目 錄

第一部分 幾 何 光 學

第1章 幾何光學的基本定律和成像的
概念 （1）
1.1 幾何光學的基本概念 （1）
1.2 幾何光學的基本定律 （3）
1.3 費馬原理及其應用 （8）
1.4 馬呂斯定律 （10）
1.5 成像的概念 （10）
習題 （12）
第2章 球面和共軸球面系統(tǒng) （14）
2.1 光線經(jīng)過單個折射球面的折射 （14）
2.2 單個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）
習題 （21）
第3章 理想光學系統(tǒng) （23）
3.1 理想光學系統(tǒng)和共線成像 （23）
3.2 理想光學系統(tǒng)的焦點與焦平面、主點
與主平面、焦距、節(jié)點 （23）
3.3 理想光學系統(tǒng)的物像關系 （26）
3.4 理想光學系統(tǒng)的放大率 （30）
3.5 多個光組的組合 （34）
3.6 透鏡 （36）
3.7 實際光學系統(tǒng)焦點位置和焦距的
計算 （38）
3.8 幾種典型系統(tǒng)的理想光學系統(tǒng)性質(zhì) （40）
3.8.1 望遠鏡系統(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 光學材料 （57）
4.6.1 透明光學材料（透射材料） （57）
4.6.2 玻璃的選擇 （59）
4.6.3 塑料光學材料 （59）
4.6.4 反射光學材料 （59）
習題 （60）
第5章 光學系統(tǒng)中的光闌 （61）
5.1 光闌在光學系統(tǒng)中的作用 （61）
5.2 光學系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和
出射光瞳 （62）
5.3 視場光闌 （65）
5.4 漸暈光闌 （66）
5.4.1 軸外點發(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 光學系統(tǒng)的景深 （68）
5.5.1 光學系統(tǒng)的空間像 （68）
5.5.2 光學系統(tǒng)的景深 （70）
5.6 遠心光路 （72）
5.7 消雜光光闌 （73）
習題 （74）
第6章 光能及其計算 （76）
6.1 光通量 （76）
6.2 發(fā)光強度 （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系統(tǒng)中的傳遞、
像面光照度 （83）
6.6 光學系統(tǒng)中光能損失的計算 （87）
習題 （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 色度學基礎 （92）
7.6 CIE標準色度學系統(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量——主波長
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參量 （97）
7.7.2 CIE標準照明體和標準光源 （98）
7.8 中國顏色體系 （99）
習題 （100）

第二部分 像 差 理 論

第8章 光線的光路計算 （102）
8.1 概述 （102）
8.2 子午面內(nèi)的光線光路計算 （102）
8.3 軸外點細光束的光路計算 （107）
8.4 空間光線的光路計算 （110）
8.4.1 通過球面的空間光線的光路
計算（矢量計算公式） （110）
8.4.2 二次曲面的空間光線的光路
計算（矢量計算公式） （112）
8.4.3 細光束子午焦點和弧矢焦點
位置的計算 （114）
8.4.4 高次非球面空間光線計算
（矢量計算公式） （114）
8.4.5 空間光線初始數(shù)據(jù)的確定和
終結(jié)公式 （116）
習題 （118）
第9章 光學系統(tǒng)的像差 （119）
9.1 軸上點球差 （119）
9.1.1 球差的定義及其計算 （119）
9.1.2 光學系統(tǒng)的球差分布公式 （120）
9.1.3 單個折射球面的球差分布系數(shù)、
不暈點 （122）
9.2 彗差 （123）
9.2.1 彗差及其計算 （123）
9.2.2 光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式對彗差的影響 （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 場曲（像面彎曲） （129）
9.3.3 寬光束的像散和場曲 （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 像差的級數(shù)展開 （140）
9.9 像差分布公式 （144）
習題 （148）
第10章 初級單色像差及初級色差 （149）
10.1 初級單色像差的一般表示式 （149）
10.1.1 軸向像差 （149）
10.1.2 初級垂軸像差的一般表示式 （151）
10.1.3 空間光線通過光學系統(tǒng)的像差的
一般表示式 （153）
10.2 五種初級像差 （154）
10.3 具有初級像差的光束結(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)初級像差的PW
表示式 （161）
10.4.4 單個薄透鏡的P和W （163）
10.4.5 密接雙薄透鏡系統(tǒng)的初級像差 （165）
10.5 消像差譜線選擇 （168）
10.6 初級色差 （169）
10.7 薄透鏡系統(tǒng)的初級色差 （172）
10.7.1 薄透鏡系統(tǒng)的初級位置色差 （172）
10.7.2 由消色差要求決定光學系統(tǒng)中各
透鏡的光焦度分配 （173）
10.7.3 薄透鏡系統(tǒng)的初級倍率色差 （176）
10.7.4 對幾種薄透鏡系統(tǒng)的初級倍率
色差的討論 （176）
10.8 二級光譜 （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)的復消色差 （180）
習題 （182）
第11章 像差綜述、計算結(jié)果處理及
波像差分析 （183）
11.1 概述 （183）
11.2 初級像差系數(shù)和光闌位置的關系 （183）
11.3 光闌像差與物面像差的關系 （185）
11.4 反射光學元件的初級像差 （187）
11.5 一些典型折射光學元件的初級
像差分析 （188）
11.6 對稱式系統(tǒng)的像差特性 （190）
11.7 光學系統(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 軸上點的波像差及其與球差的關系 （199）
11.11 軸外點的波像差及其與垂軸像差的
關系 （201）
11.11.1 軸外點波像差表示式 （201）
11.11.2 軸外點波像差求解 （202）
11.12 波像差的一般表示式 （203）
11.13 參考點移動產(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)方法計算波色差 （205）
11.14.2 二級光譜的波像差計算 （207）
11.14.3 波色差和初級幾何色差的關系 （207）
11.14.4 色球差 （207）
習題 （208）

