本书根据国际流行的“简练、实用，尽量把设计交给计算机做”的理念，介绍双胶合、双分离、消色差、柯克、天塞、双高斯、远摄、反远摄、远心、投影、变焦、广角、显微、红外等各类光学成像系统的设计方法和流程，讨论物理模型、部件选型、评价函数设置，并给出大量的设计实例和ZEMAX设计程序。只要认真研读本书，参考书中的实例，遵循规范的流程，系统总是沿着最速下降路径平稳快速收敛、自动更换玻璃，得到符合设计指标、结构紧凑、成本合理的设计结果。
　　第二版增加了长工作距平场复消色差显微物镜、大孔径卡塞格林物镜、宽带连续变比扩束镜和高清晰度变焦物镜的设计，提供了公差设定和图纸绘制的规范。在应用光学部分，推导了衍射极限系统离焦点扩散函数的解析解——合流超几何函数，提供了贝塞尔函数型椭圆出瞳公式，分析了广义焦距的定义，讨论了全局优化的各态历经假说，介绍了中国科学院软件研究所开发的SeeOD光学系统优化设计软件。


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目录
第二版前言
第一版序一
第一版序二
第一版前言
第1章 绪论 1
1.1 光学成像系统的最新进展 1
1.2 光学玻璃的进展 8
1.3 新一代光学设计软件的开发 9
1.4 特制光学设计 10
1.5 近代光学设计的特点 14
1.5.1 传统光学设计 14
1.5.2 近代光学设计理念和设计流程 14
1.5.3 小视场物镜的直接设计 14
1.5.4 etendue分析和光学系统的F-ω空间 15
1.5.5 复杂系统设计 16
1.6 像质评价指标和评价函数 17
1.6.1 像差 17
1.6.2 评价函数 18
1.7 本章小结 19
第2章 应用光学基础 20
2.1 引言 20
2.1.1 光学设计和应用光学 20
2.1.2 成像系统的一般模型 20
2.1.3 符号规则 21
2.1.4 理想光学 21
2.2 薄透镜成像、光焦度和偏角公式 23
2.2.1 光线经过薄透镜的折射 23
2.2.2 光焦度与偏角 23
2.2.3 分离薄透镜的偏角公式 25
2.2.4 分离薄透镜设计 26
2.3 光波的波段和材料 27
2.4 光学系统图、视场和孔径 28
2.4.1 光学系统图 28
2.4.2 视场 29
2.4.3 孔径 30
2.4.4 归一化 31
2.5 放大率 31
2.5.1 横向放大率和纵向放大率 31
2.5.2 角放大率 32
2.6 焦深 33
2.6.1 离焦 33
2.6.2 衍射极限成像系统的焦深 34
2.6.3 物方焦深和像方焦深 35
2.7 光学系统的基面和基点 35
2.7.1 主平面、焦平面和节平面 35
2.7.2 透镜 37
2.7.3 透镜的基点和基面 37
2.8 光阑、光瞳和渐晕 38
2.8.1 光阑和光瞳 38
2.8.2 光阑的直径和弥散 39
2.8.3 光阑的位置和渐晕 39
2.9 光度学基础：成像系统像面的照度 41
2.9.1 辐射通量和光通量 41
2.9.2 发光强度和亮度 42
2.9.3 余弦发射体 43
2.9.4 光学系统像的轴上点的亮度和照度.43
2.9.5 光学系统轴外像点的照度 45
2.9.6 相对照度的余弦四次方定律与软件计算结果的比对 47
2.9.7 倾斜安置监控物镜的照度估算实例 49
2.10 光通量传递的etendue分析 50
2.11 本章小结 50
第3章 成像信息的传递和像质评价 51
3.1 引言 51
3.2 衍射极限系统和近衍射极限系统 51
3.2.1 衍射极限系统 51
3.2.2 近衍射极限系统 52
3.3 光线追迹 53
3.3.1 主光线和点扩散函数 53
3.3.2 上光线、下光线和 “大光线” 54
3.4 球差和纵向色差 54
3.4.1 球差 54
3.4.2 纵向色差 56
3.5 轴外像差 57
3.5.1 彗差 57
3.5.2 场曲和像散 58
3.5.3 畸变 61
3.5.4 横向色差 62
3.6 特性曲线和弥散斑图（点列图） 63
3.6.1 光线的扇形分布和特性曲线 63
3.6.2 弥散斑图 64
3.7 光学传递函数和离焦MTF的解析解 65
3.7.1 声音频率和图像频率 65
3.7.2 衍射极限系统的光学传递函数 67
3.7.3 用光学传递函数来评价像质 68
3.7.4 圆孔径光学系统离焦传递函数的解析解 69
3.8 高斯型弥散斑的传递函数、半峰全宽和分辨率 72
3.8.1 贝塞尔函数的积分公式 72
3.8.2 弥散斑的RMS半径 72
3.8.3 弥散斑的半峰全宽和分辨率 73
3.8.4 MTF的解析表达式 74
3.8.5 1/e2带宽 74
