線(xiàn)經(jīng)過(guò)薄透鏡的折射 23
2.2.2 光焦度與偏角 23
2.2.3 分離薄透鏡的偏角公式 25
2.2.4 分離薄透鏡設(shè)計(jì) 26
2.3 光波的波段和材料 27
2.4 光學(xué)系統(tǒng)圖、視場(chǎng)和孔徑 28
2.4.1 光學(xué)系統(tǒng)圖 28
2.4.2 視場(chǎng) 29
2.4.3 孔徑 30
2.4.4 歸一化 31
2.5 放大率 31
2.5.1 橫向放大率和縱向放大率 31
2.5.2 角放大率 32
2.6 焦深 33
2.6.1 離焦 33
2.6.2 衍射極限成像系統(tǒng)的焦深 34
2.6.3 物方焦深和像方焦深 35
2.7 光學(xué)系統(tǒng)的基面和基點(diǎn) 35
2.7.1 主平面、焦平面和節(jié)平面 35
2.7.2 透鏡 37
2.7.3 透鏡的基點(diǎn)和基面 37
2.8 光闌、光瞳和漸暈 38
2.8.1 光闌和光瞳 38
2.8.2 光闌的直徑和彌散 39
2.8.3 光闌的位置和漸暈 39
2.9 光度學(xué)基礎(chǔ)：成像系統(tǒng)像面的照度 41
2.9.1 輻射通量和光通量 41
2.9.2 發(fā)光強(qiáng)度和亮度 42
2.9.3 余弦發(fā)射體 43
2.9.4 光學(xué)系統(tǒng)像的軸上點(diǎn)的亮度和照度.43
2.9.5 光學(xué)系統(tǒng)軸外像點(diǎn)的照度 45
2.9.6 相對(duì)照度的余弦四次方定律與軟件計(jì)算結(jié)果的比對(duì) 47
2.9.7 傾斜安置監(jiān)控物鏡的照度估算實(shí)例 49
2.10 光通量傳遞的etendue分析 50
2.11 本章小結(jié) 50
第3章 成像信息的傳遞和像質(zhì)評(píng)價(jià) 51
3.1 引言 51
3.2 衍射極限系統(tǒng)和近衍射極限系統(tǒng) 51
3.2.1 衍射極限系統(tǒng) 51
3.2.2 近衍射極限系統(tǒng) 52
3.3 光線(xiàn)追跡 53
3.3.1 主光線(xiàn)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù) 53
3.3.2 上光線(xiàn)、下光線(xiàn)和 “大光線(xiàn)” 54
3.4 球差和縱向色差 54
3.4.1 球差 54
3.4.2 縱向色差 56
3.5 軸外像差 57
3.5.1 彗差 57
3.5.2 場(chǎng)曲和像散 58
3.5.3 畸變 61
3.5.4 橫向色差 62
3.6 特性曲線(xiàn)和彌散斑圖（點(diǎn)列圖） 63
3.6.1 光線(xiàn)的扇形分布和特性曲線(xiàn) 63
3.6.2 彌散斑圖 64
3.7 光學(xué)傳遞函數(shù)和離焦MTF的解析解 65
3.7.1 聲音頻率和圖像頻率 65
3.7.2 衍射極限系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù) 67
3.7.3 用光學(xué)傳遞函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)像質(zhì) 68
3.7.4 圓孔徑光學(xué)系統(tǒng)離焦傳遞函數(shù)的解析解 69
3.8 高斯型彌散斑的傳遞函數(shù)、半峰全寬和分辨率 72
3.8.1 貝塞爾函數(shù)的積分公式 72
3.8.2 彌散斑的RMS半徑 72
3.8.3 彌散斑的半峰全寬和分辨率 73
3.8.4 MTF的解析表達(dá)式 74
3.8.5 1/e2帶寬 74
3.8.6 等效帶寬 75
3.9 圓出瞳衍射極限系統(tǒng)離焦點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的解析解 77
3.9.1 系統(tǒng)離焦下的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù) 77
3.9.2 會(huì)聚球面波在出瞳的衍射 77
3.9.3 零級(jí)近似（無(wú)離焦）PSF——艾里斑 79
3.9.4 離焦PSF的解析解 79
3.9.5 實(shí)例 81
3.10 像素探測(cè)器陣列CCD、CMOS和器件截止頻率 82
3.11 光學(xué)信號(hào) etendue分析 83
3.11.1 空間帶寬積和一維etendue分析 83
3.11.2 探測(cè)器和光學(xué)系統(tǒng)的etendue 匹配 84
3.11.3 光學(xué)系統(tǒng)的etendue指標(biāo) 85
3.12 橢圓形出瞳和橢圓形艾里斑 86
3.12.1 艾里斑 86
3.12.2 軸外大視場(chǎng)的橢圓形出瞳和橢圓形艾里斑 88
3.12.3 不確定關(guān)系式 90
3.12.4 實(shí)例 91
3.13 中心攔光的艾里斑 91
3.14 光線(xiàn)、光束的概念和激光束的品質(zhì)因子 93
3.14.1 光線(xiàn)的概念 93
3.14.2 激光束的質(zhì)量評(píng)價(jià) 94
3.15 本章小結(jié) 95
參考文獻(xiàn) 95
第4章 雙膠合和雙分離消色差物鏡 96
4.1 雙膠合消色差物鏡 96
4.1.1 雙膠合消色差物鏡簡(jiǎn)介 96
4.1.2 球差和縱向色差 97
4.1.3 彌散斑和軸外像差 98
4.2 雙膠合消色差物鏡的信息量和定義區(qū)間.99
4.3 初級(jí)球差和高級(jí)球差101
4.4 雙膠合消色差物鏡設(shè)計(jì)方法 102
4.4.1 流行的設(shè)計(jì)方法 102
4.4.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)四要素：“適用波段、相對(duì)孔徑、視場(chǎng)和焦距” 102
4.4.3 雙膠合物鏡對(duì)像差的校正 102
4.4.4 焦距縮放 103
