現(xiàn)代光學(xué)工程

前言

非常高興《現(xiàn)代光學(xué)工程》一書(shū)第四次再版，許多讀者都知道該書(shū)（“Modern Optical Engineering”）的縮寫是MOE。與第三版明顯不同，該版進(jìn)行了許多修訂，內(nèi)容經(jīng)過(guò)重新組織，并額外增加了6章，因此，是一本內(nèi)容更為豐富的書(shū)。新版《現(xiàn)代光學(xué)工程》有許多小的改動(dòng)和增減，由于太多而無(wú)法在此一一列出。新版《現(xiàn)代光學(xué)工程》共21章，兩個(gè)附錄和一個(gè)術(shù)語(yǔ)表。該書(shū)的第一版和第二版只有14章，第三版15章。近些年來(lái)，《現(xiàn)代光學(xué)工程》的內(nèi)容越來(lái)越多，初始的第一版僅僅476頁(yè)，第二版524頁(yè)，第三版617頁(yè)，而該版增加到768頁(yè)（譯者注：原英文版的頁(yè)碼）。早期版本對(duì)該領(lǐng)域的內(nèi)容闡述得非常恰當(dāng)，我希望該版本同樣能夠做到這一點(diǎn)。第一版前言是以下面一段話開(kāi)始的：將本書(shū)獻(xiàn)給那些特別需要光學(xué)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)方面比較實(shí)用技術(shù)信息、從事實(shí)際工作的工程師或科學(xué)家。最近，隨著對(duì)光學(xué)裝置在諸如對(duì)準(zhǔn)、計(jì)量、自動(dòng)控制和空間(國(guó)防)領(lǐng)域可應(yīng)用性的認(rèn)識(shí)提高，迫切需要熟悉光學(xué)知識(shí)的技術(shù)人員，隨之，電子、機(jī)械、物理或數(shù)學(xué)方面的許多人才都找到了比較高級(jí)的、與光學(xué)工程有關(guān)的位置。作者希望該書(shū)能夠使他們?cè)鰪?qiáng)信心，有助于非常好地完成其所承擔(dān)的光學(xué)任務(wù)。近些年，從事光學(xué)技術(shù)的人員數(shù)量增加了許多倍，光學(xué)工程的研究領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大了，包括許多新的、無(wú)法預(yù)料的應(yīng)用，而上面引證的需求仍在繼續(xù)。已經(jīng)普遍認(rèn)為，《現(xiàn)代光學(xué)工程》是一本“必備書(shū)”。希望該書(shū)新版同樣是這種結(jié)果。該書(shū)新版的明顯變化是其組織編排有修改：舊版的第2章被分為3章，即高斯光學(xué)、近軸計(jì)算和光學(xué)元件組合；有關(guān)像差的內(nèi)容更加豐富，增加了三級(jí)像差理論和計(jì)算一章；舊版中光線追跡的大部分內(nèi)容放到附錄A中描述。增加了全新的一章：初級(jí)系統(tǒng)布局圖研究，包括大量的、已經(jīng)使用的設(shè)計(jì)例子，其中有變焦距物鏡和紅外制冷探測(cè)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局圖。早期版本中闡述透鏡設(shè)計(jì)的2章修改為3章（光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，目鏡、顯微鏡和照相物鏡的設(shè)計(jì)，反射鏡和折反式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)）。舊版第14章中給出了“44種透鏡設(shè)計(jì)實(shí)例”，而新版擴(kuò)充至“62種”， 對(duì)像差的描述不僅給出光線交點(diǎn)曲線圖和縱向球差（表示出三種波長(zhǎng)）、單色畸變和場(chǎng)曲，而且還給出縱向和橫向色差（三種波長(zhǎng)）。全書(shū)以相同的表示方式，替代舊版中對(duì)單色縱向球差和場(chǎng)曲的表示。在“光學(xué)工程中的實(shí)際問(wèn)題”一章之后，增加了全新的一章：“庫(kù)存”透鏡的應(yīng)用?，F(xiàn)在，已經(jīng)全部完成了舊版中各章之后的大量練習(xí)，而非簡(jiǎn)單地給出正確答案。有一個(gè)新的術(shù)語(yǔ)表，力圖做成光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)中最好、最完整、最權(quán)威和最準(zhǔn)確的術(shù)語(yǔ)表。有兩個(gè)新的附錄：光線追跡和標(biāo)準(zhǔn)尺寸。將一個(gè)公差預(yù)估的演示實(shí)例增加到“光學(xué)工程中的實(shí)際問(wèn)題”(第20章)中。在“人眼特性”一章， 還包括一些有趣的“自己動(dòng)手做”的目視實(shí)驗(yàn)。按照我的觀點(diǎn)，單個(gè)人或比較小規(guī)模的小組是不可能編寫出光學(xué)工程和光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)“整本書(shū)”的，任何一本書(shū)首先是闡述作者個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)（沒(méi)有人會(huì)親身去做每一件事），所以，借此機(jī)會(huì)強(qiáng)烈建議，凡對(duì)《現(xiàn)代光學(xué)工程》一書(shū)感興趣，認(rèn)為該書(shū)有使用價(jià)值的讀者應(yīng)當(dāng)同時(shí)閱讀Kingslake編著的“Optical System Design”(Academic，1983)以及由Fischer 和Tadic編著的“Optical System Design”(McGrawHill,2000)之書(shū)，對(duì)其所研究的項(xiàng)目會(huì)有更全面的觀察。最后，我要對(duì)許多朋友和同事表示感謝，在60年的光學(xué)研究生涯中，讓我分享了他們的許多知識(shí)，在他們的幫助下，每天我都會(huì)有所收獲。特別要感謝位于Carlsbad市的Rockwell Collins Optronics公司中與我同辦公室工作的Jerry Carollo和 Greg Newbold,以及為我提供光學(xué)設(shè)計(jì)程序OSLO（每天都要使用）的Lambda Research公司的Leo Gardner先生。祝大家一切都好！Warren J. Smith

