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第1章 几何光学基本原理1

1.1 几何光学的基本概念1

1.1.1 光波、光线与波前1

1.1.2 光束2

1.2 几何光学的基本定律3

1.2.1 基本定律3

1.2.2 矢量形式的折射定律和反射定律5

1.2.3 全反射及其应用6

1.3 费马原理与马吕斯定理8

1.3.1 费马原理8

1.3.2 马吕斯－杜平定理10

1.4 成像的概念11

1.4.1 点物的理想成像条件11

1.4.2 实物与虚物实像与虚像12

1.4.3 物空间与像空间物与像的共轭性13

1.5 反射等光程面和折射等光程面13

1.5.1 反射等光程面13

1.5.2 折射等光程面15

1.6 微小线段理想成像条件15

1.6.1 光学余弦条件16

1.6.2 阿贝正弦条件17

1.6.3 赫谢尔条件17

习题18

第2章 球面成像系统21

2.1 球面折射的光路计算公式21

2.1.1 单折射球面的光路计算公式22

2.1.2 近轴区域的光路计算公式24

2.2 单折射球面的成像放大率25

2.3 共轴球面系统27

2.3.1 过渡公式27

2.3.2 ynu光线追迹29

2.3.3 共轴球面系统的放大率33

2.4 球面反射镜34

2.4.1 球面反射镜的物像位置公式35

2.4.2 球面反射镜的成像放大率35

习题36

第3章 理想光学系统39

3.1 理想光学系统及其成像理论39

3.1.1 理想光学系统的成像特性39

3.1.2 共轴理想光学系统的成像特性40

3.2 共轴光学系统的基面和基点43

3.2.1 焦点43

3.2.2 主平面44

3.2.3 焦距45

3.2.4 共轴球面系统主平面和焦点位置的计算45

3.3 理想光学系统的物像关系50

3.3.1 图解法求像50

3.3.2 解析法求像52

3.3.3 光学系统两焦距之间的关系53

3.3.4 光学系统的光焦度54

3.3.5 放大率公式54

3.4 节点和节平面56

3.5 共轴理想光学系统的组合58

3.5.1 两光组系统的焦距公式59

3.5.2 两光组系统的一般公式60

3.6 透镜与薄透镜61

3.6.1 透镜的有效焦距与后焦距61

3.6.2 薄透镜63

3.7 Scheimpflug条件64

3.8 常用镜头的组合特性65

3.8.1 摄远物镜65

3.8.2 反摄远物镜66

习题67

第4章 平面镜棱镜系统71

4.1 平面反射镜71

4.1.1 单平面镜的成像特性71

4.1.2 双平面镜的成像特性73

4.2 反射棱镜74

4.2.1 反射棱镜的构成与作用74

4.2.2 反射棱镜的分类75

4.2.3 屋脊棱镜76

4.3 反射棱镜的成像性质77

4.3.1 反射棱镜的视场角77

4.3.2 反射棱镜成像方向的确定78

4.3.3 反射棱镜的展开80

4.4 平行平板及等效空气平板83

4.4.1 平面折射83

4.4.2 平行板84

4.4.3 等效空气平板85

4.5 折射棱镜和光楔88

4.5.1 折射棱镜88

4.5.2 光楔90

习题92

第5章 光学系统中光束的限制96

5.1 孔径光阑及其确定方法96

5.1.1 孔径光阑96

5.1.2 孔径光阑的确定方法97

5.2 主光线与边光线视场光阑98

5.2.1 主光线与边光线98

5.2.2 视场光阑99

5.3 渐晕与渐晕光阑101

5.3.1 通过渐晕光阑产生渐晕101

5.3.2 入射窗和物平面不重合产生渐晕102

5.4 消杂光光阑104

5.5 光学不变量105

5.5.1 光学不变量的定义105

5.5.2 拉格朗日－赫姆霍兹不变量106

5.5.3 望远系统的角放大率107

5.5.4 无穷远处物体的像高107

5.5.5 确定任意光线的数据108

5.6 景深109

