工程光学（第2版）

第1章 几何光学的基本定律和物像概念

第2章 共轴球面系统

第3章 理想光学系统

第4章 平面系统

第5章 光学系统光束限制

第6章 像差概论

第7章 眼睛、目视光学系统

第8章 摄影系统和投影系统

第9章 近代光学系统

第10章 光的干涉

第11章 光的衍射

第12章 光的偏振

王红敏，山东理工大学机械学院副教授，承担多项测控技术方向的科研课题，出版过多本教材和著作，长期从事工程光学方面的教学与科研工作，教学经验丰富

本书主要讲授几何光学的基础理论和典型光学系统的实例和应用以及波动光学相关基础知识。通过内容介绍，使学生能对光学的基本概念、基本原理和典型系统有较为深刻的认识，为学习光学设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的基础。也使学生能够掌握光学成像的一般原理和实际应用，明确光学的现代面貌和发展动态，了解测控系统及仪器中的光学原理和典型光学系统在测控系统及仪器中的作用、设计要求，使学生在今后的工程设计和产品开发中能够对光学系统进行总体的考虑分析和计算

《工程光学(第3版)》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是根据高等教育规划教材的编写要求，以及更新教材内容、反映现代科技发展和应用的原则，在普通高等教育“十五”国家级规划教材《工程光学（第2版）》基础上重新修订而成的。

《工程光学(第3版)》编写一贯坚持注重基本理论的论述，加强理论与工程实际的结合，突出现代光学与光学技术发展的指导思想。《工程光学(第3版)》修订后仍分为上、下两篇，上篇为几何光学与光学设计，下篇为物理光学。全书系统地介绍了工程光学的基本原理、方法和应用。《工程光学(第3版)》可作为高等学校光电信息科学与工程类、仪器仪表类及其相近专业的教材，亦可作为物理和光学类专业的选修课教材或参考书，也是从事光电信息科学与技术、仪器科学与技术等相关领域工作的工程技术人员的参考书。

