应用光学第七章

应用光学习题应用光学习题.第一章 : 几何光学基本原理 ( 理论学时： 4 学时 )? 讨论题：几何光学和物理光学有什么区别？它们研究什么内容？? 思考题：汽车驾驶室两侧和马路转弯处安装的反光镜为什么要做成凸面，而不做成平面？ ? 一束光由玻璃（ n=1.5 ）进入水（ n=1.33 ），若以45 ° 角入射，试求折射角。

? 证明光线通过二表面平行的玻璃板时，出射光线与入射光线永远平行。

? 为了从坦克内部观察外界目标，需要在坦克壁上开一个孔。

假定坦克壁厚为200mm ，孔宽为 120mm ，在孔内部安装一块折射率为 n=1.5163 的玻璃，厚度与装甲厚度相同，问在允许观察者眼睛左右移动的条件下，能看到外界多大的角度范围？? 一个等边三角棱镜，若入射光线和出射光线对棱镜对称，出射光线对入射光线的偏转角为40 °，求该棱镜材料的折射率。

? 构成透镜的两表面的球心相互重合的透镜称为同心透镜，同心透镜对光束起发散作用还是会聚作用？ ? 共轴理想光学系统具有哪些成像性质？第二章 : 共轴球面系统的物像关系 ( 理论学时： 10 学时，实验学时： 2 学时 )? 讨论题：对于一个共轴理想光学系统，如果物平面倾斜于光轴，问其像的几何形状是否与物相似？为什么？? 思考题：符合规则有什么用处？为什么应用光学要定义符合规则？? 有一放映机，使用一个凹面反光镜进行聚光照明，光源经过反光镜以后成像在投影物平面上。

光源高为 10mm ，投影物高为 40mm ，要求光源像高等于物高，反光镜离投影物平面距离为 600mm ，求该反光镜的曲率半径等于多少？? 试用作图法求位于凹的反光镜前的物体所成的像。

物体分别位于球心之外，球心和焦点之间，焦点和球面顶点之间三个不同的位置。

? 试用作图法对位于空气中的正透镜（）分别对下列物距：求像平面位置。

? 试用作图法对位于空气中的负透镜（）分别对下列物距：求像平面位置。

第七章●习题7-1. 有一玻璃球，折射率为3，今有一光线射到球面上，入射角为60°，求反射光线和折射光线的夹角。

7-2. 水槽有水20cm深，槽底有一个点光源，水的折射率为1.33，水面上浮一不透明的纸片，使人从水面上任意角度观察不到光，则这一纸片的最小面积是多少？7-3. 空气中的玻璃棒，n’＝1.5163，左端为一半球形，r＝-20mm。

轴上有一点光源，L ＝-60mm。

求U＝－2°的像点的位置。

7-4. 简化眼把人眼的成像归结为只有一个曲率半径为5.7mm，介质折射率为1.333的单球面折射，求这种简化眼的焦点的位置和光焦度。

7-5. 有一玻璃球，折射率为n＝1.5，半径为R，放在空气中。

(1)物在无穷远时，经过球成像在何处？(2) 物在球前2R处时像在何处？像的大小如何？7-6. 一个半径为100mm的玻璃球，折射率为1.53。

球内有两个气泡，看来一个恰好在球心，另一个在球的表面和球心之间，求两个气泡的实际位置。

7-7. 一个玻璃球直径为60mm，折射率为1.5，一束平行光入射在玻璃球上，其会聚点应该在什么位置？7-8. 一球面反射镜，r＝-100mm，求β＝0，－0.1，－1，5，10情况下的物距和像距。

7-9. 一球面镜对其前面200mm处的物体成一缩小一倍的虚像，求该球面镜的曲率半径。

7-10. 垂直下望池塘水底的物时，若其视见深度为1m，求实际水深，已知水的折射率为4/3。

7-11. 有一等边折射率三棱镜，其折射率为1.65，求光线经该棱镜的两个折射面折射后产生最小偏向角时的入射角和最小偏向角。

●部分习题解答7-2. 解：水中的光源发出的光波在水——空气界面将发生折射，由于光波从光密介质传播到光疏介质，在界面将发生全反射，这时只有光波在界面的入射角小于水——空气界面的全反射的临界角，光线才有可能进入空气，因此界面的透光区域为一个以光源在界面上的垂7-2题用图直投影点为心的圆面,如右图，该圆面的面积即为所求纸片的最小面积。

