第09章工程光学 郁道银 第二版ppt课件
工程光学课后答案(郁道银版)
《工程光学》郁道银版第一章1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。
解：则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s,当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s,当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s，当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s，当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有：n0sinI1=n2sinI2 (1)而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：(2)由（1）式和（2）式联立得到n0 sinI1 .5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
第二版工程光学分解课件
02
光学系统与元件
透镜与光学镜头
透镜的分类
光学镜头的应用
根据透镜的形状和焦距，透镜可以分 为球面透镜、非球面透镜、双凸透镜 、双凹透镜和凸凹透镜等。
折反镜由反射镜和折射镜 组成，通过改变光路，将 光线聚焦在一点上。
折反镜的应用
在望远镜、显微镜和照相 机等光学仪器中广泛应用 ，用于改变光路和聚焦光 线。
滤光片与分光仪
滤光片的分类
根据滤光片的透过光谱， 滤光片可以分为可见光滤 光片、红外滤光片、紫外 滤光片等。
分光仪的结构
分光仪由棱镜或光栅等分 光元件和探测器组成，可 以将光谱分成不同的波段 。
非线性光学材料
研究和发展新型非线性光学材料，如有机晶体、 无机晶体、光折变晶体等，以提高非线性光学效 应的转换效率。
非线性光学应用
非线性光学在光通信、光信息处理、光计算等领 域有广泛应用，如光参量振荡、倍频、和频等。
光子学与光子技术
光子学基础
01
研究光子的产生、传播、相互作用等基本规律，以及光子与物
在摄影、摄像、显微镜、望远镜等领 域广泛应用，用于聚焦光线、改变光 路等。
光学镜头的基本参数
包括焦距、光圈、视场角、相对孔径 等，这些参数决定了镜头的光学性能 和使用范围。
反射镜与折反镜
01
02
03
反射镜的分类
根据反射面的形状，反射 镜可以分为平面反射镜、 凹面反射镜和凸面反射镜 等。
折反镜的结构
质的相互作用机制。
光子器件
02
(完整word版)郁道银主编_工程光学(知识点)
1 、波面：点光源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等相位面称为波阵面，简称波面。
2 、几何光学的四大基本定律1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。
2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。
3 ）反射定律和折射定律（全反射）：全反射：当光线从光密介质向光疏介质入射，入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。
sinI m =n ’/n ，其中I m 为临界角。
3 、费马原理光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。
4 、马吕斯定律光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面正交，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
5 、完善成像条件（3种表述)1）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波；2）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束； 3）、物点A 1及其像点A k ’之间任意二条光路的光程相等。
6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义）rnn l n l n -=-''' r l l 21'1=+ ( 反射球面，n n -=' )7 、垂轴放大率成像特性：β>0,成正像，虚实相反；β<0,成倒像，虚实相同。
