應用光學

本書以“講座式”形式編排應用光學課程內容，每一章為一個講座，2學時授課，全書共設計31個講座。每一講的內容詳實、完整、篇幅適中。同時，在學期期中和期末，安排了兩次課程設計，要求學生以論文的形式提交，對學生科研能力的訓練起到了重要的作用。 本書包含了應用光學的基本知識和基本理論，如理想成像理論、目視光學儀器原理、平面鏡稜鏡系統、光闌、光度學基礎、像差理論概述和常見光學儀器等。 ^[1] 

第1章 什麼是光 （1）

1.1 光是什麼 （1）

1.1.1 微粒説與波動説 （1）

1.1.2 電磁波譜 （2）

1.1.3 可見光 （3）

1.1.4 視見函數 （4）

1.2 光的傳播 （5）

1.2.1 光線和光束 （5）

1.2.2 光速 （5）

習題 （6）

第2章 幾何光學基本定律 （7）

2.1 光的直線傳播定律 （7）

2.1.1 光的直線傳播 （7）

2.1.2 直線傳播的破壞 （7）

2.2 光的獨立傳播定律 （7）

2.3 光的反射定律 （8）

2.4 光的折射定律 （8）

2.5 光路可逆 （9）

2.6 Snell定律 （9）

2.6.1 折射率 （9）

2.6.2 Snell定律的形式 （10）

2.6.3 Snell定律的討論 （10）

2.7 全反射 （11）

2.7.1 全反射現象 （11）

2.7.2 全反射的應用 （12）

習題 （13）

第3章 理想光學系統 （14）

3.1 成像的概念 （14）

3.2 理想像 （15）

3.2.1 什麼是理想像 （15）

3.2.2 理想像的違背 （15）

3.3 理想光學系統 （16）

3.3.1 光學系統 （16）

3.3.2 理想光學系統的成像特性 （17）

3.3.3 共軸理想光學系統 （18）

習題 （19）

第4章 共軸球面系統的光路計算 （20）

4.1 共軸球面系統的光路計算公式 （20）

4.1.1 光路計算公式 （20）

4.1.2 轉面公式 （21）

4.2 符號規則 （22）

4.2.1 線量的符號規則 （22）

4.2.2 角量的符號規則 （23）

4.2.3 反射處理 （23）

4.2.4 有限遠成像 （24）

4.3 計算實例 （24）

4.3.1 單透鏡成像 （24）

4.3.2 圓柱形光纖焦點位置 （25）

習題 （26）

第5章 近軸光學 （27）

5.1 近軸成像理想 （27）

5.2 近軸光學基本公式 （28）

5.2.1 投射高及其符號規則 （28）

5.2.2 另一個近軸光路計算公式 （28）

5.2.3 近軸光學基本公式的推導 （29）

5.3 近軸物像關係 （30）

5.3.1 物高、像高及其符號規則 （30）

5.3.2 垂軸放大率? （30）

5.3.3 垂軸放大率的討論 （31）

5.4 近軸光學的作用 （31）

習題 （32）

第6章 作圖法求理想光學系統的

物像關係 （33）

6.1 主點和主平面 （33）

6.2 焦點和焦平面 （33）

6.2.1 像方焦點和像方焦平面 （33）

6.2.2 物方焦點和物方焦平面 （34）

6.2.3 焦距 （34）

6.3 作圖法 （35）

6.3.1 常用兩條作圖光線 （35）

6.3.2 實例分析 （35）

6.3.3 課堂作圖訓練 （37）

習題 （37）

第7章 高斯光學 （38）

7.1 牛頓公式 （38）

7.2 高斯公式 （39）

7.3 兩套公式對比與例題 （40）

7.3.1 兩套公式對比 （40）

7.3.2 例題 （41）

7.4 拉格朗日不變量 （41）

7.5 物方焦距和像方焦距的關係 （42）

習題 （43）

第8章 基點和基面 （44）

8.1 單折射球面的基點和基面 （44）

8.1.1 主點和主平面 （44）

8.1.2 焦點和焦平面 （45）

8.1.3 單反射面的基點和基面 （45）

8.2 共軸球面光學系統的基點和基面 （45）

8.3 光學系統的三种放大率 （46）

8.3.1 垂軸放大率? （46）