3.8.6 等效带宽 75
3.9 圆出瞳衍射极限系统离焦点扩散函数的解析解 77
3.9.1 系统离焦下的点扩散函数 77
3.9.2 会聚球面波在出瞳的衍射 77
3.9.3 零级近似（无离焦）PSF——艾里斑 79
3.9.4 离焦PSF的解析解 79
3.9.5 实例 81
3.10 像素探测器阵列CCD、CMOS和器件截止频率 82
3.11 光学信号 etendue分析 83
3.11.1 空间带宽积和一维etendue分析 83
3.11.2 探测器和光学系统的etendue 匹配 84
3.11.3 光学系统的etendue指标 85
3.12 椭圆形出瞳和椭圆形艾里斑 86
3.12.1 艾里斑 86
3.12.2 轴外大视场的椭圆形出瞳和椭圆形艾里斑 88
3.12.3 不确定关系式 90
3.12.4 实例 91
3.13 中心拦光的艾里斑 91
3.14 光线、光束的概念和激光束的品质因子 93
3.14.1 光线的概念 93
3.14.2 激光束的质量评价 94
3.15 本章小结 95
参考文献 95
第4章 双胶合和双分离消色差物镜 96
4.1 双胶合消色差物镜 96
4.1.1 双胶合消色差物镜简介 96
4.1.2 球差和纵向色差 97
4.1.3 弥散斑和轴外像差 98
4.2 双胶合消色差物镜的信息量和定义区间.99
4.3 初级球差和高级球差101
4.4 双胶合消色差物镜设计方法 102
4.4.1 流行的设计方法 102
4.4.2 设计指标四要素：“适用波段、相对孔径、视场和焦距” 102
4.4.3 双胶合物镜对像差的校正 102
4.4.4 焦距缩放 103
4.4.5 设计实例 103
4.5 评价函数的球差校正模块和色差校正模块 105
4.5.1 焦距EFFL 105
4.5.2 色差校正模块 105
4.5.3 球差校正模块——用横向像差校正纵向像差 106
4.5.4 弥散斑校正设置 108
4.6 有限共轭距双胶合成像系统设计 108
4.6.1 有限共轭距时关于“孔径”的几个定义 108
4.6.2 有限共轭距双胶合消色差准直镜设计方法 109
4.6.3 低倍率有限共轭成像系统的构建 109
4.7 双分离消色差物镜设计 110
4.7.1 双胶合消色差物镜的设计极限 110
4.7.2 双分离消色差物镜设计 111
4.8 带棱镜（平板）的双胶合消色差物镜 113
4.8.1 棱镜（平板）的加入 113
4.8.2 HAMMER优化和更换玻璃 114
4.8.3 将平板改为45反射棱镜 114
4.9 本章小结 116
第5章 三片及四片式消色差准直镜/望远物镜 117
5.1 引言 117
5.2 光焦度与偏角 117
5.3 “双胶合+单片”物镜与双胶合透镜性能比对 118
5.4 三片及四片式物镜典型设计 119
5.4.1 “2+1”型三片式物镜 119
5.4.2 “1+2”型三片式物镜 119
5.4.3 三胶合和四胶合物镜 121
5.4.4 三分离和四分离物镜 122
5.5 长入瞳距物镜 123
5.6 三片式物镜（“1+2”）设计 124
5.6.1 “归一化”设计和前后组参数计算 124
5.6.2 设计流程 125
5.7 三片式物镜（“2+1”）设计 127
5.8 分光棱镜的插入操作129
5.9 带有棱镜的望远系统设计 131
5.9.1 低倍开普勒望远镜 131
5.9.2 低倍开普勒望远镜设计方法 132
5.10 本章小结 133
第6章 二级光谱和复消色差航摄望远物镜 134
6.1 长焦距双胶合消色差准直镜的二级光谱 134
6.2 二级光谱的波像差 136
6.3 光学玻璃的色散特性和阿贝公式 137
6.3.1 光学玻璃所用的特征谱线 137
6.3.2 中部色散和相对部分色散 137
6.3.3 阿贝公式和反常材料 138
6.3.4 光学玻璃的三维空间 140
6.4 双胶合复消色差准直镜设计 141
6.4.1 设计方案A：预先确定正透镜玻璃为仿CAF2的H-FK95N 141
6.4.2 设计方案B：正负透镜玻璃完全由ZEMAX软件任选 143
6.5 远摄型复消色差长焦物镜 144
6.6 全局优化“各态历经”和光学设计的极限 145
6.7 本章小结 146
参考文献 146
第7章 柯克物镜 147
7.1 有限共轭距成像系统147
7.2 典型的柯克物镜 148
7.2.1 典型的柯克物镜[CK-A]、[CK-B] 148
7.2.2 柯克物镜的佩茨瓦尔半径 151
7.3 柯克物镜的定义域和F-ω空间.151
7.3.1 柯克物镜的参考设计 151
7.3.2 柯克物镜的平场特性分析 151