4.4.5 設(shè)計(jì)實(shí)例 103
4.5 評(píng)價(jià)函數(shù)的球差校正模塊和色差校正模塊 105
4.5.1 焦距EFFL 105
4.5.2 色差校正模塊 105
4.5.3 球差校正模塊——用橫向像差校正縱向像差 106
4.5.4 彌散斑校正設(shè)置 108
4.6 有限共軛距雙膠合成像系統(tǒng)設(shè)計(jì) 108
4.6.1 有限共軛距時(shí)關(guān)于“孔徑”的幾個(gè)定義 108
4.6.2 有限共軛距雙膠合消色差準(zhǔn)直鏡設(shè)計(jì)方法 109
4.6.3 低倍率有限共軛成像系統(tǒng)的構(gòu)建 109
4.7 雙分離消色差物鏡設(shè)計(jì) 110
4.7.1 雙膠合消色差物鏡的設(shè)計(jì)極限 110
4.7.2 雙分離消色差物鏡設(shè)計(jì) 111
4.8 帶棱鏡（平板）的雙膠合消色差物鏡 113
4.8.1 棱鏡（平板）的加入 113
4.8.2 HAMMER優(yōu)化和更換玻璃 114
4.8.3 將平板改為45反射棱鏡 114
4.9 本章小結(jié) 116
第5章 三片及四片式消色差準(zhǔn)直鏡/望遠(yuǎn)物鏡 117
5.1 引言 117
5.2 光焦度與偏角 117
5.3 “雙膠合+單片”物鏡與雙膠合透鏡性能比對(duì) 118
5.4 三片及四片式物鏡典型設(shè)計(jì) 119
5.4.1 “2+1”型三片式物鏡 119
5.4.2 “1+2”型三片式物鏡 119
5.4.3 三膠合和四膠合物鏡 121
5.4.4 三分離和四分離物鏡 122
5.5 長(zhǎng)入瞳距物鏡 123
5.6 三片式物鏡（“1+2”）設(shè)計(jì) 124
5.6.1 “歸一化”設(shè)計(jì)和前后組參數(shù)計(jì)算 124
5.6.2 設(shè)計(jì)流程 125
5.7 三片式物鏡（“2+1”）設(shè)計(jì) 127
5.8 分光棱鏡的插入操作129
5.9 帶有棱鏡的望遠(yuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 131
5.9.1 低倍開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡 131
5.9.2 低倍開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)方法 132
5.10 本章小結(jié) 133
第6章 二級(jí)光譜和復(fù)消色差航攝望遠(yuǎn)物鏡 134
6.1 長(zhǎng)焦距雙膠合消色差準(zhǔn)直鏡的二級(jí)光譜 134
6.2 二級(jí)光譜的波像差 136
6.3 光學(xué)玻璃的色散特性和阿貝公式 137
6.3.1 光學(xué)玻璃所用的特征譜線(xiàn) 137
6.3.2 中部色散和相對(duì)部分色散 137
6.3.3 阿貝公式和反常材料 138
6.3.4 光學(xué)玻璃的三維空間 140
6.4 雙膠合復(fù)消色差準(zhǔn)直鏡設(shè)計(jì) 141
6.4.1 設(shè)計(jì)方案A：預(yù)先確定正透鏡玻璃為仿CAF2的H-FK95N 141
6.4.2 設(shè)計(jì)方案B：正負(fù)透鏡玻璃完全由ZEMAX軟件任選 143
6.5 遠(yuǎn)攝型復(fù)消色差長(zhǎng)焦物鏡 144
6.6 全局優(yōu)化“各態(tài)歷經(jīng)”和光學(xué)設(shè)計(jì)的極限 145
6.7 本章小結(jié) 146
參考文獻(xiàn) 146
第7章 柯克物鏡 147
7.1 有限共軛距成像系統(tǒng)147
7.2 典型的柯克物鏡 148
7.2.1 典型的柯克物鏡[CK-A]、[CK-B] 148
7.2.2 柯克物鏡的佩茨瓦爾半徑 151
7.3 柯克物鏡的定義域和F-ω空間.151
7.3.1 柯克物鏡的參考設(shè)計(jì) 151
7.3.2 柯克物鏡的平場(chǎng)特性分析 151
7.3.3 柯克物鏡的定義域和etendue分析 152
7.4 柯克物鏡設(shè)計(jì) 153
7.4.1 無(wú)限共軛距柯克物鏡設(shè)計(jì) 153
7.4.2 有限共軛距柯克物鏡設(shè)計(jì) 156
7.4.3 探測(cè)器和傳遞函數(shù) 157
7.5 玻璃的選配和演變 158
7.6 近紫外–深紅超寬帶柯克物鏡 160
7.7 柯克物鏡的評(píng)價(jià)函數(shù)161
7.7.1 角視場(chǎng)模塊 161
7.7.2 放大率和焦距模塊 161
7.7.3 共軛距、物鏡長(zhǎng)度、物距、像距和畸變模塊 162
7.7.4 中心和邊緣厚度邊界條件模塊 162
7.7.5 “默認(rèn)評(píng)價(jià)函數(shù)”設(shè)置 163
7.7.6 設(shè)置評(píng)價(jià)函數(shù)的要點(diǎn) 163
7.8 光闌像差和光線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)操作 164
7.9 本章小結(jié) 165
第8章 天塞物鏡及其變形 166
8.1 引言 166
8.2 典型的天塞物鏡 166
8.3 天塞物鏡的F-ω空間168
8.4 攔光操作 169
8.5 變形天塞物鏡 170
8.6 海利亞物鏡 172
8.7 本章小結(jié) 173
第9章 雙高斯物鏡及其變形 174
9.1 引言 174
9.2 單反相機(jī)物鏡 175
9.3 攔光和斜光束漸暈 176
9.4 換玻璃操作 177
9.5 雙高斯物鏡的典型設(shè)計(jì) 178
9.6 雙高斯物鏡的F-ω空間 182
9.7 雙高斯掃描儀物鏡 183
9.8 雙高斯照相機(jī)物鏡設(shè)計(jì) 185
9.9 低倍率變焦雙高斯物鏡設(shè)計(jì) 187
9.10 本章小結(jié) 191
第10章 有限共軛距近對(duì)稱(chēng)成像物鏡 192
10.1 引言 192
