应用光学-(第4版)_PDF下载[95MB-百度云]张以谟

本书特色

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本书将基础性光学原理用于光学系统设计和像差平衡，定位于阐述光学设备的光学系统总体设计原理与光学镜头设计基础。本书分为几何光学、像差理论、典型光学系统和光学系统设计四部分，各部分均反映了光学与光电子学的进展和光学系统设计的新发展。其中，几何光学和像差理论详细讲述了光学系统设计基本理论；典型光学系统包括眼睛，显微和望远光学系统，摄影和投影光学系统，自由曲面及其在光学系统中的应用，以及特殊光学系统，包含了当前*新的光学系统，例如全息术补偿像差、3d打印光学系统、3d显示光学系统、太赫兹光学系统、折衍混合光学系统、共形自由曲面光学系统、复眼仿生光学系统和自适应光学系统等；光学设计部分包括光学系统初始结构求解、像质评价和像差平衡，并辅以光学设计实例。
本书可作为高等学校光电类相关专业的教材或教学参考书，也可供从事光学设计和光学仪器设计工作的科技人员参考。

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作者简介

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张以谟，天津大学精密仪器与光电子工程学院，教授、博士生导师，主要研究应用光学，编写了《应用光学》等教材，发表论文100多篇。

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**部分几何光学第1章几何光学的基本定律和成像的概念1.1 几何光学的基本概念1.2 几何光学的基本定律1.3 费马原理及其应用1.4 马吕斯定律1.5 成像的概念习题第2章球面和共轴球面系统2.1 光线经过单个折射球面的折射2.2 单个折射球面的成像倍率、拉赫不变量2.3 共轴球面系统2.4 球面反射镜习题第3章理想光学系统3.1 理想光学系统和共线成像3.2 理想光学系统的焦点与焦平面、主点与主平面、焦距、节点3.3 理想光学系统的物像关系3.4 理想光学系统的放大率3.5 理想光学系统的物像关系特性曲线3.6 光学系统的组合3.6.1 两个光组的组合3.6.2 多个光组的组合3.7 透镜3.8 实际光学系统焦点位置和焦距的计算3.9 几种典型系统的理想光学系统性质3.9.1 望远镜系统3.9.2 显微镜系统3.9.3 照相物镜系统3.10 矩阵运算在几何光学中的应用3.10.1 近轴光的矩阵表示3.10.2 物像矩阵3.10.3 用高斯常数表示系统的基点位置和焦距3.10.4 薄透镜系统的矩阵运算习题第4章平面镜和平面系统4.1 平面镜成像4.2 双平面镜系统4.3 反射棱镜4.3.1 反射棱镜的类型4.3.2 屋脊棱镜4.3.3 三面直角棱镜（立方角锥棱镜）4.3.4 棱镜的组合4.3.5 棱镜的展开及结构参数k4.3.6 棱镜成像方向辨别原则4.4 折射棱镜4.4.1 折射棱镜的*小偏角4.4.2 折射棱镜的色散4.4.3 色散棱镜的形式4.5 光楔4.6 光学材料4.6.1 透明光学材料（透射材料）4.6.2 玻璃的选择4.6.3 塑料光学材料4.6.4 反射光学材料习题第5章光学系统中的光阑5.1 光阑在光学系统中的作用5.2 光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳5.3 视场光阑5.4 渐晕光阑5.4.1 轴外点发出光束的渐晕5.4.2 消除渐晕的条件5.4.3 渐晕系数5.5 光学系统的景深5.5.1 光学系统的空间像5.5.2 光学系统的景深5.6 远心光路5.7 消杂光光阑 5.8 几种典型系统的光束限制习题第6章光能及其计算6.1 光通量(luminous flux)6.2 发光强度6.3 光照度和光出射度6.4 光亮度6.5 光通量和光亮度在光学系统中的传递、像面光照度6.6 