第一章 几何光学基本定律与成像概念波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。

光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。

波前：某一瞬间波动所到达的位置。

光线的四个传播定律：1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。

2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。

3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。

4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即nn I I ''sin sin = 光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。

光程：光在介质中传播的几何路程S 和介质折射率n 的乘积。

各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。

各向异性介质：单晶体（双折射现象）马吕斯定律：光束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。

费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。

全反射临界角：12arcsinn n C = 全反射条件：1）光线从光密介质向光疏介质入射。

2）入射角大于临界角。

共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。

物点/像点：物/像光束的交点。

实物/实像点：实际光线的汇聚点。

虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。

共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。

（A ，A ’的对称性）完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。

每一个物点都对应唯一的像点。

理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。

第三部分：眼镜光学第七章矫正屈光不正透镜一、选择题1、下列关于调节相关知识叙述正确的一项是（）A、参与调节过程主要是晶体、悬韧带、睫状肌等B、调节远点是指调节用大时，所看清的最远的点C、年龄一样，近点就相同，一般在33cm左右D、调节幅度和调节范围属于同一个概念2、下列关于调节与屈光叙述错误的一项是( )A、近视眼（裸眼）看见的时候可能不用调节B、远视眼（裸眼）看远的时候可能不用调节C、静态屈光与调节没有关系D、屈光全矫正的状态下调节近点可以反映该患者的调节能力3、下列关于近视眼叙述正确的一项是( )A、近视眼是屈光能力比正常人弱（在眼轴正常情况下）B、近视眼的近点在眼后，远点在眼前，距离眼睛距离多少与屈光有关C、近视眼遗传的概率较高，目前全世界发生率都是较高的D、眼屈光系统的像方焦点在眼后4、对于近视眼，下列哪项依照是否有调节参与分类是不正确的（）A．假性近视 B．轴性近视 C．真性近视 D．混合性近视5、对于近视眼依照性质分类下列哪项是不正确的( )A、轴性近视B、单纯性近视C、继发性近视D、变性近视6、下列关于远视眼叙述正确的一项是( )A、远视眼（裸眼）在视远的时候不需要调节B、远视眼在屈光与正视眼相同时，眼轴变长C、远视眼的远点在眼后，近点在眼前D、远视眼用凸透镜来矫正，但是像会缩小一些7、下列关于调节与远视叙述不正确的一项是（）A、隐性远视只有在睫状肌麻痹时，才能检查出来B、能动性远视指得是调节可以代偿C、远视眼一般不容易产生视疲劳D、绝对远视是调节不能代偿的，但是不会导致视力下降8、下列关于远视眼按照结构特点分类错误的一项是（）A、轴性远视眼B、曲率性远视眼C、绝对性远视眼D、指数性远视眼9、下列关于远视眼叙述不正确的是（）A、远视眼的远点在眼后B、远视眼（裸眼）看远、看近都需要调节C、远视眼用凸透镜矫正D、轴性远视眼的眼轴比正视眼更长10、一副眼镜检测度数为—0.70DS，在1/8系统表示中为多少（）A．-0.67DS B．-0.75DS C．