本書將基礎(chǔ)性光學(xué)原理用于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和像差平衡，定位于闡述光學(xué)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理與光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。本書分為幾何光學(xué)、像差理論、典型光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)四部分，各部分均反映了光學(xué)與光電子學(xué)的進(jìn)展和光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新發(fā)展。其中，幾何光學(xué)和像差理論詳細(xì)講述了光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本理論；典型光學(xué)系統(tǒng)包括眼睛，顯微和望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，攝影及投影光學(xué)系統(tǒng)，自由曲面及其在光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及特殊光學(xué)系統(tǒng)，包含了當(dāng)前最新的光學(xué)系統(tǒng)，例如全息術(shù)補(bǔ)償像差、3D打印光學(xué)系統(tǒng)、3D顯示光學(xué)系統(tǒng)、太赫茲光學(xué)系統(tǒng)、折衍混合光學(xué)系統(tǒng)、共形自由曲面光學(xué)系統(tǒng)、復(fù)眼仿生光學(xué)系統(tǒng)和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)等；光學(xué)設(shè)計(jì)部分包括光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)求解、像質(zhì)評(píng)價(jià)和像差平衡，并輔以光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例。 本書可作為高等學(xué)校光電類相關(guān)專業(yè)的教材或教學(xué)參考書，也可供從事光學(xué)設(shè)計(jì)和光學(xué)儀器設(shè)計(jì)工作的科技人員參考。
張以謨，天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院 教授，博導(dǎo)。主要從事應(yīng)用光學(xué)方面的教學(xué)科研等工作，主編了《應(yīng)用光學(xué)》等教材。
目 錄
第一部分 幾 何 光 學(xué)
第1章 幾何光學(xué)的基本定律和成像的
概念 （1）
1.1 幾何光學(xué)的基本概念 （1）
1.2 幾何光學(xué)的基本定律 （3）
1.3 費(fèi)馬原理及其應(yīng)用 （8）
1.4 馬呂斯定律 （10）
1.5 成像的概念 （10）
習(xí)題 （12）
第2章 球面和共軸球面系統(tǒng) （14）
2.1 光線經(jīng)過單個(gè)折射球面的折射 （14）
2.2 單個(gè)折射球面的成像倍率、拉赫
不變量 （16）
2.3 共軸球面系統(tǒng) （18）
2.4 球面反射鏡 （20）
習(xí)題 （21）
第3章 理想光學(xué)系統(tǒng) （23）
3.1 理想光學(xué)系統(tǒng)和共線成像 （23）
3.2 理想光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)與焦平面、主點(diǎn)
與主平面、焦距、節(jié)點(diǎn) （23）
3.3 理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系 （26）
3.4 理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率 （30）
3.5 多個(gè)光組的組合 （34）
3.6 透鏡 （36）
3.7 實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)焦點(diǎn)位置和焦距的
計(jì)算 （38）
3.8 幾種典型系統(tǒng)的理想光學(xué)系統(tǒng)性質(zhì) （40）
3.8.1 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng) （40）