《工程光学(第3版)》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材之一。

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第4版前言

第3版前言

第2版前言

第1版前言

上篇几何光学与光学设计第一章几何光学基本定律与成像

概念1

第一节几何光学的基本定律和原理1

一、光波与光线1

二、几何光学的基本定律2

三、费马原理5

四、马吕斯定律6

第二节成像的基本概念与完善成像

条件6

一、光学系统与成像概念6

二、完善成像条件6

三、物、像的虚实7

第三节光路计算与近轴光学系统7

一、基本概念与符号规则7

二、实际光线的光路计算8

三、近轴光线的光路计算9

第四节球面光学成像系统10

一、单个折射面成像10

二、球面反射镜成像11

三、共轴球面系统12

习题14

第二章理想光学系统16

第一节理想光学系统与共线成像

理论16

第二节理想光学系统的基点与基面18

一、无限远的轴上物点对应的像点F′18

二、无限远轴上像点对应的物点F19

三、物方主平面与像方主平面间的关系，

理想光学系统的基点和基面19

四、实际光学系统的基点位置和焦

距的计算20

第三节理想光学系统的物像关系21

一、图解法求像21

二、解析法求像22

三、由多个光组组成的理想光学系

统的成像24

四、理想光学系统两焦距之间的

关系25

第四节理想光学系统的放大率26

一、轴向放大率26

二、角放大率27

三、光学系统的节点27

四、用平行光管测定焦距的依据28

第五节理想光学系统的组合28

一、两个光组组合分析29

二、多光组组合计算31

三、举例32

第六节透镜35

习题37

第三章平面与平面系统39

第一节平面镜成像39

一、平面镜成像原理39

二、平面镜旋转特性40

三、双平面镜成像40

第二节平行平板41

一、平行平板的成像特性42

二、平行平板的等效光学系统42

第三节反射棱镜43

一、反射棱镜的类型43

二、棱镜系统的成像方向判断47

三、反射棱镜的等效作用与展开48

第四节折射棱镜与光楔50

一、折射棱镜的偏向角50

二、光楔及其应用52

三、棱镜色散52

第五节光学材料53

一、透射材料的光学特性53

二、反射光学材料的光学特性56

习题56

Ⅹ工程光学第4版目录

Ⅺ第四章光学系统中的光阑与

光束限制59

第一节光阑59

一、孔径光阑59

二、视场光阑62

第二节照相系统中的光阑62

第三节望远镜系统中成像光束的

选择64

第四节显微镜系统中的光束限制

与分析66

一、简单显微镜系统中的光束限制66

二、远心光路67

三、场镜的应用67

第五节光学系统的景深68

一、光学系统的空间像68

二、光学系统的景深69

第六节数码照相机镜头的景深73

习题74

第五章光度学和色度学基础77

第一节辐射量和光学量及其单位77

一、辐射量77

二、光学量78

三、光学量和辐射量间的关系79

第二节光传播过程中光学量的变化

规律80

一、点光源在与之距离为r处的表面上

形成的照度80

二、面光源在与之距离为r处的表面上

形成的照度81

三、单一介质元光管内光亮度的

传递81

四、光束经界面反射和折射后的

亮度81

五、余弦辐射体83

第三节成像系统像面的光照度84

一、轴上像点的光照度84

二、轴外像点的光照度84

三、光通过光学系统时的能量损失85

四、光学系统的总透射比87

第四节颜色的分类及颜色的表观特征87

一、颜色及其分类87

二、颜色的表观特征87

第五节颜色混合及格拉斯曼颜色混合

定律88

一、颜色混合88

二、格拉斯曼颜色混合定律88

第六节颜色匹配89

一、颜色匹配和颜色匹配实验89

二、颜色方程式90

三、颜色匹配实验的结论90

第七节色度学中的几个概念90

一、颜色刺激90

二、三原色90

三、三刺激值90

四、光谱三刺激值或颜色匹配函数91

五、色品坐标及色品图91

六、色度学中常用的光度学概念91

第八节颜色相加原理及光源色和物体

色的三刺激值93

一、颜色相加原理93

二、光源色和物体色的三刺激值93

第九节CIE标准色度学系统94

一、 CIE1931标准色度学系统94

二、 CIE1964补充标准色度学系统100

三、 CIE标准照明体和标准光源101

四、 CIE关于照明和观察条件的规定102

五、 CIE色度学系统表示颜色的方法102

第十节均匀颜色空间及色差公式103

一、（x,y,Y）颜色空间是非均匀

颜色空间103

二、均匀颜色空间及相应的色差

公式104

第十一节颜色测量105

一、颜色测量原理105

二、颜色测量方法分类106

三、颜色测量方法106

习题107

第六章光线的光路计算及像差

理论108

第一节概述108

一、基本概念108

二、像差计算的谱线选择109

第二节光线的光路计算109

一、子午面内的光线光路计算110

二、沿轴外点主光线细光束的光路

计算112

三、计算举例113

第三节轴上点的球差114

一、球差的定义和表示方法114

二、球差的校正116

第四节正弦差和彗差118

一、正弦差118

二、彗差120

第五节场曲和像散121

一、场曲与轴外球差121

二、像散123

第六节畸变124

第七节色差126

一、位置色差、色球差和二级光谱126

二、倍率色差128

第八节像差特征曲线与分析129

一、像差特征曲线129

二、像差特征曲线分析130

第九节波像差132

习题134

第七章典型光学系统137

第一节眼睛及其光学系统137

一、眼睛的结构——成像光学系统137

二、眼睛的调节及校正137

三、眼睛——辐射接收器139

四、眼睛的分辨率139

五、眼睛的对准精度140

六、眼睛的景深140

七、双目立体视觉141

第二节放大镜142

一、视觉放大率142

二、光束限制和线视场143

第三节显微镜系统144

一、显微镜的视觉放大率144

二、显微镜的线视场145

三、显微镜的出瞳直径145

四、显微镜的分辨率和有效放大率145

五、显微镜的景深146

六、显微镜的照明方法147

七、显微镜的物镜149

第四节望远镜系统149

一、望远系统的分辨率及工作放

大率150

二、望远镜的视场151

第五节目镜152

第六节摄影系统155

一、摄影物镜的光学特性155

二、摄影物镜的景深157

三、摄影物镜的类型157

四、数码相机(digital camera)159

第七节投影系统160

一、基本参数160

二、投影物镜的结构型式161

三、照明系统162

四、基于DMD的投影光学系统162

五、DMD空间光调制器163

第八节变焦距光学系统164

一、变焦距光学系统的原理164

二、变焦距系统的变焦方程166

三、机械补偿变焦系统169

第九节光学系统的外形尺寸计算171

一、转像系统和场镜171

二、带有对称透镜转像系统的望

远镜172

习题175

第八章现代光学系统179

第一节激光光学系统179

一、高斯光束的特性179

二、高斯光束的传播179

三、高斯光束的透镜变换181

四、高斯光束的聚焦和准直183

五、高斯光束的整形184

六、LD光束特性及其整形186

第二节傅里叶（Fourier）变换光学

系统187

一、相干光学处理系统187

二、傅里叶变换物镜的光学设计要求及

结构型式188

第三节扫描光学系统189

一、扫描方程式190

二、常用光学扫描形式190

三、扫描物镜——fθ物镜191

第四节光纤光学系统193

一、阶跃型光纤的基本原理193

二、梯度折射率光纤194

三、光纤束的传光、传像特性197

四、光纤光学系统200

五、光纤面板与光锥201

第五节红外光学系统201

一、红外光学材料202

二、红外光学系统的结构型式204

三、红外光学系统的冷阑与冷阑

效率206

四、红外光学系统的无热化设计206

第六节特殊面型及特殊结构光学

系统207

一、自由曲面光学系统207

二、折/衍混合成像光学系统209

三、离轴反射式光学系统210

四、微透镜及微透镜阵列211

五、共形光学系统211

六、自适应光学系统212

习题213

Ⅻ第九章光学系统的像质评价214

第一节瑞利判断与波前图214

一、瑞利判断（Rayleigh Judgement）214

二、波前图（Wavefront Map）215

第二节中心点亮度与能量包容图215

一、中心点亮度（Brightness

of Center Disk）215

二、能量包容图（Encircled

Energy）215

第三节分辨率与点扩散函数216

一、分辨率（Resolving Power）216

二、点扩散函数（Point Spread

Function）218

第四节星点检测法与点列图218

一、星点检测法（Star Test）218

二、点列图（Spot Diagram）219

第五节光学传递函数评价成像质量220

一、利用MTF曲线来评价成像质量221

二、利用MTF曲线的积分值来评价

成像质量221

第六节其他像质评价方法222

一、方均根（RootMeanSquare，RMS）

统计评价222

二、光程差曲线与光线差曲线223

三、照度分析与光谱分析224

四、杂散光分析225

第七节光学系统的像差公差226

一、望远物镜和显微物镜的像差

公差226

二、望远目镜和显微目镜的像差

公差227

三、照相物镜的像差公差228

习题228

第十章光学设计229

第一节PW形式的初级像差系数229

一、 PW的定义及PW形式的初级

像差系数229

......