本書根據國際流行的“簡練、實用，盡量把設計交給計算機做”的理念，介紹雙膠合、雙分離、消色差、柯克、天塞、雙高斯、遠攝、反遠攝、遠心、投影、變焦、廣角、顯微、紅外等各類光學成像系統的設計方法和流程，討論物理模型、部件選型、評價函數設置，并給出大量的設計實例和ZEMAX設計程序。只要認真研讀本書，參考書中的實例，遵循規范的流程，系統總是沿著最速下降路徑平穩快速收斂、自動更換玻璃，得到符合設計指標、結構緊湊、成本合理的設計結果。
第二版增加了長工作距平場復消色差顯微物鏡、大孔徑卡塞格林物鏡、寬帶連續變比擴束鏡和高清晰度變焦物鏡的設計，提供了公差設定和圖紙繪制的規范。在應用光學部分，推導了衍射極限系統離焦點擴散函數的解析解——合流超幾何函數，提供了貝塞爾函數型橢圓出瞳公式，分析了廣義焦距的定義，討論了全局優化的各態歷經假說，介紹了中國科學院軟件研究所開發的SeeOD光學系統優化設計軟件。
目錄
第二版前言
第一版序一
第一版序二
第一版前言
第1章 緒論 1
1.1 光學成像系統的最新進展 1
1.2 光學玻璃的進展 8
1.3 新一代光學設計軟件的開發 9
1.4 特制光學設計 10
1.5 近代光學設計的特點 14
1.5.1 傳統光學設計 14
1.5.2 近代光學設計理念和設計流程 14
1.5.3 小視場物鏡的直接設計 14
1.5.4 etendue分析和光學系統的F-ω空間 15
1.5.5 復雜系統設計 16
1.6 像質評價指標和評價函數 17
1.6.1 像差 17
1.6.2 評價函數 18
1.7 本章小結 19
第2章 應用光學基礎 20
2.1 引言 20
2.1.1 光學設計和應用光學 20
2.1.2 成像系統的一般模型 20
2.1.3 符號規則 21
2.1.4 理想光學 21
2.2 薄透鏡成像、光焦度和偏角公式 23
2.2.1 光線經過薄透鏡的折射 23
2.2.2 光焦度與偏角 23
2.2.3 分離薄透鏡的偏角公式 25
2.2.4 分離薄透鏡設計 26
2.3 光波的波段和材料 27
2.4 光學系統圖、視場和孔徑 28
2.4.1 光學系統圖 28
2.4.2 視場 29
2.4.3 孔徑 30
2.4.4 歸一化 31
2.5 放大率 31
2.5.1 橫向放大率和縱向放大率 31
2.5.2 角放大率 32
2.6 焦深 33
2.6.1 離焦 33
2.6.2 衍射極限成像系統的焦深 34
2.6.3 物方焦深和像方焦深 35
2.7 光學系統的基面和基點 35
2.7.1 主平面、焦平面和節平面 35
2.7.2 透鏡 37
2.7.3 透鏡的基點和基面 37
2.8 光闌、光瞳和漸暈 38
2.8.1 光闌和光瞳 38
2.8.2 光闌的直徑和彌散 39
2.8.3 光闌的位置和漸暈 39
2.9 光度學基礎：成像系統像面的照度 41
2.9.1 輻射通量和光通量 41
2.9.2 發光強度和亮度 42
2.9.3 余弦發射體 43
2.9.4 光學系統像的軸上點的亮度和照度.43
2.9.5 光學系統軸外像點的照度 45
2.9.6 相對照度的余弦四次方定律與軟件計算結果的比對 47
2.9.7 傾斜安置監控物鏡的照度估算實例 49
2.10 光通量傳遞的etendue分析 50
2.11 本章小結 50
第3章 成像信息的傳遞和像質評價 51
3.1 引言 51
3.2 衍射極限系統和近衍射極限系統 51
3.2.1 衍射極限系統 51
3.2.2 近衍射極限系統 52
3.3 光線追跡 53
3.3.1 主光線和點擴散函數 53
3.3.2 上光線、下光線和 “大光線” 54
3.4 球差和縱向色差 54
3.4.1 球差 54
3.4.2 縱向色差 56
3.5 軸外像差 57
3.5.1 彗差 57
3.5.2 場曲和像散 58
3.5.3 畸變 61
3.5.4 橫向色差 62
3.6 特性曲線和彌散斑圖（點列圖） 63
3.6.1 光線的扇形分布和特性曲線 63
3.6.2 彌散斑圖 64
3.7 光學傳遞函數和離焦MTF的解析解 65
3.7.1 聲音頻率和圖像頻率 65
3.7.2 衍射極限系統的光學傳遞函數 67
3.7.3 用光學傳遞函數來評價像質 68
3.7.4 圓孔徑光學系統離焦傳遞函數的解析解 69
3.8 高斯型彌散斑的傳遞函數、半峰全寬和分辨率 72
3.8.1 貝塞爾函數的積分公式 72
3.8.2 彌散斑的RMS半徑 72
3.8.3 彌散斑的半峰全寬和分辨率 73
3.8.4 MTF的解析表達式 74
3.8.5 1/e2帶寬 74
3.8.6 等效帶寬 75
3.9 圓出瞳衍射極限系統離焦點擴散函數的解析解 77
3.9.1 系統離焦下的點擴散函數 77
