21世纪的光学不仅成为信息科学中的信息载体和主角之一，还融合了微电子、自动化、计算机和信息管理等技术，形成了光机电一体化的综合性高新技术；而现当代光学仪器已经打破了经典光学仪器的传统概念，是“光、机、电、算”的综合体，但核心部分仍然是光学系统。 本书系统阐述了光学设计理论以及光学零部件和系统的设计方法，并给出大量设计实例。全书分3部分共9章，内容包括：光学设计概述，光学设计CAD软件应用基础，光学系统像质评价方法，光学材料和光学设计的经济性、工艺性，代数法求解光学部件初始结构，典型光学部件设计，经典光学系统设计，其他光学系统设计以及光学设计OSLO软件应用与光学设计实训。 本书注重理论与实践相结合，融科学性、实用性和可操作性于一体，可作为光学及相关专业本科，特别是应用型本科的教材，也可供研究生和有关工程技术人员参考。 (责任编辑邮箱：jinacmp@163.com)

高等院校教师

前言
第1部分光学系统设计基础
第1章光学设计概述1
1.1光学系统、光学部件1
1.2现代光学仪器对光学系统设计的要求1
1.2.1仪器对光学系统性能与质量的
要求2
1.2.2光学系统对使用要求的满足程度2
1.2.3光学系统设计的经济性3
1.3光学系统（部件）设计方法概述3
1.3.1光学系统设计的一般过程和步骤3
1.3.2光学系统总体设计4
1.3.3光学系统的具体设计4
1.4现代光学设计一般流程和光学自动设计
原理5
1.4.1现代光学设计的一般流程5
1.4.2光学自动设计原理6
1.5现代光学设计方法的哲学思辨11
第2章光学设计CAD软件应用
基础13
2.1光学设计科技进步与常用光学设计
CAD软件13
2.1.1光学设计CAD软件的发展历史13
2.1.2几种代表性光学设计CAD软件
简介14
2.2光学设计软件Zemax OpticStudio应用
基础14
2.2.1概述14
2.2.2Zemax OpticStudio的用户界面16
2.2.3Zemax OpticStudio基本操作22
2.2.4应用实例34
2.3光学设计软件OSLO应用入门39
2.3.1概述39
2.3.2OSLO LT6.1用户界面40
第3章光学系统像质评价方法54
3.1概述54
3.2光学系统的坐标系统、结构参数和
特性参数54
3.3几何像差的定义及其计算58
3.4垂轴像差的定义及其计算63
3.5几何像差及垂轴像差的图形输出65
3.6用波像差、瑞利准则和中心、亮斑
所占能量评价成像质量69
3.6.1波像差69
3.6.2瑞利准则70
3.6.3波像差、瑞利准则和中心亮斑
所占能量70
3.7光学传递函数71
3.8点列图77
3.9包围圆能量78
3.10薄透镜系统的初级像差理论78
3.10.1初级像差公式79
3.10.2薄透镜初级像差公式80
3.10.3薄透镜初级像差性质82
习题85
第4章光学材料和光学设计的经济性、
工艺性86
4.1光学材料简介86
4.1.1无色光学玻璃86
4.1.2光学塑料90
4.1.3光学晶体91
4.1.4反射镜材料92
4.2光学设计的经济性93
4.3光学设计的工艺性94
4.3.1光学设计软件设计结果的后续
工作94
4.3.2光学零件与光学冷加工工艺适
配性96
习题97第2部分光学系统（部件）设计
目录第5章代数法求解光学部件初始
结构98
5.1概述98
5.2单片薄透镜初始结构的设计计算98
5.2.1基于pW法的单片薄透镜的
结构设计计算98
5.2.2单片透镜初始结构的简易设计103
5.3双胶合薄透镜初始结构的设计计算104
5.3.1双胶合薄透镜物在无限远时
的p∞、W∞与结构参数的关系104
5.3.2对p∞、W∞基本关系的分析105
5.4两组双胶合透镜初始结构设计110
5.4.1选型110
5.4.2方案选择110
5.5小气隙双分离透镜111