7.3.3 柯克物镜的定义域和etendue分析 152
7.4 柯克物镜设计 153
7.4.1 无限共轭距柯克物镜设计 153
7.4.2 有限共轭距柯克物镜设计 156
7.4.3 探测器和传递函数 157
7.5 玻璃的选配和演变 158
7.6 近紫外–深红超宽带柯克物镜 160
7.7 柯克物镜的评价函数161
7.7.1 角视场模块 161
7.7.2 放大率和焦距模块 161
7.7.3 共轭距、物镜长度、物距、像距和畸变模块 162
7.7.4 中心和边缘厚度边界条件模块 162
7.7.5 “默认评价函数”设置 163
7.7.6 设置评价函数的要点 163
7.8 光阑像差和光线对准操作 164
7.9 本章小结 165
第8章 天塞物镜及其变形 166
8.1 引言 166
8.2 典型的天塞物镜 166
8.3 天塞物镜的F-ω空间168
8.4 拦光操作 169
8.5 变形天塞物镜 170
8.6 海利亚物镜 172
8.7 本章小结 173
第9章 双高斯物镜及其变形 174
9.1 引言 174
9.2 单反相机物镜 175
9.3 拦光和斜光束渐晕 176
9.4 换玻璃操作 177
9.5 双高斯物镜的典型设计 178
9.6 双高斯物镜的F-ω空间 182
9.7 双高斯扫描仪物镜 183
9.8 双高斯照相机物镜设计 185
9.9 低倍率变焦双高斯物镜设计 187
9.10 本章小结 191
第10章 有限共轭距近对称成像物镜 192
10.1 引言 192
10.2 有限共轭距成像的理想光学基本公式 192
10.2.1 共轭距L、横向放大率β和焦距f′ 192
10.2.2 物高y、像高y′和孔径角 192
10.2.3 偏角公式和光圈数F 193
10.3 全对称成像 193
10.3.1 全对称-1×双高斯型物镜典型设计 193
10.3.2 全对称-1×三片式和四片式物镜典型设计 195
10.3.3 非对称-1×双高斯型物镜典型设计 196
10.4 近对称成像 196
10.4.1 全对称-0.75×物镜[LM-7] 196
10.4.2 全对称-0.82×物镜[LM-8] 197
10.5 0.5×成像 198
10.5.1 小视场-0.5×物镜[LM-9] 198
10.5.2 中等视场-0.5×物镜[LM-10] 198
10.5.3 小视场高分辨率-0.5×物镜[LM-11] 199
10.6 “等etendue过渡”有限共轭距物镜设计 200
10.6.1 物镜设计指标 200
10.6.2 “等etendue过渡”201
10.6.3 设计实例1 201
10.6.4 设计实例2 202
10.7 本章小结 202
参考文献 203
第11章 远摄物镜.204
11.1 引言 204
11.2 典型的远摄物镜 205
11.3 单反相机180mm物镜 209
11.4 远摄物镜的理想光学模型 209
11.4.1 系统构成和归一化坐标 209
11.4.2 偏角公式的修正及“有限共轭距等效F数” 210
11.4.3 前后组焦距计算 211
11.4.4 前后组的相对孔径 213
11.5 远摄型复消色差航拍物镜设计方法 213
11.5.1 参数计算 214
11.5.2 前组设计 214
11.5.3 后组设计 215
11.5.4 合成与优化 216
11.6 光学设计中的物理模型 217
11.7 本章小结 218
参考文献 218
第12章 反远摄物镜 219
12.1 引言 219
12.2 单反物镜的法兰距和微单（无反）照相物镜 220
12.2.1 单反物镜的法兰距 220
12.2.2 微单（无反）相机物镜 221
12.3 反远摄物镜的典型设计 222
12.4 反远摄物镜的理想光学模型 224
12.4.1 简介 224
12.4.2 前后组焦距 224
12.4.3 前后组相对孔径 225
12.4.4 小结 226
12.5 反远摄物镜的设计方法 227
12.5.1 设计（I）——反远摄物镜[RT-3] 227
12.5.2 设计（II）——反远摄物镜[RT-4] 230
12.6 本章小结 232
第13章 反射棱镜 233
13.1 反射棱镜对图像的变换 233
13.2 反射棱镜对光轴的折转和平移 233
13.3 反射棱镜的等效平板法 234
13.4 反射棱镜的主要参数 235
13.5 直角棱镜的插入操作 236
13.6 几种典型棱镜的插入操作 237
13.6.1 单反相机中五角棱镜 238
13.6.2 菱形（斜方）棱镜 240
13.6.3 半五角棱镜 240
13.7 斯密特屋脊棱镜的构建和插入操作 241
13.7.1 斯密特屋脊棱镜几何结构 241
