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第1部分 光学设计基础2

第1章 光学设计概述2

1.1 现代光学仪器对光学系统设计的要求2

1.1.1 仪器对光学系统性能与质量的要求2

1.1.2 光学系统对使用要求的满足程度2

1.1.3 光学系统设计的经济性3

1.2 光学系统设计概述4

1.2.1 光学系统设计的一般过程和步骤4

1.2.2 光学系统总体设计4

1.2.3 光学系统的具体设计4

第2章 初级像差理论、像差校正与像质评价7

2.1 概述7

2.2 几何像差7

2.2.1 球差（sphericalaberration）7

2.2.2 彗差（coma;comaticaberration）9

2.2.3 像散与像场弯曲10

2.2.4 畸变（distortion）12

2.2.5 色差（chromaticaberration）13

2.3 薄透镜的初级像差理论15

2.3.1 薄透镜的初级像差普遍公式15

2.3.2 由薄透镜初级像差普遍公式引出的重要结论16

2.3.3 规化条件下的双胶合透镜组的色差18

2.4 反射光学系统和平面光学系统的像差理论18

2.4.1 平面反射镜像差18

2.4.2 球面反射镜的像差19

2.4.3 棱镜或平面平行板的像差21

2.4.4 场镜的像差22

2.5 厚透镜初级像差23

2.5.1 厚透镜焦距的求法23

2.5.2 利用弯月形厚透镜消场曲SⅣ23

2.5.3 分析消场曲的弯月形厚透镜的其余像差SⅠ、SⅡ、SⅢ、SIC25

2.5.4 远双分离正负薄透镜组消场曲25

2.5.5 用同心不晕弯月厚透镜消除球差、彗差及场曲26

2.5.6 用弯月型厚透镜消除轴上点色差26

2.5.7 鼓形透镜（双凸厚透镜）26

2.6 全对称光学部件的像差28

2.7 像差校正和平衡方法30

2.7.1 引言30

2.7.2 像差校正方法30

2.7.3 像差校正的一些设计技巧31

2.8 像差容限与像质评价32

2.8.1 概述32

2.8.2 经典光学系统的像差容限33

2.9 应用光学传递函数校正像差和评价像质34

2.9.1 光学传递函数概述34

2.9.2 光学传函理论实质、基本出发点和物理意义34

2.9.3 用光学传函评价光学系统像质36

第2部分 光学部件与系统设计40

第3章 代数法求解光学部件初始结构40

3.1 概述40

3.2 单片薄透镜初始结构设计计算40

3.3 双胶薄透镜初始结构的设计计算43

3.3.1 双胶薄透镜物在无限远时的P∞、W∞与结构参数的关系43

3.3.2 对P∞、W∞基本关系的分析44

3.4 两组双胶物镜初始结构设计46

3.4.1 选型46

3.4.2 方案选择47

3.5 小气隙双分透镜48

3.5.1 双胶合组变小气隙双分透镜的目的48

3.5.2 小气隙双分透镜能减小高级球差48

3.6 齐明弯月透镜结构参数求解49

3.6.1 显微物镜齐明弯月前组49

3.6.2 聚透镜第一片齐明透镜50

3.6.3 设计实例51

第4章 典型光学部件设计53

4.1 望远物镜设计53

4.1.1 望远物镜光学特性与结构类型53

4.1.2 双胶合、双分离物镜设计55

4.1.3 摄远物镜设计57

4.2 显微物镜设计59

4.2.1 显微物镜概述59

4.2.2 显微物镜的光学特性59

4.2.3 显微物镜结构基本类型62

4.2.4 显微物镜设计时应校正的像差65

4.2.5 消色差显微物镜设计66

4.2.6 长工作距离平场物镜设计67

4.3 目镜设计71

4.3.1 目镜光学特性与结构类型71

4.3.2 目镜设计要点72

4.3.3 普通目镜设计74

4.3.4 借助价格工程（VE）优化广角目镜设计77

4.3.5 显微摄影光学系统及摄影目镜设计79

4.3.6 显微电视CCD摄录接口的设计82

4.4 照相物镜设计84

4.4.1 照相物镜的光学特性和结构形式84

4.4.2 照相物镜设计的一般方法91

4.4.3 照相机标准镜头设计92

4.4.4 新型三片式照相物镜设计94

4.5 投影物镜设计98

4.5.1 投影物镜光学特性98

4.5.2 结构形式与对像质的要求99

4.5.3 电影投影物镜设计100

第5章 典型光学系统设计101

5.1 概述101

5.2 普通生物显微镜成像光学系统设计101

5.2.1 显微镜成像简述101

5.2.2 显微光学系统的设计方法和要求102

5.2.3 显微光学系统设计的标准化102

5.2.4 显微光学系统设计要点103

5.2.5 设计实例104

5.3 无限远像距光学系统设计111

5.3.1 概述111

5.3.2 无限远像距光学系统设计要点112

5.3.3 设计实例114

5.4 照明光学系统设计116

