現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)

上篇光學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
第1章什么是光學(xué)設(shè)計(jì)2
1.1為什么需要光學(xué)設(shè)計(jì)2
1.1.1光學(xué)儀器小史2
1.1.2光學(xué)系統(tǒng)4
1.1.3理想光學(xué)系統(tǒng)4
1.1.4理想成像的違背5
1.1.5像質(zhì)評(píng)價(jià)7
1.2光學(xué)設(shè)計(jì)的流程9
1.2.1設(shè)計(jì)前階段9
1.2.2設(shè)計(jì)階段10
1.2.3設(shè)計(jì)師需要參與的階段13

第2章Zemax軟件概述14
2.1光學(xué)設(shè)計(jì)軟件14
2.2在Zemax中輸入數(shù)據(jù)16
2.2.1Zemax軟件的交互界面16
2.2.2輸入鏡頭數(shù)據(jù)18
2.2.3設(shè)置孔徑20
2.2.4設(shè)置視場(chǎng)22
2.2.5設(shè)置波長(zhǎng)23
2.2.6設(shè)置玻璃24
2.3查看輸入結(jié)果26
2.3.1鏡頭結(jié)構(gòu)參數(shù)26
2.3.22D/3D視圖26
2.3.3查看一階特性27
2.3.4分析輸入結(jié)果27

第3章光路計(jì)算30
3.1符號(hào)規(guī)則30
3.1.1線量的符號(hào)規(guī)則30
3.1.2角量的符號(hào)規(guī)則31
3.1.3反射處理32
3.2光路計(jì)算公式32
3.2.1非近軸光路計(jì)算公式32
3.2.2轉(zhuǎn)面公式33
3.3近軸光路計(jì)算公式33
3.4計(jì)算實(shí)例34
3.5光路計(jì)算的向量公式36
3.5.1球面光路計(jì)算的向量公式37
3.5.2二次曲面光路計(jì)算的向量公式39
3.5.3光路計(jì)算的起始和終結(jié)公式41

第4章光學(xué)材料45
4.1無(wú)色光學(xué)玻璃45
4.1.1夫瑯禾費(fèi)波長(zhǎng)45
4.1.2無(wú)色光學(xué)玻璃的分類(lèi)和牌號(hào)46
4.1.3玻璃折射率47
4.1.4色散48
4.1.5無(wú)色光學(xué)玻璃的質(zhì)量指標(biāo)49
4.1.6玻璃圖51
4.2光學(xué)塑料51
4.2.1光學(xué)塑料簡(jiǎn)介51
4.2.2常用的光學(xué)塑料52
4.2.3在Zemax中使用光學(xué)塑料53
4.3特殊光學(xué)玻璃54
4.3.1有色光學(xué)玻璃54
4.3.2低膨脹玻璃55
4.3.3耐輻射玻璃55
4.3.4耐潮濕和耐腐蝕玻璃55
4.4紫外光學(xué)玻璃56

第5章特殊光學(xué)面形58
5.1非球面58
5.1.1形狀因子58
5.1.2矢高59
5.1.3二次曲面59
5.1.4在Zemax中使用非球面60
5.1.5在Zemax中使用反射面62
5.2梯度折射率面64
5.2.1梯度折射率簡(jiǎn)介64
5.2.2梯度折射率分類(lèi)65
5.2.3在Zemax中使用梯度折射率面66
5.2.4梯度折射率面與非球面的等效70

第6章光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制72
6.1光闌分類(lèi)72
6.1.1孔徑光闌72
6.1.2視場(chǎng)光闌73
6.1.3漸暈光闌73
6.1.4消雜光光闌74
6.2主光線和邊緣光線74
6.3相對(duì)孔徑與F數(shù)75
6.4拉格朗日不變量75
6.5遠(yuǎn)心光路77
6.5.1物方遠(yuǎn)心光路77
6.5.2像方遠(yuǎn)心光路78
6.6在Zemax中移動(dòng)光闌78

第7章塞德像差理論Ⅰ83
7.1球差83
7.1.1球差的定義83
7.1.2球差的計(jì)算公式84
7.2軸外初級(jí)單色像差85
7.2.1空間坐標(biāo)系的建立85
7.2.2Petzval場(chǎng)曲86
7.2.3軸向像差87
7.2.4橫向像差89
7.2.5旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)89
7.2.6初級(jí)單色像差的塞德和數(shù)90
7.3彗差90
7.3.1子午面和弧矢面90
7.3.2子午面和弧矢面像差91
7.3.3彗差定義92
7.3.4正弦差93
7.4場(chǎng)曲和像散93
7.4.1子午場(chǎng)曲和弧矢場(chǎng)曲93
7.4.2像散94
7.4.3Petzval場(chǎng)曲94
7.5畸變94
7.6PW形式的塞德和數(shù)95
7.7在Zemax中查看塞德像差系數(shù)97

