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第一章 轴对称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

序言3

2 空间光线计算3

2.1 V. Seidl(1866)计算方法3

2.2 A. kerber(1896)计算方法4

2.3 二面投影法7

3 含轴面内光线光路计算8

3.1 计算误差问题；计算的可能错误及校对9

3.2 计算步骤简化的可能性和改良函数表10

3.3 平面计算和计算公式的通用性11

3.4 近轴光线计算；倍率；象差13

4 波面；光程；波象差；波象差与几何象差的关系18

4.1 几何光学的基本定律19

4.2 波象差与几何象差的关系(Ⅰ)21

4.3 波象差与几何象差的关系(Ⅱ)24

4.4 因参考点移动而产生的波象差26

5 光程计算27

6 细光束焦点位置计算29

7 矢量形式的折射定律32

8 代数方法33

8.1 平面；校对36

8.2 弧矢元光束37

8.3 含轴面内光线37

9 用逐次接近法计算光线光路38

10.1 公式组(26)，(27)(T.Smith方法)39

10 几个计算表格和例子39

10.2 公式组(16)，(18)和(21)(Conrady方法)53

10.3 公式组(107*)，(108)(代数法)53

10.4 公式组(116)-(121)(逐次接近法)62

10.5 空间光线计算的初始值62

10.6 公式组(107)，(108)(代数法)63

10.7 公式组(116)-(121)空间光线计算(逐次接近法)67

10.8 公式(74)(色差)67

10.9 公式组(87)，(90)和(90*)(细光束焦点位置)67

参考文献73

第二章 理想光学系统74

1 高斯光学系统的物象关系74

2 光栏和轴外光束晕暗，投影和景相78

3.1 倍数100×，总长200的望远镜81

3 高斯光学和结构尺寸中的长度问题81

3.2 倍数2000×，总长200的放大镜或显微镜82

3.3 共轭距1000，工作距100的100×投影物镜83

3.4 瞳孔距及工作距84

4 高斯光学和结构尺寸中的直径问题85

4.1 望远镜的倍数和孔径85

4.2 显微物镜的倍数和数值孔径86

4.3 通光孔径；视场87

4.4 转象系统和场镜89

5 反射系统的杂光、孔径及视场91

5.1 光路偏折的反射系统94

6 正象和光路转折96

7 全反射棱镜的物象关系98

参考文献106

1 象差的转面倍率；球差的各种表示107

第三章 球差、正弦条件107

1.1 球差的正负110

2 初级球差111

3 高级球差、本征高级球差114

3.1 折射率和相对孔径115

3.2 物距和相对孔径118

4 衍生高级球差121

5 为校正球差时光学系统应有的结构122

6 相邻点波象差间的关系，正弦条件及其他124

7 同轴球面光学系统中的正弦条件128

8 正弦差分布值130

8.1 同轴球面系统中正弦差和光栏位置的关系132

9 薄透镜理论134

10 计算结果的图示和判断135

参考文献138

第四章 轴外象差139

1 同轴球面系统的畸变表示式139

2 初级畸变；高级畸变；畸变和物体位置、光栏位置的关系140

2.1 同轴球面系统中畸变和物体位置的关系141

2.2 单个球面的畸变和光栏位置的关系142

3 细光束的聚焦特性144

3.1 邻主光线高斯光学；物体移动时象面弯曲的变化146

4 同轴球面系统的象散147

5 空间光线的象差分布151

5.1 象差分布的分量表示152

5.2 象面弯曲表示为各面贡献之和154

6 初级象散、象面弯曲和畸变155

7 高级象散和象面弯曲158

8 为使轴外细光束成象理想时，光学系统应有的结构162

7.1 薄透镜的高级象散和象面弯曲162

9 象散、象面弯曲和畸变的表示及评价164

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166

11 轴外初级球差和轴外初级彗差的近似展开171

参考文献173

第五章 色差174

1 光学材料174

2 将色象差看作光程差176

3 初级色差178

3.1 分离薄透镜181

4 二级光谱183

5 讨论色差的光线光路方法，色差图示--轴上点187

6 用光线光路方法讨论轴外色差190

参考文献191

1 对称性和象差，变数分离法，规化条件192

第六章 象差的一般性质192

1.1 规化坐标196

2 象差的几何意义和描写光束特性的方法197

2.1 球差198

2.2 轴外球差199

2.3 畸变200

2.4 彗差200

2.5 轴外彗差202

2.6 象散和象面弯曲203

2.7 色差203

3 光栏移动时的象差变化，计算结果的图示和判断205

3.1 计算结果的图解法207

4 光栏象差与物面象差的关系211