5.5.1双胶合组变小气隙双分离透镜
的目的111
5.5.2小气隙双分离透镜能减小高级
球差111
5.6齐明弯月透镜结构参数求解112
5.6.1显微物镜齐明弯月前组初始结构
设计112
5.6.2聚光镜第1片齐明透镜初始结构
设计114
习题115
第6章典型光学部件设计116
6.1望远物镜设计116
6.1.1望远物镜光学特性与结构类型116
6.1.2设计实例:双胶合、双分离物镜
设计118
6.2显微物镜设计119
6.2.1显微物镜光学特性与结构类型119
6.2.2设计实例：生物显微镜25×消色
差物镜设计126
6.2.3设计实例：16×无限远像距长工作
距离平场消色差物镜设计127
6.2.4设计实例:生物显微镜多功能光
电质检仪远心物镜设计131
6.3目镜设计135
6.3.1目镜光学特性与结构类型135
6.3.2设计实例：用试验法设计的系列
目镜137
6.4照相物镜设计137
6.4.1照相物镜的光学特性和结构
形式137
6.4.2设计实例：传统照相机标准镜头
设计144
6.5投影物镜设计147
6.5.1投影物镜光学特性147
6.5.2投影物镜结构形式与对像质的
要求148
6.5.3投影仪物镜设计149
6.5.4设计实例：投影仪10×物镜
设计150
6.6CCD图像传感器成像物镜设计151
6.6.1CCD成像物镜的光学性能和
设计要点151
6.6.2设计实例：显微电视CCD摄录
接口的设计152
6.6.3设计实例：高清CCTV成像物镜
设计154
习题162
第7章经典光学系统设计163
7.1显微镜光学系统设计163
7.1.1显微镜光学系统设计方法163
7.1.2设计实例：普通生物显微镜成像
光学系统设计166
7.1.3设计实例：特种显微镜无限远像
距光学系统设计172
7.2望远光学系统设计175
7.2.1望远系统成像原理176
7.2.2望远系统的主要光学性能及其
确定176
7.2.3伽利略望远系统和开普勒望远
系统179
7.2.4设计实例：双筒手持式望远镜
设计182
习题191
第8章其他光学系统设计192
8.1变焦距光学系统设计192
8.1.1概述192
8.1.2变焦距光学系统的分类及其
特点193
8.1.3变焦距物镜的高斯光学200
8.1.4设计实例：变焦距物镜高斯光学
设计201
8.1.5变焦距光学系统设计205
8.2远心光学系统设计206
8.2.1远心光学系统的概念206
8.2.2远心镜头简易设计——光阑位置
的一维优化207
8.2.3双远心镜头设计208
8.3激光扫描系统和fθ镜头设计210
8.3.1激光扫描系统210
8.3.2fθ镜头设计211
8.4非成像光学系统设计213
8.4.1概述213
8.4.2照明光学系统基本组成213
8.4.3照明光学系统设计215
8.4.4均匀照明的实现218
8.5非球面设计221
8.5.1非球面的表示方法221
8.5.2非球面的特性223
8.5.3反射二次非球面的应用224
8.5.4设计实例：非球面镜头设计225
习题229
第3部分学练结合的光学设计实训
第9章光学设计OSLO软件应用与
光学设计实训230
9.1光学设计实训概述230
9.1.1光学设计实训对培养应用型人才
的重要性230
9.1.2光学设计CAD软件应用于像差
计算的“三部曲”231
9.2OSLO软件基本操作231
9.2.1OSLO软件的镜面操作规定231
9.2.2建立无限远像距镜头文件232
9.2.3建立有限远像距镜头文件235
9.2.4像质评价235
9.2.5优化235
9.2.6OSLO LT6.1应用实例241
9.3基于OSLO LT6（教学版）的光学设计
实训243
9.3.1望远光学系统设计实训243
9.3.2显微光学系统设计实训244
9.3.3目镜设计实训246
参考文献247