10.2 有限共軛距成像的理想光學(xué)基本公式 192
10.2.1 共軛距L、橫向放大率β和焦距f′ 192
10.2.2 物高y、像高y′和孔徑角 192
10.2.3 偏角公式和光圈數(shù)F 193
10.3 全對(duì)稱(chēng)成像 193
10.3.1 全對(duì)稱(chēng)-1×雙高斯型物鏡典型設(shè)計(jì) 193
10.3.2 全對(duì)稱(chēng)-1×三片式和四片式物鏡典型設(shè)計(jì) 195
10.3.3 非對(duì)稱(chēng)-1×雙高斯型物鏡典型設(shè)計(jì) 196
10.4 近對(duì)稱(chēng)成像 196
10.4.1 全對(duì)稱(chēng)-0.75×物鏡[LM-7] 196
10.4.2 全對(duì)稱(chēng)-0.82×物鏡[LM-8] 197
10.5 0.5×成像 198
10.5.1 小視場(chǎng)-0.5×物鏡[LM-9] 198
10.5.2 中等視場(chǎng)-0.5×物鏡[LM-10] 198
10.5.3 小視場(chǎng)高分辨率-0.5×物鏡[LM-11] 199
10.6 “等etendue過(guò)渡”有限共軛距物鏡設(shè)計(jì) 200
10.6.1 物鏡設(shè)計(jì)指標(biāo) 200
10.6.2 “等etendue過(guò)渡”201
10.6.3 設(shè)計(jì)實(shí)例1 201
10.6.4 設(shè)計(jì)實(shí)例2 202
10.7 本章小結(jié) 202
參考文獻(xiàn) 203
第11章 遠(yuǎn)攝物鏡.204
11.1 引言 204
11.2 典型的遠(yuǎn)攝物鏡 205
11.3 單反相機(jī)180mm物鏡 209
11.4 遠(yuǎn)攝物鏡的理想光學(xué)模型 209
11.4.1 系統(tǒng)構(gòu)成和歸一化坐標(biāo) 209
11.4.2 偏角公式的修正及“有限共軛距等效F數(shù)” 210
11.4.3 前后組焦距計(jì)算 211
11.4.4 前后組的相對(duì)孔徑 213
11.5 遠(yuǎn)攝型復(fù)消色差航拍物鏡設(shè)計(jì)方法 213
11.5.1 參數(shù)計(jì)算 214
11.5.2 前組設(shè)計(jì) 214
11.5.3 后組設(shè)計(jì) 215
11.5.4 合成與優(yōu)化 216
11.6 光學(xué)設(shè)計(jì)中的物理模型 217
11.7 本章小結(jié) 218
參考文獻(xiàn) 218
第12章 反遠(yuǎn)攝物鏡 219
12.1 引言 219
12.2 單反物鏡的法蘭距和微單（無(wú)反）照相物鏡 220
12.2.1 單反物鏡的法蘭距 220
12.2.2 微單（無(wú)反）相機(jī)物鏡 221
12.3 反遠(yuǎn)攝物鏡的典型設(shè)計(jì) 222
12.4 反遠(yuǎn)攝物鏡的理想光學(xué)模型 224
12.4.1 簡(jiǎn)介 224
12.4.2 前后組焦距 224
12.4.3 前后組相對(duì)孔徑 225
12.4.4 小結(jié) 226
12.5 反遠(yuǎn)攝物鏡的設(shè)計(jì)方法 227
12.5.1 設(shè)計(jì)（I）——反遠(yuǎn)攝物鏡[RT-3] 227
12.5.2 設(shè)計(jì)（II）——反遠(yuǎn)攝物鏡[RT-4] 230
12.6 本章小結(jié) 232
第13章 反射棱鏡 233
13.1 反射棱鏡對(duì)圖像的變換 233
13.2 反射棱鏡對(duì)光軸的折轉(zhuǎn)和平移 233
13.3 反射棱鏡的等效平板法 234
13.4 反射棱鏡的主要參數(shù) 235
13.5 直角棱鏡的插入操作 236
13.6 幾種典型棱鏡的插入操作 237
13.6.1 單反相機(jī)中五角棱鏡 238
13.6.2 菱形（斜方）棱鏡 240
13.6.3 半五角棱鏡 240
13.7 斯密特屋脊棱鏡的構(gòu)建和插入操作 241
13.7.1 斯密特屋脊棱鏡幾何結(jié)構(gòu) 241
13.7.2 編寫(xiě)斯密特屋脊棱鏡的 POB 文件 243
13.7.3 應(yīng)用斯密特屋脊棱鏡的實(shí)例 245
13.8 普羅棱鏡的插入操作 246
13.9 棱鏡的“光學(xué)平行差”和屋脊棱鏡的“雙像差” 249
13.9.1 棱鏡的“光學(xué)平行差” 249
13.9.2 屋脊棱鏡的 “雙像差” 250
13.10 利用光學(xué)系統(tǒng)圖進(jìn)行圖像變換判別 251
13.11 本章小結(jié) 253
第14章 廣角和超廣角監(jiān)控監(jiān)視物鏡 254
14.1 引言 254
14.2 監(jiān)控監(jiān)視物鏡的特點(diǎn).254
14.3 0.85 視場(chǎng)配置和etendue的“占空比” 255
14.3.1 廣角物鏡[UA-1]-A 255
14.3.2 0.85 視場(chǎng)配置和奇異區(qū) 256
14.3.3 水平視場(chǎng)角2ωH和垂直視場(chǎng)角2ωV的計(jì)算與控制 257
14.3.4 Etendue的“占空比”和圖像探測(cè)器的利用率 258
14.4 典型超廣角監(jiān)控監(jiān)視物鏡 259
14.4.1 超廣角物鏡[UA-1]-R 259
14.4.2 超廣角物鏡[UA-2]-R 259
14.4.3 近紅外超廣角物鏡[UA-4]-R 260
14.4.4 大相對(duì)孔徑超廣角物鏡[UA-5]-R 260
14.4.5 超廣角物鏡[UA-6]-R 261
14.5 水下超廣角檢測(cè)物鏡 261
14.6 簡(jiǎn)約結(jié)構(gòu)系列廣角物鏡及設(shè)計(jì)方法 262
14.6.1 典型的簡(jiǎn)約結(jié)構(gòu)系列物鏡 262
14.6.2 簡(jiǎn)約結(jié)構(gòu)系列物鏡的特征 262
