內容簡介

本書包含瞭幾何光學的基本原理及其在透鏡設計中的應用。既包含瞭鏡頭設計的經典部分，也包含瞭重要的現代方法、工具和儀器，包括當代天文望遠鏡，高斯光束及計算機鏡頭設計。在受人尊敬的學者們的鏡頭設計課程中已經用本書進行瞭廣泛的課堂教學。本書簡明扼要地解釋瞭光學係統的設計和評價的復雜性。書中還討論瞭元件的選擇、優化和整閤並形成一個有效的光學裝置。作者分析瞭多種光學材料、元件和係統的性能，從簡單的放大鏡到復雜的攝影鏡頭、眼科光學設備、望遠鏡、顯微鏡、投影係統。第3版更新的內容：?改進瞭插圖，其中32張換成瞭彩圖。?整體進行瞭更新，反映瞭在該領域的研究進展。?新添加瞭Buchdahl高階像差的資料。?擴展並改進瞭基於光程計算波前像差的方法。?更新瞭附錄中的光學材料的列錶。?初級像差的描述更詳細明確。?增加瞭重要的新齣版物的引用。?按新的光學玻璃更新光學係統設計實例。?增加瞭25個新的設計實例。結閤光學係統設計的基本理論和實用細節，本書可供學生們使用，同時，對科學傢和光學儀器工程師們來說也極具參考價值。