|β|>1,放大；|β|<1，缩小。
注：前一个系统形成的实像，若实际光线不可到达，则为下一系统的虚物。
若实际光线可到达，则为下一系统的实物。
8 、理想光学系统两焦距之间的关系nn f f ''-= 9 、解析法求像方法为何？（牛顿公式、高斯公式）1）牛顿公式：2）高斯公式：'11'1f l l =-10 、理想光学系统的组合公式为何？正切计算法'tan '31U h f11 、几种典型的光组组合及其特点（组成、特点和应用）？12、平面光学元件的种类？作用？（4种）平面反射镜，唯一能成完善像的最简单的光学元件，可用于做光杠杆 平行平板，平行平板是个无光焦度的光学元件，不使物体放大或缩小， 反射棱镜，实现转折光路、转像和扫描等功能。
工程光学郁道银第二版
P
u (1/ n)
2
u n
1/
u n
u 1/
n
2
u n
u n
W
u (1/ n)
u n
1/
u n
u 1/
n
u n
u n
光学系统的 7 种初级像差，分别被 7 个塞得和数决定
ZF 2 : nD 1.67268, 32.2, nF 1.68747, nC 1.66662
I 0.02013, II 0.01013 L0 (1909022 871.332 9.943) 0
1
1 1 2
2
2 1 2
A.双胶合物镜 （小视场，校正色差，球差，近轴慧差）--胶合面：有足够大的 正球差抵消1,3面的负球差，伴随大孔径要求，导致大的正高级球 差（大于1,3面的负高级量和），系统因此有正高级球差。
焦距f‘mm
50
100 150
200
300
500
1000
相对孔径D/f’ 1:3
1:3.5 1:4
1:5
1:6
,
3, II
a112 a232 b11 b23 c
三、薄透镜的正弦差：OSC0
1 2J
SII
SII
lunip (i
i)(i i)
SI
ip i
OSC0
1 2
h2
n
郁道银主编-工程光学(知识点)
第一章小结（几何光学基本定律与成像概念）1 、光线、波面、光束概念。
光线：在几何光学中，我们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。
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等相位面称为波阵面，简称波面。
光束：与波面对应所有光线的集合称为光束。
2 、几何光学的基本定律（内容、表达式、现象解释）1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。
2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。
3 ）反射定律和折射定律（全反射及其应用）：反射定律：1、位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角和入射角绝对值相等，符号相反，即I’’=-I。
全反射：当满足1、光线从光密介质向光疏介质入射，2、入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。
sinI m=n’/n，其中I m为临界角。
应用：1、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。
（镀膜平面反射镜只能反射90%左右的入射光能）2、光纤折射定律：1、折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、折射角的正弦和入射角的正弦之比与入射角大小无关，仅由两种介质的性质决定。
n’sinI’=nsinI。
应用：光纤4 ）光路的可逆性光从A点以AB方向沿一路径S传递，最后在D点以CD方向出射，若光从D点以CD方向入射，必原路径S传递，在A点以AB方向出射，即光线传播是可逆的。
5 ）费马原理光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。
（光是沿着光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播的），也叫“光程极端定律”。
6 ）马吕斯定律光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的一个基本定律，而把另外两个作为该基本定律的推论。