光学系统中光能损失的计算6.7 光能计算习题第7章颜色7.1 概述7.2 颜色的特征和分类7.3 色光混合与格拉斯曼定律7.4 颜色的匹配7.5 色度学基础7.6 cie标准色度学系统7.6.1 1931cie—rgb系统7.6.2 1931cie—xyz系统7.6.3 1931cie—xyz色品图7.6.4 光源色和物体色的三刺激值7.6.5 表示颜色特征的两个量——主波长和颜色纯度7.6.6 cie1964补充标准色度学系统7.6.7 cie色度学系统表示颜色的方法7.7 均匀颜色空间及色差公式7.7.1 (x, y; y )颜色空间是非均匀的颜色空间7.7.2 均匀颜色空间及对应的色差公式7.8 光源7.8.1 表示光源颜色特性的两个参量7.8.2 cie标准照明体和标准光源7.9 色光混合匹配计算7.10 中国颜色体系习题第二部分像差理论第8章光线的光路计算8.1 概述8.2 子午面内的光线光路计算8.3 轴外点细光束的光路计算8.4 空间光线的光路计算8.4.1 通过球面的空间光线的光路计算（矢量公式）8.4.2 二次曲面的空间光线的光路计算（矢量计算公式）8.4.3 细光束子午焦点和弧矢焦点位置的计算8.4.4 高次非球面空间光线计算（矢量计算公式）8.4.5 空间光线初始数据的确定和终结公式习题第9章光学系统的像差9.1 轴上点球差9.1.1 球差的定义及其计算9.1.2 光学系统的球差分布公式9.1.3 单个折射球面的球差分布系数、不晕点9.1.4 单个折射球面的球差正负和物体位置的关系9.2 彗差9.2.1 彗差及其计算9.2.2 光学系统结构形式对彗差的影响9.2.3 弧矢彗差9.3 像散和像面弯曲9.3.1 像散（像散差）9.3.2 场曲（像面弯曲）9.3.3 宽光束的像散和场曲9.4 畸变9.5 正弦差9.6 位置色差9.7 倍率色差9.8 像差曲线的绘制及举例9.8.1 像差曲线绘制9.8.2 绘制像差曲线举例9.9 像差的级数展开9.10 像差分布公式习题第10章初级单色像差10.1 初级单色像差的一般表示式10.1.1 轴向像差10.1.2 初级垂轴像差的一般表示式10.1.3 空间光线通过光学系统的像差的一般表示式10.2 五种初级像差10.3 具有初级像差的光束结构10.4 赛得和数的表示形式10.4.1 阿贝不变量表示的赛得和数10.4.2 pw形式的赛得和数10.4.3 薄透镜系统初级像差的pw表示式10.4.4 单个薄透镜的p和w10.4.5 密接双薄透镜系统的初级像差习题第11章初级色差11.1 消像差谱线选择11.2 初级色差11.3 薄透镜系统的初级色差11.3.1 薄透镜系统的初级位置色差11.3.2 由消色差要求决定光学系统中各透镜的光焦度分配11.3.3 薄透镜系统的初级倍率色差11.3.4 对几种薄透镜系统的初级倍率色差的讨论11.4 二级光谱11.4.1 密接双透镜系统11.4.2 密接三薄透镜系统的复消色差习题第12章像差综述及计算结果处理12.1 概述12.2 初级像差系数和光阑位置的关系12.3 光阑像差与物面像差的关系12.4 初级像差系数与物面位置的关系12.5 折射平面和平行平板的初级像差12.6 反射光学元件的初级像差12.7 单个折射球面和一些典型折射光学元件的初级像差分析12.8 对称式系统的像差特性12.9 光学系统像差特性曲线12.10 像差特性曲线的分析12.11 全息术补偿像差12.11.1 全息术补偿像差原理12.11.2 全息术补偿像差的实例习题第13章光学系统的波像差13.1 概述13.2 轴上点的波像差及其与球差的关系13.3 轴外点的波像差及其与垂轴像差的关系13.3.1 轴外点波像差表示式13.3.2 轴外点波像差求解13.4 波像差的一般表示式13.5 参考点移动产生的波像差和焦深13.6 色差的波像差表示13.6.1 用(d-d)方法计算波色差13.6.2 二级光谱13.6.3 波色差和初级几何色差的关系13.6.4 色球差13.7 