13.7.2 编写斯密特屋脊棱镜的 POB 文件 243
13.7.3 应用斯密特屋脊棱镜的实例 245
13.8 普罗棱镜的插入操作 246
13.9 棱镜的“光学平行差”和屋脊棱镜的“双像差” 249
13.9.1 棱镜的“光学平行差” 249
13.9.2 屋脊棱镜的 “双像差” 250
13.10 利用光学系统图进行图像变换判别 251
13.11 本章小结 253
第14章 广角和超广角监控监视物镜 254
14.1 引言 254
14.2 监控监视物镜的特点.254
14.3 0.85 视场配置和etendue的“占空比” 255
14.3.1 广角物镜[UA-1]-A 255
14.3.2 0.85 视场配置和奇异区 256
14.3.3 水平视场角2ωH和垂直视场角2ωV的计算与控制 257
14.3.4 Etendue的“占空比”和图像探测器的利用率 258
14.4 典型超广角监控监视物镜 259
14.4.1 超广角物镜[UA-1]-R 259
14.4.2 超广角物镜[UA-2]-R 259
14.4.3 近红外超广角物镜[UA-4]-R 260
14.4.4 大相对孔径超广角物镜[UA-5]-R 260
14.4.5 超广角物镜[UA-6]-R 261
14.5 水下超广角检测物镜 261
14.6 简约结构系列广角物镜及设计方法 262
14.6.1 典型的简约结构系列物镜 262
14.6.2 简约结构系列物镜的特征 262
14.6.3 简约结构系列物镜的设计方法 263
14.7 “透镜棱边接触”处理 265
14.7.1 “透镜棱边接触”的评价函数 265
14.7.2 透镜边缘接触加工工艺要求 266
14.8 超广角物镜的特殊结构设计 266
14.9 主光线“保角映射”和畸变补偿算法 267
14.9.1 大畸变导致放大率公式失效 267
14.9.2 对称性和主光线的保角映射 267
14.9.3 畸变成像的补偿算法 268
14.9.4 逆问题 269
14.10 双端负镜式广角物镜 270
14.10.1 结构特点及像差分析 271
14.10.2 典型的双端负镜式广角物镜 272
14.10.3 广角物镜的定义域和F-ω空间 275
14.10.4 小结 276
14.11 本章小结 276
第15章 投影系统概论和定焦投影物镜 277
15.1 引言 277
15.2 典型的幻灯机放映物镜 278
15.3 照明系统设计 280
15.3.1 照明组件和成像组件的匹配 280
15.3.2 胶片照度均匀性和照度 281
15.3.3 临界匹配条件下照明组件的etendue分析 282
15.4 空间光调制器简介 283
15.4.1 空间光调制器：多媒体与投影仪的接口 283
15.4.2 空间光调制器的主要指标 283
15.5 LCD 的原理简介 284
15.6 LCD 照明光均匀化功能设计 285
15.7 LCD 投影仪 286
15.8 DLP 投影仪 287
15.8.1 引言 287
15.8.2 DMD的结构和工作原理 287
15.8.3 顺序颜色模式单板投影仪 289
15.8.4 空间分色模式三板投影仪 289
15.8.5 照明光束的耦合 290
15.9 投影显示的新趋势 291
15.9.1 大屏幕数字影院和手机型（PICO）微型投影仪 291
15.9.2 LED投影仪 291
15.10 投影物镜 292
15.10.1 投影物镜的特点 292
15.10.2 偏置 292
15.11 典型投影物镜 293
15.12 定焦投影物镜的简化理想光学模型 295
15.12.1 引言 295
15.12.2 由主光线偏角公式解出后组焦距和系统视场角 295
15.12.3 由轴上光偏角公式导出前组焦距和F数 296
15.12.4 小结 296
15.13 定焦投影物镜设计296
15.13.1 设计指标及前后组参数 296
15.13.2 前组设计 297
15.13.3 后组设计 298
15.13.4 合成 299
15.13.5 调用评价函数“PROJECT FIXED FOCUS”299
15.13.6 优化和HAMMER优化 300
15.14 本章小结 300
参考文献 301
第16章 变焦投影物镜和多重组态操作 302
16.1 引言 302
16.2 LCD和DLP变焦投影物镜 302
16.2.1 LCD变焦投影物镜[PZ-1] 302
16.2.2 部分偏置 304
16.2.3 DLP变焦投影物镜[PZ-2] 305
16.3 典型的变焦投影物镜.306
16.4 Multi-Configuration操作和变焦投影物镜设计 307
