应用光学-北京理工大学

《光学系统设计A》课程编号：******课程名称：光学系统设计A学分：3 学时:48 (其中实验学时：24)先修课程：应用光学一、目的与任务光学系统设计A是测控技术与仪器本科专业的专业教育必修课，它主要是要让学生学会掌握光电仪器设计的理论和实际知识，学习光学设计的像差理论和像差校正方法，掌握国际上流行的光学设计软件的基本使用方法。

本课程的主要任务是：①学习光学系统的像质评价方法和像差理论知识，掌握采用各种像质评价方法来评价光学系统的成像质量；②学习光学自动设计原理和程序，并掌握国内最为流行的光学设计软件Zemax的使用方法；③掌握各类典型光学仪器的设计方法和步骤。

二、教学内容及学时分配理论教学部分（24学时）第一章光学系统像质评价(4学时)§1－1 概述§1－2 共轴光学系统的结构参数和光学特性参数§1－3 用几何像差评价光学系统的成像质量§1－4 几何像差的曲线表示§1－5 用波像差评价光学系统的成像质量第二章光学自动设计原理和程序(4学时)§2－1 概述§2－2 光学自动设计中的最优化方法§2－3 阻尼最小二乘法光学自动设计程序§2－4 怎样使用阻尼最小二乘法程序进行光学设计§2－5 适应法光学自动设计程序§2－6 怎样使用适应法程序进行光学设计§2－7 Zemax软件的使用第三章薄透镜系统的初级像差理论(4学时)§3－1 概述§3－2 薄透镜系统的初级像差方程式§3－3 薄透镜组像差的普遍性质§3－4 像差特性参数P，W，C的规化§3－5 单透镜的P∞，W∞，C和结构参数的关系§3－6 双胶合透镜组结构参数的求解§3－7 平行玻璃板的初级像差公式§3－8 单透镜像差性质的讨论§3－9 光学系统消场曲的条件——Petzval条件第四章望远物镜设计(4学时)§4－1 望远物镜设计的特点§4－2 用初级像差求解双胶合望远物镜的结构参数§4－3 用Zemax软件设计双胶合望远物镜§4－4 高级像差§4－5 二级光谱色差§4－6 用Zemax软件设计其它望远物镜§4－7 望远物镜像差的公差第五章显微物镜设计(3学时)§5－1 显微物镜设计的特点§5－2 显微物镜的类型§5－3 低倍消色差显微物镜设计§5－4 中倍消色差显微物镜设计§5－5 显微物镜像差的公差第六章目镜设计(3学时)§6－1 目镜设计的特点§6－2 常用目镜的型式和像差分析§6－3 冉斯登、惠更斯和凯涅尔目镜设计§6－4 对称式目镜和无畸变目镜设计§6－5 广角目镜设计§6－6 目视光学系统像差的公差第七章照相物镜设计(2学时)§7－1 照相物镜的光学系统和结构型式§7－2 照相物镜设计的特点§7－3 用Zemax软件设计双高斯物镜§7－4 照相物镜像差的公差实验上机教学部分 (24学时)（1）ZEMAX软件使用(4学时)（2）光学系统像质评价(2学时)（3）光学自动设计程序使用（4学时）（4）望远物镜设计（4学时）（5）显微物镜设计（2学时）（6）目镜设计（2学时）（7）望远镜物镜和目镜合成设计（2学时）（8）照相物镜设计（4学时）三、考核与成绩评定考核：采用统一命题，统一阅卷，教研组集体复查,严把质量关。