5.4.1 概述116

5.4.2 照明系统及其分类119

5.4.3 照明系统外形尺寸计算121

5.4.4 聚光镜光学设计123

5.4.5 照明系统设计中的几个问题129

5.5 特殊照明系统设计133

5.5.1 光导纤维落射内照明系统设计133

5.5.2 不散瞳广角眼底观测仪照明系统设计136

第6章 变焦距（变倍）光学系统设计138

6.1 变焦距（变倍）光学系统原理138

6.2 变焦距物镜139

6.3 连续变倍显微光学系统设计140

6.3.1 连续变倍显微光学系统的类型140

6.3.2 典型的连续变倍显微镜141

6.3.3 变倍目镜设计144

6.3.4 设计实例149

第3部分 现代光学系统设计152

第7章 激光光学系统设计152

7.1 激光光学系统设计基础152

7.1.1 概述152

7.1.2 设计基础知识152

7.1.3 激光光学系统的外形尺寸计算155

7.1.4 通光孔径的选择156

7.1.5 聚焦高斯光束的焦点位移158

7.1.6 设计注意事项159

7.2 高斯光束会聚系统设计159

7.2.1 激光聚光光学系统设计思想与实例159

7.2.2 李斯特显微物镜激光会聚系统160

7.3 高斯光束准直扩束系统设计162

7.3.1 激光准直扩束系统设计162

7.3.2 半导体激光器准直系统设计164

第8章 光纤光学系统设计166

8.1 半导体激光器与光纤直接耦合设计166

8.1.1 概述166

8.1.2 直接耦合光纤端面结构形式及其效率167

8.1.3 尖锥端光纤耦合理论模型168

8.2 微光学元件扩束耦合系统设计170

8.3 光纤－透镜耦合激光会聚系统设计175

8.4 光天线－光纤耦合系统设计177

8.4.1 自由空间光通信接收系统前端概述177

8.4.2 对光天线设计的要求与设计理念177

8.4.3 光天线设计178

8.4.4 设计实例181

第4部分 光学设计实务184

第9章 光学设计CAD软件应用基础184

9.1 国内外光学设计CAD软件概述184

9.1.1 光学设计CAD软件的发展历史184

9.1.2 有代表性的中外光学设计CAD软件简介184

9.2 SLO软件简介185

9.2.1 OSLO的特点185

9.2.2 OSLO的3种版本186

9.3 SLOLT54基本概念187

9.4 SLO用户界面190

9.4.1 主视窗（MainWindow）190

9.4.2 文件管理（filemanagement）195

9.4.3 编辑表（spreadsheets）196

9.4.4 各厂商的透镜产品目录资料库（cataloglensdatabase）200

9.4.5 对话框（Dialogboxes）202

9.4.6 图形视窗（Graphicwindow）202

9.4.7 命令输入（commandinput）204

9.4.8 文字编辑器（Texteditor）204

9.4.9 帮助视窗（HelpWindow）205

9.4.1 打印输出（Hardcopyoutput）205

9.4.1 剪切板支持205

9.5 OSLOLT54基本操作要点205

9.5.1 概述205

9.5.2 新建镜头206

9.5.3 调用镜头214

9.5.4 优化214

9.6 OSLOLT54应用实例218

9.6.1 双高斯型照像物镜设计219

9.6.2 25×消色差显微物镜设计220

9.6.3 15×广角目镜设计221

第10章 光学零件与光学制图223

10.1 光学材料223

10.1.1 光学材料简介223

10.1.2 光学玻璃223

10.1.3 激光技术用的光学材料224

10.1.4 红外、紫外光学材料226

10.1.5 光学薄膜228

10.1.6 光学塑料228

10.2 光学制图（GB13323—91）标准的主要内容230

10.2.1 一般规定230

10.2.2 图样要求232

10.3 对光学零件材料的要求238

10.4 对光学零件的加工要求239

10.4.1 光学零件的表面误差239

10.4.2 光学零件外径及配合公差的给定241

10.4.3 光学零件的中心厚度及边缘最小厚度242

10.4.4 光学零件的厚度公差242

10.4.5 光学零件的倒角（GB1204—75）243

10.4.6 透镜中心误差（GB7242—87）244

10.4.7 光楔244

10.4.8 光学零件镀膜分类、符号及标注（JB/T6179—92）245

附录A 无色光学玻璃（GB903-87）247

附录B 中、德玻璃牌号对照表250

附录C 单薄透镜参数表252

附录D 冕牌透镜在前的玻璃组合254

附录E 火石透镜在前的玻璃组合255

附录F 双胶合透镜P0,Q0表256

参考文献261