16.4.1 设计指标 307
16.4.2 定义三组态（3-Config） 308
16.4.3 初始设计——Config 2 308
16.4.4 设置三组态 309
16.4.5 调用、设置评价函数“ZOOM-3CONFIG” 309
16.4.6 扩大变焦范围 310
16.4.7 调用、设置评价函数“ZOOM-9CONFIG” 311
16.4.8 9-Config态的优化 312
16.5 本章小结 313
第17章 远心物镜 314
17.1 引言 314
17.2 远心物镜和非远心成像 315
17.3 远心物镜的理想光学模型 317
17.3.1 远心物镜的构成 317
17.3.2 轴上大孔径光线 317
17.3.3 最大视场主光线 317
17.3.4 理想光学模型的关系式 317
17.3.5 物方孔径角 319
17.3.6 远心度 320
17.4 远心物镜的设计方法.320
17.4.1 确定系统和前后组参数 320
17.4.2 选择前后组初始结构 321
17.4.3 后组设计流程 321
17.4.4 前组设计 322
17.4.5 系统合成 322
17.4.6 物像双远心镜头的结构修正 323
17.4.7 调用评价函数和优化 325
17.5 典型的远心物镜 326
17.5.1 机器视觉用物方远心物镜 326
17.5.2 像方远心物镜和双方远心物镜 326
17.5.3 超大视场像方远心物镜 327
17.6 远心度特征量及远心镜头的测量范围 328
17.6.1 远心度特征量 328
17.6.2 焦深 330
17.6.3 焦深对远心镜头测区纵向线度的限制 331
17.6.4 远心镜头物方焦深计算 333
17.7 远心照明 333
17.8 本章小结 333
参考文献 334
第18章 变焦物镜.335
18.1 引言 335
18.2 变焦物镜结构的特点 336
18.2.1 基本特性 336
18.2.2 结构特点 337
18.3 变焦和补偿 337
18.3.1 变焦物镜[WS-380]和经典变焦–补偿 337
18.3.2 大变焦比物镜[ZM-2]和复杂变焦–补偿 339
18.3.3 超广角变焦物镜[ZM-3]和两间隔调焦–补偿 340
18.4 典型的变焦物镜 341
18.4.1 变焦物镜[ZM-4] 341
18.4.2 紧凑型广角变焦物镜[ZM-5] 342
18.4.3 小型变焦物镜[ZM-6] 342
18.4.4 大变焦比物镜[ZM-7] 343
18.4.5 高清晰度 6×ZOOM[ZM-J4]-C 343
18.4.6 大变焦比物镜[ZM-8] 344
18.4.7 大变焦比物镜[ZM-J1]-C 345
18.4.8 大变焦比物镜[ZM-J2]-C 345
18.4.9 高清晰度大变焦比物镜[ZM-J3]-C 346
18.4.10 高清晰度5×变焦物镜[ZM-A1] 346
18.5 变焦物镜的简化模型 347
18.5.1 变焦物镜[WS-380] 347
18.5.2 理想光学模型 348
18.5.3 简化模型 350
18.5.4 小结 351
18.6 变焦物镜的设计实例.352
18.6.1 设计指标 352
18.6.2 望远镜设计 352
18.6.3 后组选择、系统设计及优化 355
18.6.4 变焦比ZR=3的设计结果.357
18.7 变焦比ZR=4和5的物镜设计 357
18.7.1 引言 357
18.7.2 变焦比 ZR=4 和5的设计结果 357
18.8 变焦曲线的重整化 358
18.9 有限共轭的对焦操作.361
18.10 “+”型变焦物镜设计方法361
18.10.1 引言 361
18.10.2 变焦比ZR=5.0“+”型物镜设计流程 362
18.11 从专利过渡到设计的流程 365
18.11.1 引言 365
18.11.2 技术指标 365
18.11.3 从美国专利文件中选取初始设计 365
18.11.4 以专利4462644A为例导出设计流程 366
18.12 变焦物镜技术指标一览表 370
18.13 本章小结 371
参考文献 371
第19章 fθ扫描物镜 372
19.1 引言 372
19.2 fθ扫描物镜的理想光学模型和特性 373
19.2.1 fθ扫描物镜的理想光学模型 373
19.2.2 fθ扫描物镜的特性 374
19.2.3 fθ扫描物镜[FT-1] 374
19.3 带指示光的双波长扫描物镜 376
19.4 典型的fθ扫描物镜 377
19.5 正交振镜二维扫描物镜 378
19.5.1 二维fθ扫描物镜 378
19.5.2 二维fθ扫描物镜[FT-7] 379
