近代光学系统设计概论
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作者宋菲君,陈笑,刘畅
出版社科学出版社
ISBN9787030612250
出版时间2019-05
装帧精装
开本其他
定价299元
货号1201918824
上书时间2024-08-05
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作者简介
宋菲君，1966年毕业于北京大学物理系。中国科学院研究员，博士生导师，国际光学工程学会高级专家会员（Fellow SPIE），曾创建并长期担任大恒新纪元科技股份有限公司董事、副总裁兼总工程师。从事光学工程、光学信息处理、激光应用、光通信和天文学的科研。曾主持多项国外委托的研究开发项目，产品大批出口欧美。曾任中国物理学会理事、中国光学学会常务理事，担任多个学术刊物的编委。撰写了《近代光学信息处理》《信息光子学物理》《高等物理光学》（第二作者）等五部学术著作。获得多项专利。在学术刊物发表多篇论文。多次在国际学术会做大会特邀报告，担任分会主席。曾获得全国科学大会重大成果奖，多次荣获中科院、省部级科技进步奖。1986年获得“重量有突出贡献中青年科技专家”称号，1988年获得“北京市有突出贡献科技专家称号”，享受国务院特殊津贴。
目录
第1章概述
1.1光学成像系统的近期新进展
1.2光学玻璃的进展
1.3新一代光学设计软件的开发
1.4近代光学设计的特点
1.4.1传统光学设计
1.4.2近代光学设计理念和设计流程
1.4.3小视场物镜的直接设计
1.4.4etendue分析和光学系统的F-w空间
1.4.5复杂系统设计
1.5像质评价指标和评价函数
1.5.1像差
1.5.2评价函数
1.6本章小结
第2章应用光学基础
2.1引言
2.1.1光学设计和应用光学
2.1.2成像系统的一般模型
2.1.3符号规则
2.1.4理想光学
2.2薄透镜成像、光焦度和偏角公式
2.2.1光线经过薄透镜的折射
2.2.2光焦度与偏角
2.2.3分离薄透镜的偏角公式
2.2.4分离薄透镜设计
2.3光波的波段和材料
2.4光学系统图、视场和孔径
2.4.1光学系统图
2.4.2视场
2.4.3孔径
2.4.4归一化
2.5放大率
2.5.1横向放大率和纵向放大率
2.5.2角放大率
2.6焦深
2.6.1离焦
2.6.2衍射极限成像系统的焦深
2.6.3物方焦深和像方焦深
2.7光学系统的基面和基点
2.7.1主平面、焦平面和节平面
2.7.2透镜
2.7.3透镜的基点和基面
2.8光阑、光瞳和渐晕
2.8.1光阑和光瞳
2.8.2光阑的直径和弥散
2.8.3光阑的位置和渐晕
2.9光度学基础：成像系统像面的照度
2.9.1辐射通量和光通量
2.9.2发光强度和亮度
2.9.3余弦发射体
2.9.4光学系统像的轴上点的亮度和照度
2.9.5光学系统轴外像点的照度
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
2.9.7倾斜安置监控物镜的照度估算实例
2.10光通量传递的etendue分析
2.11本章小结
第3章成像信息的传递和像质评价
3.1引言
3.2衍射极限系统和近衍射极限系统
3.2.1衍射极限系统
3.2.2近衍射极限系统
3.3光线追迹
3.3.1主光线和点扩散函数
3.3.2上光线、下光线和“大光线”
3.4球差和纵向色差
3.4.1球差
3.4.2纵向色差
3.5轴外像差
3.5.1彗差
3.5.2场曲和像散
3.5.3畸变
3.5.4横向色差
3.6特性曲线和弥散斑图(点列图)
3.6.1光线的扇形分布和特性曲线
3.6.2弥散斑图
3.7光学传递函数
3.7.1声音频率和图像频率
3.7.2衍射极限系统的光学传递函数
3.7.3用光学传递函数来评价像质
3.8高斯型弥散斑的传递函数、半峰全宽和分辨率
3.8.1贝塞尔函数的积分公式
3.8.2弥散斑的RMS半径
3.8.3弥散斑的半峰全宽和分辨率
3.8.4MTF的解析表达式
3.8.51/e2带宽
3.8.6等效带宽
3.9像素探测器阵列CCD、CMOS和器件截止频率
3.10光学信号的etendue分析
3.10.1空间带宽积和一维etendue分析
3.10.2探测器和光学系统的etendue匹配
3.10.3光学系统的etendue指标
3.11本章小结
参考文献
第4章双胶合和双分离消色差物镜
4.1双胶合消色差物镜
4.1.1双胶合消色差物镜简介
4.1.2球差和纵向色差
4.1.3弥散斑和轴外像差
4.2双胶合消色差物镜的信息量和定义区间
4.3初级球差和高级球差