3.8.2 顯微鏡系統(tǒng) （41）
3.8.3 照相物鏡系統(tǒng) （42）
習(xí)題 （43）
第4章 平面鏡和平面系統(tǒng) （44）
4.1 平面鏡成像 （44）
4.2 雙平面鏡系統(tǒng) （46）
4.3 反射棱鏡 （49）
4.3.1 反射棱鏡的類型 （49）
4.3.2 屋脊棱鏡 （50）
4.3.3 三面直角棱鏡（立方角錐棱鏡） （51）
4.3.4 棱鏡的組合 （52）
4.3.5 棱鏡的展開及結(jié)構(gòu)參數(shù)K （52）
4.4 折射棱鏡 （54）
4.4.1 折射棱鏡的最小偏角 （55）
4.4.2 折射棱鏡的色散 （55）
4.5 光楔 （56）
4.6 光學(xué)材料 （57）
4.6.1 透明光學(xué)材料（透射材料） （57）
4.6.2 玻璃的選擇 （59）
4.6.3 塑料光學(xué)材料 （59）
4.6.4 反射光學(xué)材料 （59）
習(xí)題 （60）
第5章 光學(xué)系統(tǒng)中的光闌 （61）
5.1 光闌在光學(xué)系統(tǒng)中的作用 （61）
5.2 光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和
出射光瞳 （62）
5.3 視場(chǎng)光闌 （65）
5.4 漸暈光闌 （66）
5.4.1 軸外點(diǎn)發(fā)出光束的漸暈 （66）
5.4.2 消除漸暈的條件 （67）
5.4.3 漸暈系數(shù) （68）
5.5 光學(xué)系統(tǒng)的景深 （68）
5.5.1 光學(xué)系統(tǒng)的空間像 （68）
5.5.2 光學(xué)系統(tǒng)的景深 （70）
5.6 遠(yuǎn)心光路 （72）
5.7 消雜光光闌 （73）
習(xí)題 （74）
第6章 光能及其計(jì)算 （76）
6.1 光通量 （76）
6.2 發(fā)光強(qiáng)度 （77）
6.3 光照度和光出射度 （80）
6.4 光亮度 （81）
6.5 光通量和光亮度在光學(xué)系統(tǒng)中的傳遞、
像面光照度 （83）
6.6 光學(xué)系統(tǒng)中光能損失的計(jì)算 （87）
習(xí)題 （89）
第7章 顏色 （90）
7.1 概述 （90）
7.2 顏色的特征和分類 （90）
7.3 色光混合與格拉斯曼定律 （90）
7.4 顏色的匹配 （91）
7.5 色度學(xué)基礎(chǔ) （92）
7.6 CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng) （94）
7.6.1 1931CIE—RGB系統(tǒng) （94）
7.6.2 1931CIE—XYZ系統(tǒng) （94）
7.6.3 1931CIE—XYZ色品圖 （95）
7.6.4 表示顏色特征的兩個(gè)量——主波長(zhǎng)
和顏色純度 （96）
7.7 光源 （97）
7.7.1 表示光源顏色特性的兩個(gè)參量 （97）
7.7.2 CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源 （98）
7.8 中國(guó)顏色體系 （99）
習(xí)題 （100）
第二部分 像 差 理 論
第8章 光線的光路計(jì)算 （102）
8.1 概述 （102）
8.2 子午面內(nèi)的光線光路計(jì)算 （102）
8.3 軸外點(diǎn)細(xì)光束的光路計(jì)算 （107）
8.4 空間光線的光路計(jì)算 （110）
8.4.1 通過球面的空間光線的光路
計(jì)算（矢量計(jì)算公式） （110）
8.4.2 二次曲面的空間光線的光路
計(jì)算（矢量計(jì)算公式） （112）
8.4.3 細(xì)光束子午焦點(diǎn)和弧矢焦點(diǎn)
位置的計(jì)算 （114）
8.4.4 高次非球面空間光線計(jì)算
（矢量計(jì)算公式） （114）
8.4.5 空間光線初始數(shù)據(jù)的確定和
終結(jié)公式 （116）
習(xí)題 （118）
第9章 光學(xué)系統(tǒng)的像差 （119）
9.1 軸上點(diǎn)球差 （119）
9.1.1 球差的定義及其計(jì)算 （119）
9.1.2 光學(xué)系統(tǒng)的球差分布公式 （120）
9.1.3 單個(gè)折射球面的球差分布系數(shù)、
不暈點(diǎn) （122）
9.2 彗差 （123）
9.2.1 彗差及其計(jì)算 （123）
9.2.2 光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式對(duì)彗差的影響 （125）
9.2.3 弧矢彗差 （126）
9.3 像散和像面彎曲 （127）