19.6 二维fθ扫描物镜的设计 380
19.6.1 一维fθ扫描物镜初始模型 380
19.6.2 正交振镜插入设置 381
19.6.3 振镜转角设置 382
19.6.4 振镜转角效应的视图 382
19.7 二维fθ扫描物镜的评价函数 383
19.7.1 焦距、物镜长度控制，透镜中心和边缘厚度控制 383
19.7.2 全局坐标系 383
19.7.3 扫描区间模块 383
19.7.4 弥散斑和优化 384
19.7.5 fθ的线性度 385
19.8 变焦fθ扫描物镜设计 386
19.8.1 变焦fθ扫描物镜[FT-21] 386
19.8.2 变焦fθ扫描物镜设计要点 386
19.9 光学系统焦距和畸变的一般性定义 387
19.10 本章小结 388
参考文献 388
第20章 目镜 389
20.1 引言 389
20.2 常用目镜 390
20.2.1 早期的目镜 390
20.2.2 凯涅尔目镜 391
20.2.3 对称式目镜 391
20.2.4 无畸变目镜 392
20.2.5 10×简化艾尔弗广角目镜 393
20.3 广角目镜 394
20.3.1 艾尔弗广角目镜 394
20.3.2 变形艾尔弗广角目镜 394
20.3.3 广角小畸变目镜 395
20.4 长镜目距目镜 396
20.4.1 远摄型10×长镜目距目镜 396
20.4.2 变形艾尔弗长镜目距目镜 396
20.4.3 长镜目距目镜[EP-12] 399
20.5 变焦目镜 399
20.6 主光线轮廓控制和目镜设计评价函数 401
20.6.1 大视场像差控制，主光线轮廓控制和镜目距下限控制模块 401
20.6.2 变焦目镜评价函数 402
20.7 目镜和显微物镜的接续（I）：光阑像差和Ray Aiming操作 402
20.7.1 目镜和显微物镜的接续 402
20.7.2 系统合成，光阑像差和Ray Aiming操作 403
20.8 目镜和系统的接续（II）：加入棱镜和Non-Sequential操作 405
20.8.1 加入棱镜等效平板 405
20.8.2 运用Non-Sequential操作加入棱镜 405
20.8.3 图形图像通过系统的变换 407
20.9 目镜技术参数 408
20.10 本章小结 409
参考文献 409
第21章 显微物镜.410
21.1 引言 410
21.2 显微镜的规范 411
21.2.1 共轭距、物镜长度和机械筒长 411
21.2.2 物镜的螺纹、物镜转换器和“定中心齐焦”412
21.2.3 放大率 412
21.2.4 线视场 413
21.2.5 数值孔径和油浸物镜 413
21.2.6 盖玻片 414
21.2.7 工作距和物镜止动弹簧 414
21.2.8 显微物镜的标识 414
21.3 常规消色差显微物镜 415
21.3.1 引言 415
21.3.2 10×消色差显微物镜 416
21.3.3 40×消色差显微物镜 416
21.3.4 100×消色差油浸显微物镜 417
21.3.5 油浸不晕半球 417
21.3.6 显微物镜的评价函数 418
21.4 佩茨瓦尔（Petzval）半径和视场清晰度比率 419
21.5 40×平场复消色差显微物镜[MS-M21] 420
21.5.1 平场特性 420
21.5.2 复消色差 421
21.6 特殊色散光学玻璃在高级显微物镜中的应用 422
21.7 高倍平场复消色差显微物镜系列 424
21.7.1 100×宽带复消色差油浸物镜[MS-H1] 424
21.7.2 100×半平场复消色差（干）物镜[MS-H2] 424
21.7.3 100×平场复消色差油浸物镜[MS-H3] 425
21.7.4 小结 427
21.8 55×～60×特殊性能显微物镜系列 427
21.8.1 引言 427
21.8.2 55×平场复消色差显微物镜[MS-M2] 427
21.8.3 60×长工作距平场复消色差显微物镜[MS-M3] 428
21.8.4 60×长工作距半平场复消色差显微物镜[MS-M4] 428
21.8.5 采用普通玻璃的 60×半平场显微物镜[MS-M5] 429
21.9 40×特殊性能显微物镜系列 430
21.9.1 40×平场复消色差显微物镜 430
21.9.2 40×特长工作距半平场复消色差显微物镜[MS-M8] 430
21.10 12.5×～30×特殊性能显微物镜系列 432
21.10.1 30×复消色差显微物镜[MS-M9] 432
21.10.2 20×平场复消色差显微物镜[MS-M10] 和[MS-M11] 432
21.10.3 大视场20×和15×显微物镜 433
