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書籍 | 光学全般

光学設計のための基礎知識
商品コード: 9784902312157

光学設計のための基礎知識

販売価格(税込) 4,180 円
ポイント: 41 Pt
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河合滋
A5判 約320頁
2006/3/15
光学設計を志す人を対象に、光学技術をとにかくわかりやすく!
オプトロニクス社

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概要

刊行趣旨

光学設計を志す人を対象に、光学の基礎を分かりやすく解説した。

読者対象

読者の知識としては高校レベル習得者を前提に解説。大学の学部レベルで講義される内容が殆ど網羅されている。

著者紹介

1983年筑波大学大学院修士課程修了。同年日本電気株式会社入社。回折光学素子、マイクロオプティックス等の研究開発に従事。1997年職業能力開発総合大学校助教授。2007年同教授。2012年4月、株式会社オプト・イーカレッジ設立社長に就任。工学博士

目次

※電子版をご希望の方は、OPTRONICS eBOOKをご利用ください。


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第1章 光学の基礎
 1.1 光と電磁波
 1.2 点光源と光線
 1.3 波面
  1.3.1 平面波
  1.3.2 球面波
  1.3.3 波面の変換
 1.4 幾何光学と物理光学
 1.5 幾何光学の基礎
  1.5.1 反射の法則
  1.5.2 屈折の法則
  1.5.3 全反射
  1.5.4 レンズによる結像
 1.6 身近な光学系
  1.6.1 眼の光学系
  1.6.2 望遠鏡の光学系
  1.6.3 顕微鏡の光学系
  1.6.4 カメラの光学系
  1.6.5 プロジェクタの光学系

第2章 幾何光学
 2.1 フェルマの原理
  2.1.1 反射の法則の導出
  2.1.2 屈折の法則の導出
 2.2 結像の概念
  2.2.1 共役な関係
  2.2.2 ガウス光学
 2.3 結像のパラメータ
  2.3.1 焦点距離
  2.3.2 主要点
  2.3.3 絞りと瞳
  2.3.4 明るさ
  2.3.5 像倍率
   (1) 横倍率
   (2) 角倍率
   (3) 縦倍率
   (4) 像倍率の間の関係
 2.4 球面による結像
  2.4.1 球面による屈折
   (1) 結像
   (2) 焦点距離
   (3) 像倍率
  2.4.2 球面による反射
 2.5 合成結像系
  2.5.1 焦点距離
   (1) 二つの結像系が離れている場合
   (2) 二つの結像系が近い場合
  2.5.2像倍率
 2.6 レンズによる結像
  2.6.1 球面レンズによる屈折
   (1)結像
   (2)焦点距離
   (3)光線の振れ角
  2.6.2 薄レンズ近似
  2.6.3 レンズのベンディング
  2.6.4 レンズの組合せ
 2.7 焦点深度と物体深度
  2.7.1 焦点深度
  2.7.2 物体深度
 2.8 簡単な光学系
  2.8.1 テレセントリック系
  2.8.2 望遠鏡系

第3章 幾何光学的な結像と収差論
 3.1 波長分散と色収差
  3.1.1 波長分散
  3.1.2 平均分散とアッベ数
  3.1.3 分散式
  3.1.4 色収差
  3.1.5 色消しレンズ(アクロマートレンズ)
  3.1.6 アポクロマートレンズ
 3.2単色収差
  3.2.1 色収差と単色収差
  3.2.2 収差の表し方
   (1) 波面収差
  3.2.3 波面収差と光線収差の関係
  3.2.4 ザイデルの5収差
   (1) 縦方向の焦点位置誤差(係数b1の項)
   (2) 横方向の焦点位置誤差(係数b2の項)
   (3) 球面収差(係数c1の項)
   (4) 非点収差(係数c2の項)
   (5) 像面湾曲(係数c3の項)
   (6) 歪曲(係数c4の項)
   (7) コマ(係数c5の項)
   (8) まとめ
 3.3 収差の補正方法
  3.3.1 正弦条件
  3.3.2 ハーシェルの条件
  3.3.3 ペッツバルの条件
  3.3.4 正像条件
  3.3.5 まとめ