14.6.3 簡(jiǎn)約結(jié)構(gòu)系列物鏡的設(shè)計(jì)方法 263
14.7 “透鏡棱邊接觸”處理 265
14.7.1 “透鏡棱邊接觸”的評(píng)價(jià)函數(shù) 265
14.7.2 透鏡邊緣接觸加工工藝要求 266
14.8 超廣角物鏡的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 266
14.9 主光線(xiàn)“保角映射”和畸變補(bǔ)償算法 267
14.9.1 大畸變導(dǎo)致放大率公式失效 267
14.9.2 對(duì)稱(chēng)性和主光線(xiàn)的保角映射 267
14.9.3 畸變成像的補(bǔ)償算法 268
14.9.4 逆問(wèn)題 269
14.10 雙端負(fù)鏡式廣角物鏡 270
14.10.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及像差分析 271
14.10.2 典型的雙端負(fù)鏡式廣角物鏡 272
14.10.3 廣角物鏡的定義域和F-ω空間 275
14.10.4 小結(jié) 276
14.11 本章小結(jié) 276
第15章 投影系統(tǒng)概論和定焦投影物鏡 277
15.1 引言 277
15.2 典型的幻燈機(jī)放映物鏡 278
15.3 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì) 280
15.3.1 照明組件和成像組件的匹配 280
15.3.2 膠片照度均勻性和照度 281
15.3.3 臨界匹配條件下照明組件的etendue分析 282
15.4 空間光調(diào)制器簡(jiǎn)介 283
15.4.1 空間光調(diào)制器：多媒體與投影儀的接口 283
15.4.2 空間光調(diào)制器的主要指標(biāo) 283
15.5 LCD 的原理簡(jiǎn)介 284
15.6 LCD 照明光均勻化功能設(shè)計(jì) 285
15.7 LCD 投影儀 286
15.8 DLP 投影儀 287
15.8.1 引言 287
15.8.2 DMD的結(jié)構(gòu)和工作原理 287
15.8.3 順序顏色模式單板投影儀 289
15.8.4 空間分色模式三板投影儀 289
15.8.5 照明光束的耦合 290
15.9 投影顯示的新趨勢(shì) 291
15.9.1 大屏幕數(shù)字影院和手機(jī)型（PICO）微型投影儀 291
15.9.2 LED投影儀 291
15.10 投影物鏡 292
15.10.1 投影物鏡的特點(diǎn) 292
15.10.2 偏置 292
15.11 典型投影物鏡 293
15.12 定焦投影物鏡的簡(jiǎn)化理想光學(xué)模型 295
15.12.1 引言 295
15.12.2 由主光線(xiàn)偏角公式解出后組焦距和系統(tǒng)視場(chǎng)角 295
15.12.3 由軸上光偏角公式導(dǎo)出前組焦距和F數(shù) 296
15.12.4 小結(jié) 296
15.13 定焦投影物鏡設(shè)計(jì)296
15.13.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)及前后組參數(shù) 296
15.13.2 前組設(shè)計(jì) 297
15.13.3 后組設(shè)計(jì) 298
15.13.4 合成 299
15.13.5 調(diào)用評(píng)價(jià)函數(shù)“PROJECT FIXED FOCUS”299
15.13.6 優(yōu)化和HAMMER優(yōu)化 300
15.14 本章小結(jié) 300
參考文獻(xiàn) 301
第16章 變焦投影物鏡和多重組態(tài)操作 302
16.1 引言 302
16.2 LCD和DLP變焦投影物鏡 302
16.2.1 LCD變焦投影物鏡[PZ-1] 302
16.2.2 部分偏置 304
16.2.3 DLP變焦投影物鏡[PZ-2] 305
16.3 典型的變焦投影物鏡.306
16.4 Multi-Configuration操作和變焦投影物鏡設(shè)計(jì) 307
16.4.1 設(shè)計(jì)指標(biāo) 307
16.4.2 定義三組態(tài)（3-Config） 308
16.4.3 初始設(shè)計(jì)——Config 2 308
16.4.4 設(shè)置三組態(tài) 309
16.4.5 調(diào)用、設(shè)置評(píng)價(jià)函數(shù)“ZOOM-3CONFIG” 309
16.4.6 擴(kuò)大變焦范圍 310
16.4.7 調(diào)用、設(shè)置評(píng)價(jià)函數(shù)“ZOOM-9CONFIG” 311
16.4.8 9-Config態(tài)的優(yōu)化 312
16.5 本章小結(jié) 313
第17章 遠(yuǎn)心物鏡 314
17.1 引言 314
17.2 遠(yuǎn)心物鏡和非遠(yuǎn)心成像 315
17.3 遠(yuǎn)心物鏡的理想光學(xué)模型 317
17.3.1 遠(yuǎn)心物鏡的構(gòu)成 317
17.3.2 軸上大孔徑光線(xiàn) 317
17.3.3 最大視場(chǎng)主光線(xiàn) 317
17.3.4 理想光學(xué)模型的關(guān)系式 317
17.3.5 物方孔徑角 319
17.3.6 遠(yuǎn)心度 320
17.4 遠(yuǎn)心物鏡的設(shè)計(jì)方法.320
17.4.1 確定系統(tǒng)和前后組參數(shù) 320
17.4.2 選擇前后組初始結(jié)構(gòu) 321
17.4.3 后組設(shè)計(jì)流程 321
17.4.4 前組設(shè)計(jì) 322
17.4.5 系統(tǒng)合成 322
17.4.6 物像雙遠(yuǎn)心鏡頭的結(jié)構(gòu)修正 323
17.4.7 調(diào)用評(píng)價(jià)函數(shù)和優(yōu)化 325
17.5 典型的遠(yuǎn)心物鏡 326