內(nèi)容概要

　　本書(shū)由21章和2個(gè)附錄組成，內(nèi)容豐富，實(shí)用性強(qiáng)。是世界著名光學(xué)專家Warren J. Smith
先生60多年豐富工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，頗受讀者青睞，連續(xù)四版。該書(shū)內(nèi)容不僅有成熟的光學(xué)工程理論基礎(chǔ)、計(jì)算公式和分析方法，而且包括對(duì)光學(xué)工程問(wèn)題的討論和解決方案；不僅考慮到光學(xué)技術(shù)問(wèn)題，而且還有經(jīng)濟(jì)成本的分析。與其它同類書(shū)籍相比，該書(shū)全面考慮到設(shè)計(jì)、制造和測(cè)量技術(shù)，尤其是對(duì)系統(tǒng)總體布局的經(jīng)典案例分析（14章）、對(duì)光學(xué)工程中存在的實(shí)際問(wèn)題的分析（20章）、最有效地利用現(xiàn)有“庫(kù)存”透鏡（21章），以及62種光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例（19章）都使該書(shū)頗具特色。作者既闡述了普通的球面透鏡系統(tǒng)、棱鏡系統(tǒng)、反射及折反系統(tǒng)，同時(shí)又討論了非球面和衍射系統(tǒng)。為使讀者全面了解現(xiàn)代光學(xué)工程的含義，書(shū)中還介紹了光學(xué)材料、光學(xué)鍍膜、人眼特性和光度學(xué)方面的有關(guān)內(nèi)容。是獻(xiàn)給特別需要光學(xué)系統(tǒng)與設(shè)計(jì)技術(shù)信息、從事實(shí)際工作的工程師和科學(xué)家的一本好書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