光学系统的像差容限13.7.1 球差的容限公式13.7.2 球差以外其他相差的容限公式习题第三部分典型光学系统第14章眼睛14.1 概述14.2 眼睛构造和标准眼14.2.1 眼睛的构造14.2.2 标准眼14.3 眼睛的调节和聚散14.3.1 眼睛的调节14.3.2 眼睛的聚散14.4 眼睛的适应14.5 眼睛的视角分辨率14.6 眼睛像差的表述14.6.1 眼睛像差的描述14.6.2 极坐标zernike多项式14.7 人眼波前像差测量方法14.7.1 基于scheiner原理的光线追迹方法14.7.2 基于tscherning原理的网格视网膜成像方法14.7.3 基于hartmann-shack(h-s)原理的波前传感方法14.7.4 角膜波前像差的测量14.8 眼睛的缺陷与校正14.8.1 近视14.8.2 远视14.8.3 散光14.9 双目立体视觉14.9.1 双目视觉特征14.9.2 双目空间视觉14.10 体视测距原理14.10.1 体视测距原理概述14.10.2 体视光学系统14.11 颜色视觉14.11.1 简述颜色的三个基本特征14.11.2 色觉现象解释14.12 视觉质量的评价习题第15章显微和望远光学系统15.1 放大镜15.1.1 放大镜的放大率15.1.2 放大镜的光束限制和视场15.2 显微镜系统及其特性15.2.1 显微镜的成像原理15.2.2 显微镜的机械筒长15.2.3 显微镜的孔径光阑15.2.4 显微镜的视场光阑和视场15.2.5 显微镜的景深15.3 显微镜的分辨率和有效放大率15.3.1 点源通过透镜的衍射15.3.2 光学仪器的分辨率15.3.3 显微镜的分辨率15.3.4 显微镜的有效放大率15.4 显微镜物镜15.4.1 显微镜物镜的光学特性15.4.2 显微镜物镜的基本类型15.5 显微镜的照明系统15.5.1 照明方法15.5.2 暗视场照明方法15.5.3 聚光镜15.6 望远系统15.6.1 望远镜的视觉放大率15.6.2 望远镜的分辨率及工作放大率15.6.3 主观亮度15.6.4 望远镜的视场15.6.5 望远镜的出瞳距和调焦15.7 望远物镜15.7.1 折射式望远物镜15.7.2 反射式望远物镜15.7.3 折反射式望远物镜15.8 目镜15.8.1 目镜的光学特性15.8.2 目镜的像差特性15.9 透镜转像系统和场镜15.10 望远系统的外形尺寸计算15.10.1 由物镜和目镜组成的望远系统15.10.2 带有棱镜转像系统的望远系统15.10.3 带有透镜转像系统的望远系统15.11 3d打印光学系统15.12 3d显示光学系统15.12.1 3d显示技术15.12.2 3d显示光学系统习题第16章摄影及投影光学系统16.1 摄影系统的光学特性16.1.1 分辨率（解像力）16.1.2 摄影系统的光谱能量特性16.1.3 几何焦深16.1.4 景深16.2 摄影镜头（镜头）16.2.1 大孔径镜头16.2.2 广角镜头16.3 取景和测距系统16.3.1 自动调焦的概念16.3.2 照相机中的取景、测距、调焦及其综合系统的结构16.4 感光胶片16.4.1 感光胶片概述16.4.2 感光胶片特性16.5 光电传感器16.6 放映和投影镜头16.6.1 放映和投影镜头的特性16.6.2 普通放映镜头16.6.3 投影镜头16.7 放映和投影系统的照明16.8 太赫兹摄影光学系统习题第17章自由曲面及其在光学系统中的应用17.1 概述17.1.1 自由曲面概念17.1.2 非球面应用概述17.2 非球面曲面方程17.2.1 旋转对称的非球面方程17.2.2 其他常见非球面方程17.2.3 非球面的法线及曲率17.3 非球面的初级像差17.4 二次圆锥曲面及其衍生高次项曲面17.4.1 消球差的等光程折射非球面17.5 施密特校正器的设计17.5.1 施密特校正器的基本工作原理及其近似计算法17.5.2 施密特校正器的精确计算法17.6 柱面、超环面、离轴曲面及微结构阵列17.6.1 