5.6.1 景深109

5.6.2 超聚焦距离110

5.6.3 景深与F数的关系111

5.7 远心光路111

5.7.1 物方远心光路112

5.7.2 像方远心光路113

5.7.3 远心系统的像113

习题114

第6章 光度学与色度学基础116

6.1 光通量与发光强度116

6.1.1 光通量116

6.1.2 发光强度119

6.2 光照度与光出射度121

6.2.1 光照度121

6.2.2 光出射度122

6.3 光亮度123

6.3.1 光亮度的定义123

6.3.2 余弦辐射体124

6.3.3 余弦辐射体的光通量、光出射度与亮度之间的关系125

6.4 面光源产生的照度126

6.4.1 余弦辐射面在远处产生的照度126

6.4.2 面光源产生的照度127

6.4.3 交换定律129

6.5 亮度在光学系统的传递与像面照度129

6.5.1 亮度在均匀介质中的传递129

6.5.2 亮度在两透明介质分界面上的传递130

6.5.3 小视场大孔径光学系统的亮度传递与像面照度132

6.6 照明光学系统中光能损失的计算133

6.6.1 常用的照明系统133

6.6.2 光能计算137

6.7 颜色现象138

6.7.1 颜色现象的生理物理基础139

6.7.2 光源色与物体色139

6.7.3 颜色的特征与分类139

6.7.4 颜色混合140

6.8 颜色匹配142

6.8.1 颜色匹配实验142

6.8.2 颜色匹配方程143

6.8.3 三刺激值143

6.8.4 色品坐标及色品图146

6.9 CIE1931标准色度系统147

6.9.1 CIE1931-RGB表色系统147

6.9.2 CIE1931-XYZ表色系统149

6.9.3 CIE1931-XYZ色品图（色度图）153

6.9.4 光源色和物体色的三刺激值156

6.9.5 CIE 1964补充标准色度学系统157

6.10主波长与颜色纯度157

6.10.1 主波长157

6.10.2 颜色纯度158

6.11 CIE标准照明体与标准光源159

6.11.1 光源的光谱功率分布与色温159

6.11.2 CIE标准照明体与标准光源161

习题164

第7章 像差概论167

7.1 像差基本概念167

7.2 波像差与垂轴像差168

7.2.1 哈密顿特征函数168

7.2.2 波前像差与垂轴像差的关系170

7.3 旋转对称光学系统的光路计算172

7.3.1 归一化坐标系统172

7.3.2 光线的光路计算类型174

7.3.3 光线的光路计算公式176

7.3.4 初始数据182

7.4 旋转对称光学系统的像差185

7.4.1 像差曲线及点列图185

7.4.2 波像差系数及波像差图188

7.4.3 波像差的计算191

7.4.4 瑞利标准192

7.5 单色像差196

7.5.1 畸变196

7.5.2 球差198

7.5.3 场曲（像面弯曲）203

7.5.4 像散205

7.5.5 彗差215

7.6 色差221

7.6.1 光学材料221

7.6.2 位置色差225

7.6.3 倍率色差228

7.7 赛德尔初级像差——Seidel像差230

7.7.1 赛德尔初级单色像差系数230

7.7.2 不晕面235

7.7.3 单薄透镜的赛德尔初级球差系数236

7.7.4 初级色差系数239

7.7.5 初级波像差与几何像差245

习题251

第8章 眼睛及显微系统255

8.1 人眼的构造及其光学特性255

8.1.1 眼睛的构造255

8.1.2 人眼的光学特性257

8.2 放大镜263

8.2.1 放大镜的视角放大率263

8.2.2 放大镜的光束限制265

8.3 显微镜系统及其光学特性266

8.3.1 显微镜工作原理266

8.3.2 显微镜的光束限制267

8.3.3 显微镜的分辨率268

8.3.4 显微镜的有效放大率269