第4章 波動光学
 4.1 光波の振幅と強度
  4.1.1 振幅の複素表示
  4.1.2 強度
  4.1.3 平面波
  4.1.4 球面波
 4.2 分散
  4.2.1 材料分散と構造分散
  4.2.2 群速度と群遅延
 4.3 干渉
  4.3.1 二つの波の干渉
   (1) 定在波
   (2) 平面波と平面波の干渉
   (3) 平面波と球面波の干渉
   (4) 球面波と球面波の干渉
  4.3.2 干渉の応用
   (1) 反射防止膜
   (2) ホログラフィ
  4.3.3 干渉計
   (1) マイケルソン干渉計(Michelson Interferometer)
   (2) マッハ・ツェンダ干渉計(Mach-Zehnder Interferometer)
   (3) シアリング干渉計(Searing Interferometer)
   (4) フィゾー干渉計(Fizeau Interferometer)
   (5) ファブリ・ペロ干渉計(Fabry-Perot Interferometer)
 4.4 回折
  4.4.1 ホイヘンスの原理
  4.4.2 回折積分
  4.4.3 フレネル回折
  4.4.4 フラウンホーファ回折
   (1) フーリエ変換レンズによる回折像
   (2) 点光源の回折
   (3) 平面波の回折
   (4) 矩形開口の回折
   (5) 円形開口の回折
   (6) 正弦波振幅格子の回折
   (7) 2値振幅格子の回折
 4.5 偏光
  4.5.1 直線偏光と円偏光
  4.5.2 p偏光とs偏光
  4.5.3 偏光の表現方法
   (1) コヒーレンシ行列
   (2) ジョーンズベクトル
   (3) ストークスパラメータとポアンカレ球
  4.5.4 部分偏光
  4.5.5 偏光デバイス
   (1) ジョーンズ行列による記述
   (2) ミュラー行列による記述
   (3) 偏光子
   (4) 移相子
   (5) 旋光子
  4.5.6 複屈折
  4.5.7 透過率と反射率
   (1) 振幅透過率と振幅反射率
   (2) ブリュースタ角
   (3) 透過率と反射率

第5章 波動光学的な結像とフーリエ光学
 5.1解像限界
  5.1.1 レイリの分解能
 5.2 レンズによる結像
  5.2.1 レンズの位相変換作用
  5.2.2 レンズを透過する光波の振幅
 5.3 レンズのフーリエ変換作用
  5.3.1 空間フィルタリング
  5.3.2 畳み込み
  5.3.3 相関
  5.3.4 標本化定理
 5.4 光学伝達関数と結像
  5.4.1 瞳関数
  5.4.2 点像分布関数
  5.4.3 伝達関数とインパルス応答
  5.4.4 光学伝達関数
  5.4.5 波動光学的結像
   (1) コヒーレント結像
   (2) インコヒーレント結像
  5.4.6 アッベの結像理論
  5.4.7 ストレール比とマレシャルの評価基準
 5.5 超解像技術
  5.5.1 アポタイゼーションフィルタ
  5.5.2 超解像フィルタ
  5.5.3 遮光体
  5.5.4 位相シフトマスク

第6章 レーザ光学
 6.1 マクスウェルの方程式
 6.2. 波動方程式
  6.2.1 静電磁界の波動方程式
  6.2.2 平面波の伝搬
 6.3. ガウシアンビーム
  6.3.1 ヘルムホルツ方程式
  6.3.2 ガウシアンビームの伝搬
  6.3.3 ガウシアンビームの特徴
  6.3.4 ビーム品質
   (1) ビームパラメータ積
   (2) M2ファクタ
 6.4 コヒーレンス
  6.4.1 時間的コヒーレンス