4.4双胶合消色差物镜设计方法
4.4.1流行的设计方法
4.4.2设计指标四要素：“适用波段、相对孔径、视场和焦距”
4.4.3双胶合物镜对像差的校正
4.4.4焦距缩放
4.4.5设计实例
4.5评价函数的“SPHERICAL”(球差校正)模块和“ACHROMATIC”(色差校正)模块
4.5.1焦距EFFL
4.5.2“ACHROMATIC”(色差校正)模块
4.5.3“SPHERICAL”(球差校正)模块
4.5.4评价函数第2节“默认评价函数”(default merit function)的弥散斑校正设置
4.6有限共轭距双胶合成像系统设计
4.6.1有限共轭距时关于“孔径”的几个定义
4.6.2有限共轭距双胶合消色差准直镜设计方法
4.7双分离消色差物镜设计
4.7.1双胶合消色差物镜的设计极限
4.7.2双分离消色差物镜设计方法
4.8带棱镜(平板)的双胶合消色差物镜
4.8.1棱镜(平板)的加入
4.8.2HAMMER优化和更换玻璃
4.8.3将平板改为45°反射棱镜
4.9本章小结
附录4.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录4.2[DB-2]-SPLIT技术指标、像差曲线和结构参数
附录4.3[DB-5]-PRISM技术指标、像差曲线和结构参数
附录4.4评价函数ACHROMATIC-3
第5章三片及四片式消色差准直镜/望远物镜
5.1引言
5.2光焦度与偏角
5.3“双胶合+单片”物镜与双胶合透镜性能比对
5.4三片及四片式物镜典型设计
5.4.1“2+1”型三片式物镜
5.4.2“1+2”型三片式物镜
5.4.3三胶合和四胶合物镜
5.4.4三分离和四分离物镜
5.5长入瞳距物镜
5.6“双胶合+单片”(“2+1”)物镜设计(Ⅰ)
5.6.1前后组参数计算
5.6.2设计流程
5.7“双胶合+单片”(“2+1”)物镜设计(Ⅱ)
5.8分光棱镜的插入操作
5.9带有棱镜的望远系统设计
5.9.1低倍开普勒望远镜
5.9.2低倍开普勒望远镜设计方法
5.10本章小结
附录5.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录5.2评价函数
第6章二级光谱和复消色差航摄望远物镜
6.1长焦距双胶合消色差准直镜的二级光谱
6.2二级光谱的波像差
6.3光学玻璃的色散特性和阿贝公式
6.3.1光学玻璃所用的特征谱线
6.3.2中部色散和相对部分色散
6.3.3阿贝公式和反常材料
6.4双胶合复消色差准直镜设计
6.5光学设计的极限
附录6技术指标、像差曲线和结构参数
第7章柯克物镜
7.1有限共轭距成像系统
7.2典型的柯克物镜
7.2.1典型的柯克物镜[CK-A]、[CK-B]
7.2.2柯克物镜的佩茨瓦尔半径
7.3柯克物镜的定义域和F-w空间
7.3.1柯克物镜的参考设计
7.3.2柯克物镜的平场特性分析
7.3.3柯克物镜的定义域和etendue分析
7.4柯克物镜设计
7.4.1无限共轭距柯克物镜设计
7.4.2有限共轭距柯克物镜设计
7.4.3探测器和传递函数
7.5玻璃的选配和演变
7.6近紫外-深红超宽带柯克物镜
7.7柯克物镜的评价函数“FIXED-3A-SIMPLE”
7.7.1角视场模块
7.7.2放大率和焦距模块
7.7.3共轭距、物镜长度、物距、像距和畸变模块
7.7.4中心和边缘厚度边界条件模块
7.7.5“默认评价函数”设置
7.7.6设置评价函数的要点
7.8光阑像差和光线对准操作
7.9本章小结
附录7.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录7.2评价函数“FIXED-3A-SIMPLE”
第8章天塞物镜及其变形
8.1引言
8.2典型的天塞物镜
8.3天塞物镜的F-w空间
8.4拦光操作
8.5变形天塞物镜
8.6海利亚物镜
8.7本章小结
附录8.1天塞及其变形物镜技术指标、像差曲线和结构参数
附录8.2评价函数TESSA
第9章双高斯物镜及其变形
9.1引言
9.2单反相机物镜
9.3拦光和斜光束渐晕
9.4换玻璃操作
9.5双高斯物镜的典型设计
9.6双高斯物镜的F-w空间
9.7双高斯扫描仪物镜
9.8双高斯照相机物镜设计
9.9本章小结
附录9.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录9.2FIXED-3A-SIMPLE优化函数
第10章有限共轭距近对称成像物镜
10.1引言
10.2有限共轭距成像的理想光学基本公式
10.2.1共轭距L、横向放大率β和焦距f
10.2.2物高y、像高y和孔径角
