工程光學(xué)（第2版）

第1章 幾何光學(xué)的基本定律和物像概念

第2章 共軸球面系統(tǒng)

第3章 理想光學(xué)系統(tǒng)

第4章 平面系統(tǒng)

第5章 光學(xué)系統(tǒng)光束限制

第6章 像差概論

第7章 眼睛、目視光學(xué)系統(tǒng)

第8章 攝影系統(tǒng)和投影系統(tǒng)

第9章 近代光學(xué)系統(tǒng)

第10章 光的干涉

第11章 光的衍射

第12章 光的偏振

王紅敏，山東理工大學(xué)機械學(xué)院副教授，承擔(dān)多項測控技術(shù)方向的科研課題，出版過多本教材和著作，長期從事工程光學(xué)方面的教學(xué)與科研工作，教學(xué)經(jīng)驗豐富

本書主要講授幾何光學(xué)的基礎(chǔ)理論和典型光學(xué)系統(tǒng)的實例和應(yīng)用以及波動光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識。通過內(nèi)容介紹，使學(xué)生能對光學(xué)的基本概念、基本原理和典型系統(tǒng)有較為深刻的認(rèn)識，為學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計、光信息理論和從事光學(xué)研究打下堅實的基礎(chǔ)。也使學(xué)生能夠掌握光學(xué)成像的一般原理和實際應(yīng)用，明確光學(xué)的現(xiàn)代面貌和發(fā)展動態(tài)，了解測控系統(tǒng)及儀器中的光學(xué)原理和典型光學(xué)系統(tǒng)在測控系統(tǒng)及儀器中的作用、設(shè)計要求，使學(xué)生在今后的工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)中能夠?qū)鈱W(xué)系統(tǒng)進(jìn)行總體的考慮分析和計算

《工程光學(xué)(第3版)》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，是根據(jù)高等教育規(guī)劃教材的編寫要求，以及更新教材內(nèi)容、反映現(xiàn)代科技發(fā)展和應(yīng)用的原則，在普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材《工程光學(xué)（第2版）》基礎(chǔ)上重新修訂而成的。

《工程光學(xué)(第3版)》編寫一貫堅持注重基本理論的論述，加強理論與工程實際的結(jié)合，突出現(xiàn)代光學(xué)與光學(xué)技術(shù)發(fā)展的指導(dǎo)思想?！豆こ坦鈱W(xué)(第3版)》修訂后仍分為上、下兩篇，上篇為幾何光學(xué)與光學(xué)設(shè)計，下篇為物理光學(xué)。全書系統(tǒng)地介紹了工程光學(xué)的基本原理、方法和應(yīng)用。《工程光學(xué)(第3版)》可作為高等學(xué)校光電信息科學(xué)與工程類、儀器儀表類及其相近專業(yè)的教材，亦可作為物理和光學(xué)類專業(yè)的選修課教材或參考書，也是從事光電信息科學(xué)與技術(shù)、儀器科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員的參考書。

