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,
第9章 像质评价与像差公差
• 评价方法及其适用范围
– 瑞利判断、中心点亮度 – 分辨率、点列图 – 光学传递函数
• 像差公差
– 望远物镜与显微物镜 – 照相物镜 – 目镜
MTF II I
MTF曲线
v
第10章 光学设计
• PW法求解初始结构参数 • 光学系统的像差校正方法 • 光学系统的优化方法
• • • • 显微物镜优化实例 聚焦物镜优化实例 扫描物镜优化实例 非球面镜头优化实例
物理光学（微观领域）：
探索光的物理本质（波动性、粒子性）， 研究光与物质相互作用时的特点，转化为 工程应用。
《几何光学》章节构成
§1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 §8 §9 §10 几何光学基本定律与成像概念 理想光学系统 平面与平面系统 光学系统中的光束限制与光阑 光度学与色度学基础 光线的光路计算及像差理论 典型光学系统 现代光学系统 光学系统的像质评价和像差公差 光学设计
《工程光学》培训讲稿
第三部分
各章节的重点与难点
第1章 基本定律与成像概念
• 基本概念与四大基本定律 • 全反射及其应用 • 费马原理与马吕斯定律 • 成像概念与完善成像条件 • 实际光路计算 • 近轴光路计算
第1章 基本定律与成像概念
单折射面成像 1、符号规则 2、计算公式 3、反射成像
n' n n'n l' l r
两种典型的光组组合
1）远摄物镜 （焦距大于筒长）
2）反远距型物镜 （后截距大于焦距）
第3章 平面与平面系统
• 平面镜成像及其旋转 • 平行平板 l ' d (1 1 n) • 反射棱镜
– 作用 – 方向判断
m sin n sin 2 2
• 折射棱镜与光楔
(n 1)
f' f 1 l' l
1 1 1 l' l f' ,
y f l' y f l

l' l
– 物像方焦距关系
f n f n
– 光学系统的节点
xJ f , x J f
– 多光组组合
f1f 2 f
f1 f 2 f
1 2 d1 2
第10章 光学设计
• 光学系统的像差校正方法
手工校正（12种常用方法）、自动校正
• 光学系统的优化方法
数学原理：适应法与最小二乘法 优化控制：阻尼因子、权因子、评价函数 注意事项：边界条件；局部最优与全局最优
《工程光学》
精品公开课网站： /coursestatic/course _2249.html
7）临界照明、柯勒照明；
-望远系统（开普勒、伽利略）：
1）组成（光学结构特点）、成像关系、
光束限制
2）视觉放大率公式： Г＝－f '0/f 'e＝－D/D' 3）分辨率：＝120"/D 4）目镜视度调节：
2 2 Nf ' e 5 f 'e x (mm) 1000 1000
Г＝1/β
-摄影系统：
- 关于投影系统：
1）系统的基本要求（像差、照明） 2）主要光学参数（4个：
D f ' 2' ） f'
3）其照明系统的衔接条件（2条）
－关于外形尺寸计算：转像系统
第8章 现代光学系统
• • • • • • 激光光学系统 傅立叶变换光学系统 扫描光学系统 光纤光学系统 红外光学系统 特殊面型及特殊结构光学系统
《几何光学》理论体系
第一章 概念基础 第二章 理论核心 第三章 平面作用 第四章 结合实际
第十章 光学设计
第五章 刺激度量
第九章 像质评价
第八章 近代发展
第七章 综合应用
第六章 像差理论
《几何光学》理论与实际
球面系统：成像功能 §1 ， §2 平面系统：倒像、分光 §3
光束限制：孔径、视场 §4
评价： §5 照度色度 §6 像差分析 §9 像质评价
《几何光学》理论与实际
• 球面系统
物镜、目镜
• 平面系统
折叠光路、 倒像
• 光束限制 • 像质评价
《几何光学》理论与实际
• 球面系统
物镜、目镜
• 平面系统
转折光路、 倒像、分光
• 光束限制 • 像质评价
《工程光学》培训讲稿
第二部分
《工程光学》与工程实践的联系
《工程光学》
青年教师培训讲稿
郁道银 教授 天津大学精仪学院
《工程光学》
青年教师培训讲稿
郁道银 教授 天津大学精仪学院
《工程光学》培训讲稿
第一部分
《工程光学》体系结构浅析
《工程光学》体系构成
几何光学（宏观领域）：
忽略光的物理本质，用发光点、传输线、 波阵面等几何概念，等效探讨光的传播方 式与成像过程，方便工程应用。
第1章 基本定律与成像概念
共轴球面系统 1、过渡公式 2、放大率 3、拉赫不变量 4、薄透镜，组合公式
第2章 理想光学系统
• • • • 共线成像理论 基点与基面 作图法求像 解析法求像
– 高斯公式 – 牛顿公式
• 多光组组合
– 牛顿公式
xx ff
– 高斯公式
y f x y x f
1）组成（光学结构特点）、 成像关系、光束限制
2）摄影物镜的3个主要参数： 焦距f '（像的大小） 相对孔径D/f '（像面照度、分辨率） 视场角2（成像的范围）
3）光圈： 光圈数：F＝f '/D， 4）景深公式及其影响因素： 2a, P, f ' 5）变焦系统的构成与倍率关系
《几何光学》与工程实践
教师需熟知各种类型的 显微镜，明确球面系统、 平面系统以及多种光阑 在仪器中的主要作用
《几何光学》与工程实践
有过镜头设计经验的教师，了解系统参数、结构 参数的设置，明确优化函数与评价方法的选取后， 对几何光学的理解会更加透彻，讲课得心应手。
《几何光学》相关资料
1，张以谟主编. 应用光学(第3版). 电子工业出版社, 2008 2，Born & Wolf, Principles of Optics [M]. 7th edition, Cambridge University Press, 1999 3，Finchan & Freeman, Optics [M]. 9th edition, Cambridge University Press, 1980 4，王之江.光学设计理论基础[M]. 北京:科学出版社, 1985. 5，袁旭沧. 现代光学设计方法[M]. 北京:北京理工大学出版 社, 1995. 6， Rudolf Kingslake. Lens Design Fundamentals[M]. New York: Academic Press, 1978