工程光學(xué)設(shè)計(jì)（第3版）

目 錄
第1部分 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
第1章 光學(xué)設(shè)計(jì)概述 （2）
1．1 現(xiàn)代光學(xué)儀器對(duì)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求 （2）
1．1．1 儀器對(duì)光學(xué)系統(tǒng)性能與質(zhì)量的要求 （2）
1．1．2 光學(xué)系統(tǒng)對(duì)使用要求的滿(mǎn)足程度 （2）
1．1．3 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性 （3）
1．2 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 （4）
1．2．1 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程和步驟 （4）
1．2．2 光學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) （4）
1．2．3 光學(xué)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì) （4）
第2章 初級(jí)像差理論、像差校正與像質(zhì)評(píng)價(jià) （7）
2．1 概述 （7）
2．2 幾何像差 （7）
2．2．1 球差（spherical aberration） （7）
2．2．2 彗差（coma;comatic aberration） （9）
2．2．3 像散與像場(chǎng)彎曲 （10）
2．2．4 畸變（distortion） （12）
2．2．5 色差（chromatic aberration） （14）
2．3 薄透鏡的初級(jí)像差理論 （16）
2．3．1 薄透鏡的初級(jí)像差普遍公式 （16）
2．3．2 由薄透鏡初級(jí)像差普遍公式引出的重要結(jié)論 （17）
2．3．3 規(guī)化條件下的雙膠合透鏡組的色差 （19）
2．4 反射光學(xué)系統(tǒng)和平面光學(xué)系統(tǒng)的像差理論 （19）
2．4．1 平面反射鏡的像差 （19）
2．4．2 球面反射鏡的像差 （20）
2．4．3 棱鏡或平面平行板的像差 （21）
2．4．4 場(chǎng)鏡的像差 （23）
2．5 厚透鏡初級(jí)像差 （24）
2．5．1 厚透鏡焦距的求法 （24）
2．5．2 利用彎月形厚透鏡消場(chǎng)曲SⅣ （24）
2．5．3 分析消場(chǎng)曲的彎月形厚透鏡的其余像差SI、SII、SIII、S1C （26）
2．5．4 遠(yuǎn)雙分離正負(fù)薄透鏡組消場(chǎng)曲 （26）
2．5．5 用同心不暈彎月形厚透鏡消除球差、彗差及場(chǎng)曲 （27）
2．5．6 用彎月形厚透鏡消除軸上點(diǎn)色差 （27）
2．5．7 鼓形透鏡（雙凸厚透鏡） （27）
2．6 全對(duì)稱(chēng)光學(xué)部件的像差 （29）
2．7 像差校正和平衡方法 （31）
2．7．1 引言 （31）
2．7．2 像差校正方法 （31）
2．7．3 像差校正的一些設(shè)計(jì)技巧 （32）
2．8 光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià) （33）
2．8．1 幾何像差公差――像差容限 （34）
2．8．2 波像差、瑞利準(zhǔn)則和中心亮斑所占能量 （35）
2．8．3 點(diǎn)列圖和能量集中度評(píng)價(jià) （36）
2．8．4 分辨率檢驗(yàn)和星點(diǎn)檢驗(yàn) （37）
2．8．5 光學(xué)傳遞函數(shù) （39）
第2部分 光學(xué)部件與系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第3章 代數(shù)法求解光學(xué)部件初始結(jié)構(gòu) （46）
3．1 概述 （46）
3．2 單片薄透鏡初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 （46）
3．2．1 基于PW法的單片透鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 （46）
3．2．2 單片透鏡初始結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì) （51）
3．3 雙膠薄透鏡初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 （52）
3．3．1 雙膠薄透鏡物在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)的P∞、W∞與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系 （52）
3．3．2 對(duì)P∞、W∞基本關(guān)系的分析 （53）
3．3．3 基于Shannon法的雙膠合透鏡的設(shè)計(jì)和計(jì)算 （58）
3．4 兩組雙膠物鏡初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) （62）
3．4．1 選型 （62）
3．4．2 方案選擇 （62）
3．5 小氣隙雙分透鏡 （63）