9.3.1 像散（像散差） （127）
9.3.2 場(chǎng)曲（像面彎曲） （129）
9.3.3 寬光束的像散和場(chǎng)曲 （130）
9.4 畸變 （131）
9.5 正弦差 （132）
9.6 位置色差 （137）
9.7 倍率色差 （139）
9.8 像差的級(jí)數(shù)展開 （140）
9.9 像差分布公式 （144）
習(xí)題 （148）
第10章 初級(jí)單色像差及初級(jí)色差 （149）
10.1 初級(jí)單色像差的一般表示式 （149）
10.1.1 軸向像差 （149）
10.1.2 初級(jí)垂軸像差的一般表示式 （151）
10.1.3 空間光線通過光學(xué)系統(tǒng)的像差的
一般表示式 （153）
10.2 五種初級(jí)像差 （154）
10.3 具有初級(jí)像差的光束結(jié)構(gòu) （156）
10.4 賽得和數(shù)的表示形式 （160）
10.4.1 阿貝不變量表示的賽得和數(shù) （160）
10.4.2 PW形式的賽得和數(shù) （160）
10.4.3 薄透鏡系統(tǒng)初級(jí)像差的PW
表示式 （161）
10.4.4 單個(gè)薄透鏡的P和W （163）
10.4.5 密接雙薄透鏡系統(tǒng)的初級(jí)像差 （165）
10.5 消像差譜線選擇 （168）
10.6 初級(jí)色差 （169）
10.7 薄透鏡系統(tǒng)的初級(jí)色差 （172）
10.7.1 薄透鏡系統(tǒng)的初級(jí)位置色差 （172）
10.7.2 由消色差要求決定光學(xué)系統(tǒng)中各
透鏡的光焦度分配 （173）
10.7.3 薄透鏡系統(tǒng)的初級(jí)倍率色差 （176）
10.7.4 對(duì)幾種薄透鏡系統(tǒng)的初級(jí)倍率
色差的討論 （176）
10.8 二級(jí)光譜 （178）
10.8.1 密接雙透鏡系統(tǒng) （178）
10.8.2 密接三薄透鏡系統(tǒng)的復(fù)消色差 （180）
習(xí)題 （182）
第11章 像差綜述、計(jì)算結(jié)果處理及
波像差分析 （183）
11.1 概述 （183）
11.2 初級(jí)像差系數(shù)和光闌位置的關(guān)系 （183）
11.3 光闌像差與物面像差的關(guān)系 （185）
11.4 反射光學(xué)元件的初級(jí)像差 （187）
11.5 一些典型折射光學(xué)元件的初級(jí)
像差分析 （188）
11.6 對(duì)稱式系統(tǒng)的像差特性 （190）
11.7 光學(xué)系統(tǒng)像差特性曲線 （191）
11.8 像差特性曲線的分析 （194）
11.9 波像差概述 （198）
11.10 軸上點(diǎn)的波像差及其與球差的關(guān)系 （199）
11.11 軸外點(diǎn)的波像差及其與垂軸像差的
關(guān)系 （201）
11.11.1 軸外點(diǎn)波像差表示式 （201）
11.11.2 軸外點(diǎn)波像差求解 （202）
11.12 波像差的一般表示式 （203）
11.13 參考點(diǎn)移動(dòng)產(chǎn)生的波像差和
焦深 （204）
11.14 色差的波像差表示 （205）
11.14.1 用(D-d)方法計(jì)算波色差 （205）
11.14.2 二級(jí)光譜的波像差計(jì)算 （207）
11.14.3 波色差和初級(jí)幾何色差的關(guān)系 （207）
11.14.4 色球差 （207）
習(xí)題 （208）
第三部分 典型光學(xué)系統(tǒng)
第12章 眼睛 （210）
12.1 概述 （210）
12.2 眼睛構(gòu)造和標(biāo)準(zhǔn)眼 （210）
12.2.1 眼睛的構(gòu)造 （210）
12.2.2 標(biāo)準(zhǔn)眼 （211）
12.3 眼睛的調(diào)節(jié)和聚散 （211）
12.3.1 眼睛的調(diào)節(jié) （211）
12.3.2 眼睛的聚散 （212）
12.4 眼睛的適應(yīng) （212）
12.5 眼睛的視角分辨率 （212）
12.6 眼睛的缺陷與校正 （213）
12.7 雙目立體視覺 （214）
12.7.1 雙目視覺特征 （214）
12.7.2 雙目空間視覺 （215）
12.8 體視測(cè)距原理 （216）
12.8.1 體視測(cè)距原理概述 （216）
12.8.2 體視光學(xué)系統(tǒng) （217）
12.9 顏色視覺 （217）
習(xí)題 （218）
第13章 顯微和望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng) （219）