　　Warren J. Smith
先生畢業(yè)于羅徹斯特（Rochester）大學(xué)光學(xué)工程學(xué)院，在光學(xué)領(lǐng)域有60多年的工作經(jīng)驗(yàn)，是世界上非常有聲望的科學(xué)家。先后在田納西州（TN）Oakridge的柯達(dá)（Eastman
Kodak）公司、伊利諾伊州（IL）芝加哥市Simpson光學(xué)制造公司（光學(xué)總工程師）；加州（CA）Santa
Barbara市的Raytheon公司（光學(xué)部經(jīng)理）、Santa Barbara紅外公司（研究和發(fā)展部主任）和Santa
Barbara應(yīng)用光學(xué)研究開(kāi)發(fā)部（副總經(jīng)理）工作。
　　Warren J. Smith
先生是美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)（OSA）芝加哥分部的創(chuàng)始人和主席；先后擔(dān)任過(guò)南加州（OSSC）光學(xué)協(xié)會(huì)主席、美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)主席、SPIE美國(guó)協(xié)會(huì)主席，是美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)（OSA）、國(guó)際工程師協(xié)會(huì)（SPIE）和南加州光學(xué)協(xié)會(huì)資深會(huì)員，獲得SPIE頒發(fā)的終身金獎(jiǎng)。
　　著有“近代光學(xué)工程—光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（Modern optical engineering-The design of optical
systems）”，“近代光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)（Modern lens design-A resource
manual）”和“實(shí)用光學(xué)系統(tǒng)總體布局（Practical optical systems layout）”等著作。
Warren J. Smith
先生是一位資深教育家，在威斯康星（Wisconsin）大學(xué)教授光學(xué)課程，并為SPIE、OSA和世界各地的公司和政府機(jī)構(gòu)傳授光學(xué)知識(shí)。

