工程光学课件总结

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目录

第一章 几何光学基本原理 .................................................................. 1

第一节 光学发展历史 .................................................................. 1 第二节 光线和光波 .................................................................... 1 第三节 几何光学基本定律 .............................................................. 3 第四节 光学系统的物象概念 ............................................................ 5 第二章 共轴球面光学系统 .................................................................. 6

第一节 符号规则 ...................................................................... 6 第二节 物体经过单个折射球面的成像 .................................................... 7 第三节 近轴区域的物像放大率 ......................................................... 10 第四节 共轴球面系统成像 ............................................................. 11 第二章 理想光学系统 ..................................................................... 13

第一节 理想光学系统的共线理论 ....................................................... 13 第二节 无限远轴上物点与其对应像点F’---像方焦点 ..................................... 14 第三节 理想光学系统的物像关系 1，作图法求像 ......................................... 17 第四节 理想光学系统的多光组成像 ..................................................... 21 第五节 实际光学系统的基点和基面 ..................................................... 25 第六节 习题 ......................................................................... 27 第四章 平面系统 ......................................................................... 27

第一节 平面镜 ....................................................................... 27 第二节 反射棱镜 ..................................................................... 28 第三节 平行平面板 ................................................................... 30 第四节 习题 ......................................................................... 31 第五章 光学系统的光束限制 ............................................................... 31

第一节 概述 ......................................................................... 31 第二节 孔径光栅 ..................................................................... 33 第三节 视场光栅 ..................................................................... 34 第四节 景深 ......................................................................... 35 第五节 习题 ......................................................................... 36 第八章 典型光学系统 ..................................................................... 36

第一节 眼睛的光学成像特性 ........................................................... 36 第二节 放大镜 ....................................................................... 39 第三节 显微镜系统 ................................................................... 40 第四节 望远镜系统 ................................................................... 44 第五节 目镜 ......................................................................... 46 第六节 摄影系统 ..................................................................... 47 第七节 投影系统 ..................................................................... 49 第八节 光学系统外形尺寸计算 ......................................................... 49 第九节 光学测微原理 ................................................................. 52

第一章 几何光学基本原理

光和人类的生产活动和生活有着十分密切的关系，光学是人类最古老的科学之一。 对光的每一种描述都只是光的真实情况的一种近似。

研究光的科学被称为“光学”（optics），可以分为三个分支： 几何光学 物理光学 量子光学

第一节 光学发展历史

1，公元前300年，欧几里得论述了光的直线传播和反射定律。 2，公元前130年，托勒密列出了几种介质的入射角和反射角。 3，1100年，阿拉伯人发明了玻璃透镜。 4，13世纪，眼镜开始流行。

5，1595年，荷兰著名磨镜师姜森发明了第一个简陋的显微镜。

6，1608年，荷兰人李普赛发明了望远镜；第2年意大利天文学家伽利略做了放 大倍数为30×的望远镜。 7，1621年，荷兰科学家斯涅耳发现了折射定律；1637年法国科学家笛卡尔给出了折射定律的现代的表述。 8，17世纪下半叶开始，英国物理学家牛顿和荷兰物理学家惠更斯等人开始研究光的本质。

9，19世纪初，由英国医生兼物理学家杨氏和法国土木工程师兼物理学家菲涅耳所发展的波动光学体系逐渐被普遍接受。

10，1865年，英国物理学家麦克斯韦建立了光的电磁理论。 11，1900年，德国柏林大学教授普朗克建立了量子光学。

12， 1905年，德国物理学家爱因斯坦提出光量子（光子）理论。

13，1925年，德国理论物理学家玻恩提出了波粒二象性的几率解释，建立了波动性与微粒性之间的联系。 14，1960年，美国物理学家梅曼研制成第一台红宝石激光器，给光学带来了一次革命，大大推动了光学以及其他科学的发展。

15，激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。

? 光学作为一门学科包含的内容非常多，作为在工程上应用的一个分支——工程光

学，内容主要包括几何光学、典型光学系统、光度学等等。 ? 随着机械产品的发展，出现越来越多的机、电、光结合的产品。 ? 光学手段越来越多用于机电装备的检测、传感、测量。

? 掌握好光学知识，为今后进一步学习机电光结合技术打好基础，也将会有更广阔的

适应面。

第二节 光线和光波

1，光的本质

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光和人类的生产、生活密不可分；

人类对光的研究分为两个方面：光的本性，以此来研究各种光学现象，称为物理光学；光的传播规律和传播现象称为几何光学。 1666年牛顿提出的“微粒说” 1678年惠更斯的“波动说”

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1871年麦克斯韦的电磁场提出后，光的电磁波 1905年爱因斯坦提出了“光子”说

现代物理学认为光具有波、粒二象性：既有波动性，又有粒子性。

一般除研究光与物质相互作用，须考虑光的粒子性外，其它情况均可以将光看成是电磁波。 可见光的波长范围：380-760nm

单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色，称之为单色光； 复色光：由不同波长的光混合成的光称为复色光； 白光是由各种波长光混合在一起而成的一种复色光。 光是一种电磁波

对人的视觉起作用的电磁波称为可见光。波长范围约为3800 à～7600 à 波长以纳米（nm）或埃（à）为单位。 1 nm = 10E－9 m

? 不同的波长，在视觉上形成不同的色觉,即赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中： 红 6400~7600 ->红外 橙 6000~6400 黄 5500~6000 绿 4800~5500 蓝 4500~4800 紫 3800~4500 ->紫外

人眼对5550 à（555nm）的黄绿光最敏感

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光源

从物理学的角度看，辐射光能的物体称为发光体，或称为光源。

点光源是当光源的大小 与辐射光能的作用距离相比可以忽略时，此光源可认为是点光源。 例如：人在地球上观察体积超过太阳的恒星仍认为是一个发光点。 在几何光学中，发光体与发光点概念与物理学中完全不同。

无论是本身发光或是被照明的物体在研究光的传播时统称为发光体。在讨论光的传播时，常用发光体上某些特定的几何点来代表这个发光体。在几何光学中认为这些特定点为发光点，或称为点光源。

2，光线

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当光能从一两孔间通过，如果孔径与孔距相比可以忽略则称穿过孔间的光管为物理学上的光线。 几何光学上的光线是无直径、无体积的，而有方向性的几何线，其方向代表光能传播的方向。

3，波面 ? ?

光波是电磁波，任何光源可看作波源，光的传播正是这种电磁波的传播。光波向周围传播，在某一瞬时，其相位相相同的各点所构成的曲面称为波面。波面可分为平面波，球面波或任意曲面波。 在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，所以可以认为光波波面法线就是几何光学中的光线。

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