3．5．1 雙膠合組變小氣隙雙分透鏡的目的 （63）
3．5．2 小氣隙雙分透鏡能減小高級(jí)球差 （63）
3．6 齊明彎月形透鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)求解 （64）
3．6．1 顯微物鏡齊明彎月前組 （64）
3．6．2 聚透鏡第一片齊明透鏡 （66）
3．6．3 設(shè)計(jì)實(shí)例：同心不暈透鏡初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （66）
第4章 典型光學(xué)部件設(shè)計(jì) （68）
4．1 望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì) （68）
4．1．1 望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)類(lèi)型 （68）
4．1．2 雙膠合、雙分離物鏡設(shè)計(jì) （70）
4．1．3 攝遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì) （72）
4．2 顯微物鏡設(shè)計(jì) （74）
4．2．1 顯微物鏡概述 （74）
4．2．2 顯微物鏡的光學(xué)特性 （74）
4．2．3 顯微物鏡結(jié)構(gòu)的基本類(lèi)型 （77）
4．2．4 設(shè)計(jì)顯微物鏡時(shí)應(yīng)校正的像差 （80）
4．2．5 消色差顯微物鏡設(shè)計(jì) （81）
4．2．6 長(zhǎng)工作距離平場(chǎng)顯微物鏡設(shè)計(jì) （82）
4．2．7 復(fù)消色差光路追跡機(jī)理與平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡設(shè)計(jì) （86）
4．2．8 平場(chǎng)半復(fù)消色差顯微物鏡設(shè)計(jì) （95）
4．3 目鏡設(shè)計(jì) （102）
4．3．1 目鏡的光學(xué)特性與結(jié)構(gòu)類(lèi)型 （102）
4．3．2 目鏡設(shè)計(jì)要點(diǎn) （104）
4．3．3 普通目鏡設(shè)計(jì) （105）
4．3．4 借助價(jià)值工程（VE）優(yōu)化廣角目鏡設(shè)計(jì) （108）
4．3．5 顯微攝影光學(xué)系統(tǒng)及攝影目鏡設(shè)計(jì) （109）
4．4 照相物鏡設(shè)計(jì) （113）
4．4．1 照相物鏡的光學(xué)特性和結(jié)構(gòu)形式 （113）
4．4．2 照相物鏡設(shè)計(jì)的一般方法 （120）
4．4．3 照相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭設(shè)計(jì) （121）
4．5 投影物鏡設(shè)計(jì) （124）
4．5．1 投影物鏡光學(xué)特性 （124）
4．5．2 投影物鏡結(jié)構(gòu)形式以及對(duì)像質(zhì)的要求 （125）
4．5．3 投影儀物鏡設(shè)計(jì) （126）
4．5．4 電影放映物鏡設(shè)計(jì) （128）
4．6 CCD圖像傳感器成像物鏡設(shè)計(jì) （129）
4．6．1 CCD成像物鏡的光學(xué)性能和設(shè)計(jì)要點(diǎn) （129）
4．6．2 顯微電視CCD攝錄接口的設(shè)計(jì) （130）
4．6．3 高清CCTV成像物鏡設(shè)計(jì) （131）
4．7 遠(yuǎn)心物鏡設(shè)計(jì) （139）
4．7．1 遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)概述 （139）
4．7．2 遠(yuǎn)心物鏡的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)――光闌位置的一維優(yōu)化 （140）
4．7．3 設(shè)計(jì)實(shí)例：生物顯微鏡多功能光電質(zhì)檢儀遠(yuǎn)心物鏡設(shè)計(jì) （142）
第5章 典型光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （146）
5．1 概述 （146）
5．2 普通生物顯微鏡成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （146）
5．2．1 顯微鏡成像簡(jiǎn)述 （146）
5．2．2 顯微光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和要求 （147）
5．2．3 顯微光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化 （147）
5．2．4 顯微光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) （148）
5．2．5 設(shè)計(jì)實(shí)例：設(shè)計(jì)?max?1 600×生物顯微鏡光學(xué)系統(tǒng) （149）
5．3 無(wú)限遠(yuǎn)像距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （156）
5．3．1 概述 （156）