第8章塞德像差理論Ⅱ100
8.1初級(jí)色差100
8.1.1軸向色差100
8.1.2垂軸色差102
8.1.3在Zemax中查看初級(jí)色差數(shù)據(jù)103
8.2Zemax中橫向像差與軸向像差105
8.3像差的級(jí)數(shù)展開(kāi)與像差平衡107
8.4像差曲線113

第9章優(yōu)化函數(shù)116
9.1求解116
9.1.1曲率求解116
9.1.2厚度求解118
9.2環(huán)和臂119
9.3構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)121
9.4Zemax中常用優(yōu)化函數(shù)122
9.5設(shè)計(jì)實(shí)例124

第10章波像差129
10.1波前129
10.2費(fèi)馬原理131
10.3波像差公式131
10.3.1軸上點(diǎn)波像差與球差的關(guān)系131
10.3.2波像差與塞德像差的關(guān)系132
10.3.3波像差普遍式133
10.3.4波像差的極坐標(biāo)形式134
10.3.5波像差與塞德像差換算公式134
10.3.6焦深136
10.4用波像差研究初級(jí)像差的幾何形狀137
10.4.1球差137
10.4.2彗差137
10.4.3像散137
10.4.4場(chǎng)曲137
10.4.5畸變138
10.5色差的波像差138
10.5.1D-d方法計(jì)算波色差138
10.5.2用最后一面半徑消色差138
10.5.3波色差與塞德初級(jí)色差的關(guān)系139
10.5.4近軸薄透鏡的波色差139
10.6在Zemax中查看波像差140

第11章Buchdahl公式142
11.1Buchdahl塞德和數(shù)公式142
11.1.1阿貝不變量表示的塞德和數(shù)142
11.1.2Buchdahl的塞德和數(shù)143
11.2結(jié)構(gòu)像差系數(shù)145
11.2.1薄透鏡近似145
11.2.2結(jié)構(gòu)像差系數(shù)的消像差條件148
11.3最小彌散斑150
11.3.1最小彌散斑位置150
11.3.2在Zemax中查看離焦152

第12章像質(zhì)評(píng)價(jià)Ⅰ154
12.1像差容限154
12.1.1瑞利判據(jù)154
12.1.2球差容限154
12.1.3望遠(yuǎn)和顯微物鏡的像差容限157
12.1.4望遠(yuǎn)和顯微目鏡的像差容限157
12.1.5照相物鏡的像差容限157
12.2光線扇形圖158
12.3點(diǎn)列圖160
12.4能量集中度163
12.5斯特列爾比164

第13章像質(zhì)評(píng)價(jià)Ⅱ167
13.1對(duì)比度167
13.2傅里葉變換168
13.2.1傅里葉變換的定義168
13.2.2卷積168
13.2.3線性系統(tǒng)169
13.2.4線性平移不變性169
13.3衍射理論170
13.3.1基爾霍夫公式170
13.3.2菲涅耳和夫瑯禾費(fèi)近似171
13.3.3透鏡的相位變換172
13.4點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)173
13.4.1點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)計(jì)算公式173
13.4.2在Zemax中查看點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)174
13.5光學(xué)傳遞函數(shù)177
13.5.1調(diào)制傳遞函數(shù)177
13.5.2一個(gè)計(jì)算實(shí)例178
13.5.3衍射受限的光學(xué)傳遞函數(shù)179
13.5.4在Zemax中使用MTF180

第14章透鏡的初級(jí)像差184
14.1初級(jí)像差系數(shù)184
14.2單折射面的初級(jí)像差185
14.2.1球差185
14.2.2彗差186
14.2.3像散187
14.2.4場(chǎng)曲187
14.2.5畸變188
14.3球面反射鏡的初級(jí)像差188
14.3.1球面反射鏡188
14.3.2平面反射鏡189
14.3.3非球面的初級(jí)像差189
14.4薄透鏡的初級(jí)像差189
14.5平行平板的初級(jí)像差190
14.6場(chǎng)鏡的像差192
14.7光闌位置對(duì)初級(jí)像差的影響192
14.8厚透鏡194

第15章分離鏡片和場(chǎng)曲平化196
15.1分離鏡片196
15.1.1單片鏡196
15.1.2雙片鏡197
15.1.3三片鏡198
15.2彎曲光學(xué)系統(tǒng)200
15.3場(chǎng)曲平化201
15.3.1Petzval半徑201
15.3.2平行平板引起的焦移203
15.3.3場(chǎng)曲平化方程203
15.3.4Zemax中的場(chǎng)曲平化操作數(shù)204
15.4對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)204