17.5.1 機(jī)器視覺(jué)用物方遠(yuǎn)心物鏡 326
17.5.2 像方遠(yuǎn)心物鏡和雙方遠(yuǎn)心物鏡 326
17.5.3 超大視場(chǎng)像方遠(yuǎn)心物鏡 327
17.6 遠(yuǎn)心度特征量及遠(yuǎn)心鏡頭的測(cè)量范圍 328
17.6.1 遠(yuǎn)心度特征量 328
17.6.2 焦深 330
17.6.3 焦深對(duì)遠(yuǎn)心鏡頭測(cè)區(qū)縱向線(xiàn)度的限制 331
17.6.4 遠(yuǎn)心鏡頭物方焦深計(jì)算 333
17.7 遠(yuǎn)心照明 333
17.8 本章小結(jié) 333
參考文獻(xiàn) 334
第18章 變焦物鏡.335
18.1 引言 335
18.2 變焦物鏡結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 336
18.2.1 基本特性 336
18.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 337
18.3 變焦和補(bǔ)償 337
18.3.1 變焦物鏡[WS-380]和經(jīng)典變焦–補(bǔ)償 337
18.3.2 大變焦比物鏡[ZM-2]和復(fù)雜變焦–補(bǔ)償 339
18.3.3 超廣角變焦物鏡[ZM-3]和兩間隔調(diào)焦–補(bǔ)償 340
18.4 典型的變焦物鏡 341
18.4.1 變焦物鏡[ZM-4] 341
18.4.2 緊湊型廣角變焦物鏡[ZM-5] 342
18.4.3 小型變焦物鏡[ZM-6] 342
18.4.4 大變焦比物鏡[ZM-7] 343
18.4.5 高清晰度 6×ZOOM[ZM-J4]-C 343
18.4.6 大變焦比物鏡[ZM-8] 344
18.4.7 大變焦比物鏡[ZM-J1]-C 345
18.4.8 大變焦比物鏡[ZM-J2]-C 345
18.4.9 高清晰度大變焦比物鏡[ZM-J3]-C 346
18.4.10 高清晰度5×變焦物鏡[ZM-A1] 346
18.5 變焦物鏡的簡(jiǎn)化模型 347
18.5.1 變焦物鏡[WS-380] 347
18.5.2 理想光學(xué)模型 348
18.5.3 簡(jiǎn)化模型 350
18.5.4 小結(jié) 351
18.6 變焦物鏡的設(shè)計(jì)實(shí)例.352
18.6.1 設(shè)計(jì)指標(biāo) 352
18.6.2 望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì) 352
18.6.3 后組選擇、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化 355
18.6.4 變焦比ZR=3的設(shè)計(jì)結(jié)果.357
18.7 變焦比ZR=4和5的物鏡設(shè)計(jì) 357
18.7.1 引言 357
18.7.2 變焦比 ZR=4 和5的設(shè)計(jì)結(jié)果 357
18.8 變焦曲線(xiàn)的重整化 358
18.9 有限共軛的對(duì)焦操作.361
18.10 “+”型變焦物鏡設(shè)計(jì)方法361
18.10.1 引言 361
18.10.2 變焦比ZR=5.0“+”型物鏡設(shè)計(jì)流程 362
18.11 從專(zhuān)利過(guò)渡到設(shè)計(jì)的流程 365
18.11.1 引言 365
18.11.2 技術(shù)指標(biāo) 365
18.11.3 從美國(guó)專(zhuān)利文件中選取初始設(shè)計(jì) 365
18.11.4 以專(zhuān)利4462644A為例導(dǎo)出設(shè)計(jì)流程 366
18.12 變焦物鏡技術(shù)指標(biāo)一覽表 370
18.13 本章小結(jié) 371
參考文獻(xiàn) 371
第19章 fθ掃描物鏡 372
19.1 引言 372
19.2 fθ掃描物鏡的理想光學(xué)模型和特性 373
19.2.1 fθ掃描物鏡的理想光學(xué)模型 373
19.2.2 fθ掃描物鏡的特性 374
19.2.3 fθ掃描物鏡[FT-1] 374
19.3 帶指示光的雙波長(zhǎng)掃描物鏡 376
19.4 典型的fθ掃描物鏡 377
19.5 正交振鏡二維掃描物鏡 378
19.5.1 二維fθ掃描物鏡 378
19.5.2 二維fθ掃描物鏡[FT-7] 379
19.6 二維fθ掃描物鏡的設(shè)計(jì) 380
19.6.1 一維fθ掃描物鏡初始模型 380
19.6.2 正交振鏡插入設(shè)置 381
19.6.3 振鏡轉(zhuǎn)角設(shè)置 382
19.6.4 振鏡轉(zhuǎn)角效應(yīng)的視圖 382
19.7 二維fθ掃描物鏡的評(píng)價(jià)函數(shù) 383
19.7.1 焦距、物鏡長(zhǎng)度控制，透鏡中心和邊緣厚度控制 383
19.7.2 全局坐標(biāo)系 383
19.7.3 掃描區(qū)間模塊 383
19.7.4 彌散斑和優(yōu)化 384
19.7.5 fθ的線(xiàn)性度 385
19.8 變焦fθ掃描物鏡設(shè)計(jì) 386
19.8.1 變焦fθ掃描物鏡[FT-21] 386
19.8.2 變焦fθ掃描物鏡設(shè)計(jì)要點(diǎn) 386
19.9 光學(xué)系統(tǒng)焦距和畸變的一般性定義 387
19.10 本章小結(jié) 388
參考文獻(xiàn) 388
第20章 目鏡 389
20.1 引言 389
20.2 常用目鏡 390
20.2.1 早期的目鏡 390
20.2.2 凱涅爾目鏡 391
20.2.3 對(duì)稱(chēng)式目鏡 391
20.2.4 無(wú)畸變目鏡 392
20.2.5 10×簡(jiǎn)化艾爾弗廣角目鏡 393
20.3 廣角目鏡 394
20.3.1 艾爾弗廣角目鏡 394
20.3.2 變形艾爾弗廣角目鏡 394
20.3.3 廣角小畸變目鏡 395