5．3．2 無(wú)限遠(yuǎn)像距光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) （158）
5．3．3 設(shè)計(jì)實(shí)例：設(shè)計(jì)?max?320×特種顯微鏡無(wú)限遠(yuǎn)像距光學(xué)系統(tǒng) （160）
5．4 照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （162）
5．4．1 概述 （162）
5．4．2 照明系統(tǒng)及其分類(lèi) （164）
5．4．3 照明系統(tǒng)外形尺寸計(jì)算 （167）
5．4．4 聚光鏡光學(xué)設(shè)計(jì) （169）
5．4．5 環(huán)形透鏡暗場(chǎng)落射照明系統(tǒng)設(shè)計(jì) （174）
5．4．6 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題 （178）
5．5 醫(yī)用光學(xué)儀器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （183）
5．5．1 眼底電視光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （183）
5．5．2 基于窄帶濾光片的生化分析儀光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （187）
5．6 機(jī)器視覺(jué)圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) （192）
5．6．1 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)概述 （192）
5．6．2 機(jī)器視覺(jué)光電檢測(cè)原理及光學(xué)系統(tǒng)初步設(shè)計(jì) （193）
5．6．3 設(shè)計(jì)實(shí)例：大視場(chǎng)高分辨率機(jī)器視覺(jué)攝錄物鏡的設(shè)計(jì) （195）
5．7 二次平行光路望遠(yuǎn)光電成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （199）
5．7．1 望遠(yuǎn)二次平行光路系統(tǒng)光學(xué)原理 （199）
5．7．2 設(shè)計(jì)實(shí)例：標(biāo)清望遠(yuǎn)光電成像系統(tǒng)設(shè)計(jì) （202）
第6章 變焦距（變倍）光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （205）
6．1 變焦距（變倍）光學(xué)系統(tǒng)原理 （205）
6．2 變焦距物鏡 （206）
6．3 連續(xù)變倍顯微光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （208）
6．3．1 連續(xù)變倍顯微光學(xué)系統(tǒng)的類(lèi)型 （208）
6．3．2 典型的連續(xù)變倍顯微鏡 （209）
6．3．3 連續(xù)變倍體視顯微物鏡的設(shè)計(jì) （211）
6．3．4 設(shè)計(jì)實(shí)例：連續(xù)變倍體視顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （214）
6．3．5　設(shè)計(jì)實(shí)例：0．47×～4．7×大變倍比連續(xù)變倍顯微物鏡的設(shè)計(jì) （217）

第3部分 現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第7章 激光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （222）
7．1 激光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) （222）
7．1．1 概述 （222）
7．1．2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) （222）
7．1．3 激光光學(xué)系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算 （225）
7．1．4 通光孔徑的選擇 （226）
7．1．5 聚焦高斯光束的焦點(diǎn)位移 （228）
7．1．6 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) （229）
7．2 高斯光束會(huì)聚系統(tǒng)設(shè)計(jì) （229）
7．2．1 激光聚光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想與實(shí)例 （229）
7．2．2 李斯特顯微物鏡激光會(huì)聚系統(tǒng) （230）
7．3 高斯光束準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)設(shè)計(jì) （231）
7．3．1 激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)設(shè)計(jì) （231）
7．3．2 半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)計(jì) （234）