《工程光学》课件
光学信号处理原理
光学信号处理概述 简要介绍了光学信号处理的基本 概念和原理，包括光波的干涉、 衍射、傅里叶变换等方面的知识 。
全息术与光学信息处理 简要介绍了全息术的基本原理和 应用，以及光学信息处理技术的 发展和应用前景。
干涉测量技术 详细介绍了干涉测量技术的基本 原理和应用，包括干涉仪的结构 和工作原理、干涉图样的分析和 解释等方面的知识。
的发展提供了新的机遇和挑战。
工程光学在各领域的应用
能源领域
太阳能利用、激光焊接、激光切割等 。
通信领域
光纤通信、光网络技术等。
环境监测领域
光谱分析、大气污染监测等。
生物医学领域
医学成像、光谱诊断、激光医疗等。
CHAPTER 02
工程光学基础知识
光的本质与传播
光的本质
光是一种电磁波，具有波粒二象性。 其电磁场振动方向与传播方向垂直， 表现出横波的特征。
显微镜
介绍了显微镜的基本原理和结构，包括透射光显微镜和反 射光显微镜等类型，以及显微镜的性能参数和选择方法。
激光器
简要介绍了激光器的基本原理和结构，包括气体激光器、 固体激光器、光纤激光器等类型，以及激光器的性能参数 和应用领域。
光学系统设计原理
光学系统设计基础
介绍了光学系统设计的基本概念和原则， 包括光学材料、光学镀膜、光学元件加工
光学信息处理实验
研究光学信息处理技术，如傅里叶 变换、光学图像处理等，掌握光学 信息处理系统的基本构成和操作方 法。
光学系统设计与制造实践
光学系统设计实践
通过实践了解光学系统设计的基本原理和方法，掌握光学设 计软件的使用技巧，熟悉光学元件的选择和加工工艺。
光学制造工艺实践
郁道银 几何光学
第6章 光路计算与像差理论
• 光路计算
计算光线选择
• 产生像差原因：
孔径、视场、波长
• 像差分类
波像差；7种几何像差
• 齐明点与齐明透镜
第7章 典型光学系统
• 眼睛
– 调节与适应 – 缺陷与校正 – 目视光学仪器
• 放大镜 250 ＝ • 显微镜 f' • 望远镜 • 照相系统与投影系统
第4章 光学系统中的光束限制
• 孔径光阑－（入瞳、出瞳：共轭） • 视场光阑－（入窗、出窗：共轭） • 渐晕光阑－渐晕系数 • 典型系统的光束限制 • 远心光路－测量仪器
第5章 光度学与色度学
• 辐射量、光学量 • 光传播中的变化规律、余弦辐射 • 光学系统的能量损失：三种
透射面的反射损失；介质吸收损失； 反射面的光能损失。
《几何光学》与工程实践
理论：why？ 工程：how？ 必须让学生改变学习思路
《几何光学》与工程实践
教师需熟知照相系统的主 要构成、物镜的主要参数 及其意义、物镜的结构形 式及其特点，并特别明确 光阑在照相系统中的作用
《几何光学》与工程实践
Байду номын сангаас
教师需熟知各种类型的 望远镜，明确球面系统、 平面系统以及多种光阑 在仪器中的特点和作用
－ 显微镜 1）组成（光学结构特点）、成像关系、 光束限制（生物显微镜和测量显微镜） 2）视觉放大率公式： tg ' 250 e tg f '0 f ' e
• • • • • •
3）数值孔径：NA＝nsinu, D'＝500NA/Г 4）物镜的分辨率： σ＝a/β＝0.61λ/NA 5）有效放大率：500NA≤Г≤1000NA 6）物镜的景深：NA,
工程光学完整课件1上课讲义
本课程的基本情 况
专业基础课
总学时：64 其中：理论学时：48 实验学时：16
教材及参考书
教 材： 《工程光学》 郁道银 谈恒英 机械工业出版社 参考书：《应用光学》 胡玉禧 安连生 中国科技大学出版社
《应用光学》 王文生 华中科技大学出版社
考核方式
闭卷考试 总评成绩比例：卷面70% 实验20% 平时10%
天体
遥远的距离
观察者
光线
发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发 光点发出的光抽象为带有能量的线，它代表光的传 播方向。
光束
一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光 向四周传播，形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位 相同的点构成的面
称为波面。
波面上某一点的法线就是这一点上光的传播
方向，波面上的法线束称为光束。
sin I sin I '
nab
n ab :介质 b 对介质 a 的相对折射率，
如果介质 a 为真空，则介质 b 对真空的折
