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第1章 绪论1

1.1 光学设计的发展概况1

1.1.1 光学设计概述1

1.1.2 光学设计的发展概况1

1.2 光学系统设计的具体过程和步骤3

1.2.1 光学系统设计的具体过程3

1.2.2 光学系统设计步骤4

1.3 光学仪器对光学系统性能与质量的要求4

第2章 像差综述6

2.1 轴上点球差6

2.1.1 球差的定义和表示方法6

2.1.2 球差的校正8

2.2 正弦差及彗差11

2.2.1 正弦差11

2.2.2 彗差14

2.3 像散与像面弯曲（场曲）16

2.3.1 像散16

2.3.2 像面弯曲（场曲）和轴外球差18

2.4 畸变21

2.5 色差23

2.5.1 位置色差、色球差和二级光谱23

2.5.2 倍率色差26

2.6 波像差27

第3章 光学系统的像质评价和像差容限29

3.1 几何像差的曲线表示29

3.1.1 独立几何像差的曲线表示29

3.1.2 垂轴几何像差曲线（像差特征曲线）30

3.2 瑞利判断和中心点亮度33

3.2.1 瑞利判断33

3.2.2 中心点亮度34

3.3 分辨率35

3.4 点列图37

3.5 光学传递函数评价成像质量38

3.5.1 利用MTF曲线评价成像质量39

3.5.2 利用MTF曲线的积分值评价成像质量40

3.6 其他像质评价方法40

3.6.1 基于几何光学的方法40

3.6.2 基于衍射理论的方法41

3.6.3 其他需要评价的成像质量42

3.7 光学系统的像差公差43

3.7.1 望远物镜和显微物镜的像差公差44

3.7.2 望远目镜和显微目镜的像差公差45

3.7.3 照相物镜的像差公差45

第4章 光学系统的外形尺寸计算47

4.1 典型光学零件和部件的外形尺寸计算47

4.1.1 光路计算公式47

4.1.2 任意光束截面的渐晕系数48

4.1.3 棱镜转像系统48

4.1.4 透镜转像系统51

4.1.5 场镜的计算53

4.1.6 目镜的视度调节54

4.2 典型光学系统外形尺寸计算55

4.2.1 开普勒望远镜的外形尺寸计算55

4.2.2 伽利略望远镜的外形尺寸计算57

4.2.3 具有透镜转像系统的望远系统外形尺寸计算59

4.2.4 具有棱镜转像系统的望远系统外形尺寸计算60

4.2.5 内调焦望远物镜的外形尺寸计算62

4.2.6 生物显微镜的外形尺寸计算63

4.2.7 读数显微镜的外形尺寸计算65

4.2.8 投影系统的外形尺寸计算67

第5章 光学系统的初始结构计算方法69

5.1 代数法（解析法或PW法）69

5.1.1 PW形式的初级像差系数69

5.1.2 薄透镜系统初级像差的PW表达式70

5.1.3 薄透镜系统的基本像差参量72

5.1.4 双胶合透镜组的￣P∞、￣W∞、￣C I和结构参数的关系77

5.1.5 单透镜的￣P∞、￣W∞、￣CI和结构参数的关系80

5.1.6 用PW方法求初始结构的实例81

5.2 缩放法84

5.2.1 物镜选型85

5.2.2 缩放焦距85

5.2.3 更换玻璃86

5.2.4 估算高级像差87

5.2.5 检查边界条件89

5.2.6 计算举例89

第6章 望远物镜设计93

6.1 望远光学系统93

6.1.1 望远系统的一般特性93

6.1.2 伽利略望远镜和开普勒望远镜95

6.2 望远物镜设计97

6.2.1 望远物镜特点97

6.2.2 望远物镜的类型和设计方法97

第7章 显微镜物镜设计111

7.1 显微镜及其光学特性111

7.1.1 显微镜成像原理111

7.1.2 显微镜中的光束限制112

7.1.3 显微镜的景深114

7.2 显微镜的分辨率和有效放大率116

7.3 显微镜物镜的类型117

7.3.1 消色差物镜117

7.3.2 复消色差物镜119

7.3.3 平像场物镜119

7.3.4 反射和折反射显微镜物镜120

7.4 显微镜物镜的像差校正说明及设计举例121

7.4.1 像差校正说明121

7.4.2 设计举例121

第8章 目镜设计124

8.1 目镜的特点124

8.1.1 目镜的光学特性124

8.1.2 目镜的像差特点125

8.1.3 目镜的视度调节125

8.2 目镜的基本类型126

8.2.1 惠更斯目镜和冉斯登目镜126

8.2.2 凯涅尔目镜127

8.2.3 对称式目镜127

8.2.4 无畸变目镜127

8.2.5 广角目镜128

8.3 目镜设计128

8.3.1 目镜设计原则128

8.3.2 目镜设计实例129

第9章 照相物镜设计146

9.1 照相物镜的光学特性和像差要求146

9.1.1 照相物镜的光学特性146

9.1.2 照相物镜的像差要求149

9.2 照相物镜的基本类型149

9.2.1 常用大孔径物镜149

9.2.2 广角物镜152

9.2.3 长焦物镜156

9.2.4 变焦距物镜156

9.2.5 折反射照相物镜157

9.3 照相物镜设计实例158

第10章 照明光学系统设计163

10.1 照明系统的方式和要求163

10.2 聚光照明系统164

10.3 聚光照明系统的设计165

第11章 轴对称非球面设计概述170

11.1 使用非球面的可能性170

11.2 初级像差理论170

11.3 用单个非球面准确校正球差173

11.4 用单个非球面准确校正像散176

11.5 非球面在照相物镜中的应用180

第12章 夜视仪器的光学系统185

12.1 直视型光学系统185

12.1.1 物镜185

12.1.2 目镜190

12.1.3 夜视仪器的基本光学性能191

12.2 间视型光学系统201

12.2.1 红外光学系统的作用201

12.2.2 红外光学系统的特点与主要参数202

12.2.3 前置望远系统和中继透镜组205

12.2.4 光机扫描206

12.3 设计实例216

第13章 光学设计软件ZEMAX简介240

13.1 光学设计软件ZEMAX特点240

13.2 ZEMAX用户界面简要说明240

13.2.1 窗口类型240

13.2.2 主窗口的操作242

13.2.3 编辑窗口操作242

13.2.4 图形窗口操作243

13.2.5 文本窗口操作244

13.2.6 对话框244

13.3 快捷方式总结245

13.4 ZEMAX基本操作要点246

13.4.1 概述246

13.4.2 新建镜头247

13.5 ZEMAX应用实例253

13.5.1 三片分离式照相物镜设计253

13.5.2 对称式目镜设计260

第14章 光学制图262

14.1 光学制图262

14.1.1 总则262

14.1.2 图样要求264

14.2 光学零件的技术要求273

14.2.1 对光学材料的要求273

14.2.2 对光学零件的加工要求274

附录A 透镜参数表282

附录B 图例286

附录C 材料的应力双折射及非均匀性294

附录D 表面结构的公差295

参考文献297