工程光学教学课件

1、教学内容 孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系。 视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系。 渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的关系。 照相系统的基本结构、成像关系和光束限制。 望远系统的基本结构、成像关系和光束限制。 显微系统的基本结构、成像关系和光束限制。 景深、远景景深、近景景深的概念，景深公式和影响因素 重点内容 光学系统的光阑的定义及作用，各种光学系统对。

2、工程光学课程教学大纲 课程代码0807408002 课程名称工程光学 英文名称Engineering Optics 学 分4 总 学 时64 讲课学时56 实验学时8 上机学时0 课外学时0 适用对象光电信息科学与工程专业学生 先修课程大学物理。

3、本章概述 光的电磁理论 1 1 明确光是电磁波 产生光效应的是电场强度矢量 波动的特性 1 2 讨论波的独立性 迭加性 相干性 光的干涉 1 3 1 8 干涉的应用 1 9 1 11 干涉仪和其他应用 附录计算方法和公式的推导 第一章光的干涉 光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科 光学通常分为以下四个部分 现代光学 以激光问世为标志 与许多科学技术领域紧密结合 派生了许多新的分支学科。

4、第 4 章习题 1 设照相物镜的焦距等于 75mm 底片尺寸 为 55mm 55mm 求该照相物镜的最大 视场角等于多少 2 设照相物镜焦距 f 75mm 在明视距离 观察时容许的弥散斑直径 Z 0 02175mm 试分析光圈数 F 2 8 5 6 和 11 时 对于 对准平面 P 10m 的景深情况 O 2 O 4 A F 1 B O 1 O 3 F 1 F 2 A B F 2 3 如 图 所。

5、第3章 平面与平面系统,平面镜成像 平行平板 反射棱镜 折射棱镜和光楔 光学材料,光学系统,平面镜棱镜系统,共轴球面系统,优点：共光轴、易调整,缺点：系统庞大,优点：结构紧凑、体积小,缺点：需与前者配合使用,平面光学元件：包括平面镜、棱镜、平行平板、光楔等,作用:(1)改变光轴方向；(2)平移光轴位置；(3)改变像 的位置和方向；(4)进行分光和合像；(5)产生色 散；(6)校正光学系统,本章重点,反射棱镜成像方向的确定 等效空气平板 光楔,平面镜成像,单平面镜成像,平面反射镜又称平面镜，是光学系统中最 简单而且也是唯一能成完善像的光学元。

6、第一章 光的干涉 Chap. 1 Interference of Light,主讲人：杨吟野 教授 贵州民族学院理学院,主要内容,1.1 光的电磁理论 1.2 波动的叠加性和相干性 1.3 由单色波叠加所形成的干涉图样 1.4 分波面双光束干涉 1.5 干涉条纹的可见度 光波的时间相干性和空间相干性 1.6 菲涅耳公式 1.7 分振幅薄膜干涉（一）等倾干涉 1.8 分振幅薄膜干涉（二）等厚干涉 1.9 迈克耳孙干涉仪 1.10 法布里-珀罗干涉仪 多光束干涉 1.11 干涉现象的一些应用 牛顿环,1.1 光的电磁理论,.光是某一波段的电磁波， 其速度就是电磁波的传播速度。,1.1 光的电磁理论,1.1 光的。

7、几何光学与成像理论工程光学基础1几何光学主要是以光线为模型来研究光 在介质中的传播规律及光学系统的成像特性 。本章主要介绍：1.几何光学的几本定律2.成像的概念和完善成像的条件3.光路计算和近轴光学系统 第一章 几何光学基本 定律与成像概念2一、基本概念光线：在几何光学中，通常将发光点发 出的光抽象为许许多多携带能量并带有方向 的几何线，即光线。光线的方向代表光的传 播方向。光线的传播途径称为光路。波面：发光点发出的光波向四周传播时 ，某一时刻其振动位相相同的点所构成的面 称为波阵面，简称波面。光的传播即为光波 。

8、1,应,用,学,光,2,光是什么?,3,光学的发展历史,光学是一门有悠久历史的学科，它的发展史可追溯到2000多年前。人类对光的研究，最初主要是试图回答“人怎么能看见周围的物体？”之类问题。约在公元前400多年(先秦的代)，中国的墨经中记录了世界上最早的光学知识。它有八条关于光学的记载，叙述影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。 自墨经)开始，公元11世纪阿拉伯人伊本海赛木发明透镜；公元1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地发明显微镜；一直到17世纪上。

9、1,第4章 光学系统中的光束限制,光阑 照相系统中的光阑 望远系统中成像光束的选择 显微镜系统中的光束限制与分析 光学系统的景深,2,本章重点,孔径光阑、视场光阑的确定方法 远心光路 景深,3,光阑：构成光具组的各种光学元件的边框或一些开孔屏，对成像光束的截面和空间立体角的大小等起到一定限制作用。,光阑的作用：通过限制光具组的光束孔径和视场，影响着光具组成像的像差、像的亮暗、景深、分辨本领及空间范。

