音像透镜设计基础(第二版)(美)鲁道夫·金斯莱克//R.巴里.约翰逊

章透镜设计者的工作/1
1.1设计者和工厂的关系/2
1.2设计步骤/7
1.3光学材料/10
1.4折率的内插计算/14
1.5本书考察的透镜类型/18
第2章子午光线追迹/
2.1引言/
2.2图解光线追迹/27
.球面上的三角光线追迹/29
2.4一些有用的关系式/33
2.5双胶合物镜/37
2.6倾斜面上的光线追迹/37
2.7非球面上的光线追迹/41
第3章近轴光线和初始解/44
3.1近轴光线追迹/44
3.2放大率及拉格朗日定理/54
3.3透镜系统的高斯光学/58
3.4光学系统的初级像差设计/67
3.5变焦距系统的薄透镜设计/74
透镜设计基础(第二版)目录第4章像差理论/87
4.1引言/87
4.2对称式光学系统/87
4.3基于光线追迹的像差计算/97
4.4赛德尔像差系数的计算/109
第5章色差/116
5.1简介/116
5.2双胶合透镜的色球差/118
5.3单个面对初级色差的贡献/120
5.4系统中的薄镜片的近轴色差贡献/122
5.5近轴二级光谱/126
5.6复消色差薄三透镜的初始设计/129
5.7消色差分离薄透镜(双分离透镜)/132
5.8 色差公差/137
5.9有限孔径上的色差/138
第6章球差/146
6.1各面球差贡献公式/148
6.2带球差/164
6.3初级球差/166
6.4平面平行板引起的像位移/173
6.5球差的公差/174
第7章消球差的消色差透镜的设计/178
7.1四光线法/178
7.2薄透镜分析设计法/180
7.3带球差的校正/185
7.4复消色差物镜设计/188
第8章斜光束/195
8.1斜光束在球面上的通过/195
8.2斜光束的子午光线追迹/201
8.3空间光线追迹/205
8.4空间光线像差的图示/210
8.5来自透镜某一带上的光线的分布/216
第9章彗差和正弦条件/219
9.1光学正弦定理/219
9.2阿贝正弦条件/220
9.3 对正弦条件的违反，OSC/222
9.4误差说明/228
0章齐明物镜设计/1
10.1分离密接型/1
10.2平行空气间隔型/4
10.3齐明双胶合透镜/
10.4齐明三胶合透镜/
10.5有隐蔽消色差面的齐明透镜/241
10.6配合原则/243
1章斜光束像差/249
11.1像散和柯丁顿公式/249
11.2匹兹伐定理/256
11.3像散误差的说明/263
11.4畸变/266
11.5横向色差/269
11.6对称原理/272
11.7赛德尔像差的计算/273
2章光阑位置是自由度的透镜/278
12.1H′L图/278
12.2简单的风景透镜/280
1.潜望型透镜/285
12.4消色差风景透镜/288
12.5消色差双透镜/293
3章光阑固定的对称双消像散透镜/303
13.1达戈镜头设计/303
13.2有空气间隔的双分离型透镜设计/306
13.3双高斯型物镜/314
13.4三胶合双高斯透镜/320
13.5分离式负双合双高斯透镜/3
4章不对称的摄影物镜/328
14.1匹兹伐肖像镜头/328
14.2远摄镜头设计/336
14.3变倍镜头/345
14.4普洛塔镜头/348
14.5天塞镜头设计/355
14.6库克(COOKE)三透镜组镜头/365
14.6.2薄透镜弯曲状态的初始设计/368
5章反系统和折反系统/381
15.1反镜和透镜的比较/381
15.2反系统的光线追迹/382
15.3单反镜系统/383
15.4单反镜的折反系统/388
15.5双反镜系统/409
15.6多反镜系统/420
15.7总结/431
6章目镜设计/435
16.1军用型目镜设计/436
16.2埃尔弗目镜/440
16.3伽利略取景器/443
7章透镜自动校正程序/446
17.1寻求镜头设计的解决方案/447
17.2阻尼*小二乘方法/450
17.3权因子和畸变平衡/454
17.4边界条件的控制/454
17.5公差/455
17.6程序的局限/456
17.7镜头设计计算开发/456
17.8用于自动镜头设计的程序和书籍/459
附录/466

