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（11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）第一节中心点亮度第二节瑞利判断第三节分辨率第四节点列图第五节光学传递函数

第一章几何光学基本定律与成像概念(3学时)

1. 发光点、波面、光线、光束的概念

2. 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

3. 全反射及临界角

4. 光程与极端光程定律（费马原理）

5. 光轴、顶点、共轴光学系统和非共轴光学系统

6. 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)

1. 子午平面、

2. 物（像）方截距、物（像）方倾斜角

2. 符号规则

3. 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关系

5. 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：物理意义及关系

7. 拉氏不变量

第三章平面与平面系统(5学时)

1. 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

2. 平行平板的近轴光成像特征

3. 常用反射棱镜及其展开、结构常数

4. 屋脊棱镜与棱镜组合系统，坐标判断

5. 角锥棱镜

6. 折射棱镜及其最小偏角，光楔

7. 光的色散

8. 光学材料及其技术参数

第四章理想光学系统(9学时)

1. 理想光学系统原始定义

2. 理想光学系统的焦点、焦平面、主点、主平面

3. 理想光学系统的节点

4. 理想光学系统的物像位置关系，牛顿公式和高斯公式

5. 理想光学系统物方焦距与像方焦距的关系

6. 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关系

8. 理想光学系统的垂轴放大率、沿轴放大率和角放大率及其关系

9. 几个特殊位置的三种放大率

10. 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

12. 远距型和反远距型理想光学系统模型

13. 焦距仪基本原理

14. 截距计算法和正切计算法

15. 望远镜系统的理想光学系统模型

16. 视觉放大率概念

17. 望远镜与其他光组的组合

18. 薄透镜成像原理

19. 厚透镜的基点和基面及其与光组组合的关系

第五章光学系统的光束限制(5学时)

1. 光阑的概念

2. 孔径光阑及其判断，

3. 入瞳、出瞳的概念及其与孔径光阑的共轭关系

4. 入、出瞳在光学系统中的作用

5. 主光线

6. 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、对准距离的关系

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

2.光谱光视效率、发光效率

3. 发光强度、光照度、光出射度、光亮度

4. 黑体与白体，余弦辐射体

5. 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

7. 光学系统透过率的计算

8. 成像光学系统像面轴上点的照度

9. 像面照度与视场的关系

其他：期中考试(2学时), 总复习(1学时)