8.4 显微镜物镜与目镜270

8.4.1 显微物镜的特性及类型270

8.4.2 目镜的特性和类型272

8.5 显微镜的照明系统274

8.5.1 照明方式274

8.5.2 聚光镜276

习题277

第9章 望远系统278

9.1 望远系统概述278

9.1.1 望远系统的原理与基本类型278

9.1.2 望远系统的光束限制279

9.1.3 望远系统的主要光学性能参数280

9.2 望远物镜282

9.2.1 望远物镜的特性和分类282

9.2.2 折射式望远物镜283

9.2.3 反射式望远物镜与折反射式望远物镜284

9.3 内调焦、准直与自准直望远镜286

9.3.1 内调焦望远镜286

9.3.2 准直、自准直望远镜288

9.4 转像系统与场镜290

9.4.1 棱镜式转像系统290

9.4.2 单透镜转像系统291

9.4.3 双组透镜转像系统292

9.4.4 场镜293

9.5 望远系统的外形尺寸计算293

9.5.1 简单开普勒望远系统294

9.5.2 双透镜转像望远系统295

9.5.3 带有棱镜转像系统的望远系统298

9.6 主观亮度300

9.6.1 人眼的主观亮度300

9.6.2 通过望远镜观察时的主观亮度301

习题303

第10章 摄影及投影系统304

10.1 照相机的基本结构及其作用304

10.1.1 主体、镜头及取景器304

10.1.2 测距器及对焦器307

10.1.3 快门及其他部件309

10.2 数码照相机简介310

10.2.1 数码相机的主要电子部件310

10.2.2 自动对焦及快门312

10.2.3 测光系统及曝光模式312

10.2.4 存储设备及显示屏313

10.3 摄影物镜的特性和种类314

10.3.1 摄影物镜的光学特性314

10.3.2 摄影物镜的种类315

10.4 摄影系统的技术特性与摄影闪光灯简介321

10.4.1 摄影系统的技术特性321

10.4.2 摄影闪光灯323

10.5 感光材料325

10.5.1 感光材料的种类326

10.5.2 感光材料的基本结构与感光成色机理327

10.5.3 感光材料的感光特性329

10.6 光电传感器332

10.6.1 CCD与CMOS图像传感器332

10.6.2 CCD与CMOS图像传感器的技术特性333

10.7 投影系统及放映系统336

10.7.1 投影与放映物镜336

10.7.2 放映与投影系统的照明338

习题339

第11章 光学系统初始结构计算341

11.1 光学系统的基本像差参量341

11.1.1 P、W形式的初级像差系数341

11.1.2 薄透镜系统初级像差的P、W表示式342

11.1.3 像差参量P、W的规化344

11.1.4 薄透镜组的基本像差参量347

11.1.5 用？、？、？I表示的初级像差系数348

11.2 双胶合透镜组的？∞、？∞、？I与结构参数的关系348

11.3 单薄透镜的？∞、？∞、？I与结构参数的关系353

11.4 用PW方法求解初始结构的实例355

习题361

第12章 像质评价、零件的技术要求与检验362

12.1 像质评价362

12.1.1 波像差的均方根值362

12.1.2 斯特列尔比——中心点亮度363

12.1.3 点列图364

12.1.4 点扩展函数364

12.1.5 调制传递函数（MTF）365

12.1.6 包围能量比368

12.2 光学系统的像差公差369

12.2.1 望远物镜与显微物镜的像差公差369

12.2.2 望远目镜与显微目镜的像差公差370

12.2.3 照相物镜的像差公差372

12.3 光学零件的加工与技术要求372

12.4 常用的像质检验方法375

12.4.1 分辨率检验法375

12.4.2 星点检验法377

主要参考文献379

主要公式380

中英文对照表383

部分习题答案390

关键词索引396