現代光學設計方法(第3版)（簡體書）

本書首先介紹光學設計的基礎知識和像差理論，然后以國外先進的光學設計軟件Zemax作為基礎，詳細介紹采用Zemax設計新型光學系統的方法。本書緊密結合當前各應用領域的*的一些光學系統，內容基本上可以分為7個部分。部分是光學系統的像質評價，這是設計一個光學系統所的基礎知識。第2部分是光學自動設計的原理與程序，介紹了適應法和阻尼*小二乘法這兩種常用的光學自動設計程序的特點和使用方法。第3部分是變焦距系統的原理與程序，討論了變焦距系統的像差計算與自動設計問題。第4部分是光學系統的公差分析與計算，介紹了公差分析計算軟件的原理與編程特點。第5部分是光學系統的環境溫度分析與無熱設計，討論了環境溫度對光學系統的影響及利用衍射光學元件進行無熱設計的原理與方法。第6部分是典型光學系統設計，應用所介紹的光學設計程序對望遠系統、顯微鏡物鏡和照相物鏡等進行了實際設計，並對所設計的例子進行了像質評價。第7部分對偏振像差、非球面應用、計算機輔助光學裝調、衍射光學元件、非成像光學系統、空間光學系統、紅外光學系統以及其他一些光電系統進行了介紹。本書可作為從事光學設計的專業人員及高等院校光學專業教師和研究生的教學和參考用書。

李林，男，現為北京理工大學光電學院長聘教授，博士生導師，現擔任軍隊及全國光電類學會各種專家社會職務。出版了包括國家規劃教材和專著等10部著作，現從事專業為光電儀器設計與檢測、空間光學、照明光學、紅外仿真等領域。主持或參與完成了國家973和863等數十個國家和部委的科研項目，獲6次部委級科研獎勵，其中一等獎1次，二等獎1次，三等獎4次。獲北京市教育創新標兵、北京市高等學校教學名師、北京市教學團隊帶頭人、北京市高等教育精品課程、視頻公開課。

本書首先介紹光學設計的基礎知識和像差理論，然后以國外先進的光學設計軟件Zemax作為基礎，詳細介紹采用Zemax設計新型光學系統的方法。可作為從事光學設計的專業人員及高等院校光學專業教師和研究生的教學和參考用書。

目錄

第1章光學系統像質評價方法001
1.1概述001
1.2光學系統的坐標系統、結構參數和特性參數001
1.3檢測階段的像質評價指標——星點檢驗006
1.4檢測階段的像質評價指標——分辨力測量010
1.5幾何像差的定義及其計算013
1.6垂軸像差的概念及其計算018
1.7幾何像差計算程序ABR的輸入數據與輸出結果020
1.8幾何像差及垂軸像差的圖形輸出024
1.9用波像差評價光學系統的成像質量028
1.10光學傳遞函數029
1.11點列圖035
1.12包圍圓能量036

第2章光學自動設計原理和程序037
2.1概述037
2.2阻尼小二乘法光學自動設計程序039
2.3光學自動設計的全局優化045
2.4適應法光學自動設計程序049
2.5典型光學設計軟件介紹054
2.5.1實用軟件054
2.5.2國外軟件056
本章附錄060
第3章公差分析與計算061
3.1概述061
3.2公差設計中的評價函數062
3.3光學公差的概率關系065
3.4公差設計中的模擬檢驗070
3.5公差設計中的偏心光路追跡074

第4章目視光學系統083
4.1薄透鏡系統的初級像差理論083
4.2望遠鏡物鏡設計091
4.3望遠鏡物鏡設計實例100
4.3.1用Zemax軟件對雙膠合望遠鏡物鏡進行優化設計100
4.3.2大相對孔徑望遠鏡物鏡設計105
4.3.3攝遠物鏡設計115
4.3.4反射式物鏡設計130
4.3.5折反射球面系統設計143
4.4顯微鏡物鏡設計151
4.5顯微鏡物鏡設計實例157
4.5.1低倍消色差顯微鏡物鏡設計157
4.5.2中倍消色差顯微鏡物鏡設計161
4.6目鏡設計169
4.7目鏡設計實例178
4.7.1冉斯登、惠更斯和凱涅爾目鏡設計178
4.7.2對稱式目鏡和無畸變目鏡設計185
4.7.3廣角目鏡設計189