8.3.2 軸向放大率? （46）

8.3.3 角放大率? （47）

8.3.4 三种放大率的關係 （47）

8.4 節點和節平面 （47）

8.5 無限遠共軛的理想像高與理想物高 （49）

8.5.1 無限遠共軛的理想像高 （49）

8.5.2 無限遠共軛的理想物高 （50）

習題 （50）

第9章 理想光學系統的組合 （51）

9.1 兩個理想光學系統的組合 （51）

9.1.1 主點和焦點位置 （51）

9.1.2 組合焦距 （52）

9.1.3 光焦度 （53）

9.1.4 實例 （55）

9.2 單透鏡計算 （55）

9.2.1 單透鏡的焦距 （55）

9.2.2 主面位置 （56）

9.2.3 薄透鏡 （57）

9.2.4 常見透鏡的主面 （57）

習題 （58）

第10章 矩陣光學基礎 （59）

10.1 光線的矩陣描述 （59）

10.2 物像關係矩陣 （60）

10.2.1 物像關係矩陣的形成 （60）

10.2.2 基點和基面 （61）

10.3 兩元系統 （62）

10.3.1 單透鏡 （62）

10.3.2 兩個理想光學系統的組合 （62）

10.4 矩陣光學例題 （63）

習題 （64）

第11章 人眼的光學特性 （65）

11.1 人眼的結構 （65）

11.2 人眼的小分辨角 （66）

11.3 人眼的調節 （67）

11.3.1 瞳孔調節 （67）

11.3.2 視度調節 （67）

11.4 人眼的缺陷及其校正 （68）

11.4.1 近視眼 （69）

11.4.2 遠視眼 （70）

11.4.3 眼鏡片的製作 （71）

習題 （71）

第12章 傳統光學系統的原理 （72）

12.1 目視光學系統的要求 （72）

12.2 放大鏡的原理 （73）

12.3 顯微鏡的原理 （73）

12.4 望遠鏡的原理 （75）

12.5 光學儀器的視度調節 （78）

習題 （78）

第13章 平面鏡稜鏡的應用 （79）

13.1 平面鏡成像性質 （79）

13.1.1 平面鏡成鏡像 （79）

13.1.2 平面鏡的旋轉 （80）

13.1.3 雙平面鏡 （80）

13.2 稜鏡及類型 （81）

13.3 平面鏡稜鏡的作用 （82）

13.4 小偏向角 （83）

13.5 光楔 （84）

習題 （85）

第14章 稜鏡的展開 （86）

14.1 稜鏡展開的要求 （86）

14.2 直角稜鏡的展開 （87）

14.3 五角稜鏡的展開 （88）

14.4 靴形稜鏡的展開 （88）

14.5 平行平板的成像性質 （89）

14.5.1 平行平板的成像特性 （89）

14.5.2 等效空氣層 （90）

14.5.3 非近軸等效空氣層 （90）

習題 （92）

第15章 平面鏡稜鏡系統成像方向 （93）

15.1 屋脊稜鏡 （93）

15.2 角隅稜鏡 （94）

15.3 平面鏡稜鏡成像方向 （95）

15.3.1 座標鏡像法 （96）

15.3.2 畫線法 （96）

15.3.3 法則法 （97）

習題 （98）

第16章 稜鏡轉動定理 （99）

16.1 稜鏡轉動定理 （99）

16.1.1 稜鏡轉動定理的表達式 （99）

16.1.2 常見的稜鏡轉動 （100）

16.2 轉動矩陣 （101）

16.2.1 轉動矩陣的形式 （101）

16.2.2 作用矩陣 （101）

16.3 光軸偏與像傾斜 （102）

16.3.1 光軸偏與像傾斜的求解 （102）

16.3.2 特徵方向和特徵平面 （103）

16.4 稜鏡的偏差 （103）

16.4.1 光學平行差 （103）

16.4.2 屋脊稜鏡的雙像差 （104）

習題 （105）

第17章 期中課程設計 （106）

17.1 期中課程設計要求 （106）

17.2 雙分離望遠物鏡的參數 （107）

17.3 作圖法 （107）

17.4 光路計算公式 （107）

17.5 近軸光學 （108）

17.6 矩陣光學 （108）