20.4 長(zhǎng)鏡目距目鏡 396
20.4.1 遠(yuǎn)攝型10×長(zhǎng)鏡目距目鏡 396
20.4.2 變形艾爾弗長(zhǎng)鏡目距目鏡 396
20.4.3 長(zhǎng)鏡目距目鏡[EP-12] 399
20.5 變焦目鏡 399
20.6 主光線(xiàn)輪廓控制和目鏡設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)函數(shù) 401
20.6.1 大視場(chǎng)像差控制，主光線(xiàn)輪廓控制和鏡目距下限控制模塊 401
20.6.2 變焦目鏡評(píng)價(jià)函數(shù) 402
20.7 目鏡和顯微物鏡的接續(xù)（I）：光闌像差和Ray Aiming操作 402
20.7.1 目鏡和顯微物鏡的接續(xù) 402
20.7.2 系統(tǒng)合成，光闌像差和Ray Aiming操作 403
20.8 目鏡和系統(tǒng)的接續(xù)（II）：加入棱鏡和Non-Sequential操作 405
20.8.1 加入棱鏡等效平板 405
20.8.2 運(yùn)用Non-Sequential操作加入棱鏡 405
20.8.3 圖形圖像通過(guò)系統(tǒng)的變換 407
20.9 目鏡技術(shù)參數(shù) 408
20.10 本章小結(jié) 409
參考文獻(xiàn) 409
第21章 顯微物鏡.410
21.1 引言 410
21.2 顯微鏡的規(guī)范 411
21.2.1 共軛距、物鏡長(zhǎng)度和機(jī)械筒長(zhǎng) 411
21.2.2 物鏡的螺紋、物鏡轉(zhuǎn)換器和“定中心齊焦”412
21.2.3 放大率 412
21.2.4 線(xiàn)視場(chǎng) 413
21.2.5 數(shù)值孔徑和油浸物鏡 413
21.2.6 蓋玻片 414
21.2.7 工作距和物鏡止動(dòng)彈簧 414
21.2.8 顯微物鏡的標(biāo)識(shí) 414
21.3 常規(guī)消色差顯微物鏡 415
21.3.1 引言 415
21.3.2 10×消色差顯微物鏡 416
21.3.3 40×消色差顯微物鏡 416
21.3.4 100×消色差油浸顯微物鏡 417
21.3.5 油浸不暈半球 417
21.3.6 顯微物鏡的評(píng)價(jià)函數(shù) 418
21.4 佩茨瓦爾（Petzval）半徑和視場(chǎng)清晰度比率 419
21.5 40×平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡[MS-M21] 420
21.5.1 平場(chǎng)特性 420
21.5.2 復(fù)消色差 421
21.6 特殊色散光學(xué)玻璃在高級(jí)顯微物鏡中的應(yīng)用 422
21.7 高倍平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡系列 424
21.7.1 100×寬帶復(fù)消色差油浸物鏡[MS-H1] 424
21.7.2 100×半平場(chǎng)復(fù)消色差（干）物鏡[MS-H2] 424
21.7.3 100×平場(chǎng)復(fù)消色差油浸物鏡[MS-H3] 425
21.7.4 小結(jié) 427
21.8 55×～60×特殊性能顯微物鏡系列 427
21.8.1 引言 427
21.8.2 55×平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡[MS-M2] 427
21.8.3 60×長(zhǎng)工作距平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡[MS-M3] 428
21.8.4 60×長(zhǎng)工作距半平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡[MS-M4] 428
21.8.5 采用普通玻璃的 60×半平場(chǎng)顯微物鏡[MS-M5] 429
21.9 40×特殊性能顯微物鏡系列 430
21.9.1 40×平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡 430
21.9.2 40×特長(zhǎng)工作距半平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡[MS-M8] 430
21.10 12.5×～30×特殊性能顯微物鏡系列 432
21.10.1 30×復(fù)消色差顯微物鏡[MS-M9] 432
21.10.2 20×平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡[MS-M10] 和[MS-M11] 432
21.10.3 大視場(chǎng)20×和15×顯微物鏡 433
21.10.4 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約的 20×平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡[MS-M15] 434
21.10.5 12.5×顯微物鏡 434
21.11 10×顯微物鏡系列 436
21.12 低倍顯微物鏡系列和有限共軛成像 439
21.12.1 引言 439
21.12.2 低倍平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡 439
21.12.3 光焦度和偏角分配 440
21.12.4 2×半平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡[MS-L12] 440
21.13 無(wú)限共軛顯微物鏡441
21.13.1 引言 441
21.13.2 高倍無(wú)限共軛顯微物鏡[MS-IF1] 442
21.13.3 中倍無(wú)限共軛顯微物鏡 442