柱面17.6.2 超环面17.6.3 离轴曲面17.6.4 微结构阵列17.7 衍射光学元件及折衍混合光学系统17.7.1 概述17.7.2 菲涅耳透镜(fresnel lens)17.7.3 达曼光栅(dammann ggrating)17.7.4 混合光学成像系统中的衍射光学元件17.7.5 折衍混合光学系统17.8 自由曲面17.8.1 自由曲面概述17.8.2 自由曲面光学元件17.8.3 自由曲面的描述17.9 共形自由曲面光学系统17.9.1 共形光学系统概念17.9.2 瞬间视场和目标视场参量对共形光学系统像差的描述17.9.3 扩展形式的wassermann-wolf 自由曲面建立像差评价体系习题第18章几种特殊光学系统18.1 光电接收器的主要特点18.2 光电光学系统18.2.1 光电能量转换系统18.2.2 聚光透射接收式光电系统18.2.3 光电图像转换系统18.2.4 光学机械扫描系统18.2.5 电视摄像和显像系统18.2.6 红外夜视系统18.3 光学薄膜选择18.3.1 光学薄膜的概念和分类18.3.2 光学薄膜的应用和选择18.4 梯度折射率光学系统设计18.4.1 梯度折射率光学的起源18.4.2 不同梯度折射率介质中的光线方程18.4.3 自聚焦透镜及其成像系统18.4.4 变折射率介质的应用18.4.5 光纤准直器设计示例18.5 激光仪器光学系统概述18.5.1 激光高斯光束的传输规律18.5.2 激光光学系统的选择和计算18.5.3 激光光学系统及其应用18.6 光纤成像光学系统18.6.1 光纤束的特点和参数18.6.2 光纤成像系统的光学设计18.7 中、远热红外成像基础18.7.1 热红外成像基础18.7.2 热红外成像光学系统的特点18.7.3 红外材料18.7.4 系统设计举例18.8 紫外(uv)光学系统概述18.8.1 概述18.8.3 紫外光学系统示例18.9 复眼仿生光学系统18.9.1 生物复眼18.9.2 多孔径光学系统设计18.10 自适应光学系统18.10.1 自适应光学系统及其分类18.10.2 自适应光学系统举例习题第四部分光学设计第19章以初级像差求取光学系统的初始结构19.1 光学系统的基本像差参量及其规化19.1.1 光学系统的基本像差参量19.1.2 反向光路计算和正向光路计算的p和w之间关系19.1.3 用p，w，c表示的初级像差系数19.2 双胶合透镜组和与结构参数的关系19.2.1 双胶合透镜组的基本像差参量19.2.2 双胶合透镜组玻璃的选择19.3 单薄透镜的和结构参数的关系19.4 用pw方法求解简单物镜的结构习题第20章光学系统设计示例20.1 中倍平场显微物镜设计20.1.1 用pw方法进行中倍平场显微物镜设计20.1.2 对各透镜组pw规范化20.2 双高斯型物镜设计20.2.1 摄影物镜设计的一般原则20.2.2 双高斯型物镜初始结构参数的确定20.2.3 双高斯物镜设计实例20.3 变焦距物镜20.3.1 变焦距物镜的概况20.3.2 二组元机械补偿变焦系统的高斯光学20.3.3 二组元机械补偿变焦距物镜设计20.3.4 凸轮曲线计算习题第21章系统设计的像质评价21.1 概述21.2 瑞利判断用于光学系统像质评价21.3 中心点亮度21.4 分辨率21.5 点列图21.6 边界曲线21.7 光学传递函数21.7.1 光学传递函数的基本概念21.7.2 光学传递函数的表达式21.7.3 光学传递函数在像质评价中的应用习题第22章像差自动平衡22.1 概述22.2 像差自动平衡评价函数22.3 阻尼*小二乘法光学自动设计原理22.3.1 阻尼*小二乘法原理22.3.2 阻尼*小二乘法22.3.3 阻尼*小二乘法的特点22.4 光学设计软件及流程22.4.1 zemax22.4.2 code v22.5 像差自动平衡计算实例22.5.1 中倍平场显微物镜设计22.5.2 双高斯型物镜设计22.5.3 变焦距物镜设计习题