10、第4章习题,1. 设照相物镜的焦距等于75mm,底片尺寸为55mm55mm，求该照相物镜的最大视场角等于多少？ 2. 设照相物镜焦距f75mm，在明视距离观察时容许的弥散斑直径Z0.02175mm,试分析光圈数F2.8、5.6和11时，对于对准平面P=10m的景深情况。,3. 如图所示，有一光学透镜组O1,O2的口径D1=D2=50mm,焦距f1=f2=150,两透镜间距为300mm,并在中间置以光孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm出置一光孔O4,孔径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。1）求孔径光阑和入瞳出瞳的大小和位置？2）求视场光阑和入窗出窗的大小和位置？,O4,首先，将系统中所有零。

11、像质评价,像质评价,瑞利判断（波像差） 中心点亮度 分辨率 点列图 光学传函,1. 用几何光线计算的光程差 与球面波之间的波像差,2.中心点亮度,像点的能量分布图,圆孔的夫琅和费衍射：,根据几何光学，平行光经过球面凸透镜后将会聚于透镜焦平面上一点。但实际上，由于光的波动性，平行光经过小圆孔后也会产生衍射现象，称为圆孔的夫琅和费衍射。圆孔的夫琅和费衍射图样为一个圆形的亮斑（称为艾里斑），在艾里斑的周围还有一组明暗相间的同心圆环。,3.分辨率,由于光学仪器中所用的孔径光阑、透镜的边框等都相当于一个透光的圆孔，所以圆孔的。

12、Applied Optics,像差理论,kongmmnjupt.edu.cn 18951995536,Applied Optics,像差的产生原因,近轴光线,像差：实际像与理想像之间的差异,Applied Optics,3,像差的大小反映了光学系统质量的优劣,几何像差主要有七种：,单色光像差有五种： 球差 彗差(正弦差) 像散 场曲 畸变,复色光像差有两种： 位置色差(轴向色差) 倍率色差(垂轴色差),一、几何像差,Applied Optics,在实际光学系统中，各种像差是同时存在的。,这些像差影响光学系统成像的清晰度、相似性和色彩逼真度等，降低了成像质量。,1、球差：,球面像差的简称(轴上点),Applied Optics,对。

13、李 立,工 程 光 学 （Engineering Optics）,哈尔滨工程大学理学院,工程光学课程作为一门专业基础课，主要包括几何光学和物理光学方面的基础理论、基本方法和典型光学系统的实例和应用。通过本课程的学习，学生能对光学的基本概念、基本原理和典型系统有较为深刻的认识，为学习光学设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的基础.本学期我们主要讲授几何光学与成像理论部分内容。,课程提纲几何光学与成像理论,第一章 几何光学基本定律与成像概念 第二章 理想光学系统 第三章 平面与平面系统 第四章 光学系统中的光阑与光束限制 第五章 光路。

14、1,第4章 光学系统中的光束限制,光阑 照相系统中的光阑 望远系统中成像光束的选择 显微镜系统中的光束限制与分析 光学系统的景深,2,本章重点,孔径光阑、视场光阑的确定方法 远心光路 景深,3,光阑：构成光具组的各种光学元件的边框或一些开孔屏，对成像光束的截面和空间立体角的大小等起到一定限制作用。,光阑的作用：通过限制光具组的光束孔径和视场，影响着光具组成像的像差、像的亮暗、景深、分辨本领及空间范围等。,光阑的类型：孔径光阑，视场光阑,4,孔径光阑,限制轴上物点光束宽度的光孔，也称为“有效光阑”,P1P2是孔径光阑,主要用于。

15、光学设计,目 录,光学设计软件简介 光学系统的基本参数描述 单透镜参数的Zemax设置 Zemax中的像质评价功能 Zemax优化与操作数 Zemax设计举例,软件简介,国内 SOD88 北理工研制的，适用于共轴光学系统，系统中的面型可以是球面，也可以是非球面，系统可以是折、反或折反射系统. GOLD（原名GOSA） 北理工研制的复杂光学系统分析优化大型软件包，可对各种非对称、非常规复杂光学系统进行像质分析和结构优化，其适用范围基本上囊括了目前国内外用于光学系统（特别是成像系统）设计制造的各种技术。 CIOES 长春光机所研制的，特点是密切结合光学。

16、1,第二章 理想光学系统,第一节 理想光学系统与共线成像理论,第二节 理想光学系统的基点和基面,第三节 理想光学系统的物像关系,第四节 理想光学系统的放大率,第五节 理想光学系统的组合,第六节 透镜,2,第一节 理想光学系统与共线成像理论, 任意大的空间、以任意宽的光束都成完善像 的光学系统。, 高斯光学（Gaussian Optics）,一、理想光学系统,2、物像空间皆为均匀介质：共扼成像,物像变换为点对点，线对线，面对面的关系。,1、任意物点经理想光学系统都成完善像点：共轭,3,二、共轴理想光学系统的成像性质,过主光轴的一个截面,1、位于光。