本书系统地介绍了几何光学的基本定律、光学系统成像、像差及典型光学系统等内容。先介绍了几何光学的基本定律和理想光学系统的成像原理；然后以此为基础，根据光学系统中各光学元件（如透镜、棱镜、光阑等）的功能和作用，对它们进行了分类和分析；接着介绍了成像过程中的光能传输特性、实际光学系统的像差及像质评价方法；最后综合介绍了典型的目视光学系统，如眼睛、放大镜、显微镜、望远镜等。本书可作为高等学校和高职院校相关专业学生、教师的参考书，也可供光电子领域初步从事光学仪器设计、光学设计的研发工程师阅读。

郭小伟，电子科技大学研究员，毕业于四川大学光学专业，研究方向为光学工程。电子科技大学《应用光学》MOOC课负责人，电子科技大学《应用光学》探究式小班课负责人，电子科技大学精品课程《光波导理论与技术》重要成员。主持国家自然科学基金"基于近场超级透镜的亚波长纳米光刻技术的研究”项目，国家外专局"超材料人才培养体系建设聘专项目”，四川省科技项目"10微米高效晶硅薄膜太阳能电池研究”等。

第1章 几何光学基础 1
1.1 光传播的基本概念 1
1.1.1 光源 1
1.1.2 光线 1
1.1.3 光学介质 2
1.2 光传播的基本定律 2
1.2.1 光的直线传播定律 3
1.2.2 光的独立传播定律 3
1.2.3 反射定律和折射定律 3
1.3 光学传播现象 4
1.3.1 光路可逆 4
1.3.2 全反射现象 4
1.4 费马原理 5
1.4.1 光程 5
1.4.2 费马原理的数学表达式 5
1.4.3 光传播定律的证明 5
习题 7
第2章 理想光学系统 8
2.1 理想光学成像的概念 8
2.1.1 物点和像点 8
2.1.2 物像的虚实 9
2.1.3 物空间和像空间 9
2.2 理想光学系统的基点、基面 9
2.2.1 理想光学系统的主点、主平面、焦点、焦面 9
2.2.2 共轴理想光学系统的表示方法 11
2.3 作图法求像 12
2.3.1 轴外物点成像 12
2.3.2 轴上物点成像 12
2.3.3 虚物成像 12
2.3.4 负焦距光系统成像 13
2.4 解析法求像 13
2.4.1 符号规则 13
2.4.2 像的位置 14
2.4.3 像的大小 14
2.5 多光组光学系统主平面和焦点位置的求解 16
2.6 多光组光学系统求像 17
2.6.1 像的位置 17
2.6.2 像的大小 17
2.7 双光组光学系统 19
2.8 节平面和节点 21
2.8.1 概念 21
2.8.2 应用 22
习题 23
第3章 球面成像 26
3.1 折射球面成像计算 26
3.1.1 符号规则 26
3.1.2 成像计算公式 27
3.2 折射球面成像不理想 28
3.3 球面近轴成像 30
3.4 单个折射球面近轴成像 30
3.4.1 物像位置关系式 30
3.4.2 物像大小关系式 31
3.5 共轴球面系统近轴成像 33
3.6 单个折射球面的基点和基面 35
3.6.1 主平面 35
3.6.2 焦点和焦距 35
3.6.3 节点 36
3.7 球面反射镜 36
3.8 透镜的主平面和焦点 37
习题 39
第4章 转像系统 41
4.1 透镜转像 41
4.2 平面镜转像 42
4.2.1 平面镜 42
4.2.2 平面镜对光的偏转特性 43
4.2.3 双平面镜 43

4.3 平行平板 44
4.4 反射棱镜 46
4.4.1 单反射棱镜 46
4.4.2 屋脊棱镜 47
4.4.3 棱镜组合 47
4.4.4 棱镜成像方向的判断 48
4.4.5 棱镜的展开 50
4.4.6 棱镜外形尺寸的求解 52
习题 53
第5章 光阑 58
5.1 孔径光阑 58
5.1.1 孔径光阑的概念 58
5.1.2 孔径光阑的特点 58
5.1.3 入射光瞳和出射光瞳 59
5.1.4 孔径光阑的确定方法 60
5.1.5 与孔径光阑相关的概念 61
5.2 视场光阑 62
5.2.1 视场光阑的概念 62
5.2.2 入射窗和出射窗 62
5.2.3 视场 63
5.2.4 视场光阑的确定方法 63
5.3 渐晕光阑 63
5.3.1 渐晕光阑的概念 63
5.3.2 渐晕光阑的特点 64
5.3.3 渐晕系数 65
5.4 孔径光阑的应用—远心光路 67
5.4.1 物方远心光路 68
5.4.2 像方远心光路 69
习题 70
第6章 光能传播 72
6.1 立体角 72
6.2 辐射量 73
6.2.1 辐射通量 73
6.2.2 辐射强度 74
6.2.3 辐射出射度 74
6.2.4 辐射照度 74
6.2.5 辐射亮度 75
6.3 光学量 75
6.3.1 光通量 76
6.3.2 发光强度 77
6.3.3 光出射度 77
6.3.4 光照度 78
6.3.5 光亮度 79
6.4 光传播过程中的光亮度变化规律 81
6.4.1 单一均匀介质中光管内光亮度的传递 81
6.4.2 介质分界面处光亮度的传递 82
6.5 成像系统像平面的光照度 84
6.5.1 轴上像点的光照度 84
6.5.2 轴外像点的光照度 84
6.6 光学系统中透射率的计算 85
6.6.1 反射损失求解 85
6.6.2 吸收损失求解 86
习题 87
第7章 几何像差 89
7.1 单色像差 89
7.1.1 球差 89
7.1.2 彗差 92
7.1.3 场曲 94
7.1.4 像散 96
7.1.5 畸变 98
7.2 色差 100
7.2.1 位置色差 101
7.2.2 倍率色差 102
习题 103
第8章 像质评价 104
8.1 设计阶段 104
8.1.1 点列图 104
8.1.2 包围圆能量 104
8.1.3 瑞利判据、波前图 105
8.1.4 中心点亮度 106
8.1.5 点扩散函数 106
8.2 产品检测阶段 107
8.2.1 分辨率法 107
8.2.2 星点法 107
8.3 光学传递函数 108
8.3.1 非相干光学系统：低通线性滤波器 108
8.3.2 调制度 109
8.3.3 用MTF曲线评价光学系统成像质量 110
习题 111
第9章 典型光学系统 113
9.1 照相机 113
9.1.1 照相机结构和原理 113
9.1.2 照相机的光阑 113
9.1.3 照相机景深 113
9.2 眼睛 115
9.2.1 结构 115
9.2.2 眼睛的视度调节与校正 116
9.3 目视光学仪器 119
9.4 放大镜 120
9.4.1 视放大率 120
9.4.2 光阑 121
9.4.3 视场 122
9.5 显微镜 123
9.5.1 光学结构 123
9.5.2 系统的焦距 123
9.5.3 视放大率 123
9.5.4 光阑 125
9.5.5 分辨率 126
9.5.6 显微镜物镜 127
9.6 望远镜 128
9.6.1 光学结构 128
9.6.2 视放大率 129
9.6.3 望远镜的光阑和视场 129
9.6.4 分辨率 132
9.6.5 工作放大率 132
9.6.6 望远镜物镜 133
9.7 目镜 135
习题 137
参考文献 139