17.7 高斯光學 （109）

17.8 稜鏡外形尺寸 （110）

第18章 光闌與光束選擇 （111）

18.1 為什麼用光闌 （111）

18.2 光闌分類 （112）

18.2.1 孔徑光闌 （112）

18.2.2 視場光闌 （112）

18.2.3 漸暈光闌 （113）

18.2.4 消雜光光闌 （113）

18.3 望遠系統中成像光束的選擇 （114）

18.3.1 孔徑光闌 （114）

18.3.2 視場光闌 （115）

18.4 顯微系統中成像光束的選擇 （115）

習題 （117）

第19章 遠心光路、場鏡和景深 （118）

19.1 遠心光路 （118）

19.1.1 物方遠心光路 （118）

19.1.2 像方遠心光路 （119）

19.2 場鏡 （119）

19.3 景深 （120）

19.3.1 景深概念 （120）

19.3.2 景深計算 （120）

19.3.3 景深的基準物平面 （122）

習題 （123）

第20章 光度學基本量I （124）

20.1 立體角 （124）

20.1.1 立體角的概念 （124）

20.1.2 立體角的計算 （124）

20.2 光通量 （125）

20.2.1 輻射通量 （125）

20.2.2 光通量 （126）

20.2.3 光視效能 （126）

20.3 發光強度 （127）

20.4 光出射度 （128）

習題 （128）

第21章 光度學基本量II （129）

21.1 光照度 （129）

21.1.1 光照度的定義 （129）

21.1.2 光照度公式 （130）

21.2 光亮度 （131）

21.3 光學系統中的光亮度傳遞 （132）

21.3.1 同種介質中光亮度的傳遞 （132）

21.3.2 折射時光亮度的傳遞 （132）

習題 （134）

第22章 光學系統像平面照度 （135）

22.1 朗伯輻射體 （135）

22.1.1 朗伯輻射體 （135）

22.1.2 發光面的光通量 （136）

22.1.3 全擴散表面 （136）

22.2 光學系統像平面照度 （137）

22.2.1 像平面軸上點光照度 （137）

22.2.2 像平面軸外點光照度 （137）

22.3 照相物鏡像平面照度 （138）

22.3.1 照相物鏡的像平面照度 （138）

22.3.2 曝光量 （139）

習題 （140）

第23章 主觀光亮度與光能損失 （141）

23.1 主觀光亮度 （141）

23.1.1 人眼直接觀察時的主觀

光亮度 （141）

23.1.2 望遠鏡觀察發光點的主觀

光亮度 （142）

23.1.3 望遠鏡觀察發光面的主觀

光亮度 （143）

23.2 光學系統中光能損失 （143）

23.2.1 反射損失 （143）

23.2.2 吸收損失 （144）

23.2.3 光學系統的透過率 （144）

23.2.4 透過率計算實例 （145）

習題 （146）

第24章 兩種視覺 體視與色覺 （147）

24.1 體視 （147）

24.1.1 空間深度感覺 （147）

24.1.2 雙目立體視覺 （148）

24.1.3 雙目觀察儀器 （149）

24.2 色覺 （150）

24.2.1 顏色色覺 （150）

24.2.2 格拉斯曼定律 （150）

24.2.3 顏色匹配 （151）

24.3 色度學 （151）

24.3.1 色度學基礎 （151）

24.3.2 CIE標準色度學系統 （152）

24.3.3 光源的顏色特性 （155）

習題 （155）

第25章 像質評價 （156）

25.1 光學系統的要求 （156）

25.2 後評價方法 （157）

25.2.1 2

碩士，副教授。發表論文20餘篇，其中SCI/EI收錄11篇。授權發明專利2項，實用新型1項。獲河南省自然科學優秀學術論文二等獎2項、三等獎2項。Optical Engineering等雜誌特約審稿人。主持省部級以上項目2項。中國宇航學會光電專業委員會委員。