13.1 放大鏡 （219）
13.1.1 放大鏡的放大率 （219）
13.1.2 放大鏡的光束限制和視場(chǎng) （220）
13.2 顯微鏡系統(tǒng)及其特性 （220）
13.2.1 顯微鏡的成像原理 （220）
13.2.2 顯微鏡的機(jī)械筒長(zhǎng) （221）
13.2.3 顯微鏡的視場(chǎng)光闌和視場(chǎng) （222）
13.2.4 顯微鏡的景深 （222）
13.3 顯微鏡的分辨率和有效放大率 （222）
13.3.1 點(diǎn)源通過透鏡的衍射 （222）
13.3.2 光學(xué)儀器的分辨率 （223）
13.3.3 顯微鏡的分辨率 （223）
13.3.4 顯微鏡的有效放大率 （224）
13.4 顯微鏡物鏡 （224）
13.4.1 顯微鏡物鏡的光學(xué)特性 （224）
13.4.2 顯微鏡物鏡的基本類型 （225）
13.5 顯微鏡的照明系統(tǒng) （226）
13.5.1 照明方法 （226）
13.5.2 暗視場(chǎng)照明方法 （227）
13.5.3 聚光鏡 （228）
13.6 望遠(yuǎn)系統(tǒng) （229）
13.6.1 望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率 （229）
13.6.2 望遠(yuǎn)鏡的分辨率及工作放大率 （229）
13.6.3 主觀亮度 （230）
13.6.4 望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng) （232）
13.6.5 望遠(yuǎn)鏡的出瞳距和調(diào)焦 （233）
13.7 望遠(yuǎn)物鏡 （235）
13.7.1 折射式望遠(yuǎn)物鏡 （235）
13.7.2 反射式望遠(yuǎn)物鏡 （236）
13.7.3 折反射式望遠(yuǎn)物鏡 （236）
13.8 目鏡 （237）
13.8.1 目鏡的光學(xué)特性 （237）
13.8.2 目鏡的像差特性 （238）
13.9 透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和場(chǎng)鏡 （240）
13.10 望遠(yuǎn)系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算 （241）
13.10.1 由物鏡和目鏡組成的望遠(yuǎn)系統(tǒng) （241）
13.10.2 帶有棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的望遠(yuǎn)系統(tǒng) （242）
13.10.3 帶有透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的望遠(yuǎn)系統(tǒng) （243）
習(xí)題 （245）
第14章 攝影及投影光學(xué)系統(tǒng) （246）
14.1 攝影系統(tǒng)的光學(xué)特性 （246）
14.1.1 分辨率（解像力） （247）
14.1.2 攝影系統(tǒng)的光譜能量特性 （247）
14.1.3 幾何焦深 （249）
14.1.4 景深 （249）
14.2 攝影鏡頭(鏡頭) （250）
14.2.1 大孔徑鏡頭 （250）
14.2.2 廣角鏡頭 （252）
14.3 取景和測(cè)距系統(tǒng) （256）
14.3.1 自動(dòng)調(diào)焦的概念 （257）
14.3.2 照相機(jī)中的取景、測(cè)距、調(diào)焦
及其綜合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （258）
14.4 感光膠片 （259）
14.4.1 感光膠片概述 （259）
14.4.2 感光膠片特性 （260）
14.5 光電傳感器 （261）
14.6 放映和投影鏡頭 （264）
14.6.1 放映和投影鏡頭的特性 （264）
14.6.2 普通放映鏡頭 （265）
14.6.3 投影鏡頭 （266）
14.7 放映和投影系統(tǒng)的照明 （267）
習(xí)題 （268）
第15章 非球面及其在光學(xué)系統(tǒng)中的
應(yīng)用 （270）
15.1 概述 （270）
15.1.1 自由曲面概念 （270）
15.1.2 非球面應(yīng)用概述 （270）
15.2 非球面曲面方程 （271）
15.2.1 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非球面方程 （271）
15.2.2 其他常見非球面方程 （272）
15.2.3 非球面的法線及曲率 （273）