目錄

譯叢序

原書前言

原書第２版前言

原書第１版前言

第１章　幾何光學原理１

　１.１　光的波動性與費馬原理１

　１.２　反射和摺射定律６

　　１.２.１　反射定律６

　　１.２.２　摺射定律７ 　

　１.２.３　摺射定律的矢量形式８

　１.３　基本子午光綫追跡方程組８ 　

　１.３.１　子午光綫追跡的Ｌ－Ｕ方法１１ 　

　１.３.２　子午光綫追跡的Ｑ－Ｕ方法１１

　１.４　高斯光學或者一階光學１２

　１.５　成像１４ 　

１.６　孔徑光闌、光瞳和主光綫１６ 　

１.７　德拉諾關係２０ 　

１.８　光學正弦定理２０

　１.９　拉格朗日不變量２２

　１.１０　赫歇爾不變量和成像放大率２３

　參考文獻２５

第２章　薄透鏡和球麵鏡２６

　２.１　薄透鏡２６

　２.２　薄透鏡的成像公式２８

　２.３　薄透鏡的節點２９ 　

２.４　會聚透鏡的成像３０

　２.５　發散透鏡的成像３０

　參考文獻３１

第３章　透鏡組和厚透鏡３２

　３.１　焦距和光焦度３２

第４章　色差５０

第５章　球差６７

第６章　單色軸外像差８６

第７章　像差多項式和高階像差１１７

第８章　光學係統的計算機評估１４5

第９章　光學係統中的衍射１６８

第１０章　棱鏡１８5

第１１章　基本的光學係統和簡單照相鏡頭２０１

第１２章　復雜攝影鏡頭２３５

第１３章　人眼和眼鏡２５５

第１４章　天文望遠鏡２６８

第１５章　目視係統和無焦係統２９９

第１６章　顯微鏡３２2

第１７章　投影係統３３８

第１８章　鏡頭設計優化３５０

附錄３６８

　附錄Ａ　符號規則和初級像差係數概述３６８

　　Ａ.１　符號規則３６８

　　Ａ.２　初級像差係數概述３７０

　　　Ａ.２.１　Ｃｏｎｒａｄｙ形式３７０

　　　Ａ.２.２　數值計算３７１ 　

附錄Ｂ　光學錶麵的數學錶示３７２

　　Ｂ.１　非球麵法綫的偏差３７４

　　Ｂ.２　二次麯麵的一些參數３７５

　　Ｂ.３　離軸拋物麵３７６

　　Ｂ.４　環麵和球柱麵３７７ 　參考文獻３７８

　附錄Ｃ　光學材料３７９

　　Ｃ.１　光學玻璃３７９

　　Ｃ.２　光學塑料３８３

　　Ｃ.３　紅外材料和紫外材料３８４ 　參考文獻３８４

　附錄Ｄ　偏斜光綫的精確光綫追跡３８５

　　Ｄ.１　精確光綫追跡３８５

　　　Ｄ.１.１　從第一個錶麵轉換到正切於下一個錶麵的平麵３８５

　　　Ｄ.１.２　從正切平麵轉換到密切球麵３８６

　　　Ｄ.１.３　從密切球麵轉換到非球麵３８８

　　　Ｄ.１.４　在非球麵上摺射３９０

　　　Ｄ.１.５　環形麵或者球柱麵的摺射３９１

　　Ｄ.２　光綫追跡結果一覽３９１

　　Ｄ.３　傾斜或者偏心錶麵的光綫追跡３９３

　參考文獻３９５

　附錄Ｅ　鏡頭設計方麵的一些專業書籍３９５

　　Ｅ.１　書籍３９５

　　Ｅ.２　綜述文章和一些書籍中的章節３９７

精彩書摘

一、製造技術長盛永恒先進製造技術是２０世紀８０年代提齣的，它由機械製造技術發展而來，通常可以認為它是將機械、電子、信息、材料、能源和管理等方麵的技術，進行交叉、融閤和集成，綜閤應用於産品全生命周期的製造全過程，包括市場需求、産品設計、工藝設計、加工裝配、檢測、銷售、使用、維修、報廢處理、迴收利用等，以實現優質、敏捷、高效、低耗、清潔生産，快速響應市場的需求。因此，當前的先進製造技術是以産品為中心，以光機電一體化的機械製造技術為主體，以廣義製造為手段，具有先進性和時代感。

製造技術是一個永恒的主題，它與社會發展密切相關，是設想、概念、科學技術物化的基礎和手段，是所有工業的支柱，是國傢經濟與國防實力的體現，是國傢工業化的關鍵。現代製造技術是當前世界各國研究和發展的主題，特彆是在市場經濟高度發展的今天，它更占有十分重要的地位。

把信息技術引入製造技術，使製造技術産生瞭革命性的變化，齣現瞭製造係統和製造科學。製造係統由物質流、能量流和信息流組成，物質流是本質，能量流是動力，信息流是控製；製造技術與係統論、方法論、信息論、控製論和協同論相結閤就形成瞭新的製造學科。

製造技術的覆蓋麵極廣，涉及機械、電子、計算機、冶金、建築、水利、電子、交通運輸、農業以及化學、物理學、材料學、管理科學等領域。各個行業都需要製造業的支持，製造技術既有普遍性、基礎性的一麵，又有特殊性、專業性的一麵，既具有共性，又有個性。

我國的製造業涉及以下三方麵的領域：

�S 機械、電子製造業，包括機床、專用設備、交通運輸工具、機械設備、電子通信設備、儀器等；�S 資源加工工業，包括石油化工、化學縴維、橡膠、塑料等；�S 輕紡工業，包括服裝、紡織、皮革、印刷等。

目前世界先進製造技術沿著全球化、綠色化、高技術化、信息化、個性化和服務化、集群化六個方嚮發展，在加工技術上主要有超精密加工技術、納米加工技術、數控加工技術、極限加工技術、綠色加工技術等，在製造模式上主要有自動化、集成化、柔性化、敏捷化、虛擬化、網絡化、智能化、協作化和綠色化等。

二、圖書交流源遠流長近年來，國際間的交流與閤作對製造業技術進步領域的發展及重大關鍵技術的　Ⅳ　　光學設計手冊（原書第３版）突破起到瞭積極的促進作用，製造業科技人員需要及時瞭解國外相關技術領域的最新發展狀況、成果取得情況及先進技術應用情況等。

必須看到，我國製造業與工業發達國傢相比，仍存在較大差距。因此必須加強原始創新，在實踐中繼承和創新，學習國外的先進的製造技術和經驗、引進消化吸收創新，提高自主創新能力，形成自己的創新體係。

國傢、地區間的學術、技術交流已有很長的曆史，可以追溯到唐朝甚至更遠一些，唐玄奘去印度取經可以說是一次典型的圖書交流佳話。圖書資料是一種傳統、永恒、有效的學術、技術交流方式，早在２０世紀初期，我國清代學者嚴復就翻譯瞭英國學者赫胥黎所著的《天演論》，其後學者周建人翻譯瞭英國學者達爾文所著的《物種起源》，對我國自然科學的發展起到瞭很大的推動作用。

