本书深入探讨了偏振探测、可见光探测、红外探测和激光通信等多维度信息获取与传输领域的离轴复杂光学系统设计理论与方法。针对偏振超分辨率成像、头戴式显示器、非球面头罩及空间激光通信等非常规光学系统的不同特点，研究它们特定的初始结构求解公式或设计方法，推导消像差公式，构建设计理论，得到接近最终设计结果的优化起点。书中理论与实例相结合，展示了设计理论的实际应用效果，为离轴复杂光学系统设计提供了理论基础，有助于多维度、高精度、高分辨率探测侦察以及高速信息传输技术的发展。
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“偏振成像探测技术学术丛书”序
前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 离轴复杂光学系统的研究背景与意义 2
1.2.1 偏振超分辨率成像光学系统的研究背景与意义 2
1.2.2 头戴式显示器光学系统的研究背景与意义 4
1.2.3 非球面头罩光学系统的研究背景与意义 6
1.2.4 空间激光通信离轴光学天线系统的研究背景与意义 8
1.3 离轴复杂光学系统的发展及研究现状 9
1.3.1 偏振超分辨率成像光学系统的发展及研究现状 9
1.3.2 头戴式显示器光学系统的发展及研究现状 14
1.3.3 非球面头罩光学系统的发展及研究现状 21
1.3.4 空间激光通信离轴光学天线系统的发展及研究现状 30
参考文献 38
第2章 反射式自由曲面同时偏振超分辨率成像光学系统工作原理 45
2.1 偏振探测成像技术简介 45
2.2 偏振探测成像光学系统常见的结构形式 47
2.3 全反射式同时偏振超分辨率成像光学系统选型及工作原理 49
2.4 本章小结 54
参考文献 54
第3章 反射式自由曲面同时偏振超分辨率成像光学系统设计 55
3.1 分孔径同时偏振超分辨率成像光学系统发展现状 55
3.2 分孔径离轴同时偏振超分辨率成像光学系统像差校正原理与方法 56
3.2.1 基于Wassermann-Wolf理论和赛德尔系数的光学系统消像差原理 56
3.2.2 分孔径离轴同时偏振超分辨率成像光学系统设计方法 59
3.3 设计结果 61
3.4 本章小结 66
参考文献 66
第4章 非球面头罩几何特性及初级像差特性分析 67
4.1 非球面头罩外形函数和基本参数 67
4.1.1 面形为连续函数的非球面头罩 67
4.1.2 拼接型头罩/窗口 70
4.2 非球面头罩三阶像差分析 71
4.2.1 Zernike多项式 71
4.2.2 Zernike多项式分析非球面头罩的像差特性 73
4.2.3 矢量波像差理论分析非球面头罩的像差特性 74
4.2.4 平面对称的矢量波像差理论 78
4.2.5 矢量波像差理论指导非球面头罩光学系统像差平衡 80
4.3 非球面头罩的几何特性与像差特点之间关联的探讨 81
4.3.1 曲面法线 82
4.3.2 非球面头罩子午曲率和弧矢曲率的差异 83
4.3.3 视轴偏差 86
4.3.4 非对称光瞳 88
4.4 本章小结 89
参考文献 90
第5章 适用于非球面头罩光学系统像差校正的特殊面形 92
5.1 透射式W-W曲面 92
5.1.1 透射式W-W微分方程 93
5.1.2 阿贝正弦条件 96
5.2 平面对称面形 98
5.3 高斯径向基函数表面 99
5.4 本章小结 102
参考文献 102
第6章 反射式W-W设计理论及其在非球面头罩光学系统中的应用 104
6.1 透射式W-W微分方程生成的曲面应用于非球面头罩光学系统的不足 104
6.2 非旋转对称的反射式W-W 微分方程推导 107
6.3 应用反射式W-W微分方程设计非球面头罩的两镜校正系统初始结构 113
6.4 基于平面对称反射镜倾斜的残余动态像差校正方案 116
6.5 应用反射式W-W微分方程的设计结果 117