北京理工大学信息科学技术学院自动控制理论1999——2000，2002——2008自动控制理论（非控类）2004电子技术（含模拟、数字部分）1999——2000，2002——2008模拟电子技术与数字电子技术2000——2002模拟与数字电路1999——2000，2002微机控制与应用技术2002——2008控制工程基础2003——2008物理光学2003——2004，2007——2008应用光学1999——2008，2010（2010为回忆版）波动光学2002大学物理2006——2008精密机械设计2003——2008（其中2003年称“精密机械基础”）激光原理1999——2001，2005——2008电子电路2003——2005，2007——2008电路分析基础1999——2000信号处理导论2003——2008信号与系统1996——2002半导体物理学1999——2008电磁场理论1999——2000，2002——2008微机原理及应用2004——2005电动力学2003——2004理论力学1996——2008（96——98非原版）生物化学1999——2008（注：2007年试卷共11页，缺P5-6页）生物化学（A）2005——2006，2008计算机专业基础（含计算机组织与结构、数据结构）2007计算机技术基础（含计算机组成原理、操作系统和数据结构）2003——2006计算机原理（含操作系统）1999——2002程序设计1999——2000计算机系统结构基础（含计算机组成原理、计算机网络和数据结构）2004——2005 软件理论基础（含离散数学、操作系统、数据结构）1999——2005数据结构与程序设计2004——2008微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000机电工程学院电子技术（含模拟、数字部分）1999——2000，2002——2008电子技术基础2007——2008自动控制理论1999——2000，2002——2008自动控制理论（非控类）2004电磁学2005——2008量子力学2005——2008运筹学2001——2008工程力学基础2007——2008流体力学基础2006工程流体力学2005数学物理方程2002——2006数学物理方法2000材料力学1997——1999，2002——2008理论力学1996——2008（96——98非原版）电动力学2003——2004微机控制与应用技术2002——2008控制工程基础2003——2008精密机械设计2003——2008（其中2003年称“精密机械基础”）应用光学1999——2008，2010（2010为回忆版）波动光学2002微机原理及应用2004——2005有机化学1997——2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006物理化学2003——2008高分子物理2005——2008高分子化学及高分子物理2003——2004安全系统工程2003——2005，2008工程热力学（不含传热学）2003——2008爆炸与安全技术2005爆炸及其作用2006爆轰理论2003——2005化学2002——2005传感与测试技术2004——2005算法语言1998微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000传热学2000应用电子技术2004机械与车辆工程学院电子技术（含模拟、数字部分）1999——2000，2002——2008 电子技术基础2007——2008自动控制理论1999——2000，2002——2008自动控制理论（非控类）2004机械设计2001——2008机械设计原理2001机械制造工程基础2003——2008机械制造工艺学2002理论力学1996——2008（96——98非原版）微机控制与应用技术2002——2008应用光学1999——2008，2010（2010为回忆版）电路分析基础1999——2000模拟电子技术与数字电子技术2000——2002模拟与数字电路1999——2000，2002精密机械设计2003——2008（其中2003年称“精密机械基础”）控制工程基础2003——2008微机原理及应用2004——2005工程热力学（不含传热学）2003——2008物理化学2003——2008工程力学基础2007——2008流体力学基础2006工程流体力学2005交通运输系统工程学2005，2007——2008微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000数字电路与数字信号处理2008材料科学与工程学院物理化学（A）2008高分子物理2005——2008高分子化学及高分子物理2003——2004材料科学基础2003——2007材料力学1997——1999，2002——2008普通化学2008综合化学2008有机化学1997——2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006理论力学1996——2008（96——98非原版）电化学原理2003——2006微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000化工与环境学院自动控制理论1999——2000，2002——2008自动控制理论（非控类）2004过程控制原理2000——2005，2007——2008化工原理2002——2008有机化学1997——2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006物理化学2003——2008电化学原理2003——2006环境微生物学2007——2008工程热力学（不含传热学）2003——2008微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000生命科学与技术学院生物化学1999——2008（注：2007年试卷共11页，缺P5-6页）生物化学（A）2005——2006，2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006细胞生物学2004——2006微生物学2005——2008分子生物学2007——2008有机化学1997——2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008药理学2007信号处理导论2003——2008信号与系统1996——2002电子电路2003——2005，2007——2008物理光学2003——2004，2007——2008应用光学1999——2008，2010（2010为回忆版）波动光学2002信号理论基础2007——2008计算机专业基础（含计算机组织与结构、数据结构）2007计算机技术基础（(含计算机组成原理、操作系统和数据结构）2003——2006计算机原理（含操作系统）1999——2002程序设计1999——2000计算机系统结构基础（含计算机组成原理、计算机网络和数据结构）2004——2005 软件理论基础（含离散数学、操作系统、数据结构）1999——2005数据结构与程序设计2004——2008理学院电子技术（含模拟、数字部分）1999——2000，2002——2008大学物理2006——2008数学分析1995，1999——2000，2003——2008高等代数2003——2008电磁学2005——2008量子力学2005——2008电动力学2003——2004普通化学2008综合化学2008无机化学（A）2003——2007无机化学（B）2003——2005，2007——2008分析化学2003——2008分析化学(A)2006物理化学（A）2008物理化学2003——2008有机化学1997——2008理论力学1996——2008（96——98非原版）材料力学1997——1999，2002——2008工程热力学（不含传热学）2003——2008数学物理方程2002——2006数学物理方法2000电路分析基础1999——2000模拟电子技术与数字电子技术2000——2002模拟与数字电路1999——2000，2002激光原理1999——2001，2005——2008微机控制与应用技术2002——2008爆炸与安全技术2005爆炸及其作用2006电化学原理2003——2006工程力学基础2007——2008流体力学基础2006工程流体力学2005微波技术基础1999——2000晶体管理原理与制造1999——2000管理与经济学院宏微观经济学2008管理学2003——2008（2003，2004名称叫做“管理学基础”。