-0.50DS D． -0.87DS11、下列关于镜眼距说法错误的是（）A、对于负透镜来说，镜眼距增大，有效光度减少B、对于正透镜来说，镜眼距增大，有效光度减少C、镜眼距一般为12毫米D、在超过四百度时，隐形眼镜度数与框架眼镜度数不同，最主要是镜眼距的影响12、下列关于规则散光说法正确的是（）A、规则散光不可以用框架眼镜矫正B、规则散光是指点物成点像C、规则散光可以用框架眼镜矫正也可用隐形眼镜矫正D、平行光经眼后，形成两条不垂直的焦线13、下列关于散光说法不正确的是（）A．不规则散光不可以用框架眼镜矫正 B．不规则散光可见于角膜的瘢痕C．不规则散光的矫正选择软镜的效果由于硬镜D．不规则散光平行光经眼后，形成两条不垂直的焦线14、下列关于规则散光的特点说法正确的是（）A、前后焦线之间间隔大小就是散光的大小B、强主经线在90度方向，会形成垂直线C、弱主经线的方向与后焦线方向相同 D．最小弥散圆在前后焦线之间偏后15、下列处方中，哪一项是逆规散光（）A、-1.00DC*90B、+1.75DS -1.25DC*180C、-2.25DC*90 -2.25DC*180D、-1.50DS +3.00DC*9016、下列就规则散光根据焦线与视网膜位置分类不正确的一项是（）A．混合散光 B．复性近视散光 C．单纯近视散光 D．斜向散光17、患者右眼度数为-1.25DS+4.00*90,其在60度方向的屈光力为多少( )A．-2.25D B．-0.25D C．+1.00D D．+1.75D18、下列关于内散镜片叙述错误的是（）A．外观好看 B．矫正效果优于外散 C．价格比外散镜片便宜 D．加工相对复杂19、下列处方中，哪一项是强主经线在垂直方向（）A、-1.00DC*90B、+1.75DS -1.25DC*180C、-2.25DC*90 -2.25DC*180D、+1.50DS -3.00DC*9020、下列关于屈光不正临床表现及处理方法叙述正确的一项是（）A、散光眼表现为视疲劳、视力下降B、远视眼在临床上一般不处理C、近视眼主要表现在视近的时候困难D、只要屈光不正常，患者就不可能表现为正视眼二、填空题1、远视眼的远点在眼（）（填前或后）2、轴性近视眼，眼轴每增加1mm,患者配戴眼镜度数增加（）3、全散光指的是（）和（）4、倒散光也称为逆规散光，指的是强主经线在（）方向5、近视眼目前的矫正手段主要有框架眼镜、（）和屈光手术6、矫正屈光不正的原理是：使矫正眼镜的像方焦点与被矫正眼（）一致7、对于同一枚眼镜来说，负透镜，若镜眼距增大，为负的（）矫正8、远视眼+2.00DS看33厘米所用的调节和集合分别是（）、（）9、单纯柱镜轴所在方向屈光力是（）10、与视网膜共轭的点称为（）三、判断题1、近视眼不会出现老花眼（）2、临床上，如果散光的度数很小，并且不出现临床表现，一般无需处理（）3、目前视场上的散光镜片一般采用内散光镜片（）4、经常眨眼容易导致逆规散光（）5、老年性核硬化容易导致折射性散光（）6、在散光根据轴的分类中，逆光散光影响视力最大（）7、假性近视在临床上一般采取睫状肌的麻痹的方法鉴别（）8、一个人裸眼看近时，最清楚在33cm，说明患者是近视眼（）9、远视眼戴上眼镜时，镜眼距增大的时，患者所戴眼镜对患者来说是欠矫（）10、单纯近视性散光，如果是倒散光时，患者容易看清垂直方向的E字视标（）四、名词解释1、调节2、调节远点3、调节近点4、混合散光、5、远视眼五、计算题1、患者原来眼镜的镜度为-3.50D -1.00DCX90,原来的镜眼距为12mm,当患者镜眼距为15mm 时，患者该眼镜度数变成多少？2、一患者的远点在眼后2米，近点在眼前50厘米，患者的调节力是多少？如果在患者的远点在眼前2米，近点不变，求患者的调节力？3、一处方度数-1.50DS +3.00DC*90，求：确定该患者属于什么散光（按照轴位分类）并其在60度、30度方向的屈光力分别是多少？4、处方之间的相互转化（1）-1.25DS +0.50DC*70 （6）-2.25DS -0.50DC*125（2）-1.00DS +1.75DC*120 （7）-1.00DC*40+1.75DC*130（3）+0.25DC*45 -0.25DC*135 （8）+0.50DC*135 -0.50DC*135（4）+2.25DS +1.50DC*180 （9）+1.75DS +1.50DC*60（5）+4.50DS -1.00DC*90 （10）-3.25DS 11.50DC*175六、简单题1、规则散光眼根据轴的分类及根据焦线与视网膜位置的分类？2、比较内散、外散镜片的优缺点？第八章调节与近用眼镜一、选择题1、患者+3.00D的远视，裸眼视近处25cm,患者所用调节为（）。

