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第1章 预备知识1

1.1名词与概念1

1.2镜头的设计步骤1

1.2.1初始系统的来源2

1.2.2光路计算2

1.2.3设计评价2

1.2.4系统的修改3

1.3高斯光学和理想成像3

1.4初级像差及其独立性原理5

1.5轴向球差与横向球差6

1.6透镜的近似表示7

1.6.1薄透镜与薄透镜系统7

1.6.2真实透镜的近轴形式7

1.7玻璃的特性8

1.7.1折射率8

1.7.2色散8

1.7.3玻璃色散特性的量化8

1.7.4玻璃图10

1.7.5熔炼数据13

1.7.6部分色散14

1.7.7实际考虑14

1.8习题15

第2章 ZEMAX软件的使用16

2.1 ZEMAX中数据的输入16

2.1.1将初始数据输入到透镜数据编辑器中16

2.1.2通过对话框完成的操作18

2.2外形图及一级特性的调用20

2.3 ZEMAX的分析功能21

2.4 ZEMAX玻璃库的调用24

2.4.1 ZEMAX玻璃库的调用24

2.4.2玻璃库中的特殊文件夹24

2.4.3描述玻璃的多项式25

2.5其他25

2.5.1 ZEMAX中的3个F数25

2.5.2光线的选择26

2.5.3设计方案的跟踪27

第3章 近轴光路与非球面公式28

3.1符号规则28

3.2透镜及表面形状的描述30

3.2.1面形因子30

3.2.2表面挠度30

3.3近轴光线追迹公式31

3.3.1基本公式31

3.3.2用PRTE描述的透镜外观32

3.3.3光学表面的光焦度32

3.3.4 M方案和F方案34

3.4二合系统的光焦度及主面位置35

3.5单反射面和薄透镜的光焦度公式38

3.6高斯透镜公式38

3.7非球面39

3.7.1为什么要采用非球面39

3.7.2二次曲面表达式的推导39

3.7.3相对于球面的偏离42

3.8练习题43

3.9习题49

第4章 光阑与摄影镜头50

4.1光阑与光瞳50

4.2边缘光线和主光线52

4.3光阑位于透镜内部时用PRTE确定人瞳和出瞳的位置52

4.4光瞳的大小与F数的关系53

4.5拉格朗日不变量54

4.6光阑移动与像差控制55

4.7渥拉斯顿后摄影透镜58

4.8习题59

第5章 像差概述及设计评价62

5.1分析工具62

5.1.1光线扇曲线62

5.1.2点列图63

5.2像差的光线描述64

5.2.1离焦64

5.2.2球差66

5.2.3彗差68

5.2.4像散70

5.2.5场曲和畸变72

5.2.6阿贝正弦条件73

5.3波像差73

5.3.1点光源的波前（或参考波前）74

5.3.2波前与光学系统间的相互作用74

5.3.3波前的描述75

5.3.4波前与衍射76

5.3.5像面像差与出瞳像差间的关系78

5.4设计方案评价79

5.4.1环与臂79

5.4.2评价函数80

5.4.3 RMS点半径81

5.4.4 RMS点曲线84

第6章 透镜的分离与对称结构86

6.1透镜分离86

6.1.1单元组86

6.1.2二元组87

6.1.3三元组88

6.2透镜分离的应用90

6.3对称结构——潜望镜设计92

6.3.1确定初始半径92

6.3.2在ZEMAX中设置初始数据93

6.3.3物位于无穷远95

6.3.4平视场97

6.4潜望镜与后摄影透镜的比较97

6.5打破对称性99

6.6习题101

第7章 球差103

7.1有关W ijk的讨论104

7.2通过近轴追迹求得W040的实例106

7.3 W040的薄透镜形式108

7.4 W040计算实例109

7.5轴外像差系数110

7.6波像差球差系数W040的推导112

7.7习题115

第8章 透镜弯曲与像差平衡116

8.1薄透镜结构的表达式116

8.2薄透镜的弯曲117

8.3焦点的移动118

8.4 W020与Wd间的差异120

8.5像差平衡：球差与离焦121

8.6最小模糊斑处散焦的轴向位置和半径大小122

8.7 W040与SA3间的联系123

8.8薄透镜公式的推导125

8.9习题129

第9章 彗差和像散130

9.1横向球差：SA3130

9.2 ZEMAX中轴外像差的计算133

9.2.1用赛得系数表示彗差（W131）134

9.2.2用薄透镜公式表示彗差（W131）135

9.2.3用赛得系数表示像散（W222）135

9.2.4用薄透镜公式表示像散（W222）136

9.3彗差与透镜弯曲136

9.4彗差和像散随f/#及视场角的变化关系137

9.5习题139

第10章 场曲与畸变140

10.1匹兹瓦尔弯曲140

10.1.1匹兹瓦尔弯曲的概念140

10.1.2匹兹瓦尔波像差141

10.1.3匹兹瓦尔像差系数与匹兹瓦尔和141

10.1.4计算实例142

10.1.5匹兹瓦尔半径143

10.2平场器的基本理论145

10.3波前倾斜与畸变148

10.3.1波前倾斜148

10.3.2畸变150

10.4畸变计算实例151

10.5讨论153

10.6习题153

第11章 色差与消色差物镜155

11.1公式推导155

11.1.1初级轴向色差公式的推导155

11.1.2赛得像差系数CL的推导157

11.1.3波色差系数Wax的推导157

11.2消色差物镜的预先设计159

11.2.1约束条件160

11.2.2消色差物镜的光焦度160

11.2.3消色差物镜的设计实例160

11.3实际消色差物镜的设计164

11.4消色差物镜的弯曲167

11.4.1赛得球差167

11.4.2高级球差167

11.4.3色球差169

11.4.4彗差及像散170

11.4.5消球差透镜171

11.5二级光谱172

11.5.1部分色散173

11.5.2消色差物镜的二级光谱175

11.5.3用ZEMAX校正过的消色差物镜177

11.5.4什么时候需考虑二级光谱179

11.6横向色差180

11.7习题181

第12章 分离式消色差物镜、法国摄影物镜和复消色差物镜182

12.1用分离的薄透镜构造的消色差物镜182

12.1.1色散约束条件的修改182

12.1.2确定各个镜片的光焦度183

12.1.3用同一种玻璃构造的消色差物镜184

12.2消色差物镜的场曲问题185

12.2.1平视场的消色差物镜185

12.2.2契伐利埃（Chevalier）物镜186

12.3复消色差的条件187

12.3.1部分初级轴向色差187

12.3.2双透镜组和三透镜组的初级部分色差189

12.4复消色差物镜189

12.4.1复消色差物镜的约束条件190

12.4.2复消色差物镜光焦度的求解190

12.4.3计算实例192

12.4.4 ZEMAX中的优化193

12.5色差校正与像点大小的关系196

12.6习题198

第13章 测试与总结200

13.1显微镜200

13.2设计综述与提示201

13.2.1第1部分：预先的薄透镜设计201

13.2.2第2部分：利用ZEMAX对设计进行优化203

13.3测试题203

13.4总结与展望204

习题答案206

第1章1（1.8习题）206

第3章（3.9习题）207

第4章4（4.8习题）208

第6章（6.6习题）212

第7章（7.7习题）217

第8章（8.9习题）218

第9章（9.5习题）219

第10章（10.6习题）221

第11章（11.7习题）223

第12章（12.6习题）227

第13章（测试题）228

参考文献229