《工程光學(xué)(第3版)》為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材之一。

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第4版前言

第3版前言

第2版前言

第1版前言

上篇幾何光學(xué)與光學(xué)設(shè)計第一章幾何光學(xué)基本定律與成像

概念1

第一節(jié)幾何光學(xué)的基本定律和原理1

一、光波與光線1

二、幾何光學(xué)的基本定律2

三、費馬原理5

四、馬呂斯定律6

第二節(jié)成像的基本概念與完善成像

條件6

一、光學(xué)系統(tǒng)與成像概念6

二、完善成像條件6

三、物、像的虛實7

第三節(jié)光路計算與近軸光學(xué)系統(tǒng)7

一、基本概念與符號規(guī)則7

二、實際光線的光路計算8

三、近軸光線的光路計算9

第四節(jié)球面光學(xué)成像系統(tǒng)10

一、單個折射面成像10

二、球面反射鏡成像11

三、共軸球面系統(tǒng)12

習(xí)題14

第二章理想光學(xué)系統(tǒng)16

第一節(jié)理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像

理論16

第二節(jié)理想光學(xué)系統(tǒng)的基點與基面18

一、無限遠(yuǎn)的軸上物點對應(yīng)的像點F′18

二、無限遠(yuǎn)軸上像點對應(yīng)的物點F19

三、物方主平面與像方主平面間的關(guān)系，

理想光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面19

四、實際光學(xué)系統(tǒng)的基點位置和焦

距的計算20

第三節(jié)理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系21

一、圖解法求像21

二、解析法求像22

三、由多個光組組成的理想光學(xué)系

統(tǒng)的成像24

四、理想光學(xué)系統(tǒng)兩焦距之間的

關(guān)系25

第四節(jié)理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率26

一、軸向放大率26

二、角放大率27

三、光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點27

四、用平行光管測定焦距的依據(jù)28

第五節(jié)理想光學(xué)系統(tǒng)的組合28

一、兩個光組組合分析29

二、多光組組合計算31

三、舉例32

第六節(jié)透鏡35

習(xí)題37

第三章平面與平面系統(tǒng)39

第一節(jié)平面鏡成像39

一、平面鏡成像原理39

二、平面鏡旋轉(zhuǎn)特性40

三、雙平面鏡成像40

第二節(jié)平行平板41

一、平行平板的成像特性42

二、平行平板的等效光學(xué)系統(tǒng)42

第三節(jié)反射棱鏡43

一、反射棱鏡的類型43

二、棱鏡系統(tǒng)的成像方向判斷47

三、反射棱鏡的等效作用與展開48

第四節(jié)折射棱鏡與光楔50

一、折射棱鏡的偏向角50

二、光楔及其應(yīng)用52

三、棱鏡色散52

第五節(jié)光學(xué)材料53

一、透射材料的光學(xué)特性53

二、反射光學(xué)材料的光學(xué)特性56

習(xí)題56

Ⅹ工程光學(xué)第4版目錄

Ⅺ第四章光學(xué)系統(tǒng)中的光闌與

光束限制59

第一節(jié)光闌59

一、孔徑光闌59

二、視場光闌62

第二節(jié)照相系統(tǒng)中的光闌62

第三節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的

選擇64

第四節(jié)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制

與分析66

一、簡單顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制66

二、遠(yuǎn)心光路67

三、場鏡的應(yīng)用67

第五節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的景深68

一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像68

二、光學(xué)系統(tǒng)的景深69

第六節(jié)數(shù)碼照相機鏡頭的景深73

習(xí)題74

第五章光度學(xué)和色度學(xué)基礎(chǔ)77

第一節(jié)輻射量和光學(xué)量及其單位77

一、輻射量77

二、光學(xué)量78

三、光學(xué)量和輻射量間的關(guān)系79

第二節(jié)光傳播過程中光學(xué)量的變化

規(guī)律80

一、點光源在與之距離為r處的表面上

形成的照度80

二、面光源在與之距離為r處的表面上

形成的照度81

三、單一介質(zhì)元光管內(nèi)光亮度的

傳遞81

四、光束經(jīng)界面反射和折射后的

亮度81

五、余弦輻射體83

第三節(jié)成像系統(tǒng)像面的光照度84

一、軸上像點的光照度84

二、軸外像點的光照度84

三、光通過光學(xué)系統(tǒng)時的能量損失85

四、光學(xué)系統(tǒng)的總透射比87

第四節(jié)顏色的分類及顏色的表觀特征87

一、顏色及其分類87

二、顏色的表觀特征87

第五節(jié)顏色混合及格拉斯曼顏色混合

定律88

一、顏色混合88

二、格拉斯曼顏色混合定律88

第六節(jié)顏色匹配89

一、顏色匹配和顏色匹配實驗89

二、顏色方程式90

三、顏色匹配實驗的結(jié)論90

第七節(jié)色度學(xué)中的幾個概念90

一、顏色刺激90

二、三原色90

三、三刺激值90

四、光譜三刺激值或顏色匹配函數(shù)91

五、色品坐標(biāo)及色品圖91

六、色度學(xué)中常用的光度學(xué)概念91

第八節(jié)顏色相加原理及光源色和物體

色的三刺激值93

一、顏色相加原理93

二、光源色和物體色的三刺激值93

第九節(jié)CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)94

一、 CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)94

二、 CIE1964補充標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)100

三、 CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源101

四、 CIE關(guān)于照明和觀察條件的規(guī)定102

五、 CIE色度學(xué)系統(tǒng)表示顏色的方法102

第十節(jié)均勻顏色空間及色差公式103

一、（x,y,Y）顏色空間是非均勻

顏色空間103

二、均勻顏色空間及相應(yīng)的色差

公式104

第十一節(jié)顏色測量105

一、顏色測量原理105

二、顏色測量方法分類106

三、顏色測量方法106