圖書是一種信息載體，圖書是一個海洋，雖然現在已有網絡、光盤、計算機等信息傳輸和儲存手段，但圖書更具有廣泛性、適應性、係統性、持久性和經濟性，看書總比在計算機上看資料要方便習慣，不同層次的要求可以參考不同層次的圖書，不同職業的人員可以參考不同類型的技術圖書，同時它具有比較長期的參考價值和收藏價值。當然，技術圖書的交流具有時間上的滯後性，不夠及時，翻譯的質量也是個關鍵問題，需要及時、快速、高質量的齣版工作支持。

機械工業齣版社希望能夠在先進製造技術的引進、消化、吸收和創新方麵為廣大讀者做齣貢獻，為我國的製造業科技人員引進、納新國外先進製造技術的齣版資源，翻譯齣版國際上優秀的製造業先進技術著作，從而能夠提升我國製造業的自主創新能力，引導和推進科研與實踐水平的不斷進步。

三、選擇嚴謹質高麵廣（１）精品重點高質　本套叢書作為我社的精品重點書，在內容、編輯、裝幀設計等方麵追求高質量，力求為讀者奉獻一套高品質的叢書。

（２）專傢選擇把關　本套叢書的選書、翻譯工作均由國內相關專業的專傢、教授以及工程技術人員承擔，充分保證瞭內容的先進性、適用性和翻譯質量。

（３）引納地區廣泛　主要從製造業比較發達的國傢引進一係列先進製造技術圖書，組成一套“國際製造業先進技術譯叢”。當然其他國傢的優秀製造科技圖書也在選擇之內。

（４）內容先進豐富　在內容上應具有先進性、經典性和廣泛性，應能代錶相關專業的技術前沿，對生産實踐有較強的指導、藉鑒作用。本套叢書盡量涵蓋製造業各行業，例如機械、材料、能源等，既包括對傳統技術的改進，又包括新的設計方法、製造工藝等技術。

（５）讀者層次麵廣　麵對的讀者對象主要是製造業企業、科研院所的專傢、研究人員和工程技術人員，高等院校的教師和學生，可以按照不同層次和水平要求各取所需。

譯　叢　序　Ⅴ　　四、衷心感謝不吝指教首先要感謝許多積極熱心支持齣版“國際製造業先進技術譯叢” 的專傢學者，感謝積極推薦國外相關優秀圖書，仔細評審外文原版書，推薦評審和翻譯的知名專傢，特彆要感謝承擔翻譯工作的譯者，對各位專傢學者所付齣的辛勤勞動錶示深切的敬意，同時要感謝國外各傢齣版社版權工作人員的熱心支持。

本套叢書希望能對廣大讀者的工作提供切實的幫助，歡迎廣大讀者不吝指教，提齣寶貴意見和建議。

機械工業齣版社

前言/序言

原書前言這本書的前兩版已經廣泛應用於我們的學生們的透鏡設計課程中。這種經曆推動我們在每一次版本更新中去改進這本書。在第３版中，做齣瞭一些重要修訂。

為瞭使圖片更加清晰，更有吸引力，所有的圖片都用彩色形式重新繪製。本書在許多方麵做瞭更新以使其包含近些年發錶的一些重要成果，其中包括一些由我們的學生和讀者建議的新材料。另外更新的參考文獻中加入瞭一些最近發錶的重要文章，以使這本書更加完整，更加契閤時代。

本書中額外增加瞭一些材料，我們隻舉幾個例子：對Ｂｕｃｈｄａｈｌ高級像差進行瞭描述；對基於光程的波前像差計算的部分進行瞭擴充和改進；書裏提到的大多數光學係統用新的可用玻璃重新設計；更新瞭附錄中的光學材料列錶，更加清楚和詳細地描述瞭初級像差。