射率也称为绝对折射率，用 n b 表示
也可表述为：
nb
c vb
C：在真空中光速， v b ：在介质 b 中光速
两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示
n ab
va vb
重点：几何光学基本定律
一、光的直线传播定律
在各向同性的均匀透明介质中，光线沿 直线传播。
二、光的独立传播定律
不同的光源发出的光线在空间某点相遇 时，彼此互不影响。在光线的相会点上，光 的强度是各光束的简单叠加，离开交会点后 ，各个光束按原方向传播。
三、折射和反射定律
光的折射和反射定律研究光传播到两 种均匀介质的分界面时的定律。
工程光学课后答案(郁道银版)
《工程光学》郁道银版第一章1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。
解：则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s,当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s,当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s，当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s，当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有：n0sinI1=n2sinI2 (1)而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：(2)由（1）式和（2）式联立得到n0 sinI1 .5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
工程光学郁道银
工程光学郁道银PPT大纲
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CONTENTS
01 添加目录标题
02 工程光学概述
03 工程光学基础知识
04 工程光学应用领域
05 工程光学实验与实 践
06 工程光学前沿技术 与发展趋势
添加章节标题
工程光学概述
定义与背景
添加项标题
工程光学是一门研究光与物质相互作用以及光信息传输、处理和存 储的学科。
光学系统与成像
光学系统的基本组成 成像原理及分类 光学仪器的成像特性 光学系统的应用领域
光的度量与计算
光的波长、频率和能量之间的关系 光通量、发光强度和光照度的定义及计算方法 光的反射、折射和吸收的基本规律 光学系统中的光束限制和光能计算
工程光学应用领域
物理光学应用
干涉和衍射：在物理实验、计量和测量中广泛应用 光学仪器：显微镜、望远镜、照相机等光学仪器中应用 光学信息处理：全息摄影、光学图像处理等领域应用 光学通信：光纤通信、空间光通信等领域应用
互补性：物理光 学和几何光学相 互补充共同构成 了光学学科体系。
工程光学在各领域的应用实例
医学领域：光学仪器用于诊断和治疗如激光手术刀、光学显微镜等。 军事领域：光学仪器用于瞄准和侦察如望远镜、瞄准镜等。 通信领域：光纤通信利用光的传输性质实现高速、大容量的通信是现代通信的重要支柱之一。 能源领域：太阳能光伏利用光生伏打效应将光能转化为电能是可再生能源的重要应用之一。
工程光学发展趋势分析
微纳光学技术：利用微纳加工技术在芯片上实现光学器件具有小型化、集成化的优势 是未来光学技术的重要发展方向。
光子晶体技术：利用光子晶体具有控制光子传播的特性可应用于光子集成电路、光 子计算机等领域是未来光通信和光计算的重要技术。
工程光学基础教程(第2版)课件9-3
瑞利散射：指散射粒子线度比波长小很多的粒子散 射。1/10波长以下。
米氏散射：粒子线度大于10倍波长的较大粒子散射。 此时散射光强几乎与波长无关。
6
瑞利散射的特征： 1、散射光强与入射频率（波长）的4次方成正比
（反比）。
I 4 1 4
2、散射光强随观察方向而变。
I I0 1 cos2
吸收系数 = C 与溶液的浓度 C 成正比。
I I0eCl
为与浓度C无关的常量
该定律成立条件：浓度不高；溶剂分子不能明显 影响溶质分子对光的吸收作用。
2
Hale Waihona Puke （二）吸收的波长选择性 整个光学波段，所有物质的吸收都具有波长选
择性。 表示：吸收系数与波长的关系曲线。 应用：光谱分析。
3
二、光的色散
