现代光学设计方法（第3版）

　　本书首先介绍光学设计的基础知识和像差理论，然后以国外先进的光学设计软件Zemax作为基础，详细介绍采用Zemax设计新型光学系统的方法。本书紧密结合当前各应用领域的*的一些光学系统，内容基本上可以分为7个部分。第1部分是光学系统的像质评价，这是设计一个光学系统所的基础知识。第2部分是光学自动设计的原理与程序，介绍了适应法和阻尼*小二乘法这两种常用的光学自动设计程序的特点和使用方法。第3部分是变焦距系统的原理与程序，讨论了变焦距系统的像差计算与自动设计问题。第4部分是光学系统的公差分析与计算，介绍了公差分析计算软件的原理与编程特点。第5部分是光学系统的环境温度分析与无热设计，讨论了环境温度对光学系统的影响及利用衍射光学元件进行无热设计的原理与方法。第6部分是典型光学系统设计，应用所介绍的光学设计程序对望远系统、显微镜物镜和照相物镜等进行了实际设计，并对所设计的例子进行了像质评价。第7部分对偏振像差、非球面应用、计算机辅助光学装调、衍射光学元件、非成像光学系统、空间光学系统、红外光学系统以及其他一些光电系统进行了介绍。本书可作为从事光学设计的专业人员及高等院校光学专业教师和研究生的教学和参考用书。

　　李林，男，现为北京理工大学光电学院长聘教授，博士生导师，现担任军队及全国光电类学会各种专家社会职务。出版了包括国家规划教材和专著等10部著作，现从事专业为光电仪器设计与检测、空间光学、照明光学、红外仿真等领域。主持或参与完成了国家973和863等数十个国家和部委的科研项目，获6次部委级科研奖励，其中一等奖1次，二等奖1次，三等奖4次。获北京市教育创新标兵、北京市高等学校教学名师、北京市优秀教学团队带头人、北京市高等教育精品课程、教育部视频公开课。

