典型光学系统和像差理论三大部分

本课程包括几何光学、典型光学系统和像差理论三大部分，其后继课程是光学CAD课程设计。几何光学部分以高斯光学理论为核心内容，包括了光线光学的基本概念与成像理论、球面和平面光学系统及其成像原理、理想光学系统原理、光能和光束限制等基础内容；典型光学系统部分包括了眼睛、显微镜与照明系统、望远镜与转像系统、摄影光学系统和投影光学系统等成像原理、光束限制、放大倍率及其外形尺寸计算；像差理论详细叙述了光学系统的轴上点像差、轴外点像差和色差的形成原因、概念、现象、基本计算、典型结构的像差特征和校正像差的基本方法，为学生学习光学系统设计打下基础。教学内容及学时分配：第一章几何光学基本定律与成像概念（3学时）第一节发光点、光线和光束第二节光线传播的基本定律、全反射第三节费马原理 第四节物、像的基本概念和完善成像条件第二章球面与球面系统（3学时）第一节概念与符号规则 第二节轴上物点经单个折射球面成像第三节物平面以细光束经折射球面成像 第四节反射球面第五节共轴球面系统第三章平面与平面系统（5学时）第一节平面镜 第二节双平面镜第三节平行平板第四节反射棱镜第五节折射棱镜第六节光的色散第七节光学材料第四章理想光学系统（10学时） 第一节理想光学系统及其原始定义 第二节理想光学系统的基点与基面第三节物像位置和放大率、焦距和光焦度、节点 第四节光学系统的图解求像第五节光学系统的组合 第六节望远镜系统 第七节透镜第八节光学系统的焦距与基点位置的计算、焦距的测定第五章光学系统中的光束限制（5学时）第一节概述第二节光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳第三节光学系统的视场光阑、入射窗和出射窗、渐晕光阑第四节平面上空间像的不清晰度、景深第五节远心光学系统第六章光能及其计算（5学时）第一节辐射能通量、光通量第二节发光强度、光照度、光出射度和光亮度第三节光学系统光能损失的计算第四节通过光学系统的光通量、像的照度几何光学部分总复习（1学时）第七章典型光学系统（门学时）第一节眼睛第二节放大镜第三节显微镜及照明系统第四节望远镜及转像系统第五节摄影光学系统第六节投影及放映光学系统第八章像差概论（10学时）第一节轴上点像差节望远镜及转像系统第五节摄影光学系统第六节投影及放映光学系统第八章像差概论（10学时）第一节轴上点像差第二节轴外点像差第三节色差第四节波像差第九章像质评价（1学时）第一节中心点亮度