色散：光在物质中传播时其折射率（传播速 度）随光波频率（波长）而变的现象。
（一）正常色散和反常色散
正常色散：折射率随波长的增加而减小。发 生在物质透明区。
反常色散：折射率随波长的增加而减大。发 生在物质吸收区。
4
2、公式－柯西（A. L. Cauchy）公式
n
A
B
2
C
4
适用性：正常色散
5
三、光的散射
散射：由于物质中存在微小颗粒对光束的作用，使 光波偏离原来的方向而向四周散开的现象。
率一致，而与入射光频率无关。
8
（二）拉曼散射和布里渊散射 布里渊散射：
光通过由热波产生声波的介质，在散射光 中除包含原来入射光的频率外，其两侧还出现 频谱线。但其频移量很小。
下一节9
3、散射光具有偏振性，并与 有关。
7
（二）拉曼散射和布里渊散射
工程光学 第二章 郁道银版 PPT作者窦柳明(长沙理工大学)
第二节 理想光学系统的基点和基面
（3）为求物镜的物方焦距f、物方焦点的位置F、物方主点的位 置H，可沿反向光路追迹一条平行于光轴的光线。 利用近轴光线的光路计算公式 平行光线初始坐标为： 逐面计算，其结果为：
l u1 0 h1 10m m i1 h1 / r1
' lF mm, u' 0.121869 ' l ' 70.0183 h h f ' 82.055m m tgU ' u 'l ' l f ' 12.0366 mm
第一节
理想光学系统与共线成像理论
作图法证明： ①已知两对共轭面的位置和放大率
已知：M为理想光学系统 像面O’1与物面O1共轭，其对应放大率为β1 像面O’2 与物面O2共轭，其对应放大率为β2 求： 物空间任意物点O的像点位置O’ B A M O’ B’ A’
第一节
理想光学系统与共线成像理论
作图法证明： ②已知一对共轭面的位置和放大率，以及轴上两对共 轭点的位置
定义：像方焦点、焦平面；像方主点、主平面；像方焦距
A B Q’ F’ H’ E’
像方主平面
像方主点H’：平行于光轴的入射光线AB的延长线，与其出射光 线E’F’反向延长线交于Q’，过Q’作垂直光轴的平面与光轴的交点 H’。 像方主平面：过像方主点H’且垂直于光轴的平面Q’ H’ 。
第二节 理想光学系统的基点和基面
第二章
理想光学系统
第二章
1 第一节 第二节 第三节
理想光学系统
理想光学系统与共线成像理论 理想光学系统的基点与基面 理想光学系统的物像关系
2
3
4
4 5
第四节
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评价方法
• 1 不考虑衍射： 光路追迹法（点列图，像差曲线）；
• 2 考虑衍射： 绘制成像波面，光学传递函数等
第一节 瑞利判断
• 最大波像差小 于λ/4时，此 波面可看作是 无缺陷的。
• 球差曲线： 球差曲线纵 坐标是孔径，横坐标是 球差（色球差），使用 这个曲线图，一要注意 球差的大小，二要注意 曲线的形状特别是代表 几种色光的几条曲线之 间的分开程度，如果单 根曲线还可以，但是曲 线间距离很大，说明系 统的位置色差很严重。
第九章 光学系统的像 质评价
• • • • • • •
第一节 瑞利判断与波前图 第二节 中心点亮度与能量包容图 第三节 分辨率与点扩散函数 第四节 星点检测法与点列图 第五节 光学传递函数评价成像质量 第六节 其它像质评价方法 第七节 光学系统的像差公差
丽江站天文观测条件
H-P comet and the ecliptic light
ISO12233鉴别率板
• 投影鉴别率 左图是光 学车间常用的投影鉴 别率仪，使用时只要 将被测镜头装夹好， 将投影图调至最清晰 就可以对各个方向上 的分辨率进行判度， 适用于大批量生产的 光学检验，或调试使 用。
第四节 点列图
• 由一点发出的许多光线经光学系统后，因 像差使其与像面的交点不再集中于同一点， 而形成了一个散布在一定范围的弥散图形， 称为点列图。点列图是在现代光学设计中 最常用的评价方法之一。
成分， 从而突出轮廓亮度 —— Leabharlann 成亮的镶边。F扩束
P1
L
高频滤波和轮廓突出
大 头 针
P2
亮 边
• MTF曲线图 • 图中不同色的曲线 表示不同视场的复 色光（白光） MTF曲线，T和S 分别表示子午和弧 矢方向，最上方黑 色的曲线是衍射极 限。横坐标是空间 频率lp/mm，纵坐 标是对比度，最大 是1。曲线越高， 表明成像质量越好。
• 调制传递函数MTF：一定空间频率下像的 对比度与物的对比度之比。能反映不同空 间频率、不同对比度的传递能力。一般而 言，高频传递函数反映了物体细节传递能 力，低频传递函数反映物体轮廓传递能力， 中频传递函数反映对物体层次的传递能力。