3.9.2 會聚球面波在出瞳的衍射 77
3.9.3 零級近似（無離焦）PSF——艾里斑 79
3.9.4 離焦PSF的解析解 79
3.9.5 實例 81
3.10 像素探測器陣列CCD、CMOS和器件截止頻率 82
3.11 光學信號 etendue分析 83
3.11.1 空間帶寬積和一維etendue分析 83
3.11.2 探測器和光學系統的etendue 匹配 84
3.11.3 光學系統的etendue指標 85
3.12 橢圓形出瞳和橢圓形艾里斑 86
3.12.1 艾里斑 86
3.12.2 軸外大視場的橢圓形出瞳和橢圓形艾里斑 88
3.12.3 不確定關系式 90
3.12.4 實例 91
3.13 中心攔光的艾里斑 91
3.14 光線、光束的概念和激光束的品質因子 93
3.14.1 光線的概念 93
3.14.2 激光束的質量評價 94
3.15 本章小結 95
參考文獻 95
第4章 雙膠合和雙分離消色差物鏡 96
4.1 雙膠合消色差物鏡 96
4.1.1 雙膠合消色差物鏡簡介 96
4.1.2 球差和縱向色差 97
4.1.3 彌散斑和軸外像差 98
4.2 雙膠合消色差物鏡的信息量和定義區間.99
4.3 初級球差和高級球差101
4.4 雙膠合消色差物鏡設計方法 102
4.4.1 流行的設計方法 102
4.4.2 設計指標四要素：“適用波段、相對孔徑、視場和焦距” 102
4.4.3 雙膠合物鏡對像差的校正 102
4.4.4 焦距縮放 103
4.4.5 設計實例 103
4.5 評價函數的球差校正模塊和色差校正模塊 105
4.5.1 焦距EFFL 105
4.5.2 色差校正模塊 105
4.5.3 球差校正模塊——用橫向像差校正縱向像差 106
4.5.4 彌散斑校正設置 108
4.6 有限共軛距雙膠合成像系統設計 108
4.6.1 有限共軛距時關于“孔徑”的幾個定義 108
4.6.2 有限共軛距雙膠合消色差準直鏡設計方法 109
4.6.3 低倍率有限共軛成像系統的構建 109
4.7 雙分離消色差物鏡設計 110
4.7.1 雙膠合消色差物鏡的設計極限 110
4.7.2 雙分離消色差物鏡設計 111
4.8 帶棱鏡（平板）的雙膠合消色差物鏡 113
4.8.1 棱鏡（平板）的加入 113
4.8.2 HAMMER優化和更換玻璃 114
4.8.3 將平板改為45反射棱鏡 114
4.9 本章小結 116
第5章 三片及四片式消色差準直鏡/望遠物鏡 117
5.1 引言 117
5.2 光焦度與偏角 117
5.3 “雙膠合+單片”物鏡與雙膠合透鏡性能比對 118
5.4 三片及四片式物鏡典型設計 119
5.4.1 “2+1”型三片式物鏡 119
5.4.2 “1+2”型三片式物鏡 119
5.4.3 三膠合和四膠合物鏡 121
5.4.4 三分離和四分離物鏡 122
5.5 長入瞳距物鏡 123
5.6 三片式物鏡（“1+2”）設計 124
5.6.1 “歸一化”設計和前后組參數計算 124
5.6.2 設計流程 125
5.7 三片式物鏡（“2+1”）設計 127
5.8 分光棱鏡的插入操作129
5.9 帶有棱鏡的望遠系統設計 131
5.9.1 低倍開普勒望遠鏡 131
5.9.2 低倍開普勒望遠鏡設計方法 132
5.10 本章小結 133
第6章 二級光譜和復消色差航攝望遠物鏡 134
6.1 長焦距雙膠合消色差準直鏡的二級光譜 134
6.2 二級光譜的波像差 136
6.3 光學玻璃的色散特性和阿貝公式 137
6.3.1 光學玻璃所用的特征譜線 137
6.3.2 中部色散和相對部分色散 137
6.3.3 阿貝公式和反常材料 138
6.3.4 光學玻璃的三維空間 140
6.4 雙膠合復消色差準直鏡設計 141
6.4.1 設計方案A：預先確定正透鏡玻璃為仿CAF2的H-FK95N 141
6.4.2 設計方案B：正負透鏡玻璃完全由ZEMAX軟件任選 143
6.5 遠攝型復消色差長焦物鏡 144
6.6 全局優化“各態歷經”和光學設計的極限 145
6.7 本章小結 146
參考文獻 146
第7章 柯克物鏡 147
7.1 有限共軛距成像系統147
7.2 典型的柯克物鏡 148
7.2.1 典型的柯克物鏡[CK-A]、[CK-B] 148
7.2.2 柯克物鏡的佩茨瓦爾半徑 151
7.3 柯克物鏡的定義域和F-ω空間.151
7.3.1 柯克物鏡的參考設計 151
7.3.2 柯克物鏡的平場特性分析 151
7.3.3 柯克物鏡的定義域和etendue分析 152
7.4 柯克物鏡設計 153
7.4.1 無限共軛距柯克物鏡設計 153