21.10.4 结构简约的 20×平场复消色差显微物镜[MS-M15] 434
21.10.5 12.5×显微物镜 434
21.11 10×显微物镜系列 436
21.12 低倍显微物镜系列和有限共轭成像 439
21.12.1 引言 439
21.12.2 低倍平场复消色差显微物镜 439
21.12.3 光焦度和偏角分配 440
21.12.4 2×半平场复消色差显微物镜[MS-L12] 440
21.13 无限共轭显微物镜441
21.13.1 引言 441
21.13.2 高倍无限共轭显微物镜[MS-IF1] 442
21.13.3 中倍无限共轭显微物镜 442
21.14 科研和工业用无限共轭平场复消色差显微物镜 444
21.14.1 规格 444
21.14.2 典型设计 445
21.14.3 筒镜设计 446
21.14.4 测量显微物镜设计要点 447
21.14.5 测量显微物镜加工和装配 449
21.15 显微系统和照明组件通过分光镜集成 450
21.15.1 在显微系统中插入 45分光平板 450
21.15.2 聚光组件设计 451
21.15.3 反射镜插入操作 451
21.15.4 聚光组件和显微系统合成 453
21.16 显微物镜设计流程的起源和演变 454
21.16.1 引言 454
21.16.2 20×平场物镜的设计演变 454
21.16.3 10×平场物镜[MS-L1] 的设计演变.455
21.17 突破光学衍射极限的超分辨成像技术 456
21.17.1 引言 456
21.17.2 基于单分子定位的超分辨成像 456
21.17.3 基于点扩散函数改造的超分辨成像 457
21.18 本章小结 458
参考文献 459
第22章 激光耦合--聚光镜 462
22.1 引言 462
22.2 典型的激光耦合镜 462
22.3 激光耦合镜的理想光学模型 465
22.4 激光耦合镜设计方法 465
22.4.1 前组：双胶合透镜+单片透镜设计 466
22.4.2 后组：齐明透镜+平凸透镜设计 466
22.4.3 激光耦合镜系统合成 469
22.4.4 激光分光耦合镜 470
22.5 通用聚光镜设计 470
22.6 非球面激光–光纤输出准直镜设计 471
22.6.1 设计指标 471
22.6.2 光纤输出非球面准直镜设计 472
22.7 本章小结 474
第23章 激光扩束、整形及激光测距仪设计.476
23.1 引言 476
23.2 激光定倍及连续变倍扩束镜 476
23.2.1 引言 476
23.2.2 6×激光扩束镜设计 477
23.2.3 5×～10×连续变倍扩束镜设计 480
23.2.4 激光束输出的初级近似模型 483
23.3 可见光和近紫外 ～ 近红外波段消色差扩束镜 485
23.3.1 引言 485
23.3.2 可见光消色差8×扩束镜设计 486
23.3.3 近紫外到近红外（0.23～1.064μm）超宽带扩束镜设计 486
23.4 用非序列模式生成多高斯激光匀光线光源 487
23.4.1 用多个激光束构建多高斯激光匀光线光源 487
23.4.2 在 ZEMAX非序列模式下得到激光匀光线光源 490
23.5 利用异形棱镜对激光束整形 494
23.5.1 引言 494
23.5.2 单个棱镜折射的光束放大率函数 494
23.5.3 棱镜对 496
23.5.4 在序列模式下利用表面旋转操作建立棱镜 497
23.5.5 在非序列模式下编写 POB 文件建立棱镜 500
23.5.6 利用棱镜组合对板条激光放大器光束整形 505
23.6 激光测距仪 507
23.6.1 引言 507
23.6.2 设计指标和主光学系统选型 508
23.6.3 主光学系统设计 510
23.6.4 远程分总（CCD/CMOS 分总）设计 511
23.6.5 APD 分总设计 512
23.6.6 目镜选择 513
23.6.7 系统合成 514
23.6.8 小结 516
23.7 本章小结 516
第24章 折反系统 517
24.1 引言 517
24.1.1 折反系统的优点 517
24.1.2 中心拦光和 MTF 修正 517
24.2 折反物镜的宽波段运用 518
24.3 典型的折反物镜 520
24.3.1 “反射镜+透镜”系统.520
24.3.2 “透镜+反射镜”系统 521
24.3.3 探测器位于内部的系统[CA-8] 525
24.3.4 红外折反物镜[CA-9] 525
24.4 卡塞格林型折反物镜设计 527
24.4.1 卡塞格林系统的理想光学模型 527
24.4.2 卡塞格林折反系统设计方法 529