感謝使用先前版本的朋友和同學們，尤其感謝ＡｒｍａｎｄｏＧｏｍｅｚ－Ｖｉｅｙｒａ博士給予的極大幫助與支持。

ＤａｎｉｅｌＭａｌａｃａｒａ－Ｈｅｒｎ�_ｎｄｅｚＺａｃａｒíａｓＭａｌａｃａｒａ－Ｈｅｒｎ�_ｎｄｅｚ原書第２版前言這本書的第１版已經在我們學生的透鏡設計課程中使用瞭多年。基於這些經驗，本書在幾個方麵有瞭很大的改進。

第１版的第２章中的大部分材料是非常重要和有用的參考。然而，為使鏡頭設計入門課程更流暢簡單，大部分材料作為附錄轉移到書的結尾處。第１版的其他幾個部分也以同樣的目標進行瞭重組。

部分修改包括一些讀者建議的澄清和對一些概念更完整的解釋。增加瞭部分額外的材料，包括額外的新的參考資料，以使本書更完整並包含最新的信息。我們隻舉幾個例子：一些梯度摺射率係統現在有更詳細的描述；引入瞭一種高斯函數陣列的新方法錶示波前；Ｄｅｌａｎｏ圖的部分增加瞭內容；兩個正交方嚮麯率不同的像散麯麵增加瞭更多的細節。

我們要感謝我們的朋友和學生使用本書的第１版。他們為我們提供瞭許多建議，並指齣瞭幾個印刷錯誤，從而完善瞭本書。

ＤａｎｉｅｌＭａｌａｃａｒａ－Ｈｅｒｎ�_ｎｄｅｚＺａｃａｒíａｓＭａｌａｃａｒａ－Ｈｅｒｎ�_ｎｄｅｚ原書第１版前言這是一本關於光學設計主題的書，針對幾何光學領域的學生和從事光學儀器研究的工程師。當然，這不是該領域的第一本書。一些經典的、著名的書已經絕版，也缺乏現代的話題。另一方麵，大多數現代書籍的範圍一般都很有限，不包括重要的經典甚至現代細節。

這本書不是光學設計的百科，但是本書試圖覆蓋大部分鏡頭設計的經典部分，同時介紹瞭一些現代的方法、工具和儀器，如當代天文望遠鏡、高斯光束和計算機輔助的鏡頭設計。

第１章嚮讀者介紹幾何光學的基本原理。第２章講述球麵和非球麵光學錶麵與精確的斜光綫追蹤。第３章和第４章講解瞭透鏡設計理論中的一階和三階近似。在第５章～第７章中講述瞭共軸光學係統初級像差理論的基本概念。在第８章、第９章和第１０章中描述光學係統中的衍射效應和透鏡設計中波像差與幾何像差的評估方法。第１１章～第１７章描述瞭一些主要的經典光學儀器及其光學設計技術。最後，第１８章研究瞭計算機輔助光學鏡頭設計的方法與像質評價方法。

總之，這本書不僅隻有基本的理論，而且給齣瞭一些實際光學係統設計的許多細節。我們希望這本書將成為光學學生有用的教科書，以及光學科學傢和工程師有用的參考書。

我們非常感謝許多朋友和同事對手稿的仔細閱讀和改進建議。這些朋友中我們要提到的是ＲａｕｌＣａｓａｓ教授、ＭａｎｕｅｌＳｅｒｖｉｎ教授、ＲｉｃａｒｄｏＦｌｏｒｅｓ教授和我們的幾個學生。光學研究協會中大量的研究人員提供瞭許多有益的幫助，提齣瞭許多建設性的意見和建議。他們的人數很多，我們不想隻僅僅提到幾個人的名字，這是不公平的。我們感謝光學研究中心及其總經理在資金上的支持和熱情幫助。最後一點也非常重要，作者們非常感謝傢人的鼓勵和理解。作者之一（Ｄ�保酮保� 特彆感謝他的兒子ＪｕａｎＭａｎｕｅｌ和ＭｉｇｕｅｌＡｎｇｅｌ，他們幫助處理瞭部分章節中許多的圖片和部分文字。

ＤａｎｉｅｌＭａｌａｃａｒａ－Ｈｅｒｎ�_ｎｄｅｚＺａｃａｒíａｓＭａｌａｃａｒａ－Ｈｅｒｎ�_ｎｄｅｚ

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這破玩意居然值100多，封麵都破瞭，鬱悶

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好