目錄
第1章 幾何光學(xué)基本定律與成像基本概念 1
1.1 幾何光學(xué)的基本概念 1
1.1.1 幾何光學(xué)中的光源與光束 1
1.1.2 幾何光學(xué)的基本定律 2
1.1.3 費(fèi)馬原理 4
1.2 光學(xué)系統(tǒng)及成像的基本概念 7
1.3 Zemax的界面簡介與光學(xué)建模方式 9
1.3.1 Zemax的界面簡介 9
1.3.2 Zemax光學(xué)建模與基本計算流程 11
思考題 12
計算與證明題 12
第2章 共軸球面系統(tǒng)的成像理論 13
2.1 幾何光學(xué)中的符號規(guī)則 13
2.1.1 線段 14
2.1.2 角度 14
2.1.3 符號規(guī)則的意義 15
2.1.4 符號的標(biāo)注 15
2.2 單折射球面成像 15
2.2.1 實(shí)際光線單折射球面的光路計算 15
2.2.2 近軸區(qū)域單折射球面光路計算 18
2.2.3 近軸區(qū)域單折射球面成像規(guī)律 19
2.2.4 細(xì)光束大視場入射情況與場曲 23
2.3 共軸球面系統(tǒng)成像 25
2.3.1 共軸球面系統(tǒng)近軸區(qū)域的轉(zhuǎn)面過渡公式 26
2.3.2 共軸球面系統(tǒng)近軸像面位置計算 27
2.4 單個反射球面的成像 29
2.5 Zemax中的像差評價與鏡面參數(shù)設(shè)置 31
2.5.1 Spot Diagram與Ray Aberration簡介 31
2.5.2 純離焦 35
2.5.3 純球差 37
2.5.4 球差和離焦 39
2.5.5 自動優(yōu)化設(shè)計概念初步 40
思考題 43
計算與證明題 43
第3章 理想光學(xué)系統(tǒng) 45
3.1 理想光學(xué)系統(tǒng)的基本理論 45
3.2 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)、基面 46
3.2.1 焦點(diǎn)、焦面與焦距 47
3.2.2 主面與主點(diǎn) 48
3.2.3 節(jié)點(diǎn) 49
3.3 理想光學(xué)系統(tǒng)的物像解析關(guān)系 49
3.3.1 物像位置計算 49
3.3.2 放大率及相互關(guān)系 51
3.4 理想光學(xué)系統(tǒng)的圖解法 54
3.5 理想光學(xué)系統(tǒng)的組合 58
3.5.1 雙光組光學(xué)系統(tǒng) 59
3.5.2 多光組光學(xué)系統(tǒng)正切計算法 61
3.6 透鏡 63
3.6.1 單折射球面的基點(diǎn)、基面與焦距 63
3.6.2 透鏡的基點(diǎn)與焦距 64
3.6.3 薄透鏡與薄透鏡組 70
3.7 單透鏡與雙透鏡的Zemax設(shè)計實(shí)例 72
3.7.1 單透鏡Zemax設(shè)計實(shí)例 72
3.7.2 雙膠合透鏡Zemax設(shè)計實(shí)例 77
計算題 81
第4章 平面系統(tǒng) 84
4.1 平面折射與平行平板玻璃成像性質(zhì) 84
4.1.1 平行平板的成像性質(zhì) 84
4.1.2 平行平板的等效空氣層的概念 86
4.2 平面反射鏡 88
4.2.1 平面反射鏡的成像特性 89
4.2.2 平面反射鏡的旋轉(zhuǎn)效應(yīng) 90
4.2.3 兩面角鏡的成像特性 91
4.3 反射棱鏡 92
4.3.1 反射棱鏡的基本概念 92
4.3.2 反射棱鏡系統(tǒng)的物像坐標(biāo)變換規(guī)律 94
4.3.3 反射棱鏡的展開與結(jié)構(gòu)尺寸計算 95
4.4 折射棱鏡和楔鏡 99
4.4.1 折射棱鏡 99
4.4.2 楔鏡 100
4.5 Zemax中的坐標(biāo)斷點(diǎn) 102
4.5.1 Zemax中的坐標(biāo)系 102
4.5.2 坐標(biāo)變換 103
4.5.3 Zemax中的坐標(biāo)斷點(diǎn)設(shè)置 104
4.6 光學(xué)系統(tǒng)中具有反射鏡或者平行平板的Zemax仿真分析 106
4.7 具有反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)Zemax設(shè)計方法實(shí)例——牛頓望遠(yuǎn)鏡 109
4.8 具有阿米西（Amici）屋脊棱鏡與五棱鏡組合的光學(xué)系統(tǒng)Zemax設(shè)計實(shí)例 112
思考題 115
計算題 116
第5章 光學(xué)系統(tǒng)的光束限制 118
5.1 光學(xué)系統(tǒng)中的孔徑光闌、入射光瞳與出射光瞳 118
5.1.1 孔徑光闌的判斷 119
5.1.2 入射光瞳與出射光瞳 121
5.2 視場光闌、窗與漸暈 124
5.2.1 視場光闌 124
5.2.2 入射窗與出射窗 125
5.2.3 漸暈 126
5.3 光學(xué)系統(tǒng)的景深 131