24.4.3 无光焦度型卡塞格林系统设计 530
24.5 卡塞格林物镜应用于大功率激光传递 533
24.5.1 系统简介 533
24.5.2 带准直镜的激光–光纤单元 534
24.5.3 变焦调焦单元 535
24.5.4 卡塞格林物镜 535
24.5.5 视场设置 536
24.5.6 焦斑大小和聚焦效果 536
24.5.7 HF 传递 537
24.6 本章小结 538
参考文献 538
第25章 红外物镜.539
25.1 红外材料 539
25.2 覆盖近紫外、可见光到红外的准直物镜 542
25.2.1 覆盖0.532～1.064μm波段的复消色差物镜 542
25.2.2 覆盖0.4～5.35μm的超宽波段准直物镜 543
25.3 波长3～5μm窗口的红外物镜 544
25.4 波长8～14μm窗口的红外物镜 545
25.4.1 第三窗口两片式准直物镜 545
25.4.2 第三窗口红外物镜 546
25.4.3 第三窗口大相对孔径红外物镜 547
25.4.4 第三窗口无光焦度物镜 548
25.5 覆盖两个以上窗口的红外物镜 549
25.5.1 跨越三个红外窗口的物镜 549
25.5.2 应用波段从近紫外、可见到近红外的物镜 551
25.6 红外接收器件 552
25.7 本章小结 554
参考文献 555
第26章 公差分析及光学制图 556
26.1 引言 556
26.2 ZEMAX的公差操作项 556
26.2.1 关于材料的操作项 557
26.2.2 透镜表面光圈和局部误差 557
26.2.3 间隔和透镜厚度公差 557
26.2.4 与表面有关的误差操作项 557
26.2.5 元件的ZEMAX公差 559
26.2.6 小结 560
26.3 ZEMAX公差分析实例 561
26.3.1 设定公差编辑表 561
26.3.2 运行公差分析Tolerancing 562
26.3.3 公差分析的修正 563
26.4 ZEMAX 公差转化为加工公差 566
26.4.1 表面倾斜 TSTX（Y）与透镜中心偏 567
26.4.2 零件横向位移 TEDX（Y）与透镜和镜框的配合公差δ及镜框的不同心度 S 567
26.4.3 零件倾斜TETX与镜框端面不垂直度 567
26.4.4 加工公差统计结论 567
26.4.5 推荐ZEMAX公差表 568
26.5 光学制图 569
26.5.1 光学制图标准及一般要求 570
26.5.2 光学制图中的工艺要点 571
26.5.3 光学制图的详细要求 574
26.6 本章小结 587
参考文献 587
第27章 镜头结构设计简述 588
27.1 引言 588
27.2 镜头结构设计的基本要求 588
27.2.1 透镜加工不良对装配的影响 589
27.2.2 镜筒或隔圈加工不良对装配的影响 591
27.2.3 镜头结构设计的基本要求 593
27.3 透镜接触界面及单透镜的安装 593
27.3.1 透镜与机械镜筒的接触 593
27.3.2 单透镜的结构设计及安装 597
27.4 多透镜的安装 598
27.4.1 多透镜间隔的计算 598
27.4.2 不含运动组件的镜组结构示例 600
27.4.3 含运动部件的镜组结构示例 604
27.5 本章小结 608
参考文献 608
第28章 国产光学系统设计软件 SeeOD 609
28.1 SeeOD软件简介 609
28.2 SeeOD软件功能 610
28.3 经典光学系统设计案例 617
28.3.1 双高斯照相物镜设计 617
28.3.2 RC（Ritchey-Chretien）系统 620
28.3.3 离轴三反光学系统 621
28.3.4 棱镜 622
28.3.5 远摄光学系统 623
28.3.6 反远摄光学系统 624
28.3.7 连续变倍激光扩束镜 625
28.4 SeeOD 软件自动绘图 626
28.5 本章小结 627
附录A 光学玻璃 628
A.1 引言 628
A.2 光学玻璃简介以及分类 628
A.3 无色光学玻璃的主要参数 629
A.4 光学玻璃近年来的进展 631
附录B 光学镀膜 632
B.1 引言 632
B.2 常见的光学镀膜种类 632
B.3 常见的镀膜制备方法 633
B.3.1 真空蒸发镀膜 633
B.3.2 溅射镀膜 634
B.4 与光学镜头设计相关的镀膜 635
B.4.1 剩余反射和减反射膜 635
B.4.2 入射角度 635
B.4.3 性能和成本评估 636
B.4.4 损伤阈值 637
B.4.5 憎水膜及硬碳膜 637
附录C 封底二维码包含的内容目录 638
参考书目 645
索引 646
后记 650