10.2.3偏角公式和光圈数F
10.3全对称成像
10.3.1全对称-1×双高斯型物镜典型设计
10.3.2全对称-1×三片式和四片式物镜典型设计
10.3.3非对称-1×双高斯型物镜典型设计
10.4近对称成像
10.4.1全对称-0.75×物镜[LM-7]
10.4.2全对称-0.82×物镜[LM-8]
10.5-0:5×成像
10.5.1小视场-0.5×物镜[LM-9]
10.5.2中等视场-0.5×物镜[LM-10]
10.5.3小视场高分辨率-0.5×物镜[LM-11]
10.6“等etendue过渡”有限共轭距物镜设计
10.6.1物镜设计指标
10.6.2“等etendue过渡”
10.6.3设计实例
10.6.4设计实例
10.7本章小结
参考文献
附录10.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录10.2评价函数
第11章远摄物镜
11.1引言
11.2典型的远摄物镜
11.3单反相机180mm物镜
11.4远摄物镜的理想光学模型
11.4.1系统构成和归一化坐标
11.4.2偏角公式的修正及“有限共轭距等效F数”
11.4.3前后组焦距计算
11.4.4前后组的相对孔径
11.5远摄型复消色差航拍物镜设计方法
11.5.1参数计算
11.5.2前组设计
11.5.3后组设计
11.5.4合成与优化
11.6光学设计中的物理模型
参考文献
附录11.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录11.2评价函数TELEPHOTO-APO
第12章反远摄物镜
12.1引言
12.2单反物镜的法兰距和135单反照相物镜
12.3反远摄物镜的典型设计
12.4反远摄物镜的理想光学模型
12.4.1简介
12.4.2前后组焦距
12.4.3前后组相对孔径
12.4.4小结
12.5反远摄物镜的设计方法
12.5.1设计(Ⅰ)——反远摄物镜[RT-3]
12.5.2设计(Ⅱ)——反远摄物镜[RT-4]
12.6本章小结
附录12.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录12.2评价函数
第13章双端负镜式广角物镜
13.1引言
13.2结构特点及像差分析
13.3典型的双端负镜式广角物镜
13.3.1视场角112°≤2w≤120°的广角物镜
13.3.2视场角80°≤2w＜113°的广角物镜
13.4广角物镜的定义域和F-w空间
13.5本章小结
附录13.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录13.2评价函数
第14章广角和超广角监控监视物镜
14.1引言
14.2监控监视物镜的特点
14.30.85视场配置和etendue的“占空比”
14.3.1广角物镜[UA-1]-A
14.3.20.85视场配置和奇异区
14.3.3水平视场角2wH和垂直视场角2wv的计算与控制
14.3.4etendue的“占空比”和图像探测器的利用率
14.4典型超广角监控监视物镜
14.4.1超广角物镜[UA-1]-R
14.4.2超广角物镜[UA-2]-R
14.4.3近红外超广角物镜[UA-4]-R
14.4.4大相对孔径超广角物镜[UA-5]-R
14.4.5超广角物镜[UA-6]-R
14.5水下超广角检测物镜
14.6简约结构系列广角物镜及设计方法
14.6.1典型的简约结构系列物镜
14.6.2简约结构系列物镜的特征
14.6.3简约结构系列物镜的设计方法
14.7“透镜棱边接触”处理
14.7.1“透镜棱边接触”的评价函数
14.7.2透镜边缘接触加工工艺要求
14.8超广角物镜的特殊结构设计
14.9主光线“保角映射”和畸变补偿算法
14.9.1大畸变导致放大率公式失效
14.9.2对称性和主光线的保角映射
14.9.3畸变成像的补偿算法
14.9.4逆问题
14.10本章小结
附录14技术指标、像差曲线和结构参数
第15章投影系统概论和定焦投影物镜
15.1引言
15.2典型的幻灯机放映物镜
15.3照明系统设计
15.3.1照明组件和成像组件的匹配
15.3.2胶片照度均匀性和照度
15.3.3临界匹配条件下照明组件的etendue分析
15.4空间光调制器简介
15.4.1空间光调制器：多媒体与投影仪的接口
15.4.2空间光调制器的主要指标
15.5LCD的原理简介
15.6LCD照明光均匀化功能设计
15.7LCD投影仪
15.8DLP投影仪
15.8.1引言
15.8.2DMD的结构和工作原理