15.3 二次圓錐曲面及其衍生高次項(xiàng)曲面 （274）
15.4 施密特校正器的設(shè)計(jì) （276）
15.4.1 施密特校正器的基本工作原理
及其近似計(jì)算法 （276）
15.4.2 施密特校正器的精確計(jì)算法 （278）
15.5 衍射光學(xué)元件及折衍混合光學(xué)系統(tǒng) （279）
15.5.1 概述 （279）
15.5.2 菲涅耳透鏡 （280）
15.5.3 達(dá)曼光柵 （281）
習(xí)題 （282）
第四部分 光 學(xué) 設(shè) 計(jì)
第16章 以初級(jí)像差求取光學(xué)系統(tǒng)的
初始結(jié)構(gòu) （283）
16.1 光學(xué)系統(tǒng)的基本像差參量及其規(guī)化 （283）
16.1.1 光學(xué)系統(tǒng)的基本像差參量 （283）
16.1.2 反向光路計(jì)算和正向光路計(jì)算的
P和W之間關(guān)系 （286）
16.1.3 用P, W, C表示的初級(jí)像差系數(shù) （286）
16.2 雙膠合透鏡組 , 和CⅠ與結(jié)構(gòu)
參數(shù)的關(guān)系 （287）
16.2.1 雙膠合透鏡組的基本像差參量 （287）
16.2.2 雙膠合透鏡組玻璃的選擇 （289）
16.3 單薄透鏡的 和結(jié)構(gòu)參數(shù)的
關(guān)系 （290）
16.4 用PW方法求解簡(jiǎn)單物鏡的結(jié)構(gòu) （291）
習(xí)題 （300）
第17章 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示例 （301）
17.1 中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì) （301）
17.1.1 用PW方法進(jìn)行中倍平場(chǎng)顯微
物鏡設(shè)計(jì) （301）
17.1.2 對(duì)各透鏡組PW規(guī)范化 （303）
17.2 雙高斯型物鏡設(shè)計(jì) （312）
17.2.1 攝影物鏡設(shè)計(jì)的一般原則 （312）
17.2.2 雙高斯型物鏡初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的
確定 （313）
17.2.3 雙高斯物鏡設(shè)計(jì)實(shí)例 （316）
習(xí)題 （323）
第18章 光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)及像差
自動(dòng)平衡 （324）
18.1 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)像質(zhì)評(píng)價(jià)的概述 （324）
18.2 瑞利判斷用于光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià) （324）
18.3 中心點(diǎn)亮度 （324）
18.4 分辨率 （325）
18.5 點(diǎn)列圖 （326）
18.6 邊界曲線 （326）
18.7 光學(xué)傳遞函數(shù) （328）
18.7.1 光學(xué)傳遞函數(shù)的基本概念 （328）
18.7.2 光學(xué)傳遞函數(shù)的表達(dá)式 （331）
18.7.3 光學(xué)傳遞函數(shù)在像質(zhì)評(píng)價(jià)中的
應(yīng)用 （334）
18.8 像差自動(dòng)平衡概述 （336）
18.9 像差自動(dòng)平衡評(píng)價(jià)函數(shù) （336）
18.10 阻尼最小二乘法光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)原理 （339）
18.10.1 阻尼最小二乘法原理 （340）
18.10.2 阻尼最小二乘法 （341）
18.10.3 阻尼最小二乘法的特點(diǎn) （342）
18.11 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件及流程 （345）
18.11.1 ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件 （345）
18.11.2 CODE V （347）
18.12 像差自動(dòng)平衡計(jì)算實(shí)例 （348）
18.12.1 中倍平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì) （348）
習(xí)題 （350）
新書資訊