工程光学

1. 工程光学 王红敏

2. 绪论 第1章 几何光学基本定律与成像概念 第2章 理想光学系统 第3章 平面与平面系统 第4章 光学系统中的光束限制 第5章 光度学基础 第6章 光线的光路计算及像差理论 第7章 典型光学系统 第8章 现代光学系统 第9章 光学系统的像质评价 工 程 光 学

3. 绪论

6. 几何光学及其适用范围 光学一直在发展之中并会有更大的发展 （1）初级光学阶段 （2）经典光学阶段 （3）近代光学阶段 工程光学的研究内容及应用 工业、农业、医疗、航空航天、国防等

7. 第1章 几何光学基本定律与成像概念 • §1.1 几何光学的基本定律 • §1.2 成像的基本概念与完善成像条件 • §1.3 光路计算与近轴光学系统

8. 几何光学的基本定律 第一章 几何光学的基本原理§1.1几何光学的基本定律 一、几个基本概念 1、 发光点：一个既无大小又无体积的几何点。 2、 发光体（光源）：能辐射光能量的物体。 许多发光点组成 3、光线:无直径、无体积携带光能带有方向的几何线，代表光的传播方向。 4、 波面：同一时刻振动位相相同的点构成的等相位面。 光束

9. 同心光束 平行光束 像散光束 几何光学的基本定律 5、同心光束：——相交于同一点或由同一点发出的一束光线．其对应的波 面为球面。（会聚光束、发散光束） 6、平行光束——没有聚交点而互相平行的光线束．对应的波面为平面． 7、像散光束——不聚交于同一点或不是由同一点发出的光束．对应的波面形状为非球面。

10. A B -I” I I’ c 几何光学的基本定律 二、几何光学的基本定律1、光的直线传播定律2、光的独立传播定律3、光的反射和折射定律——两种介质 n’=-n

11. 几何光学的基本定律 • 反射定律： • 反射光线位于入射光线和法线所决定的平面； • 反射光线和入射光线位于法线两侧，且反射角与入射角绝对值相等，符号相反。 • 折射定律： • 折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内； • 折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅取决于两种介质的性质。 • 4、光的全反射： • 光线从光密介质射向光疏介质； ② 入射角大于临界角。

12. A 减少光能损失 几何光学的基本定律 全反射棱镜、光导纤维、分划板照明、3600平面光束仪

13. A B -I” I 入射激光束 I’ c 3 3600平面光束的形成 1 物 2 传输过来的像 3 可弯曲的纤维束 分划板照明 几何光学的基本定律 5、光路的可逆性

14. 6、费马原理:光从一点传播到另一点，其光程为极值。6、费马原理:光从一点传播到另一点，其光程为极值。 B A 稳定值 极大值 A I d1 n O n’ d2 I’ Z B L Z L N A B O’ O C A’ 几何光学的基本定律

15. 几何光学的基本定律 生活中光的应用实例海市蜃楼彩色喷泉钻石 7、马吕斯定律：光线与波面的正交性。入、出射波面对应点间光程为定值。

16. 几何光学的基本定律

17. 成像的基本概念与完善成像条件 §1.2 成像的基本概念与完善成像条件 一、光学系统与物像概念 完善像点 完善像 物空间 像空间 光学系统 共轴光学系统 光轴 二、完善成像条件 入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。 或 入射光为同心光束时，出射光也为同心光束。 或 物点A1和像点Ak’之间任意两条光路的光程相等。

18. 共轴光学系统 E1 Ek w w’ 01 02 0k A1 Ak 成像的基本概念与完善成像条件

19. 成像的基本概念与完善成像条件 三、物像的虚实 四、物像的相对性 A’B’相对镜子成像来说它是像；相对人眼成像来说它又是物；而对整个光组(包括镜子和人眼)成像来说，A’B’为中间像。 所以，人眼从镜子里看物体，实际上经过了二次成像。 凡研究成像过程中谈及物像关系时，均需指出它们所针对的光组。 共轭性：共轭点、共轭线、共轭面。

20. o -L 光路计算与近轴光学系统 §1.3 光路计算与近轴光学系统 一、基本概念与符号规则 1、常用符号： n 、n’ ——折射率 r ——球面的曲率半径 y——物体的大小 y’——像的大小 I——光线的入射角 I’——光线的折射角 L——物体到折射面或反射面的距离（物方截距） L’ ——折射面或反射面到像的距离（像方截距） U——入射光线和光轴倾斜的角度（物方孔径角） U’ ——出射光线和光轴倾斜的角度（像方孔径角） f ——光轴与法线的夹角

21. 光路计算与近轴光学系统 2、符号规则 （一）光线行进方向从左向右。 （二）沿轴线段：以球面顶点O为原点，与光线行进方向相同者为正，与光线行进方向相反者为负。 （三）垂轴线段：以光轴为界，在光轴之上为正，在光轴之下为负。 (四）角度符号（一律以锐角来衡量）： (1)光线与光轴的夹角：光轴转向光线，顺时针为正，逆时针为负。 (2) 光线与法线的夹角：光线转向法线，顺时针为正，逆时针为负。 (3) 光轴与法线的夹角：光轴转向法线，顺时针为正，逆时针为负。

22. 光路计算与近轴光学系统 二、实际光线和近轴光线的光路计算

23. 球面光学成像系统 §1.4 球面光学成像系统 一、单个折射面成像 1、垂轴放大率b 2、轴向放大率a 3、角放大率g 单折射球面光学系统拉赫不变量

24. 球面光学成像系统 • 结论： • b>0时，y’、y 同号，正像；否则，倒像； • l’、l 同号，物像虚实相反，否则，物像虚实相同。 • |b|>1时,|y’|>|y|,成放大的像；反之，成缩小的像。 • a>0, 当物点沿轴向移动时，其像点沿光轴同向移动； • a≠b, 空间物体成像时要变形。 • g 表示折射球面将光束变宽或变细的能力，只与共轭点的位置有关，与光线的孔径角无关。

25. 小孔光阑 ┷光轴的物平面以细光束经折射球面成像 球面光学成像系统

26. 物点位于球心时 球面光学成像系统 二、球面反射镜 1、物像位置公式 2、成像放大率 n’=-n

27. 球面光学成像系统 球面镜的拉赫不变量 结论 a<0，物体沿光轴移动时，像总是以相反方向移动。 通过球心的光线沿原光路反射。球面镜对于其球心为等光程面。

28. 球面光学成像系统

29. 球面光学成像系统

30. 球面光学成像系统 三、共轴球面系统

31. 球面光学成像系统 • 过渡公式

32. 球面光学成像系统 • 成像放大率 单折射球面 共轴球面系统

33. 球面光学成像系统