7.4.2 有限共軛距柯克物鏡設計 156
7.4.3 探測器和傳遞函數 157
7.5 玻璃的選配和演變 158
7.6 近紫外–深紅超寬帶柯克物鏡 160
7.7 柯克物鏡的評價函數161
7.7.1 角視場模塊 161
7.7.2 放大率和焦距模塊 161
7.7.3 共軛距、物鏡長度、物距、像距和畸變模塊 162
7.7.4 中心和邊緣厚度邊界條件模塊 162
7.7.5 “默認評價函數”設置 163
7.7.6 設置評價函數的要點 163
7.8 光闌像差和光線對準操作 164
7.9 本章小結 165
第8章 天塞物鏡及其變形 166
8.1 引言 166
8.2 典型的天塞物鏡 166
8.3 天塞物鏡的F-ω空間168
8.4 攔光操作 169
8.5 變形天塞物鏡 170
8.6 海利亞物鏡 172
8.7 本章小結 173
第9章 雙高斯物鏡及其變形 174
9.1 引言 174
9.2 單反相機物鏡 175
9.3 攔光和斜光束漸暈 176
9.4 換玻璃操作 177
9.5 雙高斯物鏡的典型設計 178
9.6 雙高斯物鏡的F-ω空間 182
9.7 雙高斯掃描儀物鏡 183
9.8 雙高斯照相機物鏡設計 185
9.9 低倍率變焦雙高斯物鏡設計 187
9.10 本章小結 191
第10章 有限共軛距近對稱成像物鏡 192
10.1 引言 192
10.2 有限共軛距成像的理想光學基本公式 192
10.2.1 共軛距L、橫向放大率β和焦距f′ 192
10.2.2 物高y、像高y′和孔徑角 192
10.2.3 偏角公式和光圈數F 193
10.3 全對稱成像 193
10.3.1 全對稱-1×雙高斯型物鏡典型設計 193
10.3.2 全對稱-1×三片式和四片式物鏡典型設計 195
10.3.3 非對稱-1×雙高斯型物鏡典型設計 196
10.4 近對稱成像 196
10.4.1 全對稱-0.75×物鏡[LM-7] 196
10.4.2 全對稱-0.82×物鏡[LM-8] 197
10.5 0.5×成像 198
10.5.1 小視場-0.5×物鏡[LM-9] 198
10.5.2 中等視場-0.5×物鏡[LM-10] 198
10.5.3 小視場高分辨率-0.5×物鏡[LM-11] 199
10.6 “等etendue過渡”有限共軛距物鏡設計 200
10.6.1 物鏡設計指標 200
10.6.2 “等etendue過渡”201
10.6.3 設計實例1 201
10.6.4 設計實例2 202
10.7 本章小結 202
參考文獻 203
第11章 遠攝物鏡.204
11.1 引言 204
11.2 典型的遠攝物鏡 205
11.3 單反相機180mm物鏡 209
11.4 遠攝物鏡的理想光學模型 209
11.4.1 系統構成和歸一化坐標 209
11.4.2 偏角公式的修正及“有限共軛距等效F數” 210
11.4.3 前后組焦距計算 211
11.4.4 前后組的相對孔徑 213
11.5 遠攝型復消色差航拍物鏡設計方法 213
11.5.1 參數計算 214
11.5.2 前組設計 214
11.5.3 后組設計 215
11.5.4 合成與優化 216
11.6 光學設計中的物理模型 217
11.7 本章小結 218
參考文獻 218
第12章 反遠攝物鏡 219
12.1 引言 219
12.2 單反物鏡的法蘭距和微單（無反）照相物鏡 220
12.2.1 單反物鏡的法蘭距 220
12.2.2 微單（無反）相機物鏡 221
12.3 反遠攝物鏡的典型設計 222
12.4 反遠攝物鏡的理想光學模型 224
12.4.1 簡介 224
12.4.2 前后組焦距 224
12.4.3 前后組相對孔徑 225
12.4.4 小結 226
12.5 反遠攝物鏡的設計方法 227
12.5.1 設計（I）——反遠攝物鏡[RT-3] 227
12.5.2 設計（II）——反遠攝物鏡[RT-4] 230
12.6 本章小結 232
第13章 反射棱鏡 233
13.1 反射棱鏡對圖像的變換 233
13.2 反射棱鏡對光軸的折轉和平移 233
13.3 反射棱鏡的等效平板法 234
13.4 反射棱鏡的主要參數 235
13.5 直角棱鏡的插入操作 236
13.6 幾種典型棱鏡的插入操作 237
13.6.1 單反相機中五角棱鏡 238
13.6.2 菱形（斜方）棱鏡 240
13.6.3 半五角棱鏡 240
13.7 斯密特屋脊棱鏡的構建和插入操作 241
13.7.1 斯密特屋脊棱鏡幾何結構 241
13.7.2 編寫斯密特屋脊棱鏡的 POB 文件 243
