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第一章轴对称球面光学系统中的光线光路计算方法1

1 概述1

1.1 符号规则2

2 空间光线计算3

3 含轴面内光线光路计算5

3.1 计算误差问题；计算的可能错误及校对6

3.2 平面计算和计算公式的通用性8

3.3 近轴光线计算；倍率；象差10

4 波面；光程；波象差；波象差与几何象差的关系15

4.1 几何光学的基本定律15

4.2 波象差与几何象差的关系(Ⅰ)18

4.3 波象差与几何象差的关系(Ⅱ)20

4.4 因参考点移动而产生的波象差22

5 光程计算23

6 细光束焦点位置计算26

7 矢量形式的折射定律29

8 代数方法30

8.1 平面；校对32

8.2 弧矢元光束33

8.3 含轴面内光线34

9 光线计算的初始值35

参考文献36

第二章理想光学系统38

1 高斯光学系统的物象关系38

2 光栏和轴外光束晕暗，投影和景相42

3 高斯光学和结构尺寸中的长度问题45

3.1　倍数100×，总长200的望远镜45

3.2　倍数2000×，总长200的放大镜或显微镜46

3.3　共轭距1000，工作距100的100×投影物镜47

3.4 瞳孔距及工作距48

4.1 望远镜的倍数和孔径49

4 高斯光学和结构尺寸中的直径问题49

4.2 显微物镜的倍数和数值孔径50

4.3 通光孔径；视场51

4.4 转象系统和场镜53

5 反射系统的杂光、孔径及视场55

5.1 光路偏折的折反射系统58

6 正象和光路转折61

7 全反射棱镜的物象关系62

参考文献70

第三章球差、正弦条件71

1 象差的转面倍率；球差的各种表示71

l.1 球差的正负74

2 初级球差75

3 高级球差、本征高级球差78

3.1 折射率和相对孔径79

3.2 物距和相对孔径82

4 衍生高级球差85

5 为校正球差时光学系统应有的结构86

6 相邻点波象差间的关系，正弦条件及其他88

7 同轴球面光学系统中的正弦条件92

8 正弦差分布值94

8.1 同轴球面系统中正弦差和光栏位置的关系96

9 薄透镜理论98

10 计算结果的图示和判断99

参考文献102

第四章轴外象差103

l 同轴球面系统的畸变表示式103

2 初级畸变；高级畸变；畸变和物体位置、光栏位置的关系104

2.1 同轴球面系统中畸变和物体位置的关系105

2.2 单个球面的畸变和光栏位置的关系106

3 细光束的聚焦特性108

3.1 邻主光线高斯光学；物体移动时象面弯曲的变化110

4 同轴球面系统的象散111

5 空间光线的象差分布115

5.1 象差分布的分量表示116

5.2 象面弯曲表示为各面贡献之和118

6 初级象散、象面弯曲和畸变119

7 高级象散和象面弯曲122

7.1 薄透镜的高级象散和象面弯曲126

8 为使轴外细光束成象理想时，光学系统应有的结构126

9 象散、象面弯曲和畸变的表示及评价128

10 邻主光线波象差级数展开，轴外初级球差和轴外初级彗差130

11 轴外初级球差和轴外初级彗差的近似展开135

参考文献137

第五章色差138

1 光学材料138

2 将色象差看作光程差140

3 初级色差142

3.1 分离薄透镜145

4 二级光谱147

5 讨论色差的光线光路方法，色差图示——轴上点152

6 用光线光路方法讨论轴外色差155

参考文献157

第六章象差的一般性质158

1 对称性和象差，变数分离法，规化条件158

1.1 规化坐标162

2 象差的几何意义和描写光束特性的方法163

2.1 球差164

2.2 轴外球差165

2.3 畸变166

2.4 彗差166

2.5 轴外彗差168

2.7 色差169

2.6 象散和象面弯曲169

3 光栏移动时的象差变化，计算结果的图示和判断171

3.1 计算结果的图解法173

4 光栏象差与物面象差的关系177

5 物面移动时的象差变化181

6 初级色差184

7 球面的初级象差185

7.1 由球差表示式导出其他象差表示式——将轴外象差看作球差185

7.2 由畸变表示式导出其他象差表示式——将子午象差看作畸变差异189

7.3 薄透镜的初级象差189

7.4 将球面的二级本征象差看作球差194

8 衍生二级象差199

9 用Fermat原理讨论高级象差的可能性199

参考文献200

1.1象差系数和象差的关系201

l 引言；初级象差公式组201

第七章由象差确定光学系统结构201

1.2 轴对称光学系统中象差系数间的相互关系202

1.3 同轴球面光学系统中的象差系数表示式203

1.4 一组贴合薄透镜的象差系数表示式和相互关系204

2 由象差要求决定薄透镜焦距分配206

3 象差和薄透镜弯曲(P，W)208

4 用薄透镜产生定值象差的可能性210

4.1 单薄透镜210

4.2 正负胶合双透镜213

4.3 无光焦度胶合双透镜219

4.4 无光焦度等折射率双薄透镜221

4.5 两组定焦距薄透镜222

