工程光學(xué)

前言

　　為了適應(yīng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷推進(jìn)和深化教育教學(xué)改革和課程建設(shè)，全面提高教育教學(xué)質(zhì)量，對(duì)信息技術(shù)、光學(xué)工程、測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，要求掌握光電儀器設(shè)計(jì)的理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，掌握光學(xué)量測(cè)試和非光學(xué)量的光學(xué)測(cè)試的基本原理和基本測(cè)試方法，了解光學(xué)零件的制造方法和基本工藝知識(shí)。我們將光學(xué)設(shè)計(jì)、光學(xué)測(cè)量和光學(xué)工藝合并為一門(mén)綜合性的課程——工程光學(xué)。工程光學(xué)是信息技術(shù)、光學(xué)工程、測(cè)控技術(shù)與儀器等專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課，通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，不僅可以讓學(xué)生學(xué)到相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、分析能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。　　本書(shū)包括三部分內(nèi)容：第1至第7章為光學(xué)設(shè)計(jì)；第8至第11章為光學(xué)測(cè)量；第12章為光學(xué)工藝。本書(shū)在內(nèi)容的設(shè)置上加入了作者長(zhǎng)年從事科學(xué)研究的一些新成果，主要有：在光學(xué)設(shè)計(jì)方面建立在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)的新的技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)原有光學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容根據(jù)自動(dòng)設(shè)計(jì)的需要進(jìn)行了精選，刪去了那些只對(duì)人工設(shè)計(jì)有用而現(xiàn)在已沒(méi)有使用價(jià)值的內(nèi)容，增加了最新研制的光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)軟件的原理和使用方法，增加了利用軟件計(jì)算傳遞函數(shù)和波像差來(lái)評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量；在光學(xué)測(cè)量方面，除原有的實(shí)驗(yàn)外增加了用新型液晶圖形發(fā)生器在光具座上進(jìn)行光電放大率法的測(cè)量，在干涉測(cè)量中，加入了利用新型的數(shù)字波面干涉儀進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)；在光學(xué)工藝方面，對(duì)現(xiàn)行教材進(jìn)行了刪改并加入了先進(jìn)的非球面的加工與檢測(cè)等方面的內(nèi)容?！　∨c國(guó)內(nèi)的同類(lèi)教材相比，本書(shū)具有鮮明的特點(diǎn)和創(chuàng)新性。通過(guò)本書(shū)，學(xué)生不僅能學(xué)到光學(xué)設(shè)計(jì)、光學(xué)測(cè)量和光學(xué)工藝方面的理論知識(shí)，掌握實(shí)際動(dòng)手能力，同時(shí)還對(duì)國(guó)內(nèi)外最新的相關(guān)技術(shù)有所掌握和了解，這對(duì)于培養(yǎng)新世紀(jì)的高素質(zhì)科技人才具有非常重要的意義?！　”緯?shū)中討論的CAD軟件選自北京理工大學(xué)技術(shù)光學(xué)教研室研制的微機(jī)用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件包S0088，所討論的實(shí)例也采用S0088的輸出結(jié)果，若想深入了解該軟件包，可進(jìn)一步參閱SOD88的使用說(shuō)明書(shū)。