書(shū)籍目錄

第一章 光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
　1.1 電磁光譜
　1.2 光波的傳播
　1.3 Snell 折射定律
　1.4 簡(jiǎn)單透鏡和棱鏡對(duì)波前的作用
　1.5 干涉和衍射
　1.6 光電效應(yīng)
　練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第二章 高斯光學(xué)：基點(diǎn)
 2.1 概述
 2.2 光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)
 2.3 像的位置和大小
 2.4 成像公式匯總
 2.5不在空氣中的光學(xué)系統(tǒng)
　練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第三章 近軸光學(xué)和計(jì)算
 3.1 光線在一個(gè)表面上的折射
 3.2 近軸區(qū)域
 3.3 通過(guò)幾個(gè)表面的近軸光線追跡
 3.4 焦點(diǎn)和主點(diǎn)的計(jì)算
 3.5 “薄透鏡”
 3.6 反射鏡
　練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第四章 光學(xué)系統(tǒng)方面的考慮
 4.1 分離透鏡系統(tǒng)
 4.2 光學(xué)不變量
 4.3 矩陣光學(xué)
 4.4 y-y bar圖
 4.5 Scheimpflug條件
 4.6 符號(hào)規(guī)則總結(jié)
　練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第五章 初級(jí)像差
 5.1 概述
 5.2 像差多項(xiàng)式和塞德像差
 5.3 色差
 5.4 透鏡形狀和光闌位置對(duì)像差的影響
 5.5 像差隨孔徑和視場(chǎng)的變化
 5.6 光程差（波前像差）
 5.7 像差校正和剩余像差
 5.8 光線交點(diǎn)曲線和像差的“級(jí)”
 5.9 縱向像差、橫向像差、波前像差（OPD）與角像差之間的關(guān)系
　練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第六章 三級(jí)像差理論和計(jì)算
 6.1 概述
 6.2 近軸光線追跡
 6.3 三級(jí)像差：表面貢獻(xiàn)量
 6.4 三級(jí)像差：薄透鏡，光闌移動(dòng)公式
 6.5 計(jì)算實(shí)例
　參考文獻(xiàn)
第七章 棱鏡和反射鏡系統(tǒng)
 7.1 概述
 7.2 色散棱鏡
 7.3 “薄棱鏡”
 7.4 最小偏折量
 7.5 消色差棱鏡和直視棱鏡
 7.6 全內(nèi)反射
 7.7 一塊平面的反射
 7.8 平面平行板
 7.9 直角棱鏡
 7.10 屋脊棱鏡
 7.11 正像棱鏡系統(tǒng)
 7.12 倒像棱鏡
 7.13五（角）棱鏡
 7.14菱形棱鏡和分束鏡
 7.15 平面反射鏡
 7.16 棱鏡和反射鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
 7.17 制造誤差分析
　參考文獻(xiàn)
第八章 人眼特性
 8.1 概述
 8.2 眼睛的構(gòu)造
 8.3 眼睛的特性
 8.4 眼睛的缺陷
 實(shí)驗(yàn)
 練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第九章 光闌、孔徑、光瞳和衍射
 9.1 概述
 9.2 孔徑光闌和光瞳
 9.3 視場(chǎng)光闌
 9.4 漸暈
 9.5消雜散光光闌，冷光闌和擋光板
 9.6 遠(yuǎn)心光闌
 9.7 孔徑和像的照度－ 數(shù)和余弦四次方定律
 9.8 焦深
 9.9 孔徑的衍射效應(yīng)
 9.10 光學(xué)系統(tǒng)的分辨率
 9.11 高斯（激光）光束的衍射
 9.12 傅立葉變換透鏡和空間濾波
 練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第十章 光學(xué)材料
 10.1 反射、吸收和色散
 10.2 光學(xué)玻璃
 10.3 特種玻璃
 10.4 晶體材料
 10.5 光學(xué)塑料
 10.6 吸收濾波片
 10.7 散射材料和投影屏
 10.8 偏振材料
 10.9 光學(xué)膠和溶劑
 練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第十一章 光學(xué)鍍膜
 11.1 介電質(zhì)反射和干涉濾光片
 11.2 反射膜
 11.3 分劃板
 練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第十二章 輻射度學(xué)和光度學(xué)原理
 12.1 概述
 12.2 逆平方定律：光強(qiáng)度
 12.3 輻射率和郎伯（Lambert）定律
 12.4 半球內(nèi)的輻射
 12.5 散射光源產(chǎn)生的輻照度
 12.6 像的輻射度學(xué)
 12.7 光譜輻射度學(xué)
 12.8 黑體輻射
 12.9 光度學(xué)
 12.10 照明裝置
 練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第十三章 光學(xué)系統(tǒng)總體布局
 13.1 望遠(yuǎn)鏡和無(wú)焦系統(tǒng)
 13.2 場(chǎng)鏡和中繼系統(tǒng)
 13.3 出瞳，眼睛和分辨率
 13.4 簡(jiǎn)單顯微鏡和放大鏡
 13.5 復(fù)式顯微鏡
 13.6 測(cè)距機(jī)
 13.7輻射計(jì)和醫(yī)用光學(xué)
 13.8 光纖光學(xué)
 13.9 變形系統(tǒng)
 13.10 變光焦度（變焦）系統(tǒng)
 13.11 衍射表面
 練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第十四章 系統(tǒng)總體布局中的案例分析（經(jīng)典案例）
 14.1 概述
 14.2攝遠(yuǎn)物鏡
 14.3 反攝遠(yuǎn)物鏡