总复习第一章 几何光学的基本定律 返回内容提要有关光传播路径的定律是本章的主要问题。

折射定律(光学不变量)及其矢量形式反射定律(是折射定律当时的特殊情况)费马原理(极端光程定律)，由费马原理导出折射定律和反射定律(实、虚)物空间、像空间概念 完善成像条件(等光程条件)及特例第二章 球面与球面系统 返回内容提要球面系统仅对细小平面以细光束成完善像基本公式：阿贝不变量放大率及其关系：拉氏不变量反射球面的有关公式由可得。

第三章 平面与平面系统返回内容提要平面镜成镜像夹角为 α 的双平面镜的二次像特征 平行平板引起的轴向位移反射棱镜的展开，结构常数，棱镜转像系统折射棱镜的最小偏角，光楔与双光楔关键问题：坐标系判断，奇次反射成像像，偶次反射成一致像，并考虑屋脊的作用。

第四章 理想光学系统返回内容提要主点、主平面，焦点、焦平面，节点、节平面的概念高斯公式与牛顿公式：当时化为，并有三种放大率，，拉氏不变量，，厚透镜：看成两光组组合。

＋＋组合：间隔小时为正光焦度，增大后可变成望远镜，间隔更大时为负光焦度。

－－组合：总是负光焦度 ＋－组合：可得到长焦距短工作距离、短焦距长工作距离系统，其中负弯月形透镜可在间隔增大时变 成望远镜，间隔更大时为正光焦度。

第五章 光学系统中的光束限制 返回内容提要本部分应与典型光学系统部分相结合进行复习。

孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用 拦光，渐晕，渐晕光阑 系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线 对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深 物方（像方）远心光路——物方（像方）主光线平行于光轴第六章 光能及其计算 返回内容提要本章重点在于光能有关概念、单位和像面照度计算。

辐射能通量，光通量，光谱光视效率，发光效率 发光强度，光照度，光出射度，光亮度的概念、单位及其关系 光束经反射、折射后亮度的变化，经光学系统的光能损失， 通过光学系统的光通量，像面照度总之,第七章 典型光学系统 返回内容提要本章需要熟练掌握各类典型光学系统的成像原理、放大倍率、光束限制、分辨本领以及显微镜与照明 系统、望远镜与转像系统的光瞳匹配关系，光学系统的外形尺寸计算。

1、根据费马原理证明反射定律。

答案：略2、某国产玻璃的n C=1.51389, n d=1.5163, n F=1.52195，计算其阿贝数，并查出该玻璃的牌号。

答案：V=64.06、K93、求图1-5的入射角i1。

答案：25.81︒4、已知入射光线A的三个方向余弦为cosα、cosβ、cosγ，反射光线A'的三个方向余弦为cosα'、cosβ'、cosγ'，求法线方向。

答案：cosα'-cosα、cosβ'-cosβ、cosγ'-cosγ5、有一光线o o=+A i j入射于n=1和n'=1.5的平面分界面上，平面cos60cos30的法线为o oN i j，求反射光线A'和折射光线A''。

cos30cos60=+答案：略6、有一光线以60︒的入射角入射于n=点反射和折射的光线间的夹角。

答案：90︒7、在水中深度为y处有一发光点Q，作QO面垂直于水面，求射出水面折射线的延长线与QO交点Q '的深度y'与入射角i的关系。

答案：'y=1、一个玻璃球直径为400mm，玻璃折射率为1.5。

球中有两个小气泡，一个在球心，一个在1/2半径处。

沿两气泡连线方向，在球的两侧观察这两个气泡，它们应在什么位置？如在水中观察(水的折射率为1.33)时，它们又应在什么位置？答案：空气中：80mm、200mm；400mm、200mm水中：93.99mm、200mm；320.48mm、200mm2、一个折射面r=150mm, n=1, n'=1.5，当物距l=∞, -1000mm, -100mm, 0, 100mm, 150mm, 1000mm时，横向放大率各为多少？答案：0、-3/7、3/2、1、3/4、2/3、3/133、一个玻璃球直径为60mm，玻璃折射率为1.5，一束平行光射到玻璃球上，其汇聚点在何处？答案：l'=15mm4、一玻璃棒(n=1.5)，长500mm，两端面为凸的半球面，半径分别为r1=50mm, r2= -100mm，两球心位于玻璃棒的中心轴线上。