第1页，共3页 一、问答题（共60分，每小题6分）
1.用显微镜观察相距0.0005mm 的两物点，采用划线对准的方式，视放大率至少要多少？
2.什么叫望远镜的视角分辨率和衍射分辨率？已知望远镜的视放大率为30×，出瞳距离为1.5mm ，求该望远镜的视角分辨率和衍射分辨率。

3.什么叫主平面？什么叫节平面？主平面和节平面什么条件下重合？
4.什么叫波像差？光学系统成像质量的判断标准是什么？
5.已知棱镜展开厚度为d = 50mm ，折射率n = 1.5，求像面的移动距离。

6.一个发光圆盘（可视为朗伯光源），在与法线成30°角方向上的光强为I 。

求出射光通量。

7.什么是光圈数？在5.6、8、11这几个光圈数中，相同曝光时间下，哪个进光量最大？
8.投影仪分为哪几个部分？分别有什么作用？
9.什么叫场镜？场镜有什么作用？
10.什么叫渐晕？渐晕大小如何表示？
二、叙述及证明题（共30分，每小题10分）
1.描述如何判断平面棱镜系统的成像方向。

2.两组透镜组成倒像系统，对无限远物体成像，焦距分别为f 1′和f 2′，中间的两个透镜之间为平行光。

将倒像系统旋转180°，保持物、像位置不变。

证明系统总的视放大率
2014年攻读硕士学位研究生入学考试试题 科目代码： 820 科目名称： 应用光学
★ 答卷须知
试题答案必须书
写在答题纸上，在
试题和草稿纸上
答题无效。

<<光学工程基础>>参考文献和习题1 光波、光线和成像参考文献：1. Walker Bruce H. Optical Engineering Fundamentals. Bellingham, Washington: SPIE,19982. 袁旭沧. 应用光学. 北京：国防工业出版社，19883. Ditteon Richard 着，詹涵菁译. 现代几何光学. 长沙：湖南大学出版社，20044. Smith W J. Modern Optical Engineering. Boston: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 20015. 陈熙谋. 光学近代物理. 北京：北京大学出版社，20026. 钟钖华. 现代光学基础. 北京：北京大学出版社，20037. Ghatak A K, Thyagarajan K. Contemporary Optics. New York: Plenum Publishing Corporation, 19788. 彭旭麟，罗汝梅. 变分法及其应用. 武汉：华中工学院出版社，19839. Kidger Michael J. Fundamental Optical Design. Bellingham, Washington: SPIE,200210. Jenkins F, White H. Fundamentals of Optics. New York: The McGreaw-Hill Companies, Inc, 197611. Hecht E. Optics. Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1987习题:1. 简述几何光学的几个基本定律。

2. 简述成像的基本概念。

3. 光在真空中的速度是多少在水中呢在钻石中呢4. 画出折射角i '随入射角i 变化的函数曲线，条件是1=n ，n '是下列值：(a) ；(b) ；(c) 。

《应用光学》课程编号：******课程名称：应用光学学分：4 学时:64 (其中实验学时：8)先修课程：大学物理一、目的与任务应用光学是电子科学与技术（光电子方向）、光信息科学与技术和测控技术与仪器等专业的技术基础课。