第5章照相物鏡設計195
5.1照相物鏡的光學特性195
5.2照相物鏡的基本類型196
5.3基本類型照相物鏡的演變形式201
5.4照相物鏡設計的特點205
5.5數碼相機物鏡設計特點206
5.6照相物鏡像差的公差210
5.7照相物鏡設計實例212
5.7.1用適應法自動設計程序設計反攝遠物鏡212
5.7.2用阻尼小二乘法自動設計程序設計雙高斯物鏡222
第6章變焦距光學系統230
6.1概述230
6.2變焦距系統的分類及其特點231
6.3變焦距物鏡的高斯光學238
6.4變焦距物鏡高斯光學實例254
6.5體視變倍顯微鏡259
6.6變焦距物鏡設計方法和設計實例261

第7章液晶投影儀和背投電視鏡頭設計268
7.1投影顯示類型268
7.2液晶投影儀的工作原理270
7.3液晶投影儀照明系統的設計272
7.4液晶投影儀投影物鏡的設計273
7.5背投電視鏡頭設計特點275

第8章其他光學系統278
8.1激光掃描系統和fθ鏡頭278
8.2光學信息處理系統和傅里葉變換鏡頭280
8.3紅外光學系統283
8.4空間光學系統289
8.5空間光學系統設計方法和設計實例292
8.5.1同軸三反射鏡系統設計292
8.5.2空間輕型大視場離軸TMA相機鏡頭的光學系統設計實例293
8.6共形光學設計302
8.7計算機直接制版鏡頭307
8.8投影儀擴展廣角鏡頭309
8.9光刻機系統設計方法和設計實例310
8.9.1光刻技術發展歷程311
8.9.2光刻物鏡312
8.9.3全球面光刻物鏡設計315
8.9.4偶次非球面光刻物鏡光學設計320

第9章非球面和自由曲面的應用335
9.1非球面的表示方法335
9.2非球面的特性337
9.3反射二次非球面的應用337
9.4非球面設計實例339
9.5自由曲面343
9.6自由曲面設計方法和設計實例358
9.6.1基于自由曲面的頭盔式顯示系統設計358
9.6.2自由曲面在光刻機鏡頭上的應用365

0章空間熱環境及雜散光影響分析371
10.1熱分析概述371
10.2光機熱分析理論及有限元方法372
10.2.1熱分析基本理論與方法372
10.2.2空間光機系統的熱交換374
10.2.3有限元分析法374
10.3熱形變的光學系統面型擬合算法378
10.3.1Zernike多項式378
10.3.2面型擬合算法380
10.4不規則折射率在光機熱一體化技術中的影響384
10.4.1梯度折射率384
10.4.2不規則折射率面分布擬合算法387
10.5雜散光分析概述389
10.6空間遙感器的雜光水平評價方法391
10.6.1雜光系數392
10.6.2點源透射率392
10.6.3雜光系數與點源透過率的關系395
10.7雜散輻射防護設計396
10.7.1關鍵表面和被照射表面397
10.7.2遮光罩和擋光環設計398
10.7.3光闌的設計與使用404

1章衍射光學元件406
11.1概述406
11.2衍射光學元件的實際光線和近軸光線追跡407
11.3衍射光學元件在成像系統中消色差的方法411
11.4衍射光學元件在成像系統中對于熱像差的校正414

2章偏振像差的理論419
12.1光的偏振419
12.2偏振像差的定義420
12.3偏振光線追跡的方法422
12.4旋轉對稱光學面形中的偏振像差函數423
12.5旋轉對稱光學系統中的偏振像差函數427
12.6薄膜設計與光學設計428

3章計算機輔助裝調430
13.1概述430
13.2計算機輔助裝調數學模型的建立430
13.3計算機輔助裝調的像差數據處理433
13.4基于MoorePenrose廣義逆的失調量求解方法438
13.5光學系統計算機輔助裝調的數值模擬440

4章非成像光學454
14.1輻射度學和光度學基本概念454
14.2照明光學系統基本組成461
14.3照明光學系統的設計463
14.4均勻照明的實現466
14.5太陽光能量獲取系統469

5章Zemax光學設計軟件應用476
15.1概述476
15.2Zemax的用戶界面477
15.3Zemax基本操作483
15.4應用實例492

附錄1雙膠合薄透鏡參數表(冕玻璃在前)498
附錄2雙膠合薄透鏡參數表(火石玻璃在前)514

參考文獻529