15.8.3顺序颜色模式单板投影仪
15.8.4空间分色模式三板投影仪
15.8.5照明光束的耦合
15.9投影显示的新趋势
15.9.1大屏幕数字影院和手机型(PICO)微型投影仪
15.9.2LED投影仪
15.10投影物镜
15.10.1投影物镜的特点
15.10.2偏置
15.11典型投影物镜
15.12定焦投影物镜的简化理想光学模型
15.12.1引言
15.12.2由主光线偏角公式解出后组焦距和系统视场角
15.12.3由轴上光偏角公式导出前组焦距和F数
15.12.4小结
15.13定焦投影物镜设计
15.13.1设计指标及前后组参数
15.13.2前组设计
15.13.3后组设计
15.13.4合成
15.13.5调用评价函数“PROJECT FIXED FOCUS”
15.13.6优化和HAMMER优化
15.14本章小结
参考文献
附录15技术指标、像差曲线和结构参数
第16章变焦投影物镜和多重组态操作
16.1引言
16.2LCD和DLP变焦投影物镜
16.2.1LCD变焦投影物镜[PZ-1]
16.2.2部分偏置
16.2.3DLP变焦投影物镜[PZ-2]
16.3典型的变焦投影物镜
16.4Multi-Configuration操作和变焦投影物镜设计
16.4.1设计指标
16.4.2定义三组态(3-Config)
16.4.3初始设计——Config
16.4.4设置三组态
16.4.5调用、设置评价函数“ZOOM-3CONFIG”
16.4.6扩大变焦范围
16.4.7调用、设置评价函数“ZOOM-9CONFIG”
16.4.89-Config态的优化
16.5本章小结
附录16技术指标、像差曲线和结构参数
第17章远心物镜
17.1引言
17.2远心物镜和非远心成像
17.3远心物镜的理想光学模型
17.3.1远心物镜的构成
17.3.2轴上大孔径光线
17.3.3优选视场主光线
17.3.4理想光学模型的关系式
17.3.5物方孔径角
17.4远心物镜的设计方法
17.4.1确定系统和前后组参数
17.4.2选择前后组初始结构
17.4.3后组设计流程
17.4.4前组设计
17.4.5合成
17.4.6调用评价函数和优化
17.5典型的远心物镜
17.5.1机器视觉用物方远心物镜
17.5.2像方远心物镜和双方远心物镜
17.5.3超大视场像方远心物镜
17.6测量范围和景深
17.6.1物镜孔径对测区线度的横向
17.6.2焦深对测区纵向线度的
17.6.3光电混合处理增加测区纵向线度
17.7远心照明
17.8本章小结
参考文献
附录17.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录17.2评价函数
第18章变焦物镜
18.1引言
18.2变焦物镜结构的特点
18.2.1基本特性
18.2.2结构特点
18.3变焦和补偿
18.3.1变焦物镜[WS-380]和经典变焦-补偿
18.3.2大变焦比物镜[ZM-2]和复杂变焦-补偿
18.3.3超广角变焦物镜[ZM-3]和两间隔调焦-补偿
18.4典型的变焦物镜
18.4.1变焦物镜[ZM-4]
18.4.2紧凑型广角变焦物镜[ZM-5]
18.4.3小型变焦物镜[ZM-6]
18.4.4大变焦比物镜[ZM-7]
18.4.5高清晰度6×ZOOM[ZM-J4]-C
18.4.6大变焦比物镜[ZM-8]
18.4.7大变焦比物镜[ZM-J1]-C
18.4.8大变焦比物镜[ZM-J2]-C
18.4.9高清晰度大变焦比物镜[ZM-J3]-C
18.5变焦物镜的简化模型
18.5.1变焦物镜[WS-380]
18.5.2理想光学模型
18.5.3简化模型
18.5.4小结
18.6变焦物镜的设计实例
18.6.1设计指标
18.6.2望远镜设计
18.6.3后组选择，系统设计及优化
18.6.4变焦比ZR=3的设计结果
18.7变焦比ZR=4和5的物镜设计
18.7.1引言
18.7.2变焦比ZR=4和5的设计结果
18.8变焦曲线的重整化
18.9有限共轭的对焦操作
18.10“-+-”型变焦物镜设计方法
18.10.1引言
18.10.2变焦比ZR=5.0“-+-”型物镜设计流程
18.11变焦物镜技术指标一览表
18.12本章小结
参考文献
附录18.1技术指标、像差曲线和结构参数
附录18.2优化函数
第19章fθ扫描物镜
19.1引言
19.2fθ扫描物镜的理想光学模型和特性
19.2.1fθ扫描物镜的理想光学模型
19.2.2fθ扫描物镜的特性
19.2.3fθ扫描
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