第8章 光纖光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （236）
8．1 半導(dǎo)體激光器與光纖直接耦合設(shè)計(jì) （236）
8．1．1 概述 （236）
8．1．2 直接耦合光纖端面結(jié)構(gòu)形式及其效率 （237）
8．1．3 尖錐端光纖耦合理論模型 （238）
8．2 微光學(xué)元件擴(kuò)束耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì) （240）
8．3 光纖-透鏡耦合激光會(huì)聚系統(tǒng)設(shè)計(jì) （245）
8．4 光天線(xiàn)-光纖耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì) （247）
8．4．1 自由空間光通信接收系統(tǒng)前端概述 （247）
8．4．2 對(duì)光天線(xiàn)設(shè)計(jì)的要求與設(shè)計(jì)理念 （247）
8．4．3 光天線(xiàn)設(shè)計(jì) （248）
8．4．4 設(shè)計(jì)實(shí)例 （251）
第4部分 光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)務(wù)
第9章 光學(xué)設(shè)計(jì)CAD軟件應(yīng)用基礎(chǔ) （254）
9．1 國(guó)內(nèi)外光學(xué)CAD軟件概述 （254）
9．1．1 光學(xué)設(shè)計(jì)CAD軟件的發(fā)展歷史 （254）
9．1．2 幾種有代表性的光學(xué)CAD軟件簡(jiǎn)介 （254）
9．2 OSLO簡(jiǎn)介 （255）
9．2．1 OSLO的版本 （255）
9．2．2 OSLO的基本概念 （256）
9．3 OSLO LT6．1用戶(hù)界面 （256）
9．3．1 主窗口 （257）
9．3．2 工具條 （257）
9．3．3 面數(shù)據(jù)編輯表 （259）
9．3．4 圖形窗口 （263）
9．3．5 文本窗口 （264）
9．3．6 文件（File）菜單 （265）
9．3．7 透鏡（Lens）菜單 （266）
9．3．8 評(píng)價(jià)（Evaluate）菜單 （267）
9．3．9 優(yōu)化（Optimize）菜單 （268）
9．3．10 公差（Tolerance）菜單 （268）
9．3．11 光源（Source）菜單 （268）
9．3．12 工具（Tools）菜單 （269）
9．3．13 窗口（Window）菜單 （270）
9．3．14 幫助（Help）菜單 （270）
9．4 OSLO LT6．1基本操作 （270）
9．4．1 OSLO的參數(shù)輸入操作規(guī)定 （271）
9．4．2 建立無(wú)限遠(yuǎn)共軛距鏡頭文件 （271）
9．4．3 建立有限遠(yuǎn)共軛距透鏡文件 （274）
9．4．4 像質(zhì)評(píng)價(jià) （275）
9．4．5 優(yōu)化 （277）
9．5 OSLO LT6．1應(yīng)用實(shí)例 （280）
9．5．1 25×消色差顯微物鏡設(shè)計(jì) （280）
9．5．2 15×廣角目鏡設(shè)計(jì) （281）
9．5．3 松納型照相物鏡設(shè)計(jì) （283）
9．5．4 5×激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡設(shè)計(jì) （284）
第10章 光學(xué)零件與光學(xué)制圖 （285）
10．1 光學(xué)材料 （285）
10．1．1 光學(xué)材料簡(jiǎn)介 （285）
10．1．2 光學(xué)玻璃 （285）
10．1．3 激光技術(shù)用的光學(xué)材料 （286）
10．1．4 紅外、紫外光學(xué)材料 （288）
10．1．5 光學(xué)薄膜 （290）
10．1．6 光學(xué)塑料 （290）
10．2 光學(xué)制圖（GB 13323－91）標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容 （292）
10．2．1 一般規(guī)定 （292）
10．2．2 圖樣要求 （294）
10．3 對(duì)光學(xué)零件材料的要求 （300）
10．4 對(duì)光學(xué)零件的加工要求 （301）
10．4．1 光學(xué)零件的表面誤差 （301）
10．4．2 光學(xué)零件外徑及配合公差的給定 （303）
10．4．3 光學(xué)零件的中心厚度及邊緣最小厚度 （304）
10．4．4 光學(xué)零件的厚度公差 （304）
10．4．5 光學(xué)零件的倒角（GB 1204－75） （305）
10．4．6 透鏡中心誤差（GB7242－87） （306）
10．4．7 光楔 （306）
10．4．8 光學(xué)零件鍍膜分類(lèi)、符號(hào)及標(biāo)注（JB/T 6179－92） （307）
附錄A 無(wú)色光學(xué)玻璃（GB 903―87） （308）
附錄B 中、德玻璃牌號(hào)對(duì)照表 （311）
附錄C 單薄透鏡參數(shù)表 （314）
附錄D 冕牌透鏡在前的玻璃組合 （316）
附錄E 火石透鏡在前的玻璃組合 （317）
附錄F 雙膠合透鏡P0，Q0表 （318）
參考文獻(xiàn) （323）