5 薄透镜产生象差的可能性——对高级象差的考虑222

5.1 胶合双透镜的Po和W∞的限度222

5.2 薄透镜象差的极值224

5.3 双透镜象差的极值227

5.4 胶合面或无光焦度双透镜的作用和限度228

6 以厚透镜代替分离薄透镜229

6.1 用厚透镜校正ＳⅣ230

6.2 校正色差的厚透镜，球差校正板237

7 用厚透镜与薄透镜组合以校正象差239

8 对称型243

9 光学设计概论247

9.1 校正象差的可能性248

9.2 象差校正方案的确定251

9.3 校正象差的结构的选择和有效参数254

9.4 现代光学设计所达到的水平258

参考文献262

第八章轴对称非球面263

l 使用非球面的可能性263

2 光线光路计算264

2.1 曲面的参数表示264

2.2 三角法计算子午光线光路266

2.3 用代数方法计算空间光线267

2.4 逐次接近法268

3 初级象差理论269

4 非球面的高级象差和由象差要求确定非球面面形273

5 用单个非球面准确校正球差274

6 用单个非球面准确校正象散278

7 用单个非球面校正子午光束象差283

参考文献285

第九章非轴对称非球面286

1 对称性和象差的级数展开286

1.1 双曲率系统的高斯光学289

1.2 双曲率系统中象差之间的关系290

1.3 象差的几何意义293

2 同轴柱面系统的初级象差294

3.1 圆柱面折射光线光路计算296

2.1 物体在无限远处时的象差296

3 柱面望远镜的象差296

3.2 象差分布及校正方法299

3.3 一般的同轴柱面系统300

3.4 柱面望远镜的象差估值300

3.5 柱面望远镜的畸变302

参考文献303

第十章光学零件的制造和装配公差304

1 引言304

2 单个因素变更时的直接影响305

3 衍生变化308

4 偏心系统的象差，固定透镜的原则310

5 透镜系统公差的确定314

6 棱镜318

参考文献320

7局部误差和光洁度320

第十一章光学系统的质量评价321

l 几何光学和光能传播的基本定律321

1.1 由Maxwell方程导出程函方程322

1.2 程函方程、Fermat原理及折射定律324

1.3 由Maxwell方程导出Huygens-Fresnel原理325

2 光学系统形成的能量分布和质量判断329

2.1 理想波面的衍射图形329

2.2 有象差时的衍射图形334

4.4 球差334

2.3 Strehl判断和小象差近似344

2.4 Rayleigh判断，图解法352

2.5 象差最佳校正方案的几何特征和公差的几何值362

2.6 衍射图形的特征及质量判断；分辨能力365

3 光学传递函数方法368

3.1 反应函数和分辨能力371

3.3 反应函数和能量集中度374

3.2 反应函数和中心点亮度374

4 光学系统的反应函数376

4.1 理想光学系统的反应函数；通光孔形状的影响379

4.2 轴向离焦和象散的影响382

4.3 初级彗差383

5 质量评价的标准和光学系统象差的公差385

5.1 质量指标问题385

5.2 象差公差问题387

5.3 几何光学的反应函数和能量集中度388

5.4 低对比分辨能力判断390

6 部分相干照明时的成象质量评价399

6.1 vonCittert-Zernike定理399

6.2 部分相干照明时的成象402

6.2.1 聚光镜的作用和等效光源的概念402

6.2.2 象的形成404

6.3 弱物体的衬度传递406

6.4 其他评价方法410

6.4.1 点分辨率410

6.4.2 正弦物体的表观传递函数411

6.4.3 直边的象分布、锐度和表观传递函数412

参考文献416

第十二章电子计算机和光学设计419

l 概述419

2 高斯光学和初级象差420

3 光束的初值421

4 光路计算423

4.1 曲面的形式423

4.2 光线在曲面上折射425

4.3 细光束焦点427

5 计算结果处理427

6 象差分布值431

7 非轴对称光学系统433

8 光学传递函数（OTF）计算435

参考文献438

第十三章光学自动设计439

1 概述439

2 评价函；象差的规化440

3 最小二乘法；变量的度规443

4 阻尼和步长446

5 边值问题447

6 结组和保值447

7 自动平衡程序的现状448

参考文献448

第十四章光学仪器的光学整体设计450

1 概述450

2 光度性质452

2.1 亮度454

2.2 大光管的传递，象面上各点的照度455

2.3 象差对照度的影响457

2.4 光度学的和相干性459

3 成象性质460

3.1 接收器和光学系统联用时的问题461

3.2 光学系统对仪器成象特性的影响463

4 噪音和背景464

5 一些光学技术特征数据465

5.1 光源465

5.2 大气；自适应技术466

5.3 光学薄膜468

5.4 人眼和其他接收器468

6 光学信息处理472

7 综合评价474

8 一个例子475

参考文献477