列图第五节光学传递函数像差第九章像质评价（1学时）第一节中心点亮度

列图第五节光学传递函数第二节瑞利判断第三节分辨率第四节点第一章几何光学基本定律与成像概念（3第一章几何光学基本定律与成像概念（3学时）1•发光点S波面、光线、光束的概念光的直线传播定律・光的独立传播定律・反射定律和折射定律及其矢量形式全反射及临界角光程与极端光程定律（费马原理）光轴、顶点、共轴光学系统和非共轴光学系统实物（像）点、虚物（像）点、实物（像）空间、虚物（像）空间7・完善成像条件第二章球面与球面系统（3学时）子午平面、2物（像）方截距、物（像）方倾斜角符号规则近轴光线与近轴区，单个折射球面成像特征：对细小平面以细光束成完善像4・阿贝不变量，单个折射球面的近轴物像位置尖系折射球面的光焦度、焦点和焦距6・垂轴放大率、沿轴放大率、角放大率：物理意义及尖系7・拉氏不变量第三章平面与平面系统（5学时）平面镜的像，平面镜的偏转，双平面镜二次反射像特征及入、出射光线的夹角平行平板的近轴光成像特征常用反射棱镜及其展开、结构常数屋脊棱镜与棱镜组合系统，坐标判断角锥棱镜折射棱镜及其最小偏角，光楔光的色散光学材料及其技术参数第四章理想光学系统（9学时）理想光学系统原始定义理想光学系统的焦点、焦平面、主点、主平面理想光学系统的节点4・理想光学系统的物像位置尖系，牛顿公式和高斯公式理想光学系统物方焦距与像方焦距的尖系理想光学系统的拉氏不变量7・理想光学系统的光焦度及其与焦距的尖系理想光学系统的垂轴放大率、沿轴放大率和角放大率及其尖系几个特殊位置的三种放大率理想光学系统的作图法11-理想光学系统的组合：作图法和计算法远距型和反远距型理想光学系统模型焦距仪基本原理截距计算法和正切计算法望远镜系统的理想光学系统模型视觉放大率概念望远镜与其他光组的组合薄透镜成像原理厚透镜的基点和基面及其与光组组合的尖系第五章光学系统的光束限制（5学时）光阑的概念孔径光阑及其判断，入瞳、出瞳的概念及其与孔径光阑的共觇尖系入、出瞳在光学系统中的作用主光线视场光阑概念、位置7・视场光阑在光学系统中的作用8・拦光及渐晕光阑9•渐晕光阑在光学系统中的作用，渐晕系数10.对准平面、景像平面、远景平面、近景平面、远景深、近景深、景深11・景深与焦距、相对孔径、对准距离的尖系12物（像）方远心光学系统第六章光度学基础（4学时）1・ 辐射能通量、光通量光谱光视效率、发光效率发光强度、光照度、光出射度、光亮度黑体与白体，余弦辐射体光束在同种介质中传播时的光亮度6・经界面反射和折射时光亮度的传播光学系统透过率的计算成像光学系统像面轴上点的照度像面照度与视场的尖系其他：期中考试（2学时），总复习（1学时）实验光学系统的成像原理（透镜成像、棱镜成像）与光组组合光学系统的焦距测量光学材料的参数测量典型光学系统第七章典型光学系统（11学时）眼睛（2）眼睛的构造，黄斑、中心凹、视轴、盲斑标准眼和简约眼眼睛的调节，远点（距）、近点（距），正常眼和非正常眼（近视、远视、散光、斜视）眼睛的适应，眼睛的分辨本领与相尖因素，瞄准精度单眼与双眼体视，立体视角差、立体视差、体视锐度、体视圈半径、体视阈值放大镜（1）放大镜的成像原理放大镜的放大倍率放大镜的光束眼制显微镜及照明系统（2）1・显微镜的成像原理、放大倍率显微镜的基本结构和齐焦条件显微镜的光束限制显微镜的景深及相尖因素显微镜的分辨率与数值孔径，有效放大率与数值孔径尖系显微镜的物镜目镜简介，视度调节、镜目距显微镜的临界照明与柯拉照明，两对共轨尖系，照明系统应满足的条件望远镜及转像系统⑶望远镜的成像原理与放大率望远镜的分辨率与正常放大率望远镜的瞄准精度4・望远镜的主观亮度望远镜的光束限制望远镜的物镜目镜简介，视度调节7・望远镜的棱镜转像系统、单组和双组透镜转像系统，场镜的作用8.光学系统外形尺寸计算（含棱镜展开及空气平板法）摄影光学系统⑵摄影光学系统的焦距、相对孔径（与光圈数的矣系）和视场2・摄影物镜的光束限制，相对孔径与照度尖系3.摄影物镜的景深和几何焦深4・摄影物镜的分辨率表示5.标准镜头、广角镜头、远摄镜头效果投影及放映光学系统⑴1・像面照度均匀时投影系统和照明系统的位置尖系，对照明系统的要求宽银幕镜头简介第八章像差概论（10学时）球差概念与展幵，轴向球差与垂轴球差，初级球差与高级球差球差曲线，具有初级球差和二级球差时的特征单个折射球面的球差特征，三个无球差点、反常区与半反常区，齐明透镜设计初级球差与孔径的尖系，第一赛得和数，整体缩放对像差的影响薄透镜与简单薄透镜系统的球差特征、最小球差形状，平行平板的球差正弦条件、等晕成像与等晕条件，正弦差，单个折射球面不产生正弦差的条件第二赛得和数，薄透镜和简单薄透镜系统的初级正弦差特征轴外像差(3)1・轴外像差概念彗差的产生、度量、现象、彗差曲线像散与像面弯曲的产生、度量、现象、像散与场曲曲线畸变的产生、度量、现象、畸变曲线初级轴外像差与孔径、视场的尖系，第三、四、五赛得和数匹兹凡面弯曲及其校正方法色差(2)1・位置色差的产生、度量、现象，与球差的异同三色球差曲线，二级光谱概念倍率色差的产生、度量、现象4・初级位置色差与初级倍率色差，与孔径、视场的尖系，第一、二色差和数平行平板的位置色差单薄透镜、接触与分离薄系统的位置色差特征，位置色差、倍率色差的校正波像差(2学时)1•波像差概念，瑞利判据，与几何像差尖系，离焦原则参考点移动引起的波像差，焦深色差引起的波像差，球色差、几何色差与波色差的尖系光学系统的像差容限第九章光学系统的像质评价（1学时）光学系统的像质评价（几何像差曲线、点列图、波像差、传递函数）光学系统的像质检验（星点检验、分辨率、传递函数）其他：习题讨论1学时，总复习1学时光学CAD课程设计知识点光学系统的光路计算（3学时）1・第一近轴光和第二近轴光近轴光线的初始条件近轴光线的光路计算子午面内实际光线的初始条件5-子午面内实际光线的光路计算•沿主光线的细光束计算初始条件•沿主光线的细光束像点的计算光路计算的后处理光学自动设计概述（3学时）1・结构参数与像差函数2评价函数加权阻尼最小二乘法4・边界条件光学系统图画法光学零件图画法光学零件公差光学设计软件介绍（4学时）1・Zemax软件总体介绍光学系统结构参数输入光学系统外部参数输入4・评价函数输入光学系统二维、三维图沿轴像差图形及数据轴外像差图形及数据像质评价图形及数据（点列图、波像差、传递函数）优化设计边界条件优化设计功能应用设计实践（30学时）选择题练习1.1.要使通过放大镜看到的视场大些，设放大镜半径h,人眼到放大镜的距离 d，则+增大h,减小d+增大h,减小d增大h,增大d减小h‘增大d减小h,减小d长焦距物镜要具有较短的工作距离，应采用**正负分离正组在前的系统**正负分离正组在前的系统正负分离负组在前的系统设一物经光学系统成像于屏上，今其他条件不变，仅调整孔阑大小使sinU增大到原来的3倍，则像面中心的光照度将变为原来的1/9倍* 9倍1/3倍3倍200度的近视眼，应配戴的眼镜的焦距为LoOmmIsOOmm-500mmLoOmmIsOOmm-500mm—200m