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第1章 什么是光1

1.1 光是什么1

1.1.1 微粒说与波动说1

1.1.2 电磁波谱2

1.1.3 可见光3

1.1.4 视见函数4

1.2 光的传播5

1.2.1 光线和光束5

1.2.2 光速5

习题6

第2章 几何光学基本定律7

2.1 光的直线传播定律7

2.1.1 光的直线传播7

2.1.2 直线传播的破坏7

2.2 光的独立传播定律7

2.3 光的反射定律8

2.4 光的折射定律8

2.5 光路可逆9

2.6 Snell定律9

2.6.1 折射率9

2.6.2 Snell定律的形式10

2.6.3 Snell定律的讨论10

2.7 全反射11

2.7.1 全反射现象11

2.7.2 全反射的应用12

习题13

第3章 理想光学系统14

3.1 成像的概念14

3.2 理想像15

3.2.1 什么是理想像15

3.2.2 理想像的违背15

3.3 理想光学系统16

3.3.1 光学系统16

3.3.2 理想光学系统的成像特性17

3.3.3 共轴理想光学系统18

习题19

第4章 共轴球面系统的光路计算20

4.1 共轴球面系统的光路计算公式20

4.1.1 光路计算公式20

4.1.2 转面公式21

4.2 符号规则22

4.2.1 线量的符号规则22

4.2.2 角量的符号规则23

4.2.3 反射处理23

4.2.4 有限远成像24

4.3 计算实例24

4.3.1 单透镜成像24

4.3.2 圆柱形光纤焦点位置25

习题26

第5章 近轴光学27

5.1 近轴成像理想27

5.2 近轴光学基本公式28

5.2.1 投射高及其符号规则28

5.2.2 另一个近轴光路计算公式28

5.2.3 近轴光学基本公式的推导29

5.3 近轴物像关系30

5.3.1 物高、像高及其符号规则30

5.3.2 垂轴放大率β30

5.3.3 垂轴放大率的讨论31

5.4 近轴光学的作用31

习题32

第6章 作图法求理想光学系统的物像关系33

6.1 主点和主平面33

6.2 焦点和焦平面33

6.2.1 像方焦点和像方焦平面33

6.2.2 物方焦点和物方焦平面34

6.2.3 焦距34

6.3 作图法35

6.3.1 常用两条作图光线35

6.3.2 实例分析35

6.3.3 课堂作图训练37

习题37

第7章 高斯光学38

7.1 牛顿公式38

7.2 高斯公式39

7.3 两套公式对比与例题40

7.3.1 两套公式对比40

7.3.2 例题41

7.4 拉格朗日不变量41

7.5 物方焦距和像方焦距的关系42

习题43

第8章 基点和基面44

8.1 单折射球面的基点和基面44

8.1.1 主点和主平面44

8.1.2 焦点和焦平面45

8.1.3 单反射面的基点和基面45

8.2 共轴球面光学系统的基点和基面45

8.3 光学系统的三种放大率46

8.3.1 垂轴放大率β46

8.3.2 轴向放大率α46

8.3.3 角放大率γ47

8.3.4 三种放大率的关系47

8.4 节点和节平面47

8.5 无限远共轭的理想像高与理想物高49

8.5.1 无限远共轭的理想像高49

8.5.2 无限远共轭的理想物高50

习题50

第9章 理想光学系统的组合51

9.1 两个理想光学系统的组合51

9.1.1 主点和焦点位置51

9.1.2 组合焦距52

9.1.3 光焦度53

9.1.4 实例55

9.2 单透镜计算55

9.2.1 单透镜的焦距55

9.2.2 主面位置56

9.2.3 薄透镜57

9.2.4 常见透镜的主面57

习题58

第10章 矩阵光学基础59

10.1 光线的矩阵描述59

10.2 物像关系矩阵60

10.2.1 物像关系矩阵的形成60

10.2.2 基点和基面61

10.3 两元系统62

10.3.1 单透镜62

10.3.2 两个理想光学系统的组合62

10.4 矩阵光学例题63

习题64

第11章 人眼的光学特性65

11.1 人眼的结构65

11.2 人眼的最小分辨角66

11.3 人眼的调节67

11.3.1 瞳孔调节67

11.3.2 视度调节67

11.4 人眼的缺陷及其校正68

11.4.1 近视眼69

11.4.2 远视眼70

11.4.3 眼镜片的制作71

习题71

第12章 传统光学系统的原理72

12.1 目视光学系统的要求72