13.7.3 應用斯密特屋脊棱鏡的實例 245
13.8 普羅棱鏡的插入操作 246
13.9 棱鏡的“光學平行差”和屋脊棱鏡的“雙像差” 249
13.9.1 棱鏡的“光學平行差” 249
13.9.2 屋脊棱鏡的 “雙像差” 250
13.10 利用光學系統圖進行圖像變換判別 251
13.11 本章小結 253
第14章 廣角和超廣角監控監視物鏡 254
14.1 引言 254
14.2 監控監視物鏡的特點.254
14.3 0.85 視場配置和etendue的“占空比” 255
14.3.1 廣角物鏡[UA-1]-A 255
14.3.2 0.85 視場配置和奇異區 256
14.3.3 水平視場角2ωH和垂直視場角2ωV的計算與控制 257
14.3.4 Etendue的“占空比”和圖像探測器的利用率 258
14.4 典型超廣角監控監視物鏡 259
14.4.1 超廣角物鏡[UA-1]-R 259
14.4.2 超廣角物鏡[UA-2]-R 259
14.4.3 近紅外超廣角物鏡[UA-4]-R 260
14.4.4 大相對孔徑超廣角物鏡[UA-5]-R 260
14.4.5 超廣角物鏡[UA-6]-R 261
14.5 水下超廣角檢測物鏡 261
14.6 簡約結構系列廣角物鏡及設計方法 262
14.6.1 典型的簡約結構系列物鏡 262
14.6.2 簡約結構系列物鏡的特征 262
14.6.3 簡約結構系列物鏡的設計方法 263
14.7 “透鏡棱邊接觸”處理 265
14.7.1 “透鏡棱邊接觸”的評價函數 265
14.7.2 透鏡邊緣接觸加工工藝要求 266
14.8 超廣角物鏡的特殊結構設計 266
14.9 主光線“保角映射”和畸變補償算法 267
14.9.1 大畸變導致放大率公式失效 267
14.9.2 對稱性和主光線的保角映射 267
14.9.3 畸變成像的補償算法 268
14.9.4 逆問題 269
14.10 雙端負鏡式廣角物鏡 270
14.10.1 結構特點及像差分析 271
14.10.2 典型的雙端負鏡式廣角物鏡 272
14.10.3 廣角物鏡的定義域和F-ω空間 275
14.10.4 小結 276
14.11 本章小結 276
第15章 投影系統概論和定焦投影物鏡 277
15.1 引言 277
15.2 典型的幻燈機放映物鏡 278
15.3 照明系統設計 280
15.3.1 照明組件和成像組件的匹配 280
15.3.2 膠片照度均勻性和照度 281
15.3.3 臨界匹配條件下照明組件的etendue分析 282
15.4 空間光調制器簡介 283
15.4.1 空間光調制器：多媒體與投影儀的接口 283
15.4.2 空間光調制器的主要指標 283
15.5 LCD 的原理簡介 284
15.6 LCD 照明光均勻化功能設計 285
15.7 LCD 投影儀 286
15.8 DLP 投影儀 287
15.8.1 引言 287
15.8.2 DMD的結構和工作原理 287
15.8.3 順序顏色模式單板投影儀 289
15.8.4 空間分色模式三板投影儀 289
15.8.5 照明光束的耦合 290
15.9 投影顯示的新趨勢 291
15.9.1 大屏幕數字影院和手機型（PICO）微型投影儀 291
15.9.2 LED投影儀 291
15.10 投影物鏡 292
15.10.1 投影物鏡的特點 292
15.10.2 偏置 292
15.11 典型投影物鏡 293
15.12 定焦投影物鏡的簡化理想光學模型 295
15.12.1 引言 295
15.12.2 由主光線偏角公式解出后組焦距和系統視場角 295
15.12.3 由軸上光偏角公式導出前組焦距和F數 296
15.12.4 小結 296
15.13 定焦投影物鏡設計296
15.13.1 設計指標及前后組參數 296
15.13.2 前組設計 297
15.13.3 后組設計 298
15.13.4 合成 299
15.13.5 調用評價函數“PROJECT FIXED FOCUS”299
15.13.6 優化和HAMMER優化 300
15.14 本章小結 300
參考文獻 301
第16章 變焦投影物鏡和多重組態操作 302
16.1 引言 302
16.2 LCD和DLP變焦投影物鏡 302
16.2.1 LCD變焦投影物鏡[PZ-1] 302
16.2.2 部分偏置 304
16.2.3 DLP變焦投影物鏡[PZ-2] 305
16.3 典型的變焦投影物鏡.306
16.4 Multi-Configuration操作和變焦投影物鏡設計 307
16.4.1 設計指標 307
16.4.2 定義三組態（3-Config） 308