21.14 科研和工業(yè)用無(wú)限共軛平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡 444
21.14.1 規(guī)格 444
21.14.2 典型設(shè)計(jì) 445
21.14.3 筒鏡設(shè)計(jì) 446
21.14.4 測(cè)量顯微物鏡設(shè)計(jì)要點(diǎn) 447
21.14.5 測(cè)量顯微物鏡加工和裝配 449
21.15 顯微系統(tǒng)和照明組件通過(guò)分光鏡集成 450
21.15.1 在顯微系統(tǒng)中插入 45分光平板 450
21.15.2 聚光組件設(shè)計(jì) 451
21.15.3 反射鏡插入操作 451
21.15.4 聚光組件和顯微系統(tǒng)合成 453
21.16 顯微物鏡設(shè)計(jì)流程的起源和演變 454
21.16.1 引言 454
21.16.2 20×平場(chǎng)物鏡的設(shè)計(jì)演變 454
21.16.3 10×平場(chǎng)物鏡[MS-L1] 的設(shè)計(jì)演變.455
21.17 突破光學(xué)衍射極限的超分辨成像技術(shù) 456
21.17.1 引言 456
21.17.2 基于單分子定位的超分辨成像 456
21.17.3 基于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)改造的超分辨成像 457
21.18 本章小結(jié) 458
參考文獻(xiàn) 459
第22章 激光耦合--聚光鏡 462
22.1 引言 462
22.2 典型的激光耦合鏡 462
22.3 激光耦合鏡的理想光學(xué)模型 465
22.4 激光耦合鏡設(shè)計(jì)方法 465
22.4.1 前組：雙膠合透鏡+單片透鏡設(shè)計(jì) 466
22.4.2 后組：齊明透鏡+平凸透鏡設(shè)計(jì) 466
22.4.3 激光耦合鏡系統(tǒng)合成 469
22.4.4 激光分光耦合鏡 470
22.5 通用聚光鏡設(shè)計(jì) 470
22.6 非球面激光–光纖輸出準(zhǔn)直鏡設(shè)計(jì) 471
22.6.1 設(shè)計(jì)指標(biāo) 471
22.6.2 光纖輸出非球面準(zhǔn)直鏡設(shè)計(jì) 472
22.7 本章小結(jié) 474
第23章 激光擴(kuò)束、整形及激光測(cè)距儀設(shè)計(jì).476
23.1 引言 476
23.2 激光定倍及連續(xù)變倍擴(kuò)束鏡 476
23.2.1 引言 476
23.2.2 6×激光擴(kuò)束鏡設(shè)計(jì) 477
23.2.3 5×～10×連續(xù)變倍擴(kuò)束鏡設(shè)計(jì) 480
23.2.4 激光束輸出的初級(jí)近似模型 483
23.3 可見(jiàn)光和近紫外 ～ 近紅外波段消色差擴(kuò)束鏡 485
23.3.1 引言 485
23.3.2 可見(jiàn)光消色差8×擴(kuò)束鏡設(shè)計(jì) 486
23.3.3 近紫外到近紅外（0.23～1.064μm）超寬帶擴(kuò)束鏡設(shè)計(jì) 486
23.4 用非序列模式生成多高斯激光勻光線(xiàn)光源 487
23.4.1 用多個(gè)激光束構(gòu)建多高斯激光勻光線(xiàn)光源 487
23.4.2 在 ZEMAX非序列模式下得到激光勻光線(xiàn)光源 490
23.5 利用異形棱鏡對(duì)激光束整形 494
23.5.1 引言 494
23.5.2 單個(gè)棱鏡折射的光束放大率函數(shù) 494
23.5.3 棱鏡對(duì) 496
23.5.4 在序列模式下利用表面旋轉(zhuǎn)操作建立棱鏡 497
23.5.5 在非序列模式下編寫(xiě) POB 文件建立棱鏡 500
23.5.6 利用棱鏡組合對(duì)板條激光放大器光束整形 505
23.6 激光測(cè)距儀 507
23.6.1 引言 507
23.6.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)和主光學(xué)系統(tǒng)選型 508
23.6.3 主光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 510
23.6.4 遠(yuǎn)程分總（CCD/CMOS 分總）設(shè)計(jì) 511
23.6.5 APD 分總設(shè)計(jì) 512
23.6.6 目鏡選擇 513
23.6.7 系統(tǒng)合成 514
23.6.8 小結(jié) 516
23.7 本章小結(jié) 516
第24章 折反系統(tǒng) 517
24.1 引言 517
24.1.1 折反系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 517
24.1.2 中心攔光和 MTF 修正 517
24.2 折反物鏡的寬波段運(yùn)用 518
24.3 典型的折反物鏡 520
24.3.1 “反射鏡+透鏡”系統(tǒng).520
24.3.2 “透鏡+反射鏡”系統(tǒng) 521
24.3.3 探測(cè)器位于內(nèi)部的系統(tǒng)[CA-8] 525
24.3.4 紅外折反物鏡[CA-9] 525
24.4 卡塞格林型折反物鏡設(shè)計(jì) 527
24.4.1 卡塞格林系統(tǒng)的理想光學(xué)模型 527
24.4.2 卡塞格林折反系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 529
24.4.3 無(wú)光焦度型卡塞格林系統(tǒng)設(shè)計(jì) 530
24.5 卡塞格林物鏡應(yīng)用于大功率激光傳遞 533
24.5.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 533
24.5.2 帶準(zhǔn)直鏡的激光–光纖單元 534
24.5.3 變焦調(diào)焦單元 535
24.5.4 卡塞格林物鏡 535