第三部分 典型光學系統(tǒng)

第12章 眼睛 （210）
12.1 概述 （210）
12.2 眼睛構(gòu)造和標準眼 （210）
12.2.1 眼睛的構(gòu)造 （210）
12.2.2 標準眼 （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 （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 體視測距原理 （216）
12.8.1 體視測距原理概述 （216）
12.8.2 體視光學系統(tǒng) （217）
12.9 顏色視覺 （217）
習題 （218）
第13章 顯微和望遠光學系統(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 （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 顯微鏡的機械筒長 （221）
13.2.3 顯微鏡的視場光闌和視場 （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 點源通過透鏡的衍射 （222）
13.3.2 光學儀器的分辨率 （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 暗視場照明方法 （227）
13.5.3 聚光鏡 （228）
13.6 望遠系統(tǒng) （229）
13.6.1 望遠鏡的視覺放大率 （229）
13.6.2 望遠鏡的分辨率及工作放大率 （229）
13.6.3 主觀亮度 （230）
13.6.4 望遠鏡的視場 （232）
13.6.5 望遠鏡的出瞳距和調(diào)焦 （233）
13.7 望遠物鏡 （235）
13.7.1 折射式望遠物鏡 （235）
13.7.2 反射式望遠物鏡 （236）
13.7.3 折反射式望遠物鏡 （236）
13.8 目鏡 （237）
13.8.1 目鏡的光學特性 （237）
13.8.2 目鏡的像差特性 （238）
13.9 透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和場鏡 （240）
13.10 望遠系統(tǒng)的外形尺寸計算 （241）
13.10.1 由物鏡和目鏡組成的望遠系統(tǒng) （241）
13.10.2 帶有棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的望遠系統(tǒng) （242）
13.10.3 帶有透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的望遠系統(tǒng) （243）
習題 （245）
第14章 攝影及投影光學系統(tǒng) （246）
14.1 攝影系統(tǒng)的光學特性 （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 取景和測距系統(tǒng) （256）
14.3.1 自動調(diào)焦的概念 （257）
14.3.2 照相機中的取景、測距、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）
習題 （268）
第15章 非球面及其在光學系統(tǒng)中的
應用 （270）
15.1 概述 （270）
15.1.1 自由曲面概念 （270）
15.1.2 非球面應用概述 （270）
15.2 非球面曲面方程 （271）
15.2.1 旋轉(zhuǎn)對稱的非球面方程 （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曲面 （274）
15.4 施密特校正器的設計 （276）
15.4.1 施密特校正器的基本工作原理
及其近似計算法 （276）
15.4.2 施密特校正器的精確計算法 （278）
15.5 衍射光學元件及折衍混合光學系統(tǒng) （279）
15.5.1 概述 （279）
15.5.2 菲涅耳透鏡 （280）
15.5.3 達曼光柵 （281）
習題 （282）

第四部分 光 學 設 計

第16章 以初級像差求取光學系統(tǒng)的
初始結(jié)構(gòu) （283）
16.1 光學系統(tǒng)的基本像差參量及其規(guī)化 （283）
16.1.1 光學系統(tǒng)的基本像差參量 （283）
16.1.2 反向光路計算和正向光路計算的
P和W之間關系 （286）
16.1.3 用P, W, C表示的初級像差系數(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
關系 （290）
16.4 用PW方法求解簡單物鏡的結(jié)構(gòu) （291）
習題 （300）
第17章 光學系統(tǒng)設計示例 （301）
17.1 中倍平場顯微物鏡設計 （301）
17.1.1 用PW方法進行中倍平場顯微
物鏡設計 （301）
17.1.2 對各透鏡組PW規(guī)范化 （303）
17.2 雙高斯型物鏡設計 （312）
17.2.1 攝影物鏡設計的一般原則 （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 雙高斯物鏡設計實例 （316）
習題 （323）
第18章 光學系統(tǒng)像質(zhì)評價及像差
自動平衡 （324）
18.1 光學系統(tǒng)設計像質(zhì)評價的概述 （324）
18.2 瑞利判斷用于光學系統(tǒng)像質(zhì)評價 （324）
18.3 中心點亮度 （324）
18.4 分辨率 （325）
18.5 點列圖 （326）
18.6 邊界曲線 （326）
18.7 光學傳遞函數(shù) （328）
18.7.1 光學傳遞函數(shù)的基本概念 （328）
18.7.2 光學傳遞函數(shù)的表達式 （331）
18.7.3 光學傳遞函數(shù)在像質(zhì)評價中的
應用 （334）

18.8 像差自動平衡概述 （336）
18.9 像差自動平衡評價函數(shù) （336）
18.10 阻尼最小二乘法光學自動設計原理 （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 （342）
18.11 光學設計軟件及流程 （345）
18.11.1 ZEMAX光學設計軟件 （345）
18.11.2 CODE V （347）
18.12 像差自動平衡計算實例 （348）
18.12.1 中倍平場顯微物鏡設計 （348）
習題 （350）