16.4.3 初始設計——Config 2 308
16.4.4 設置三組態 309
16.4.5 調用、設置評價函數“ZOOM-3CONFIG” 309
16.4.6 擴大變焦范圍 310
16.4.7 調用、設置評價函數“ZOOM-9CONFIG” 311
16.4.8 9-Config態的優化 312
16.5 本章小結 313
第17章 遠心物鏡 314
17.1 引言 314
17.2 遠心物鏡和非遠心成像 315
17.3 遠心物鏡的理想光學模型 317
17.3.1 遠心物鏡的構成 317
17.3.2 軸上大孔徑光線 317
17.3.3 最大視場主光線 317
17.3.4 理想光學模型的關系式 317
17.3.5 物方孔徑角 319
17.3.6 遠心度 320
17.4 遠心物鏡的設計方法.320
17.4.1 確定系統和前后組參數 320
17.4.2 選擇前后組初始結構 321
17.4.3 后組設計流程 321
17.4.4 前組設計 322
17.4.5 系統合成 322
17.4.6 物像雙遠心鏡頭的結構修正 323
17.4.7 調用評價函數和優化 325
17.5 典型的遠心物鏡 326
17.5.1 機器視覺用物方遠心物鏡 326
17.5.2 像方遠心物鏡和雙方遠心物鏡 326
17.5.3 超大視場像方遠心物鏡 327
17.6 遠心度特征量及遠心鏡頭的測量范圍 328
17.6.1 遠心度特征量 328
17.6.2 焦深 330
17.6.3 焦深對遠心鏡頭測區縱向線度的限制 331
17.6.4 遠心鏡頭物方焦深計算 333
17.7 遠心照明 333
17.8 本章小結 333
參考文獻 334
第18章 變焦物鏡.335
18.1 引言 335
18.2 變焦物鏡結構的特點 336
18.2.1 基本特性 336
18.2.2 結構特點 337
18.3 變焦和補償 337
18.3.1 變焦物鏡[WS-380]和經典變焦–補償 337
18.3.2 大變焦比物鏡[ZM-2]和復雜變焦–補償 339
18.3.3 超廣角變焦物鏡[ZM-3]和兩間隔調焦–補償 340
18.4 典型的變焦物鏡 341
18.4.1 變焦物鏡[ZM-4] 341
18.4.2 緊湊型廣角變焦物鏡[ZM-5] 342
18.4.3 小型變焦物鏡[ZM-6] 342
18.4.4 大變焦比物鏡[ZM-7] 343
18.4.5 高清晰度 6×ZOOM[ZM-J4]-C 343
18.4.6 大變焦比物鏡[ZM-8] 344
18.4.7 大變焦比物鏡[ZM-J1]-C 345
18.4.8 大變焦比物鏡[ZM-J2]-C 345
18.4.9 高清晰度大變焦比物鏡[ZM-J3]-C 346
18.4.10 高清晰度5×變焦物鏡[ZM-A1] 346
18.5 變焦物鏡的簡化模型 347
18.5.1 變焦物鏡[WS-380] 347
18.5.2 理想光學模型 348
18.5.3 簡化模型 350
18.5.4 小結 351
18.6 變焦物鏡的設計實例.352
18.6.1 設計指標 352
18.6.2 望遠鏡設計 352
18.6.3 后組選擇、系統設計及優化 355
18.6.4 變焦比ZR=3的設計結果.357
18.7 變焦比ZR=4和5的物鏡設計 357
18.7.1 引言 357
18.7.2 變焦比 ZR=4 和5的設計結果 357
18.8 變焦曲線的重整化 358
18.9 有限共軛的對焦操作.361
18.10 “+”型變焦物鏡設計方法361
18.10.1 引言 361
18.10.2 變焦比ZR=5.0“+”型物鏡設計流程 362
18.11 從專利過渡到設計的流程 365
18.11.1 引言 365
18.11.2 技術指標 365
18.11.3 從美國專利文件中選取初始設計 365
18.11.4 以專利4462644A為例導出設計流程 366
18.12 變焦物鏡技術指標一覽表 370
18.13 本章小結 371
參考文獻 371
第19章 fθ掃描物鏡 372
19.1 引言 372
19.2 fθ掃描物鏡的理想光學模型和特性 373
19.2.1 fθ掃描物鏡的理想光學模型 373
19.2.2 fθ掃描物鏡的特性 374
19.2.3 fθ掃描物鏡[FT-1] 374
19.3 帶指示光的雙波長掃描物鏡 376
19.4 典型的fθ掃描物鏡 377
19.5 正交振鏡二維掃描物鏡 378
19.5.1 二維fθ掃描物鏡 378
19.5.2 二維fθ掃描物鏡[FT-7] 379
19.6 二維fθ掃描物鏡的設計 380