12.2 放大镜的原理73

12.3 显微镜的原理73

12.4 望远镜的原理75

12.5 光学仪器的视度调节78

习题78

第13章 平面镜棱镜的应用79

13.1 平面镜成像性质79

13.1.1 平面镜成镜像79

13.1.2 平面镜的旋转80

13.1.3 双平面镜80

13.2 棱镜及类型81

13.3 平面镜棱镜的作用82

13.4 最小偏向角83

13.5 光楔84

习题85

第14章 棱镜的展开86

14.1 棱镜展开的要求86

14.2 直角棱镜的展开87

14.3 五角棱镜的展开88

14.4 靴形棱镜的展开88

14.5 平行平板的成像性质89

14.5.1 平行平板的成像特性89

14.5.2 等效空气层90

14.5.3 非近轴等效空气层90

习题92

第15章 平面镜棱镜系统成像方向93

15.1 屋脊棱镜93

15.2 角隅棱镜94

15.3 平面镜棱镜成像方向95

15.3.1 坐标镜像法96

15.3.2 画线法96

15.3.3 法则法97

习题98

第16章 棱镜转动定理99

16.1 棱镜转动定理99

16.1.1 棱镜转动定理的表达式99

16.1.2 常见的棱镜转动100

16.2 转动矩阵101

16.2.1 转动矩阵的形式101

16.2.2 作用矩阵101

16.3 光轴偏与像倾斜102

16.3.1 光轴偏与像倾斜的求解102

16.3.2 特征方向和特征平面103

16.4 棱镜的偏差103

16.4.1 光学平行差103

16.4.2 屋脊棱镜的双像差104

习题105

第17章 期中课程设计106

17.1 期中课程设计要求106

17.2 双分离望远物镜的参数107

17.3 作图法107

17.4 光路计算公式107

17.5 近轴光学108

17.6 矩阵光学108

17.7 高斯光学109

17.8 棱镜外形尺寸110

第18章 光阑与光束选择111

18.1 为什么用光阑111

18.2 光阑分类112

18.2.1 孔径光阑112

18.2.2 视场光阑112

18.2.3 渐晕光阑113

18.2.4 消杂光光阑113

18.3 望远系统中成像光束的选择114

18.3.1 孔径光阑114

18.3.2 视场光阑115

18.4 显微系统中成像光束的选择115

习题117

第19章 远心光路、场镜和景深118

19.1 远心光路118

19.1.1 物方远心光路118

19.1.2 像方远心光路119

19.2 场镜119

19.3 景深120

19.3.1 景深概念120

19.3.2 景深计算120

19.3.3 景深的基准物平面122

习题123

第20章 光度学基本量Ⅰ124

20.1 立体角124

20.1.1 立体角的概念124

20.1.2 立体角的计算124

20.2 光通量125

20.2.1 辐射通量125

20.2.2 光通量126

20.2.3 光视效能126

20.3 发光强度127

20.4 光出射度128

习题128

第21章 光度学基本量Ⅱ129

21.1 光照度129

21.1.1 光照度的定义129

21.1.2 光照度公式130

21.2 光亮度131

21.3 光学系统中的光亮度传递132

21.3.1 同种介质中光亮度的传递132

21.3.2 折射时光亮度的传递132

习题134

第22章 光学系统像平面照度135

22.1 朗伯辐射体135

22.1.1 朗伯辐射体135

22.1.2 发光面的光通量136

22.1.3 全扩散表面136

22.2 光学系统像平面照度137

22.2.1 像平面轴上点光照度137

22.2.2 像平面轴外点光照度137

22.3 照相物镜像平面照度138

22.3.1 照相物镜的像平面照度138

22.3.2 曝光量139

习题140

第23章 主观光亮度与光能损失141

23.1 主观光亮度141

23.1.1 人眼直接观察时的主观光亮度141

23.1.2 望远镜观察发光点的主观光亮度142

23.1.3 望远镜观察发光面的主观光亮度143

23.2 光学系统中光能损失143

23.2.1 反射损失143

23.2.2 吸收损失144

23.2.3 光学系统的透过率144

23.2.4 透过率计算实例145

习题146

第24章 两种视觉体视与色觉147

24.1 体视147

24.1.1 空间深度感觉147