在物的频谱面F上放一个高通滤波器 （玻璃片中心镀个不透明的斑）， 挡掉0级和低频
第三节 分辨率
• 反映光学系统分辨物体细节的能力，可以 评价成像质量。
瑞利判据
瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：点物S1的艾里斑中心恰好 与另一个点物S2的艾里斑边缘（第一衍射极小）相重合时，恰 可分辨两物点。 S1 可分辨 S2
S1 S2
S1 S2
恰可分辨
100% 75%
不可分辨
一个点物衍射图样的中央极大与近旁另一个点物衍射图样 的第一极小重合，作为光学成像系统的分辨极限，认为此时系 统恰好可以分辨开两个点物。称此分辨标准为瑞利判据。
• 分别表示给定的几个视场上不同光线与像面交点的分布情况。使用点列 图，一要注意下方表格中的数值，值越小成像质量越好。二根据分布图 形的形状也可了解系统的几何像差的影响，
点列图特点
• 大量光路计算，只有利用计算机完成；
• 形象直观的评价方法； • 应用于大像差的照相物镜等设计中；
第五节 传递函数
TTL 2.4米望远镜
TTL 2.4m robotic telescope
2.4米望远镜科学目标 大视场巡天观测
高角分辨成像观测 瞬变源的观测
国际联合监测
• 望远镜采用RC 光学系统和卡 塞格林焦点系 统 • 美国 Photometrics 公司的 1024CCD系统
荣获1986年诺贝尔物理学奖的扫描隧道显 微镜最小分辨距离已达0.01Å，能观察到单
• 轴外细光束像差曲线 这一般是由两个曲线 图构成图中左边的是 像散场曲曲线，右边 的是畸变，不同颜色 表示不同色光，T和S 分别表示子午和弧矢 量，同色的T和S间的 距离表示像散的大小， 纵坐标为视场，右图 横坐标是场曲，左图 是畸变的百分比值， 左图中几种不同色曲 线间距是放大色差值。
瑞利判断的特点
• 1 基于几何的方法；（光程差曲线、像差曲 线） • 2 基于衍射的方法：（点扩散函数、线扩散 函数）FFT
• 3 考虑材料、加工、安装等因素；
第七节 像差公差
• 望远物镜和显微物镜的像差公差
• 望远目镜和显微目镜的像差公差 • 照相物镜的像差公差
传函测量
• 传函测量要使用光学传递函数测试仪，下 图是一台传函测试仪，使用时只要将被测 物镜装夹好，将光点调到最小，就可以得 到这个物镜传函曲线图。
MTF特点
• 与光学系统的像差有关，又和光学系统的 衍射有关； • 客观、可靠； • 同时运用于小像差光学系统和大像差光学 系统；
第六节 其它方法
传函与离焦关系图 此图表明对设定 空间频率不同视 场的子午、弧矢 MTF与离焦量的 关系，图中横坐 标是离焦量，纵 坐标是对比度， 通过此图可以看 出各视场的最佳 焦面是否比较一 致，MTF是否对 离焦比较敏感。 此图在光学设计 后期，精细校正 时很有用。
MTF曲线的积分值评价成像质量
• MTF曲线只能反映少数点的情况； • 理论上像点的中心亮度值等于MTF曲线的 面积； • 面积越大，信息越多，像质越好；
个原子的运动图像。
将扫描隧道显微镜技术用于分子级加工， 主要基于量子力学中的隧道效应。
1990年，美国圣荷塞IBM阿尔马登研究所D.M.Eigler等人 在超真空环境中，用35个Xe原子排成IBM三个字母，每个 字母高5nm，Xe原子间的最短距离为1nm，如图所示。
1992年又成功移动了吸附在Pt表面上的CO原子，1993年成功移 动48颗Fe原子排列成圆形，实现原子操纵技术。
优点：方便使用、关系简单；（几何像差曲 线进行图形积分得到波像差。） 缺点： • 只考虑波像差的允许公差，未考虑其在整 个波面的比重；（气泡、划痕） • 只适用于小像差光学系统。
第二节 中心点亮度（斯托列尔 准则）
• 成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍 射斑的中心亮度之比S.D来表示成像质量。 • S.D≥0.8,成像完善； • 与瑞利判断方法是一致的； • 只适用小像差系统； • 计算复杂，计算机软件计算。
科学家把碳60分子每十个一组放在铜的表面组成了世界上 最小的算盘。
中国科学院化学所的科技人员利用纳米加工技术在石墨 表面通过搬迁碳原子而绘制出世界上最小的中国地图。
像差回顾
像质评价的阶段
• 1 设计完成后，加工前，对成像情况进行模 拟仿真；
• 2 加工装配后，批量生产前，要严格检测实 际成像效果。