19.6.1 一維fθ掃描物鏡初始模型 380
19.6.2 正交振鏡插入設置 381
19.6.3 振鏡轉角設置 382
19.6.4 振鏡轉角效應的視圖 382
19.7 二維fθ掃描物鏡的評價函數 383
19.7.1 焦距、物鏡長度控制，透鏡中心和邊緣厚度控制 383
19.7.2 全局坐標系 383
19.7.3 掃描區間模塊 383
19.7.4 彌散斑和優化 384
19.7.5 fθ的線性度 385
19.8 變焦fθ掃描物鏡設計 386
19.8.1 變焦fθ掃描物鏡[FT-21] 386
19.8.2 變焦fθ掃描物鏡設計要點 386
19.9 光學系統焦距和畸變的一般性定義 387
19.10 本章小結 388
參考文獻 388
第20章 目鏡 389
20.1 引言 389
20.2 常用目鏡 390
20.2.1 早期的目鏡 390
20.2.2 凱涅爾目鏡 391
20.2.3 對稱式目鏡 391
20.2.4 無畸變目鏡 392
20.2.5 10×簡化艾爾弗廣角目鏡 393
20.3 廣角目鏡 394
20.3.1 艾爾弗廣角目鏡 394
20.3.2 變形艾爾弗廣角目鏡 394
20.3.3 廣角小畸變目鏡 395
20.4 長鏡目距目鏡 396
20.4.1 遠攝型10×長鏡目距目鏡 396
20.4.2 變形艾爾弗長鏡目距目鏡 396
20.4.3 長鏡目距目鏡[EP-12] 399
20.5 變焦目鏡 399
20.6 主光線輪廓控制和目鏡設計評價函數 401
20.6.1 大視場像差控制，主光線輪廓控制和鏡目距下限控制模塊 401
20.6.2 變焦目鏡評價函數 402
20.7 目鏡和顯微物鏡的接續（I）：光闌像差和Ray Aiming操作 402
20.7.1 目鏡和顯微物鏡的接續 402
20.7.2 系統合成，光闌像差和Ray Aiming操作 403
20.8 目鏡和系統的接續（II）：加入棱鏡和Non-Sequential操作 405
20.8.1 加入棱鏡等效平板 405
20.8.2 運用Non-Sequential操作加入棱鏡 405
20.8.3 圖形圖像通過系統的變換 407
20.9 目鏡技術參數 408
20.10 本章小結 409
參考文獻 409
第21章 顯微物鏡.410
21.1 引言 410
21.2 顯微鏡的規范 411
21.2.1 共軛距、物鏡長度和機械筒長 411
21.2.2 物鏡的螺紋、物鏡轉換器和“定中心齊焦”412
21.2.3 放大率 412
21.2.4 線視場 413
21.2.5 數值孔徑和油浸物鏡 413
21.2.6 蓋玻片 414
21.2.7 工作距和物鏡止動彈簧 414
21.2.8 顯微物鏡的標識 414
21.3 常規消色差顯微物鏡 415
21.3.1 引言 415
21.3.2 10×消色差顯微物鏡 416
21.3.3 40×消色差顯微物鏡 416
21.3.4 100×消色差油浸顯微物鏡 417
21.3.5 油浸不暈半球 417
21.3.6 顯微物鏡的評價函數 418
21.4 佩茨瓦爾（Petzval）半徑和視場清晰度比率 419
21.5 40×平場復消色差顯微物鏡[MS-M21] 420
21.5.1 平場特性 420
21.5.2 復消色差 421
21.6 特殊色散光學玻璃在高級顯微物鏡中的應用 422
21.7 高倍平場復消色差顯微物鏡系列 424
21.7.1 100×寬帶復消色差油浸物鏡[MS-H1] 424
21.7.2 100×半平場復消色差（干）物鏡[MS-H2] 424
21.7.3 100×平場復消色差油浸物鏡[MS-H3] 425
21.7.4 小結 427
21.8 55×～60×特殊性能顯微物鏡系列 427
21.8.1 引言 427
21.8.2 55×平場復消色差顯微物鏡[MS-M2] 427
21.8.3 60×長工作距平場復消色差顯微物鏡[MS-M3] 428
21.8.4 60×長工作距半平場復消色差顯微物鏡[MS-M4] 428
21.8.5 采用普通玻璃的 60×半平場顯微物鏡[MS-M5] 429
21.9 40×特殊性能顯微物鏡系列 430
21.9.1 40×平場復消色差顯微物鏡 430
21.9.2 40×特長工作距半平場復消色差顯微物鏡[MS-M8] 430
21.10 12.5×～30×特殊性能顯微物鏡系列 432
21.10.1 30×復消色差顯微物鏡[MS-M9] 432
21.10.2 20×平場復消色差顯微物鏡[MS-M10] 和[MS-M11] 432
21.10.3 大視場20×和15×顯微物鏡 433