物体位于明视距离处对人眼的张角放大镜的工作原理250mm,r=−两块密接透镜构成的放大镜显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距。

各国生产的通用显微物镜的共轭距离大约为190mm 左右。

我国适用于远视眼的视度调节适用于近视眼的视度调节F eF F eF满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像——物镜共轭距不变加反射棱镜、平行平板镜的焦面上，然后通过目镜成像在无限远供人眼观察。

无限筒长显微镜：被观察物体通过物镜以后，成在无限远，在物镜的后面，另有一固定不变的镜筒透镜(我国规定焦距250mm)，再把像成在目镜的焦面上。

7.3 望远镜§7.3.1 望远镜的工作原理望远镜系统的结构望远镜中的轴外光束走向'tan 'o y f ω=−视角放大率：'tan 'f ω望远镜系统中平行于光轴的光线(a)开普勒望远镜系统和(b)伽利略望远镜系统(a)(b)两类望远镜系统中的轴外光束走向开普勒式望远系统加入场镜的系统=1:2.8照相镜头可变光圈孔径光阑探测器视场光阑−UU′聚光镜显微物镜光源物面孔径光阑孔径光阑可变，调节进入显微物镜的能量，调节入射至显微物镜的光束孔径角，与显微物镜的数值孔径相匹配。

其缺点是光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上。

双目望远镜系统望远镜系统简化出瞳距望远镜系统简化'30mmD D =Γ=''tan 8mmo y f ω=−='5mmD =光阑位置D 物D 分D 目l z '01.22d λ=艾里斑Airy disk2)实验系统相同，所用光波波长愈短则艾里斑愈小；U ′刚能分辩的两个像点min0.15≈角距离时人眼还2mm视觉细胞的直径，约5μm U′显微物镜的分辨率'σβσ=显微镜的几何景深2''x u δ≈Δ⋅弥散斑。

应用光学习题、第一章 : 几何光学基本原理 ( 理论学时: 4 学时 )•讨论题:几何光学与物理光学有什么区别？它们研究什么内容？•思考题:汽车驾驶室两侧与马路转弯处安装的反光镜为什么要做成凸面,而不做成平面？•一束光由玻璃( n=1、5 )进入水( n=1、33 ),若以45 ° 角入射,试求折射角。

•证明光线通过二表面平行的玻璃板时,出射光线与入射光线永远平行。

•为了从坦克内部观察外界目标,需要在坦克壁上开一个孔。

假定坦克壁厚为 200mm ,孔宽为 120mm ,在孔内部安装一块折射率为 n=1、5163 的玻璃,厚度与装甲厚度相同,问在允许观察者眼睛左右移动的条件下,能瞧到外界多大的角度范围？•一个等边三角棱镜,若入射光线与出射光线对棱镜对称,出射光线对入射光线的偏转角为40 °,求该棱镜材料的折射率。

•构成透镜的两表面的球心相互重合的透镜称为同心透镜,同心透镜对光束起发散作用还就是会聚作用？•共轴理想光学系统具有哪些成像性质？第二章 : 共轴球面系统的物像关系 ( 理论学时: 10 学时,实验学时: 2 学时 )•讨论题:对于一个共轴理想光学系统,如果物平面倾斜于光轴,问其像的几何形状就是否与物相似？为什么？•思考题:符合规则有什么用处？为什么应用光学要定义符合规则？•有一放映机,使用一个凹面反光镜进行聚光照明,光源经过反光镜以后成像在投影物平面上。

光源高为10mm ,投影物高为 40mm ,要求光源像高等于物高,反光镜离投影物平面距离为 600mm ,求该反光镜的曲率半径等于多少？•试用作图法求位于凹的反光镜前的物体所成的像。