第7章 光学設計の手法
 7.1光線行列
  7.1.1 薄レンズの屈折
  7.1.2 一様媒質中の移行
  7.1.3 薄レンズによる光線の伝搬
  7.1.4 平面の屈折
  7.1.5 球面の屈折
  7.1.6 厚いレンズによる屈折
  7.1.7 球面鏡による反射
  7.1.8 アイコナル方程式と光線方程式
  7.1.9 分布屈折率型レンズ
  7.1.10 まとめ
 7.2 屈折光学系の設計
  7.2.1 移行過程
   (1) 球面から接平面までの移行
   (2) 接平面から球面までの移行
  7.2.2 屈折過程
  7.2.3 近軸光線追跡との関係
  7.2.4 メリジオナル光線の追跡
  7.2.5 光線収差から波面収差の導出
 7.3 回折光学系の設計
  7.3.1 計算機ホログラム
   (1) ローマン型計算機ホログラム
  7.3.2 回折光学素子
   (1) 干渉縞型ホログラム
   (2) 直接位相計算法
   (3) 一般的な設計手法
   (4) 回折計算法
   (5) 高屈折率法
  7.3.3 色収差
   (1) 回折光学素子の分散特性
   (2) ハイブリッド色消しレンズ
   (3) ハイブリッドアポクロマートレンズ
  7.3.4 応用
   (1) 多焦点レンズ
   (2) 多点結像レンズ
   (3) 平板光学系
   (4) 発受光一体型素子
   (5) ブラッグ回折
 7.4 レーザ光学系
  7.4.1 レンズによるビームの伝搬
  7.4.2 幾何光学との関係
 7.5 波動光学的な解析手法
  7.5.1 スポットダイヤグラム
  7.5.2 光学伝達関数の計算方法
 7.6 レンズ設計の手順
  7.6.1 レンズ設計の流れ
  7.6.2 必要なパラメータ
  7.6.3 光線追跡の手順

第8章 マイクロオプティックスと実装
 8.1 マイクロレンズ
  8.1.1 モールドレンズ
  8.1.2 分布屈折率型レンズ
  8.1.3 フレネルレンズ
  8.1.4 回折型レンズ
 8.2 半導体レーザ
  8.2.1 発光原理
  8.2.2 エッジエミッタ
  8.2.3 発振モード
  8.2.4 面発光レーザ
 8.3 外部光変調器
 8.4 光アイソレータ
 8.5 光ファイバ
  8.5.1 構造
  8.5.2 導波モード
  8.5.3 パラメータ
  8.5.4 伝送損失
 8.6 光アンプ
 8.7 フォトダイオード
 8.8 波長多重技術
  8.8.1 多層膜フィルタ
  8.8.2 ファイバグレーティング
  8.8.3 アレイ光導波路
 8.9 実装技術
  8.9.1 接続損失
  8.9.2 パッシブアライメント
  8.9.3 アクティブアライメント
  8.9.4 結像光学系
 8.10 実際の光学系
  8.10.1 走査光学系
  8.10.2 光ディスク
  8.10.3 ステッパ

◇付録 本書を理解するための数学の公式と解説
I.三角関数
 i) 三角関数の相互関係
 ii) 加法定理
 iii) 倍角の公式
 iv) 積和の公式
 v) 和積の公式
 vi) 次数を下げる時に用いる式
 vii) 正弦定理
 viii) 余弦定理
 ix) 方向余弦

II. ベクトルと行列
 i) スカラ
 ii) ベクトル
 iii) 行列
 vi) 行列式

III. 微分と積分

IV. ベクトル解析
 i) ベクトルの積
 ii) ベクトルと微分
  ・微分演算子
  ・勾配
  ・発散
  ・回転
 iii) ベクトル解析の公式

V. 複素関数の演算
 i) オイラーの公式
 ii) 加算
 iii) 乗算
 iv) 絶対値

VI. フーリエ変換
 i) フーリエ級数
 ii) フーリエ級数の複素関数表示
 iii) フーリエ変換
 iv) フーリエ逆変換
 v) 主な関数のフーリエ変換
 vi) フーリエ変換の光学的な意味
  ・時間と周波数の関係
  ・空間と周波数の関係

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