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高斯成像计算与透镜系统设计

📚 共计 30 章节
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第1章
光的本质与几何光学基础
光的直线传播、反射定律、折射定律、全反射现象，为成像分析奠定物理基础。
直线传播反射/折射全反射
第2章
球面与透镜基础
曲率半径、光轴与顶点、凸/凹透镜分类及焦距概念，构建透镜基本语言。
曲率半径光轴凸/凹透镜
第3章
符号法则
笛卡尔符号法则：光线方向、距离正负、高度正负，统一公式推导的基石。
笛卡尔符号正负约定重要性
第4章
单个球面的折射成像
近轴近似（小角度近似）下推导单个球面折射公式，掌握基本成像关系。
近轴近似球面折射公式推导
第5章
单个球面的焦距
像方焦距、物方焦距，焦距与曲率半径的关系，理解球面光学参数。
像方焦距物方焦距曲率半径
第6章
薄透镜成像公式（高斯形式）
从双球面系统推导薄透镜公式，1/f = 1/v - 1/u 的由来与物理意义。
高斯形式1/f薄透镜
第7章
薄透镜成像公式（牛顿形式）
牛顿公式 x·x' = f·f' 的推导，与高斯公式的灵活转换。
牛顿形式x·x'公式转换
第8章
透镜的横向放大率
放大率公式 M = v/u，M 正负与像的虚实、正倒关系详解。
横向放大率M=v/u虚实正倒
第9章
纵向放大率与角放大率
纵向放大率 α = M²，角放大率 γ = 1/M，三者关系 α·γ = 1。
纵向放大率角放大率α·γ=1
第10章
透镜的作图成像法
三条特殊光线，实物与虚物作图区别，快速确定像的位置。
特殊光线作图法虚物
第11章
透镜的像差基础
球差、色差、彗差、像散、场曲、畸变的概念与成因，理解成像缺陷。
球差色差彗差/畸变
第12章
薄透镜组合系统
双透镜组合等效焦距公式，组合系统的基点（主点、焦点）。
组合焦距主点焦点
第13章
厚透镜与共轴球面系统
厚透镜主平面概念，共轴球面系统的逐次成像法。
厚透镜主平面逐次成像
第14章
矩阵光学入门（一）
光线向量与平移矩阵、折射矩阵的推导，开启矩阵光学分析。
光线向量平移矩阵折射矩阵
第15章
矩阵光学入门（二）
系统矩阵计算，利用矩阵求焦点与主点位置，光学系统矩阵化。
系统矩阵焦点主点
第16章
光学系统中的光阑
孔径光阑与视场光阑，入瞳与出瞳，主光线与边缘光线。
孔径光阑入瞳/出瞳主光线
第17章
光学系统的景深
景深概念，影响景深的因素（光圈、焦距、物距），景深公式。
景深光圈焦距/物距
第18章
人眼的光学模型
人眼结构简化模型，调节范围与明视距离，屈光度与眼镜度数。
人眼模型明视距离屈光度
第19章
放大镜与目镜
视角放大率，放大镜放大率公式，惠更斯目镜与冉斯登目镜。
视角放大率放大镜目镜
第20章
显微镜系统
显微镜成像原理，物镜与目镜放大率，数值孔径与分辨率。
显微镜数值孔径分辨率
第21章
望远镜系统
开普勒与伽利略望远镜，角放大率公式，出瞳直径与亮度。
开普勒伽利略角放大率
第22章
投影与摄影系统
投影物镜放大率与像距，摄影物镜焦距与视场角。
投影物镜摄影物镜视场角
第23章
光纤光学基础
阶跃光纤与渐变光纤，数值孔径，光纤传输模式。
阶跃光纤渐变光纤数值孔径
第24章
激光与高斯光束
高斯光束 q 参数，束腰与发散角，透镜对高斯光束的变换。
高斯光束q参数束腰
第25章
傅里叶光学基础
夫琅禾费衍射与傅里叶变换，透镜的傅里叶变换性质。
夫琅禾费傅里叶变换透镜
第26章
光学系统的像质评价
点列图、调制传递函数（MTF）、斯特列尔比，像质量化指标。
点列图MTF斯特列尔比
第27章
Zemax光学设计入门
Zemax界面与基本操作，单透镜设计实例，像差分析。
Zemax单透镜像差分析
第28章
高斯成像公式的工程应用
相机镜头设计中的高斯公式应用，投影光路设计实例。
相机镜头投影光路工程实例
第29章
高斯成像公式的局限与扩展
非近轴区域成像，像差补偿，自由曲面光学简介。
非近轴像差补偿自由曲面
第30章
课程总结与综合实例
从高斯公式到完整光学系统设计，常见设计错误与避坑指南。
系统设计避坑指南综合实例