物体分别位于球心之外,球心与焦点之间,焦点与球面顶点之间三个不同的位置。

•试用作图法对位于空气中的正透镜( )分别对下列物距:求像平面位置。

•试用作图法对位于空气中的负透镜( )分别对下列物距:求像平面位置。

•已知照相物镜的焦距毫米,被摄景物位于距离米处,试求照相底片应放在离物镜的像方焦面多远的地方？•设一物体对正透镜成像,其垂轴放大率等于－ 1 ,试求物平面与像平面的位置,并用作图法验证。

第一章 几何光学的基本定律§ 1-1 发光点、波面、光线、光束 返回本章要点 发光点 ---- 本身发光或被照明的物点。

既无大小又无体积但能辐射能量的几何点。

对于光学系统来说， 把一个物体看成由许多物点组成，把这些物点都看成几何点 ( 发光点 ) 。

把不论多大的物体均看作许多 几何点组成。

研究每一个几何点的成像。

进而得到物体的成像规律。

当然这种点是不存在的，是简化了的概念。

一个实际的光源总有一定大小才能携带能量，但在计算时，一 个光源按其大小与作用距离相比很小便可认为是几何点。

今后如需回到光的本质的讨论将特别指出。

波面 --- 发光点在某一时刻发出的光形成波面 如果周围是各向同性均匀介质，将形成以发光点为中心的球面波或平面波 第二章 球面和球面系统§ 2-1 什么是球面系统？由球面组成的系统称为球面系统。

包括折射球面和反射球面反射面：n ' =-n.平面是半径为无穷大的球面，故讨论球面系统具有普遍意义折射系统折反系统§ 2-2 概念与符号规则•概念① 子午平面 —— 包含光轴的平面② 截距：物方截距 —— 物方光线与光轴的交点到顶点的距离像方截距 —— 像方光线与光轴的交点到顶点的距离③ 倾斜角：物方倾斜角 —— 物方光线与光轴的夹角像方倾斜角 —— 像方光线与光轴的夹角返回本章要点•符号规则返回本章要点因为分界面有左右、球面有凹凸、交点可能在光轴上或下，为使推导的公式具有普遍性，参量具有确切意 义，规定下列规则：a. 光线传播方向：从左向右b. 线段：沿轴线段 ( L,L',r ) 以顶点 O 为基准，左“ - ”右“ + ” 垂轴线段 ( h ) 以光轴为准，上“ + ”下“ - ” 间隔 d(O1O2) 以前一个面为基准，左“ - ”右“ + ” c. 角度：光轴与光线组成角度 ( U,U' ) 以光轴为起始边，以锐角方向转到光线，顺时针“ + ”逆时针“ - ”光线与法线组成角度 ( I,I' ) 以光线为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”光轴与法线组成角度 ( φ ) 以光轴为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”§ 2-3 折射球面返回本章要点•由折射球面的入射光线求出射光线已知： r, n, n',L, U 求： L', U'，由 以上几个公式可得出 L' 是 U 的 函数这一结论， 不同 U 的光线经 折射后不能相交于一点点－》斑，不完善成像•近轴光线经折射球面折射并成像.1 ．近轴光线：与光轴很靠近的光线，即 -U 很小 ， sin(-U) ≈ -U ，此时用小写：sin(-U)= - usinI=iL=l 返回本章要点近轴光线所在的区域叫近轴区2 ．对近轴光，已知入射光线求折射球面的出射光线：即由 l , u —> l ',u' , 以上公式组变为：当 u 改变时， l ' 不变！点 —— 》点，完善成像 此时 A ， A' 互为物像，称共轭点近轴光所成像称为高斯像，仅考虑近轴光的光学叫高斯光学返回本章要点近轴光线经折射球面计算的其他形式（为计算方便，根据不同情况可使用不同公式）利用：可导出返回本章要点4 ．（近轴区）折射球面的光焦度，焦点和焦距可见，当（ n'-n )/r 一定时， l ' 仅与 l 有关。