24.1.2 双目立体视觉148

24.1.3 双目观察仪器149

24.2 色觉150

24.2.1 颜色色觉150

24.2.2 格拉斯曼定律150

24.2.3 颜色匹配151

24.3 色度学151

24.3.1 色度学基础151

24.3.2 CIE标准色度学系统152

24.3.3 光源的颜色特性155

习题155

第25章 像质评价156

25.1 光学系统的要求156

25.2 后评价方法157

25.2.1 一阶特性测量评价157

25.2.2 像质评价之分辨率158

25.2.3 像质评价之星点检验158

25.3 理想光学系统的分辨率159

25.3.1 瑞利判据159

25.3.2 望远镜分辨率160

25.3.3 照相物镜分辨率160

25.3.4 显微镜分辨率161

习题161

第26章 设计评价Ⅰ 塞德像差162

26.1 球差162

26.2 场曲和彗差163

26.2.1 子午面内场曲和彗差163

26.2.2 弧矢面内场曲和彗差164

26.2.3 像散164

26.3 畸变165

26.4 色差165

26.4.1 色散与玻璃图165

26.4.2 轴向色差166

26.4.3 垂轴色差167

26.5 像差分类168

26.6 像差曲线168

习题169

第27章 设计评价Ⅱ 综合方法170

27.1 斯特列尔比170

27.2 光线扇形图171

27.3 点列图171

27.4 能量环172

27.5 波像差173

27.6 调制传递函数174

27.6.1 MTF曲线174

27.6.2 MTF在像质评价中的应用176

习题176

第28章 望远镜和显微镜177

28.1 望远镜的技术要求177

28.2 望远镜的物镜178

28.2.1 望远物镜技术参数178

28.2.2 望远物镜类型179

28.3 显微镜的技术要求180

28.4 显微镜的物镜181

28.5 目镜182

28.5.1 目镜技术参数182

28.5.2 目镜类型183

习题184

第29章 照相机和投影仪185

29.1 照相物镜185

29.1.1 照相物镜的技术要求185

29.1.2 照相物镜的类型187

29.2 照相机取景系统189

29.3 投影仪照明系统191

29.4 投影物镜192

29.4.1 投影物镜的技术要求192

29.4.2 投影物镜的类型193

习题193

第30章 新型光学系统194

30.1 红外光学系统194

30.1.1 概述194

30.1.2 红外物镜196

30.1.3 红外光学系统的应用196

30.2 激光光学系统197

30.2.1 激光束特性197

30.2.2 激光光学系统198

30.3 数码影像光学系统199

30.3.1 光电感光器件与摄像物镜199

30.3.2 数码影像系统200

习题200

第31章 梯度折射率成像201

31.1 大气折射率201

31.2 梯度折射率材料分类202

31.2.1 径向梯度折射率材料202

31.2.2 轴向梯度折射率材料202

31.2.3 球向梯度折射率材料203

31.2.4 层状梯度折射率材料203

31.3 梯度折射率的光线方程203

31.3.1 程函方程203

31.3.2 光线方程204

31.3.3 费马原理204

31.3.4 光学方向余弦204

31.4 GRIN透镜成像205

31.4.1 GRIN光线方程205

31.4.2 光线方程的解206

31.4.3 GRIN成像特性207

习题209

第32章 ZEMAX软件概述210

32.1 数据输入210

32.1.1 ZEMAX软件交互界面210

32.1.2 输入镜头参数211

32.1.3 通用对话框212

32.1.4 视场数据对话框213

32.1.5 波长数据对话框215

32.1.6 玻璃库对话框216

32.2 查看输入结果216

32.2.1 镜头结构参数216

32.2.2 轮廓图216

32.2.3 查看一阶特性217

32.3 分析输入结果218

习题219

第33章 期末课程设计220

33.1 期末课程设计要求220

33.2 周视瞄准镜结构220

33.3 周视瞄准镜计算221

33.3.1 一阶特性参数计算221

33.3.2 外形尺寸计算222

33.3.3 成像方向与棱镜转动225

33.3.4 光能计算226

附录A 中英文术语227

附录B 习题参考答案232

参考文献237