24.5.5 視場(chǎng)設(shè)置 536
24.5.6 焦斑大小和聚焦效果 536
24.5.7 HF 傳遞 537
24.6 本章小結(jié) 538
參考文獻(xiàn) 538
第25章 紅外物鏡.539
25.1 紅外材料 539
25.2 覆蓋近紫外、可見(jiàn)光到紅外的準(zhǔn)直物鏡 542
25.2.1 覆蓋0.532～1.064μm波段的復(fù)消色差物鏡 542
25.2.2 覆蓋0.4～5.35μm的超寬波段準(zhǔn)直物鏡 543
25.3 波長(zhǎng)3～5μm窗口的紅外物鏡 544
25.4 波長(zhǎng)8～14μm窗口的紅外物鏡 545
25.4.1 第三窗口兩片式準(zhǔn)直物鏡 545
25.4.2 第三窗口紅外物鏡 546
25.4.3 第三窗口大相對(duì)孔徑紅外物鏡 547
25.4.4 第三窗口無(wú)光焦度物鏡 548
25.5 覆蓋兩個(gè)以上窗口的紅外物鏡 549
25.5.1 跨越三個(gè)紅外窗口的物鏡 549
25.5.2 應(yīng)用波段從近紫外、可見(jiàn)到近紅外的物鏡 551
25.6 紅外接收器件 552
25.7 本章小結(jié) 554
參考文獻(xiàn) 555
第26章 公差分析及光學(xué)制圖 556
26.1 引言 556
26.2 ZEMAX的公差操作項(xiàng) 556
26.2.1 關(guān)于材料的操作項(xiàng) 557
26.2.2 透鏡表面光圈和局部誤差 557
26.2.3 間隔和透鏡厚度公差 557
26.2.4 與表面有關(guān)的誤差操作項(xiàng) 557
26.2.5 元件的ZEMAX公差 559
26.2.6 小結(jié) 560
26.3 ZEMAX公差分析實(shí)例 561
26.3.1 設(shè)定公差編輯表 561
26.3.2 運(yùn)行公差分析Tolerancing 562
26.3.3 公差分析的修正 563
26.4 ZEMAX 公差轉(zhuǎn)化為加工公差 566
26.4.1 表面傾斜 TSTX（Y）與透鏡中心偏 567
26.4.2 零件橫向位移 TEDX（Y）與透鏡和鏡框的配合公差δ及鏡框的不同心度 S 567
26.4.3 零件傾斜TETX與鏡框端面不垂直度 567
26.4.4 加工公差統(tǒng)計(jì)結(jié)論 567
26.4.5 推薦ZEMAX公差表 568
26.5 光學(xué)制圖 569
26.5.1 光學(xué)制圖標(biāo)準(zhǔn)及一般要求 570
26.5.2 光學(xué)制圖中的工藝要點(diǎn) 571
26.5.3 光學(xué)制圖的詳細(xì)要求 574
26.6 本章小結(jié) 587
參考文獻(xiàn) 587
第27章 鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述 588
27.1 引言 588
27.2 鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 588
27.2.1 透鏡加工不良對(duì)裝配的影響 589
27.2.2 鏡筒或隔圈加工不良對(duì)裝配的影響 591
27.2.3 鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 593
27.3 透鏡接觸界面及單透鏡的安裝 593
27.3.1 透鏡與機(jī)械鏡筒的接觸 593
27.3.2 單透鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安裝 597
27.4 多透鏡的安裝 598
27.4.1 多透鏡間隔的計(jì)算 598
27.4.2 不含運(yùn)動(dòng)組件的鏡組結(jié)構(gòu)示例 600
27.4.3 含運(yùn)動(dòng)部件的鏡組結(jié)構(gòu)示例 604
27.5 本章小結(jié) 608
參考文獻(xiàn) 608
第28章 國(guó)產(chǎn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件 SeeOD 609
28.1 SeeOD軟件簡(jiǎn)介 609
28.2 SeeOD軟件功能 610
28.3 經(jīng)典光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 617
28.3.1 雙高斯照相物鏡設(shè)計(jì) 617
28.3.2 RC（Ritchey-Chretien）系統(tǒng) 620
28.3.3 離軸三反光學(xué)系統(tǒng) 621
28.3.4 棱鏡 622
28.3.5 遠(yuǎn)攝光學(xué)系統(tǒng) 623
28.3.6 反遠(yuǎn)攝光學(xué)系統(tǒng) 624
28.3.7 連續(xù)變倍激光擴(kuò)束鏡 625
28.4 SeeOD 軟件自動(dòng)繪圖 626
28.5 本章小結(jié) 627
附錄A 光學(xué)玻璃 628
A.1 引言 628
A.2 光學(xué)玻璃簡(jiǎn)介以及分類(lèi) 628
A.3 無(wú)色光學(xué)玻璃的主要參數(shù) 629
A.4 光學(xué)玻璃近年來(lái)的進(jìn)展 631
附錄B 光學(xué)鍍膜 632
B.1 引言 632
B.2 常見(jiàn)的光學(xué)鍍膜種類(lèi) 632
B.3 常見(jiàn)的鍍膜制備方法 633
B.3.1 真空蒸發(fā)鍍膜 633
B.3.2 濺射鍍膜 634
B.4 與光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)相關(guān)的鍍膜 635
B.4.1 剩余反射和減反射膜 635
B.4.2 入射角度 635
B.4.3 性能和成本評(píng)估 636
B.4.4 損傷閾值 637
B.4.5 憎水膜及硬碳膜 637
附錄C 封底二維碼包含的內(nèi)容目錄 638
參考書(shū)目 645
索引 646
后記 650