镜观测天体四百周年。

TMT：Thirty Meter Telescope宇宙喷泉遥远星系哈勃望远镜(主镜口径2.4米)光是电磁波的一种，覆盖特定的波长范围。

图1-1 电磁波按波长的分类图1-2 球面波和平面波图1-3 光线的反射入射光线、法线和反射光线在同一平面内；入射光线和反射光线在法线的两侧；反射角等于入射角图1-4 光线的折射入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧；入射角与折射角的正弦之比与入射角无关，是一个与介质与光的波长有关的常数：n′=−n，折射定律可推导出反射定律图1-5 光线在玻璃块中的折射和反射45°§1.1.3 光学材料及色散光的色散、典型玻璃的色散曲线516.7491Fe K393.3666Ca图1-8 透镜对光线的作用与透镜成像图1-7 透镜对波面的作用与透镜成像图1-10 光程图1-9 光线与波面的正交关系光线从P到P'，经历时间：图1-11 遵守反射定律的光线图1-12 回转椭球面凹面反射镜图1-13 内切于回转椭球面的凹面反射镜图1-14 由费马原理导出折射定律22()z z d +−=('')('') d d−•−aδaδl'(u')l'(0)图1-15 完善成像(等光程)=Δ=−=[LMP'][OO'P'] [PP'][PP'][PP']0球面顶点图1-16 球面方程中所用的坐标系图1-17 入射光线与球面的两个交点211()ch z −−==22z r r h =±−图1-18 回转椭球面z 在许多商用光学设计程序中zOlympus手机摄像头透镜组富瑞丰公司头盔式显示器。

《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.光波和光线2.几何光学基本定律3.折射率和光速4.光路可逆和全反射5.光学系统类别和成像的概念6.理想像和理想光学系统第二章:共轴球面系统的物像关系(14学时)1.共轴球面系统中的光路计算公式2.符号规则3.球面近轴范围内的成像性质和近轴光路计算公式4.近轴光学的基本公式和它的实际意义5.共轴理想光学系统的基点——主平面和焦点6.单个折射球面的主平面和焦点7.共轴球面系统主平面和焦点位置的计算8.用作图法求光学系统的理想像9.理想光学系统的物像关系式10.光学系统的放大率11.物像空间不变式12.物方焦距和像方焦距的关系13.节平面和节点14.无限物体理想像高的计算公式15.理想光学系统的组合16.理想光学系统中的光路计算公式17.单透镜的主面和焦点位置的计算公式第三章:眼睛的目视光学系统(7学时)1.人眼的光学特性2.放大镜和显微镜的工作原理3.望远镜的工作原理4.眼睛的缺陷和目视光学仪器的视度调节5.空间深度感觉和双眼立体视觉6.双眼观察仪器第四章:平面镜棱镜系统(9学时)1.平面镜棱镜系统在光学仪器中的应用2.平面镜的成像性质3.平面镜的旋转及其应用4.棱镜和棱镜的展开5.屋脊面和屋脊棱镜6.平行玻璃板的成像性质和棱镜的外形尺寸计算7.确定平面镜棱镜系统成像方向的方法8.共轴球面系统和平面镜棱镜系统的组合第五章:光学系统中成像光束的选择(5学时)1.光阑及其作用2.望远系统中成像光束的选择3.显微镜中的光束限制和远心光路4.场镜的特性及其应用5.空间物体成像的清晰深度——景深第六章:辐射度学和光度学基础(10学时)1.立体角的意义和它在光度学中的应用2.辐射度学中的基本量3.人眼的视见函数4.光度学中的基本量5.光照度公式和发光强度的余弦定律6.全扩散表面的光亮度7.光学系统中光束的光亮度8.像平面的光照度9.照相物镜像平面的光照度和光圈数10.人眼的主观光亮度11.通过望远镜观察时的主观光亮度12.光学系统中光能损失的计算13.投影仪的作用及其类别15.投影系统中的光能计算第七章:光学系统成像质量评价(7学时)1.介质的色散和光学系统的色差2.轴上像点的单色像差——球差3.轴外像点的单色像差4.几何像点的曲线表示5.用波像差评价光学系统的成像质量6.理想光学系统的分辨率7.各类光学系统分辨率的表示方法8.光学传递函数9.用光学传递函数评价系统的像质实验教学部分 (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。