目录
第1章光学系统像质评价方法001
1.1概述001
1.2光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数001
1.3检测阶段的像质评价指标——星点检验006
1.4检测阶段的像质评价指标——分辨力测量010
1.5几何像差的定义及其计算013
1.6垂轴像差的概念及其计算018
1.7几何像差计算程序ABR的输入数据与输出结果020
1.8几何像差及垂轴像差的图形输出024
1.9用波像差评价光学系统的成像质量028
1.10光学传递函数029
1.11点列图035
1.12包围圆能量036
第2章光学自动设计原理和程序037
2.1概述037
2.2阻尼小二乘法光学自动设计程序039
2.3光学自动设计的全局优化045
2.4适应法光学自动设计程序049
2.5典型光学设计软件介绍054
2.5.1国内实用软件054
2.5.2国外著名软件056
本章附录060
第3章公差分析与计算061
3.1概述061
3.2公差设计中的评价函数062
3.3光学公差的概率关系065
3.4公差设计中的随机模拟检验070
3.5公差设计中的偏心光路追迹074
第4章目视光学系统083
4.1薄透镜系统的初级像差理论083
4.2望远镜物镜设计091
4.3望远镜物镜设计实例100
4.3.1用Zemax软件对双胶合望远镜物镜进行优化设计100
4.3.2大相对孔径望远镜物镜设计105
4.3.3摄远物镜设计115
4.3.4反射式物镜设计130
4.3.5折反射球面系统设计143
4.4显微镜物镜设计151
4.5显微镜物镜设计实例157
4.5.1低倍消色差显微镜物镜设计157
4.5.2中倍消色差显微镜物镜设计161
4.6目镜设计169
4.7目镜设计实例178
4.7.1冉斯登、惠更斯和凯涅尔目镜设计178
4.7.2对称式目镜和无畸变目镜设计185
4.7.3广角目镜设计189
第5章照相物镜设计195
5.1照相物镜的光学特性195
5.2照相物镜的基本类型196
5.3基本类型照相物镜的演变形式201
5.4照相物镜设计的特点205
5.5数码相机物镜设计特点206
5.6照相物镜像差的公差210
5.7照相物镜设计实例212
5.7.1用适应法自动设计程序设计反摄远物镜212
5.7.2用阻尼小二乘法自动设计程序设计双高斯物镜222
第6章变焦距光学系统230
6.1概述230
6.2变焦距系统的分类及其特点231
6.3变焦距物镜的高斯光学238
6.4变焦距物镜高斯光学实例254
6.5体视变倍显微镜259
6.6变焦距物镜设计方法和设计实例261
第7章液晶投影仪和背投电视镜头设计268
7.1投影显示类型268
7.2液晶投影仪的工作原理270
7.3液晶投影仪照明系统的设计272
7.4液晶投影仪投影物镜的设计273
7.5背投电视镜头设计特点275
第8章其他光学系统278
8.1激光扫描系统和fθ镜头278
8.2光学信息处理系统和傅里叶变换镜头280
8.3红外光学系统283
8.4空间光学系统289
8.5空间光学系统设计方法和设计实例292
8.5.1同轴三反射镜系统设计292
8.5.2空间轻型大视场离轴TMA相机镜头的光学系统设计实例293
8.6共形光学设计302
8.7计算机直接制版镜头307
8.8投影仪扩展广角镜头309
8.9光刻机系统设计方法和设计实例310
8.9.1光刻技术发展历程311
8.9.2光刻物镜312
8.9.3全球面光刻物镜设计315
8.9.4偶次非球面光刻物镜光学设计320
第9章非球面和自由曲面的应用335
9.1非球面的表示方法335
9.2非球面的特性337
9.3反射二次非球面的应用337
9.4非球面设计实例339
9.5自由曲面343
9.6自由曲面设计方法和设计实例358
9.6.1基于自由曲面的头盔式显示系统设计358
9.6.2自由曲面在光刻机镜头上的应用365
第10章空间热环境及杂散光影响分析371
10.1热分析概述371
10.2光机热分析理论及有限元方法372
10.2.1热分析基本理论与方法372
10.2.2空间光机系统的热交换374
10.2.3有限元分析法374
10.3热形变的光学系统面型拟合算法378
10.3.1Zernike多项式378
10.3.2面型拟合算法380
10.4不规则折射率在光机热一体化技术中的影响384
10.4.1梯度折射率384
10.4.2不规则折射率面分布拟合算法387
10.5杂散光分析概述389
10.6空间遥感器的杂光水平评价方法391
10.6.1杂光系数392
10.6.2点源透射率392
10.6.3杂光系数与点源透过率的关系395
10.7杂散辐射防护设计396
10.7.1关键表面和被照射表面397
10.7.2遮光罩和挡光环设计398
10.7.3光阑的设计与使用404
第11章衍射光学元件406
11.1概述406
11.2衍射光学元件的实际光线和近轴光线追迹407
11.3衍射光学元件在成像系统中消色差的方法411
11.4衍射光学元件在成像系统中对于热像差的校正414
第12章偏振像差的理论419
12.1光的偏振419
12.2偏振像差的定义420
12.3偏振光线追迹的方法422
12.4旋转对称光学面形中的偏振像差函数423
12.5旋转对称光学系统中的偏振像差函数427
12.6薄膜设计与光学设计428
第13章计算机辅助装调430
13.1概述430
13.2计算机辅助装调数学模型的建立430
13.3计算机辅助装调的像差数据处理433
13.4基于MoorePenrose广义逆的失调量求解方法438
13.5光学系统计算机辅助装调的数值模拟440
第14章非成像光学454
14.1辐射度学和光度学基本概念454
14.2照明光学系统基本组成461
14.3照明光学系统的设计463
14.4均匀照明的实现466
14.5太阳光能量获取系统469
第15章Zemax光学设计软件应用476
15.1概述476
15.2Zemax的用户界面477
15.3Zemax基本操作483
15.4应用实例492
附录1双胶合薄透镜参数表(冕玻璃在前)498
附录2双胶合薄透镜参数表(火石玻璃在前)514
参考文献529