5 物面移动时的象差变化215

6 初级色差218

7 球面的初级象差219

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219

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223

7.3 薄透镜的初级象差223

7.4 将球面的二级本征象差看作球差228

8 衍生二级象差231

9 用Fermat原理讨论高级象差的可能性233

参考文献234

第七章 由象差确定光学系统结构235

1 引言；初级象差公式组235

1.1 象差系数和象差的关系235

1.2 轴对称光学系统中象差系数间的相互关系236

1.3 同轴球面光学系统中的象差系数表示式237

1.4 一组贴合薄透镜的象差系数表示式和相互关系238

2 由象差要求决定薄透镜焦距分配240

3 象差和薄透镜弯曲(P，W)242

4 用薄透镜产生定值象差的可能性244

4.1 单薄透镜244

4.2 正负胶合双透镜247

4.3 无光焦度胶合双透镜253

4.4 无光焦度等折射率双薄透镜255

4.5 两组定焦距薄透镜256

5 薄透镜产生象差的可能性--对高级象差的考虑256

5.1 胶合双透镜的P0和W∞的限度256

5.2 薄透镜象差的极值258

5.3 双透镜象差的极值261

5.4 胶合面或无光焦度双透镜的作用和限度262

6 以厚透镜代替分离薄透镜263

6.1 用厚透镜校正SIV264

6.2 校正色差的厚透镜，球差校正板271

7 用厚透镜与薄透镜组合以校正象差273

8 对称型277

9 光学设计概论281

9.1 校正象差的可能性282

9.2 象差校正方案的确定285

9.3 校正象差的结构的选择和有效参数288

9.4 现代光学设计所达到的水平292

参考文献294

第八章 轴对称非球面295

1 使用非球面的可能性295

2 光线光路计算296

2.1 曲面的参数表示296

2.2 三角法计算子午光线光路298

2.3 用代数方法计算空间光线299

2.4 逐次接近法300

3 初级象差理论301

4 非球面的高级象差和由象差要求确定非球面面形305

5 用单个非球面准确校正球差306

6 用单个非球面准确校正象散310

7 用单个非球面校正子午光束象差315

参考文献317

第九章 非轴对称非球面318

1 对称性和象差的级数展开318

1.1 双曲率系统的高斯光学321

1.2 双曲率系统中象差之间的关系322

1.3 象差的几何意义325

2 同轴柱面系统的初级象差326

3.1 圆柱面折射光线光路计算328

2.1 物体在无限远处时的象差328

3 柱面望远镜的象差328

3.2 象差分布及校正方法331

3.3 一般的同轴柱面系统332

3.4 柱面望远镜的象差估值332

3.5 柱面望远镜的畸变334

参考文献335

第十章 光学零件的制造和装配公差336

1 引言336

2 单个因素变更时的直接影响337

3 衍生变化339

4 偏心系统的象差，固定透镜的原则341

5 透镜系统公差的确定345

6 棱镜350

参考文献352

7 局部误差和光洁度352

第十一章 光学系统的质量评价353

1 几何光学和光能传播和基本定律353

1.1 由Maxwell方程导出程函方程354

1.2 程函方程、Fermat原理及折射定律356

1.3 由Maxwell方程导出Huygens-Fresnel原理357

2 光学系统形成的能量分布和质量判断361

2.1 理想波面的衍射图形361

2.2 有象差时的衍射图形366

2.3 Strehl判断和小象差近似376

2.4 Rayleigh判断，图解法384

2.5 象差最佳校正方案的几何特征和公差的几何值394

2.6 衍射图形的特征及质量判断；分辨能力397

3 光学传递函数方法400

3.1 反应函数和分辨能力403

3.2 反应函数和中心点亮度406

3.3 反应函数和能量集中度406

4 光学系统的反应函数408

4.1 理想光学系统的反应函数；通光孔形状的影响411

4.2 轴向离焦和象散的影响414

4.3 初级彗差415

4.4 球差416

5 质量评价的标准和光学系统象差的公差417

5.1 质量指标问题417

5.2 象差公差问题419

5.3 几何光学的反应函数和能量集中度420

5.4 低对比分辨能力判断422

参考文献431

第十二章 光学仪器的光学整体设计432

1 概述432

2 光度性质434

2.1 亮度436

2.2 大光管的传递，象面上各点的照度437

2.3 象差对照度的影响439

2.4 光学元件的光度特性441

3 成象性质443

3.1 接收器和光学系统联用时的问题445

3.2 光学系统对仪器成象特性的影响447

4 噪音和背景448

5 综合评价448

6 一个例子449

参考文献451