內(nèi)容概要

本書(shū)系統(tǒng)地介紹了光學(xué)設(shè)計(jì)、光學(xué)測(cè)量和光學(xué)工藝的主要知識(shí)。全書(shū)內(nèi)容共分三個(gè)部分：第一部分是光學(xué)設(shè)計(jì)，介紹了光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評(píng)價(jià)、光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)、初級(jí)像差理論以及望遠(yuǎn)系統(tǒng)、顯微系統(tǒng)和照相機(jī)系統(tǒng)等典型光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第二部分是光學(xué)測(cè)量，介紹了光學(xué)測(cè)量中的對(duì)準(zhǔn)與調(diào)焦技術(shù)、焦距測(cè)量、星點(diǎn)檢驗(yàn)、分辨率測(cè)量等基本光學(xué)測(cè)量技術(shù)、測(cè)角技術(shù)、準(zhǔn)直自準(zhǔn)直技術(shù)及干涉測(cè)量等內(nèi)容；第三部分是光學(xué)工藝，介紹了光學(xué)玻璃材料的特性，以及光學(xué)零件的技術(shù)要求和加工技術(shù)等方面的內(nèi)容。    本書(shū)是信息技術(shù)、光學(xué)工程、測(cè)控技術(shù)與儀器等專(zhuān)業(yè)本科生的專(zhuān)業(yè)課教材，也可作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生教材及從事光電儀器設(shè)計(jì)和研制的專(zhuān)業(yè)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第一章 光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)  1.1 概述  1.2 光學(xué)系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)\結(jié)構(gòu)參數(shù)和特性參數(shù)  1.3 幾何像差的定義及其計(jì)算  1.4 垂軸像差的概念及其計(jì)算  1.5 幾何像差計(jì)算程序ABR的輸入數(shù)據(jù)與輸出結(jié)果  1.6 幾何像差及垂軸像差的圖像輸出  1.7 用波像差評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量第二章 光學(xué)自動(dòng)化設(shè)計(jì)原理和程序  2.1 概述  2.2 光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)中的最優(yōu)化方法  2.3 阻尼最小二乘法程序進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)  2.4 怎樣使用阻尼最小二乘法程序進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)  2.5 適應(yīng)法光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)程序  2.6 怎樣使用適應(yīng)法程序進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)  2.7 典型光學(xué)設(shè)計(jì)軟件介紹第三章 薄透鏡系統(tǒng)的初級(jí)像差理論  3.1 概述  3.2 薄透鏡系統(tǒng)的初級(jí)像差方程組  3.3 薄透鏡組像差的普遍性質(zhì)  3.4 像差特性參數(shù)P,W,C的歸化  3.5 單透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系  3.6 雙膠合透鏡組結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解  3.7 平行玻璃的初級(jí)像差公式  3.8 單透鏡差性質(zhì)的討論  3.9 光學(xué)系統(tǒng)消場(chǎng)曲的條件_Petzval條件第四章 望遠(yuǎn)物理設(shè)計(jì)  4.1 望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)  4.2 用初級(jí)像差求解雙膠合望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)  4.3 用適應(yīng)法光學(xué)自動(dòng)設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)雙膠合望遠(yuǎn)物鏡  4.4 二級(jí)光譜色差  4.5 大相對(duì)孔望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)  4.6 望遠(yuǎn)物鏡像差的公差第五章 顯微物理設(shè)計(jì)  5.1 顯微物鏡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)  5.2 顯微物鏡的類(lèi)型  5.3 低倍消色差顯微物鏡設(shè)計(jì)  5.4 中倍消色差顯微物鏡設(shè)計(jì)  5.5 顯微物鏡差的公差第六章 目鏡設(shè)計(jì)  6.1 目鏡設(shè)計(jì)的特點(diǎn)  6.2 常用目鏡的型式和像差分析  6.3 冉斯登\惠更斯和凱涅爾目鏡設(shè)計(jì)  6.4 對(duì)稱(chēng)式目鏡和無(wú)畸變目鏡設(shè)計(jì)  6.5 廣角目鏡設(shè)計(jì)  6.6 目視光學(xué)系統(tǒng)像差的公差第七章 照相物鏡設(shè)計(jì)第八章 基本光學(xué)測(cè)量技術(shù)第九章 測(cè)角技術(shù)第十章 準(zhǔn)直與準(zhǔn)直技術(shù)第十一章 干涉測(cè)量第十二章 光學(xué)零件加工工藝

章節(jié)摘錄

　　第1章　光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)　　§1.1　概述　　任何一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)不管用手何處，其作用都是把目標(biāo)發(fā)出的光按儀器工作原理的要求改變它們的傳播方向和位置，送入儀器的接收器，從而獲得目標(biāo)的各種信息，包括目標(biāo)的幾何形狀、能量強(qiáng)弱等。因此，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)成像性能的要求主要有兩個(gè)方面：第一方面是光學(xué)特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距離等；第二方面是成像質(zhì)量，光學(xué)系統(tǒng)所成的像應(yīng)該足夠清晰，并且物像相似，變形要小。有關(guān)第一方面的內(nèi)容即滿足光學(xué)特性方面的要求屬于應(yīng)用光學(xué)的討論范疇，第二方面的內(nèi)容即滿足成像質(zhì)量方面的要求，則在光學(xué)設(shè)計(jì)部分做了詳細(xì)介紹?！　奈锢砉鈱W(xué)或波動(dòng)光學(xué)的角度出發(fā)，光是波長(zhǎng)在400～760 mm的電磁波，光的傳播是一個(gè)波動(dòng)問(wèn)題。一個(gè)理想的光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)能使一個(gè)點(diǎn)物發(fā)出的球面波通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后仍然是一個(gè)球面波，從而理想地聚交于一點(diǎn)；從幾何光學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，人們把光看做是“能夠傳輸能量的幾何線——光線”，光線是“具有方向的幾何線”，一個(gè)理想光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)能使一個(gè)點(diǎn)物發(fā)出的所有光線通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后仍然聚交于一點(diǎn)，理想光學(xué)系統(tǒng)同時(shí)滿足直線成像直線、平面成像平面。但是實(shí)際上任何一個(gè)實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)都不可能理想成像。所謂像差就是光學(xué)系統(tǒng)所成的實(shí)際像與理想像之間的差異。由于一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)不可能理想成像，因此就存在一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量?jī)?yōu)劣的評(píng)價(jià)問(wèn)題，從不同的角度出發(fā)會(huì)得出不同的像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。從物理光學(xué)或波動(dòng)光學(xué)的角度出發(fā)，人們推導(dǎo)出波像差和傳遞函數(shù)等像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)；從幾何光學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，人們推導(dǎo)出幾何像差等像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。有了像質(zhì)評(píng)價(jià)的方法和指標(biāo)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段，即在制造出實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)之前就能預(yù)先確定其成像質(zhì)量的優(yōu)劣，光學(xué)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是根據(jù)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性和成像質(zhì)量?jī)煞矫娴囊髞?lái)確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。本章著重討論的像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)是幾何像差，在第2章中將討論從物理光學(xué)出發(fā)引出的像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)——光學(xué)傳遞函數(shù)。

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