仪器光学系统设计及成像系统.ppt

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1、仪器光学系统设计1课程基本内容第二章仪器光学设计基本理论第三章典型成像仪器光学系统设计第四章非成像仪器光学系统设计第五章仪器光学系统装调理论及方法第一章几何光学基本原理2第一章几何光学基本原理3参考书籍《工程光学》-郁道银、谈恒英（工科经典）《应用光学与光学设计基础》-迟泽英（内容全面）《几何光学》-张以谟（使用广泛）《应用光学》-王文生（光学设计详细）《光学原理》-马科斯.波恩（德）；埃米尔.沃尔夫（美）（经典，全面详细）4光学要解决的问题光的外在？光的内在？·光的本性问题光的传播规律量子光学

2、物理光学几何光学波动学说光线概念经典物理学量子物理学·光子学说5第一节光波与光线研究光的意义:90%信息由视觉获得,光波是视觉的载体光是什么？弹性粒子－弹性波－电磁波－波粒二象性1666年：牛顿提出微粒说，弹性粒子1678年：惠更斯提出波动说，以太中传播的弹性波1873年：麦克斯韦提出电磁波解释，电磁波1905年：爱因斯坦提出光子假设20世纪：人们认为光具有波粒二象性6第一节光波与光线一般情况下,可以把光波作为电磁波看待，光波波长λ7光的本质是电磁波光的传播实际上是波动的传播物理光学：研究光的本

3、性，并由此来研究各种光学现象几何光学：研究光宏观的传播规律和传播现象8可见光：波长在400-760nm范围红外波段：波长比可见光长紫外波段：波长比可见光短9可见光：400-760nm单色光：同一种波长复色光：由不同波长的光波混合而成频率和光速，波长的关系在透明介质中，波长和光速同时改变，频率不变10几何光学的研究对象和光线概念几何光学研究对象不考虑光的本性研究光的传播规律和传播现象特点不考虑光的本性，把光认为是光线11光线是能够传输能量的几何线，具有方向光波的传播问题就变成了几何的问题所以

4、称之为几何光学当几何光学不能解释某些光学现象，例如干涉、衍射时，再采用物理光学的原理光线是光学系统简化设计的重要前提，是成像光学系统设计的理论基础12一、光的传播现象的分类第二节几何光线基本定律灯泡空气玻璃13光的传播可以分类为：1、光在同一种介质中的传播；2、光在两种介质分界面上的传播。14二、几何光学基本定律1、光线在同一种均匀透明介质中时：直线传播定律·成分均匀透光2、光线在两种均匀介质分界面上传播时，反射定律3、折射定律15AO:入射光线OB:反射光线OC:折射光线NN:过投射点所做的分

5、界面法线I1:入射光线和分界面法线的夹角，入射角R1:反射光线和分界面法线的夹角，反射角I2:折射光线和分界面法线的夹角，折射角16全反射现象现象水空气AI1R1I2O1O2O3O4I017发生全反射的条件必要条件：n1>n2由光密介质进入光疏介质充分条件：I1>I0入射角大于全反射角1870年，英国科学家丁达尔全反射实验18全反射的应用用棱镜代替反射镜：减少光能损失194、独立传播定律不同光源发出的光在空间某点相遇，彼此不发生影响，各自独立传播理解：独立传播定律与干涉现象区别不认识的人（不共源

6、，性质差异大）-相遇-各自回家-独立传播定律认识的熟人（同源；性质差异小（相位/振幅））-相遇-聊一会-相互影响-干涉现象20光路可逆光路可逆AB1、现象狙击手最怕看到什么？门上猫眼？原因：光直线传播定律（光线基本原理）物象共轭原理（光学系统基本原理）21应用光路可逆：求焦点光学设计中，逆向计算：目镜，显微物镜等焦距仪原理？225、费马原理费马原理：光从一点A传播到另一点B，无论经过多少介质，走过什么样的路径，其光程是稳定的。（具有稳定值或极值）广义多元微分为零将四条基本定律进行统一概括光程：几

7、何路径与折射率的乘积理解：揭示的是光传播的稳定性，即光程具有极值，光程是极大、极小还是其他定值可以通过变微分公式算出23马吕斯定律：光线束在各向同性均匀介质中传播时，始终保持与波面的正交性，并且入射波面与出射波面各对应点之间的光程为定值6、马吕斯定律理解：马吕斯定律定义了光线传播方向，同时从波前角度阐释了光线传播过程中光程的特征24第三节光学系统类别和成像的概念各种各样的光学仪器显微镜:观察细小的物体望远镜:观察远距离的物体各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜25光学系统：把各种光学零件按一定方式

8、组合起来，满足一定的要求26光学系统分类按介质分界面形状分：球面系统：系统中的光学零件均由球面构成非球面系统：系统中包含有非球面共轴球面系统：系统光学零件由球面构成，并且具有一条对称轴线按有无对称轴分：共轴系统：系统具有一条对称轴线，光轴非共轴系统：没有对称轴线27成像基本概念透镜类型正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转28透镜作用－