 14.4 轉(zhuǎn)像系統(tǒng)（中繼系統(tǒng)）
 14.5 轉(zhuǎn)像系統(tǒng)（14.4節(jié)中）的孔徑光闌
 14.6 短距離望遠(yuǎn)鏡
 14.7 14.6節(jié)的場(chǎng)鏡
 14.8 14.7節(jié)的光線追跡
 14.9 125倍顯微鏡
 14.10 Brueke 125x顯微鏡
 14.11 4×機(jī)械補(bǔ)償變焦物鏡
 14.12 計(jì)算機(jī)繪制系統(tǒng)布局圖
 14.13 設(shè)計(jì)有外部冷光闌的消色差中紅外系統(tǒng)
第十五章 波前像差和調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）
 15.1 概述
 15.2 光程差：焦點(diǎn)漂移
 15.3 光程差：球差
 15.4 像差（容限）公差
 15.5 像的能量分布（幾何）
 15.6 點(diǎn)和線擴(kuò)散函數(shù)
 15.7 由于球差造成光斑的幾何尺寸
 15.8 調(diào)制傳遞函數(shù)
 15.9 方波與正弦波靶標(biāo)
 15.10 特殊調(diào)制傳遞函數(shù)：衍射受限系統(tǒng)
 15.11 徑向能量分布
 15.12 具有初級(jí)像差光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)
 練習(xí)
 參考文獻(xiàn)
第十六章 光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)
 16.1 概述
 16.2 簡(jiǎn)單的彎月形照相物鏡
 16.3 對(duì)稱原理
 16.4 消色差望遠(yuǎn)物鏡（薄透鏡理論）
 16.5 消色差望遠(yuǎn)物鏡（設(shè)計(jì)形式）
 16.6 光學(xué)設(shè)計(jì)中的衍射表面
 16.7 庫(kù)克（Cooke）三分離消像散物鏡：三級(jí)理論
 16.8 自動(dòng)設(shè)計(jì)
 16.9 對(duì)一些實(shí)際問(wèn)題的考慮
 練習(xí)
 參考文獻(xiàn)
第十七章 目鏡，顯微鏡和照相物鏡頭的設(shè)計(jì)
 17.1 望遠(yuǎn)系統(tǒng)和目鏡
 17.2 顯微物鏡
 17.3 照相物鏡
 17.4 聚光鏡系統(tǒng)
 17.5 簡(jiǎn)單透鏡的像差特性
 練習(xí)
　參考文獻(xiàn)
第十八章 反射鏡和折反式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
 18.1 反射系統(tǒng)
 18.2 球面反射鏡
 18.3 拋物面反射鏡
 18.4 橢球面和雙曲面反射鏡
 18.5 雙反射鏡系統(tǒng)的公式
 18.6 過(guò)原點(diǎn)的錐面截面
 18.7 施密特（Schmidt）系統(tǒng)
 18.8 Mangin反射鏡（內(nèi)表面鍍膜反射鏡）
 18.9 Bouwers（或馬克蘇托夫 (Maksutov)）系統(tǒng)
 18.10 對(duì)簡(jiǎn)單光學(xué)系統(tǒng)彌散斑尺寸的快速計(jì)算
 練習(xí)
 參考文獻(xiàn)
第十九章 物鏡設(shè)計(jì)實(shí)例集，分析和說(shuō)明
 1 9.1 概述
 19.2 物鏡的數(shù)據(jù)表
 19.3 光線追跡圖
 19.4 關(guān)于調(diào)制傳遞函數(shù)的注釋
 19.5 物鏡目錄
 19.6 物鏡設(shè)計(jì)實(shí)例
 參考文獻(xiàn)
第二十章 光學(xué)工程中的實(shí)際問(wèn)題
 20.1 光學(xué)加工
 20.2 光學(xué)技術(shù)要求和公差
 20.3 光學(xué)裝配技術(shù)
 20.4 光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)際問(wèn)題
 20.5 公差預(yù)算實(shí)例
 參考文獻(xiàn)
第二十一章 最有效地利用“庫(kù)存”鏡頭
 21.1 概述
 21.2 庫(kù)存透鏡
 21.3 一些簡(jiǎn)單的測(cè)量
 21.4 系統(tǒng)原理樣機(jī)和測(cè)試
 21.5 像差方面的考慮
 21.6 如何利用單透鏡（單塊零件）
 21.7如何使用雙膠合透鏡
 21.8 庫(kù)存透鏡的組合
 21.9 庫(kù)存透鏡的供應(yīng)商
附錄A 光線追跡和像差計(jì)算
附錄B 一些器件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：

編輯推薦

《現(xiàn)代光學(xué)工程(原著第4版)》已經(jīng)全面地進(jìn)行了修改和訂正，可以使讀者獲知光學(xué)和透鏡的全新進(jìn)展?！冬F(xiàn)代光學(xué)工程(原著第4版)》包含有光學(xué)工程理論、設(shè)計(jì)和實(shí)踐的最新資料，其中包括光線追跡、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和三級(jí)像差理論等新的章節(jié)?！冬F(xiàn)代光學(xué)工程(原著第4版)》由著名光學(xué)專家Warren J.Smith教授撰寫，這本目前最先進(jìn)的光學(xué)指南全方位地覆蓋了像的形成、基本的光學(xué)裝置、像的評(píng)價(jià)、制造技術(shù)和測(cè)試方法等內(nèi)容，具有很好的綜合性和先進(jìn)性。并具有如下特點(diǎn)：提供關(guān)于光學(xué)工程理論、設(shè)計(jì)和應(yīng)用的最新資料；150多個(gè)詳細(xì)插圖；本版的新穎之處：提供新的光線追跡、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和三級(jí)像差理論方面的內(nèi)容；新的透鏡設(shè)計(jì)；新的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件；新的問(wèn)題和練習(xí)。

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