它主要是要让学生学习几何光学、典型光学仪器原理、光度学等的基础理论和方法。

本课程的主要任务是学习几何光学的基本理论及其应用，学习近轴光学、光度学、平面镜棱镜系统的理论与计算方法，学习典型光学仪器的基本原理，培养学生设计光电仪器的初步设计能力。

二、教学内容及学时分配理论教学部分（56学时）第一章:几何光学基本原理(4学时)1.2.3.4.5.6.第二章:共轴球面系统的物像关系(14学时)1.2.3.4.5.共轴理想光学系统的基点——6.7.共轴球面系统主平面和焦点位置的计8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.第三章:眼睛的目视光学系统(7学时)1.2.3.4.5.6.第四章:平面镜棱镜系统(9学时)1.2.3.4.5.6.7.8.第五章:光学系统中成像光束的选择(5学时) 1.2.3.4.5.空间物体成像的清晰深度——第六章:辐射度学和光度学基础(10学时) 1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.15.第七章:光学系统成像质量评价(7学时)1.2.轴上像点的单色像差——3.4.5.6.7.8.9.实验教学部分 (8学时)（1）光线成像实验（2学时）（2）目视光学仪器原理实验（2学时）（3）光具座演示几何像差实验（2学时）（4）计算机演示波像差和光学传递函数实验（2学时）三、考核与成绩评定考核：本课程为中英文双语教学，采用全英文命题，统一阅卷，教研组集体复查,严把质量关。

成绩评定：考试占90%，平时作业、实验及日常考核质疑等占10%，按百分制给出最终成绩。

四、大纲说明1.本大纲是根据教育部电子信息与电气学科教学指导委员会和仪器科学与技术教学指导委员会审定的《应用光学》课程教学基本要求，并适当考虑我校教学改革要求而制定的。

附件一：理论课程（含实验理论课程）教学大纲基本格式《应用光学》课程教学大纲课程名称：应用光学课程编码：0230021英文名称：Applied Optics学时：64 其中实验学时：16 学分： 3.5开课学期：第五学期适用专业：光电信息工程测控技术与仪器信息对抗技术探测制导与控制工程课程类别：必修课程性质：专业基础课先修课程：高等数学教材：工程光学天津大学机械工业出版社一、课程性质及任务本课程主要探讨的是几何光学的基本知识，研究的是光的传播和成像规律，典型光学系统的工作原理、光学特性，像差理论的部分内容。

它是仪器科学与技术、光电信息工程等专业的必修专业基础课程。

通过本课程的学习，能够为其它光学后续课程，诸如：光学测量、光学设计等打下良好的基础，也为学生更好的掌握光学总体设计方法、从事简单的光学系统的设计起到非常重要的作用，通过本课程的学习能够培养学生具有在生产及科研实践中理解、分析及解决问题的能力。

二、课程的教学要求（一）几何光学基本定律与成像概念9学时1．几何光学的基本定律掌握：(1)光波与光线的概念，(2)几何光学基本定律,(3)费马原理,(4)马吕斯定律；理解：光的根本属性及其传播规律现象等；了解：了解全反射的特点，并能够利用全反射的特点及规律解释一些常见的现象。

2．成像的基本概念与完善成像条件掌握：(1)光学系统与成像的概念，(2)完善成像的条件,(3)物像的虚实；了解：完善成像的定义与条件。

3．光学计算与近轴光学系统掌握：(1)基本概念与符号规则，(2)实际光线的光路计算,(3)近轴光线的光路计算。

理解：实际光线与近轴光线在光路计算中的区别及结果的差异。

了解：符号规则对所涉及的光学系统的作用；4．球面光学成像系统掌握：(1)单个折射面成像，(2)球面反射镜成像，(3)共轴球面系统。

理解：(1)垂轴放大率、轴向放大率及角放大率之间的区别与联系，(2)折射面成像与反射面成像之间的联系。

了解：如何能够利用相应的公式计算光学系统的物像位置关系及放大率。