21.10.4 結構簡約的 20×平場復消色差顯微物鏡[MS-M15] 434
21.10.5 12.5×顯微物鏡 434
21.11 10×顯微物鏡系列 436
21.12 低倍顯微物鏡系列和有限共軛成像 439
21.12.1 引言 439
21.12.2 低倍平場復消色差顯微物鏡 439
21.12.3 光焦度和偏角分配 440
21.12.4 2×半平場復消色差顯微物鏡[MS-L12] 440
21.13 無限共軛顯微物鏡441
21.13.1 引言 441
21.13.2 高倍無限共軛顯微物鏡[MS-IF1] 442
21.13.3 中倍無限共軛顯微物鏡 442
21.14 科研和工業用無限共軛平場復消色差顯微物鏡 444
21.14.1 規格 444
21.14.2 典型設計 445
21.14.3 筒鏡設計 446
21.14.4 測量顯微物鏡設計要點 447
21.14.5 測量顯微物鏡加工和裝配 449
21.15 顯微系統和照明組件通過分光鏡集成 450
21.15.1 在顯微系統中插入 45分光平板 450
21.15.2 聚光組件設計 451
21.15.3 反射鏡插入操作 451
21.15.4 聚光組件和顯微系統合成 453
21.16 顯微物鏡設計流程的起源和演變 454
21.16.1 引言 454
21.16.2 20×平場物鏡的設計演變 454
21.16.3 10×平場物鏡[MS-L1] 的設計演變.455
21.17 突破光學衍射極限的超分辨成像技術 456
21.17.1 引言 456
21.17.2 基于單分子定位的超分辨成像 456
21.17.3 基于點擴散函數改造的超分辨成像 457
21.18 本章小結 458
參考文獻 459
第22章 激光耦合--聚光鏡 462
22.1 引言 462
22.2 典型的激光耦合鏡 462
22.3 激光耦合鏡的理想光學模型 465
22.4 激光耦合鏡設計方法 465
22.4.1 前組：雙膠合透鏡+單片透鏡設計 466
22.4.2 后組：齊明透鏡+平凸透鏡設計 466
22.4.3 激光耦合鏡系統合成 469
22.4.4 激光分光耦合鏡 470
22.5 通用聚光鏡設計 470
22.6 非球面激光–光纖輸出準直鏡設計 471
22.6.1 設計指標 471
22.6.2 光纖輸出非球面準直鏡設計 472
22.7 本章小結 474
第23章 激光擴束、整形及激光測距儀設計.476
23.1 引言 476
23.2 激光定倍及連續變倍擴束鏡 476
23.2.1 引言 476
23.2.2 6×激光擴束鏡設計 477
23.2.3 5×～10×連續變倍擴束鏡設計 480
23.2.4 激光束輸出的初級近似模型 483
23.3 可見光和近紫外 ～ 近紅外波段消色差擴束鏡 485
23.3.1 引言 485
23.3.2 可見光消色差8×擴束鏡設計 486
23.3.3 近紫外到近紅外（0.23～1.064μm）超寬帶擴束鏡設計 486
23.4 用非序列模式生成多高斯激光勻光線光源 487
23.4.1 用多個激光束構建多高斯激光勻光線光源 487
23.4.2 在 ZEMAX非序列模式下得到激光勻光線光源 490
23.5 利用異形棱鏡對激光束整形 494
23.5.1 引言 494
23.5.2 單個棱鏡折射的光束放大率函數 494
23.5.3 棱鏡對 496
23.5.4 在序列模式下利用表面旋轉操作建立棱鏡 497
23.5.5 在非序列模式下編寫 POB 文件建立棱鏡 500
23.5.6 利用棱鏡組合對板條激光放大器光束整形 505
23.6 激光測距儀 507
23.6.1 引言 507
23.6.2 設計指標和主光學系統選型 508
23.6.3 主光學系統設計 510
23.6.4 遠程分總（CCD/CMOS 分總）設計 511
23.6.5 APD 分總設計 512
23.6.6 目鏡選擇 513
23.6.7 系統合成 514
23.6.8 小結 516
23.7 本章小結 516
第24章 折反系統 517
24.1 引言 517
24.1.1 折反系統的優點 517
24.1.2 中心攔光和 MTF 修正 517
24.2 折反物鏡的寬波段運用 518
24.3 典型的折反物鏡 520
24.3.1 “反射鏡+透鏡”系統.520
24.3.2 “透鏡+反射鏡”系統 521
24.3.3 探測器位于內部的系統[CA-8] 525
24.3.4 紅外折反物鏡[CA-9] 525
24.4 卡塞格林型折反物鏡設計 527
24.4.1 卡塞格林系統的理想光學模型 527
24.4.2 卡塞格林折反系統設計方法 529
24.4.3 無光焦度型卡塞格林系統設計 530