5.4 Zemax中光束限制的設(shè)計方法——單透鏡光束限制的設(shè)計與分析 135
5.5 Zemax中漸暈的設(shè)計方法 140
5.6 Zemax的多重結(jié)構(gòu)設(shè)計——反射式掃描系統(tǒng)設(shè)計 146
計算題 149
第6章 光度學(xué)基礎(chǔ) 151
6.1 光能和光度學(xué)的基本概念 151
6.1.1 立體角的概念 151
6.1.2 輻射通量、光譜光視效率與光通量 153
6.1.3 光亮度、發(fā)光強(qiáng)度、光出射度和光照度 155
6.1.4 光學(xué)系統(tǒng)中光亮度和光通量的傳遞 159
6.2 光學(xué)系統(tǒng)中的光能損失分析與計算 161
6.2.1 光學(xué)系統(tǒng)中的光能損失分析 162
6.2.2 光學(xué)系統(tǒng)的透過率計算 164
6.3 Zemax中相對照度、鍍膜簡介及序列/非序列混合模型與照明設(shè)計實(shí)例 164
6.3.1 相對照度 164
6.3.2 鍍膜 165
6.3.3 利用序列與非序列混合模型設(shè)計一個LED（點(diǎn)光源）的照明系統(tǒng) 167
計算題 173
第7章 像差理論 174
7.1 單色像差 174
7.1.1 軸上點(diǎn)與軸外點(diǎn)像差 174
7.1.2 正弦差與彗差 177
7.1.3 像散 180
7.1.4 場曲 181
7.1.5 畸變 183
7.2 色差 184
7.2.1 位置色差 184
7.2.2 放大率色差 184
7.3 Zemax中的像差模擬與分析 185
7.3.1 球差 185
7.3.2 彗差 187
7.3.3 像散 189
7.3.4 場曲 189
7.3.5 畸變 191
7.3.6 色差 192
第8章 實(shí)際光學(xué)系統(tǒng) 196
8.1 人眼光學(xué)系統(tǒng)與視光學(xué) 196
8.1.1 人眼的構(gòu)造 196
8.1.2 人眼的主要特性 197
8.1.3 雙眼立體視覺 201
8.2 放大鏡 202
8.2.1 目視光學(xué)儀器的工作原理 203
8.2.2 放大鏡的視覺放大率 203
8.2.3 放大鏡光束限制 204
8.3 望遠(yuǎn)鏡 205
8.3.1 望遠(yuǎn)鏡的歷史發(fā)展背景 205
8.3.2 望遠(yuǎn)鏡的基本類型與工作原理 206
8.3.3 望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)指標(biāo) 207
8.4 顯微鏡 209
8.4.1 顯微鏡的歷史發(fā)展背景 209
8.4.2 顯微鏡的基本工作原理與技術(shù)指標(biāo) 210
8.4.3 顯微鏡的光束限制 211
8.4.4 顯微鏡的分辨力與有效放大率 212
8.5 照相機(jī)與投影儀 216
8.5.1 照相機(jī)的歷史發(fā)展背景 216
8.5.2 照相機(jī)的基本工作原理與性能參數(shù) 216
8.5.3 投影儀的歷史發(fā)展背景 220
8.5.4 投影儀的基本工作原理與性能參數(shù) 220
8.6 光學(xué)成像系統(tǒng)的像質(zhì)評價簡介 222
8.7 光學(xué)傳遞函數(shù)、人眼模型和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用 223
8.7.1 光學(xué)傳遞函數(shù)像質(zhì)評價基本概念 223
8.7.2 人眼的Zemax模型和在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）中的應(yīng)用 225
思考題 230
計算題 231
第9章 Zemax中的優(yōu)化、公差與若干設(shè)計案例 233
9.1 Zemax優(yōu)化方法簡介 233
9.1.1 優(yōu)化方法概述 233
9.1.2 光學(xué)系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模 234
9.1.3 Zemax中評價函數(shù)的定義 236
9.1.4 Zemax操作符的定義 237
9.1.5 默認(rèn)評價函數(shù) 238
9.2 Zemax公差分析簡介 239
9.3 若干光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計實(shí)例 242
9.3.1 優(yōu)化設(shè)計雙透鏡光纖對接耦合系統(tǒng) 243
9.3.2 優(yōu)化非球面鏡實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器與單模光纖的高效耦合 255
9.3.3 基于偏振元件的光環(huán)形器設(shè)計 264
9.3.4 庫克三片式成像鏡頭設(shè)計 272
9.3.5 蘋果手機(jī)鏡頭剖析 279
思考與練習(xí)題 292
參考文獻(xiàn) 294