第二版序言
本书版是对亚历山大·尤金·康拉迪教授(ProfessorAlexanderEugenConrady)的专著《应用光学与光学设计》(AppliedOpticsandOpticalDesign)的扩展，因而本书第二版可视为对已80岁高龄的康拉迪教授的专著作进一步扩展。正如版序言中对康拉迪著作的描述，“这是针对有志于学习镜头设计技术的学生的部英文实用教材，在全世界范围受到了广泛欢迎”。在此之前，很多人普遍认为光学设计工作条理混乱且计算过程难以理解。
1917年，位于伦敦的帝国理工学院建立了光学技术系。由于康拉迪二十年来在设计新型望远、显微以及照相光学系统的成功经验，以及在次世界大战期间大量参与新型潜艇潜望镜系统和军用仪器的设计工作，他受聘承担该系的主要教学工作。他的*大成就在于，为学习实用光学设计技术的在校学生和相关从业者创建了系统且高效的教学方法。毫无疑问，康拉迪可被誉为“实用镜头设计之父”。
鲁道夫·金斯莱克(RudolfKingslake)(1903—2003)师从康拉迪教授，并取得硕士，在其学生阶段和职业生涯早期便获得了良好的声誉。1929年，纽约的罗切斯特大学建立了光学研究所，金斯莱克被聘为几何光学及光学设计理教授。他在镜头设计和光学工程领域的贡献近乎传奇。大部分光学设计者所受到的系统专业教育均可以追溯到金斯莱克。紧随康拉迪的脚步，金斯莱克无疑可称为美国的“光学镜头设计之父”。
金斯莱克发表了大量的科学，获得了一系列的专利，撰写了多部著作，并在镜头设计领域从事教学工作近半个世纪。这些工作对于光学镜头设计者以及光学们均产生了深远的影响。其*重要的贡献应该是1978年出版的《透镜设计基础》(LensDesignFundamentals)版，以及在1983年出版的《光学系统设计》(OpticalSystemDesign)。在其著作版出版后的若干年间，光学技术也在发生着显著的进步。
尽管在1978年来看，现在的光学发展情况可能只是个梦想，但今天的光学设备的确广泛地存在于我们生活中几乎所有领域，从而带动了光学理论、软件以及制造技术的重大发展。因此，本书在版的基础上做了必要的改进和扩展，主要为了满足镜头设计初学者的需要。同时，对于部分希望在相同知识背景下获得提高的实践工作者而言，第二版依然是一本合适的书籍，因为其中保留了50%以上的由金斯莱克在版中所著的文字和图片内容。
在没有原作者参与的情况下，对本书进行修改工作或多或少是一种挑战，对于哪些内容应该保留、改变、添加、等，都要经过深思熟虑。在过去的35年中，本人在透镜设计和光学工程方面进行了大量的教学工作，经常使用《透镜设计基础》作为教材，深感让学生掌握实际的透镜设计的基本原理，较之单纯依赖某一透镜设计的程序，其重要是无可比拟的。
透镜设计中的符号和标注法则在多年间不断变化，但目前几乎所有人都在使用笛卡儿右手坐标系统。在此版本的准备过程中，所有图片、表格及公式均由康拉迪和金斯莱克使用的具有颠倒倾角的笛卡儿左手坐标系统，转换成了笛卡儿右手坐标系统。学生们可能会好奇，为什么会有不同的坐标系统共存了如此多年，是为了*大限度地减小手工计算量。尽可能地减少负值符号，目的在于提高计算速度的同时降低误差。今天，几乎不再有人对光线追迹进行手工计算，因此使用笛卡儿右手坐标系统显得更合时宜，同时，这会使得光学设计与建模、CAD以及制造加工程序的接口更为容易。
自从本书版问世后，针对像差理论有众多书籍出版，其中部分作者认为使用波面像差来描述纵向或横向光线像差更为适宜。但实际上，这些像差形式是直接相关的(见第4章)。康拉迪和金斯莱克所使用的方法是使用实际光线偏差、光程差(OPD)以及D-d来进行色差校正，而并非使用泽尼克展开多项式表示的波面像差。在第二版中，出于各种原因依然采用了同样的方法，但主要原因是：经验表明,初学透镜设计的学生对于光线像差有着更为直观的理解。
为反映版后的总体变化，本书在内容上均作了修正和扩展。章节标题保持不变，除了新增了一个章节的像差综述外，所有章节均作了一定的修改扩展，如新增案例、显著增多的参考文献以及增加了若干主题内容。*后一章关于透镜自动设计的内容，全部进行了重新撰写。尽管书中主要光学系统的形式限于旋转对称系统，但在平面镜及折反光学系统章节，扩展了部分具有规孔径的新型系统。还有部分《光学系统设计》中的内容也编入本书，但未加归属分类。细心的读者会发现，三角函数光线追迹在本版本中依然存在，原因是其中许多概念在光线追迹时加以讨论更为适宜。这些讨论和范例包含光线追迹数据，使得学生们在思考时不用自己再去总结套用。
书中特意省略了如何使用某一特定计算机程序进行透镜设计的内容，因为这样的程序对于学习透镜设计的基本原理是没有必要的。但是，学生会在未来探索设计实例的过程中，使用某一透镜设计程序去验甚至可能去改善乃至改变该设计，这同样会令他们受益匪浅。学生将会在这样的实践过程中学会很多相关知识。根据康拉迪和金斯莱克的观点，本书包含了大量完整的案例供学生学习基本原理并进一步自我修习，因此学生在使用时是毫无障碍的。导师可以自行开发一些问题用以丰富其教学方式、计算资源以及教学目标。
透镜设计工作不仅基于科学原理，同样也需要设计者的天赋。香农曾恰如其分地将其著作命名为《光学设计的艺术与科学》。本书的一个新的特点就是偶尔插入的“设计者笔记”，给学生提供了某些游于基本原则和教条之外的额外的设计技巧。合理的努力使得第二版有了明显改善且更为全面。
尽管目前有许多新技术供透镜设计者们采用，但如衍曲面、自由曲面、非对称系统、全息透镜、偏振技术、菲涅耳曲面、梯度折率透镜、双折光学材料、特殊扩展非球面、泽尼克曲面等，本书有意不作涉猎。一旦学生以及自学实践者们掌握了本书中的基本原理，他们便能通过学习其选择的透镜设计程序的指导书或者使用手册，具备快速掌握并使用技术、曲面以及材料的能力。
R.巴里·约翰逊

对于已经掌握了应用光学的基本知识而开始从事透镜设计的人，这样一本书无疑是有参考价值的。