24.5 卡塞格林物鏡應用于大功率激光傳遞 533
24.5.1 系統簡介 533
24.5.2 帶準直鏡的激光–光纖單元 534
24.5.3 變焦調焦單元 535
24.5.4 卡塞格林物鏡 535
24.5.5 視場設置 536
24.5.6 焦斑大小和聚焦效果 536
24.5.7 HF 傳遞 537
24.6 本章小結 538
參考文獻 538
第25章 紅外物鏡.539
25.1 紅外材料 539
25.2 覆蓋近紫外、可見光到紅外的準直物鏡 542
25.2.1 覆蓋0.532～1.064μm波段的復消色差物鏡 542
25.2.2 覆蓋0.4～5.35μm的超寬波段準直物鏡 543
25.3 波長3～5μm窗口的紅外物鏡 544
25.4 波長8～14μm窗口的紅外物鏡 545
25.4.1 第三窗口兩片式準直物鏡 545
25.4.2 第三窗口紅外物鏡 546
25.4.3 第三窗口大相對孔徑紅外物鏡 547
25.4.4 第三窗口無光焦度物鏡 548
25.5 覆蓋兩個以上窗口的紅外物鏡 549
25.5.1 跨越三個紅外窗口的物鏡 549
25.5.2 應用波段從近紫外、可見到近紅外的物鏡 551
25.6 紅外接收器件 552
25.7 本章小結 554
參考文獻 555
第26章 公差分析及光學制圖 556
26.1 引言 556
26.2 ZEMAX的公差操作項 556
26.2.1 關于材料的操作項 557
26.2.2 透鏡表面光圈和局部誤差 557
26.2.3 間隔和透鏡厚度公差 557
26.2.4 與表面有關的誤差操作項 557
26.2.5 元件的ZEMAX公差 559
26.2.6 小結 560
26.3 ZEMAX公差分析實例 561
26.3.1 設定公差編輯表 561
26.3.2 運行公差分析Tolerancing 562
26.3.3 公差分析的修正 563
26.4 ZEMAX 公差轉化為加工公差 566
26.4.1 表面傾斜 TSTX（Y）與透鏡中心偏 567
26.4.2 零件橫向位移 TEDX（Y）與透鏡和鏡框的配合公差δ及鏡框的不同心度 S 567
26.4.3 零件傾斜TETX與鏡框端面不垂直度 567
26.4.4 加工公差統計結論 567
26.4.5 推薦ZEMAX公差表 568
26.5 光學制圖 569
26.5.1 光學制圖標準及一般要求 570
26.5.2 光學制圖中的工藝要點 571
26.5.3 光學制圖的詳細要求 574
26.6 本章小結 587
參考文獻 587
第27章 鏡頭結構設計簡述 588
27.1 引言 588
27.2 鏡頭結構設計的基本要求 588
27.2.1 透鏡加工不良對裝配的影響 589
27.2.2 鏡筒或隔圈加工不良對裝配的影響 591
27.2.3 鏡頭結構設計的基本要求 593
27.3 透鏡接觸界面及單透鏡的安裝 593
27.3.1 透鏡與機械鏡筒的接觸 593
27.3.2 單透鏡的結構設計及安裝 597
27.4 多透鏡的安裝 598
27.4.1 多透鏡間隔的計算 598
27.4.2 不含運動組件的鏡組結構示例 600
27.4.3 含運動部件的鏡組結構示例 604
27.5 本章小結 608
參考文獻 608
第28章 國產光學系統設計軟件 SeeOD 609
28.1 SeeOD軟件簡介 609
28.2 SeeOD軟件功能 610
28.3 經典光學系統設計案例 617
28.3.1 雙高斯照相物鏡設計 617
28.3.2 RC（Ritchey-Chretien）系統 620
28.3.3 離軸三反光學系統 621
28.3.4 棱鏡 622
28.3.5 遠攝光學系統 623
28.3.6 反遠攝光學系統 624
28.3.7 連續變倍激光擴束鏡 625
28.4 SeeOD 軟件自動繪圖 626
28.5 本章小結 627
附錄A 光學玻璃 628
A.1 引言 628
A.2 光學玻璃簡介以及分類 628
A.3 無色光學玻璃的主要參數 629
A.4 光學玻璃近年來的進展 631
附錄B 光學鍍膜 632
B.1 引言 632
B.2 常見的光學鍍膜種類 632
B.3 常見的鍍膜制備方法 633
B.3.1 真空蒸發鍍膜 633
B.3.2 濺射鍍膜 634
B.4 與光學鏡頭設計相關的鍍膜 635
B.4.1 剩余反射和減反射膜 635
B.4.2 入射角度 635
B.4.3 性能和成本評估 636
B.4.4 損傷閾值 637
B.4.5 憎水膜及硬碳膜 637
附錄C 封底二維碼包含的內容目錄 638
參考書目 645
索引 646
后記 650
新書資訊