習(xí)題107

第六章光線的光路計算及像差

理論108

第一節(jié)概述108

一、基本概念108

二、像差計算的譜線選擇109

第二節(jié)光線的光路計算109

一、子午面內(nèi)的光線光路計算110

二、沿軸外點主光線細(xì)光束的光路

計算112

三、計算舉例113

第三節(jié)軸上點的球差114

一、球差的定義和表示方法114

二、球差的校正116

第四節(jié)正弦差和彗差118

一、正弦差118

二、彗差120

第五節(jié)場曲和像散121

一、場曲與軸外球差121

二、像散123

第六節(jié)畸變124

第七節(jié)色差126

一、位置色差、色球差和二級光譜126

二、倍率色差128

第八節(jié)像差特征曲線與分析129

一、像差特征曲線129

二、像差特征曲線分析130

第九節(jié)波像差132

習(xí)題134

第七章典型光學(xué)系統(tǒng)137

第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)137

一、眼睛的結(jié)構(gòu)——成像光學(xué)系統(tǒng)137

二、眼睛的調(diào)節(jié)及校正137

三、眼睛——輻射接收器139

四、眼睛的分辨率139

五、眼睛的對準(zhǔn)精度140

六、眼睛的景深140

七、雙目立體視覺141

第二節(jié)放大鏡142

一、視覺放大率142

二、光束限制和線視場143

第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)144

一、顯微鏡的視覺放大率144

二、顯微鏡的線視場145

三、顯微鏡的出瞳直徑145

四、顯微鏡的分辨率和有效放大率145

五、顯微鏡的景深146

六、顯微鏡的照明方法147

七、顯微鏡的物鏡149

第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)149

一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及工作放

大率150

二、望遠(yuǎn)鏡的視場151

第五節(jié)目鏡152

第六節(jié)攝影系統(tǒng)155

一、攝影物鏡的光學(xué)特性155

二、攝影物鏡的景深157

三、攝影物鏡的類型157

四、數(shù)碼相機(digital camera)159

第七節(jié)投影系統(tǒng)160

一、基本參數(shù)160

二、投影物鏡的結(jié)構(gòu)型式161

三、照明系統(tǒng)162

四、基于DMD的投影光學(xué)系統(tǒng)162

五、DMD空間光調(diào)制器163

第八節(jié)變焦距光學(xué)系統(tǒng)164

一、變焦距光學(xué)系統(tǒng)的原理164

二、變焦距系統(tǒng)的變焦方程166

三、機械補償變焦系統(tǒng)169

第九節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的外形尺寸計算171

一、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和場鏡171

二、帶有對稱透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的望

遠(yuǎn)鏡172

習(xí)題175

第八章現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)179

第一節(jié)激光光學(xué)系統(tǒng)179

一、高斯光束的特性179

二、高斯光束的傳播179

三、高斯光束的透鏡變換181

四、高斯光束的聚焦和準(zhǔn)直183

五、高斯光束的整形184

六、LD光束特性及其整形186

第二節(jié)傅里葉（Fourier）變換光學(xué)

系統(tǒng)187

一、相干光學(xué)處理系統(tǒng)187

二、傅里葉變換物鏡的光學(xué)設(shè)計要求及

結(jié)構(gòu)型式188

第三節(jié)掃描光學(xué)系統(tǒng)189

一、掃描方程式190

二、常用光學(xué)掃描形式190

三、掃描物鏡——fθ物鏡191

第四節(jié)光纖光學(xué)系統(tǒng)193

一、階躍型光纖的基本原理193

二、梯度折射率光纖194

三、光纖束的傳光、傳像特性197

四、光纖光學(xué)系統(tǒng)200

五、光纖面板與光錐201

第五節(jié)紅外光學(xué)系統(tǒng)201

一、紅外光學(xué)材料202

二、紅外光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式204

三、紅外光學(xué)系統(tǒng)的冷闌與冷闌

效率206

四、紅外光學(xué)系統(tǒng)的無熱化設(shè)計206

第六節(jié)特殊面型及特殊結(jié)構(gòu)光學(xué)

系統(tǒng)207

一、自由曲面光學(xué)系統(tǒng)207

二、折/衍混合成像光學(xué)系統(tǒng)209

三、離軸反射式光學(xué)系統(tǒng)210

四、微透鏡及微透鏡陣列211

五、共形光學(xué)系統(tǒng)211

六、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)212

習(xí)題213

Ⅻ第九章光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評價214

第一節(jié)瑞利判斷與波前圖214

一、瑞利判斷（Rayleigh Judgement）214

二、波前圖（Wavefront Map）215

第二節(jié)中心點亮度與能量包容圖215

一、中心點亮度（Brightness

of Center Disk）215

二、能量包容圖（Encircled

Energy）215

第三節(jié)分辨率與點擴散函數(shù)216

一、分辨率（Resolving Power）216

二、點擴散函數(shù)（Point Spread

Function）218

第四節(jié)星點檢測法與點列圖218

一、星點檢測法（Star Test）218

二、點列圖（Spot Diagram）219

第五節(jié)光學(xué)傳遞函數(shù)評價成像質(zhì)量220

一、利用MTF曲線來評價成像質(zhì)量221

二、利用MTF曲線的積分值來評價

成像質(zhì)量221

第六節(jié)其他像質(zhì)評價方法222

一、方均根（RootMeanSquare，RMS）

統(tǒng)計評價222

二、光程差曲線與光線差曲線223

三、照度分析與光譜分析224

四、雜散光分析225

第七節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的像差公差226

一、望遠(yuǎn)物鏡和顯微物鏡的像差

公差226

二、望遠(yuǎn)目鏡和顯微目鏡的像差

公差227

三、照相物鏡的像差公差228

習(xí)題228

第十章光學(xué)設(shè)計229

第一節(jié)PW形式的初級像差系數(shù)229

一、 PW的定義及PW形式的初級

像差系數(shù)229

......