6.6 本章小结 121
参考文献 122
第7章 拱形校正元件与动态校正器相结合的设计理论及其在非球面头罩光学系统设计中的应用 123
7.1 利用平面对称面形构造拱形校正元件 123
7.2 动态校正器设计原理及仿真手段 126
7.3 拱形校正元件与动态校正器相结合的非球面头罩光学系统设计实例 127
7.4 本章小结 131
参考文献 132
第8章 头戴式显示器光学系统的基本性能参数和结构形式 133
8.1 头戴式显示器的分类 133
8.1.1 按光学系统布局分类 133
8.1.2 按显示方式分类 134
8.2 人眼的视觉作用 135
8.2.1 人眼的生理结构 135
8.2.2 人眼光学系统模型 137
8.3 头戴式显示器光学系统的基本性能参数 138
8.3.1 视场 139
8.3.2 出瞳直径和出瞳距 140
8.3.3 调制传递函数 141
8.3.4 亮度和对比度 143
8.4 头戴式显示器光学系统的结构形式 144
8.4.1 折射式光学系统 144
8.4.2 折反射式光学系统 145
8.5 本章小结 146
参考文献 147
第9章 头戴式显示器光学系统设计方法与实例 148
9.1 自由曲面棱镜结构头戴式显示器的设计与研究 148
9.2 自由曲面棱镜头戴式显示器光学系统设计 155
9.2.1 设计思路及系统指标 155
9.2.2 初始结构设计 157
9.2.3 光学系统优化设计与像质评价 159
9.3 离轴自由曲面合成器头戴式显示器的设计与研究 164
9.3.1 离轴光学系统矢量像差理论 165
9.3.2 离轴自由曲面合成器头戴式显示器光学系统设计 175
9.4 本章小结 187
参考文献 188
第10章 空间激光通信离轴光学天线设计理论 191
10.1 两反系统的理论分析 191
10.1.1 共轴两反光学天线系统的理论基础 191
10.1.2 离轴两反光学天线系统的初始结构 196
10.2 三反系统的理论分析 198
10.2.1 共轴三反光学天线系统的理论基础 198
10.2.2 离轴三反光学天线系统的基本结构 201
10.3 离轴两反光学天线系统与离轴三反光学天线系统的性能比较 203
10.4 本章小结 203
参考文献 204
第11章 离轴两反与离轴三反光学天线系统设计方法与实例 205
11.1 空间激光通信中光学天线系统的像质评价方法 205
11.2 离轴两反光学天线系统设计 205
11.2.1 离轴两反光学天线系统结构形式 206
11.2.2 离轴两反光学天线系统设计结果与分析 207
11.3 离轴三反光学天线系统设计 209
11.3.1 离轴三反光学天线系统结构分类 209
11.3.2 离轴三反光学天线系统初始结构选择 211
11.3.3 离轴三反光学天线系统设计结果与分析 212
11.4 离轴两反与离轴三反光学天线系统比较 214
11.4.1 离轴两反与离轴三反光学天线系统结构形式比较 215
11.4.2 离轴两反与离轴三反光学天线系统性能比较 216
11.5 本章小结 217
参考文献 217
第12章 大视场自由曲面离轴光学天线设计方法与实例 218
12.1 用于离轴光学天线设计的自由曲面概念及其描述方法 218
12.2 大视场自由曲面离轴两反光学天线系统设计 220
12.2.1 自由曲面离轴两反光学天线系统与共轴两反光学天线系统结构参数比较 220
12.2.2 自由曲面离轴两反光学天线系统与共轴两反光学天线系统设计结果比较 222
12.2.3 自由曲面离轴两反光学天线系统与非球面离轴两反光学天线系统设计结果比较 226
12.2.4 本设计与现有离轴光学天线系统的比较 228
12.3 本章小结 229
参考文献 230
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