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1、第四章实际光路的计算和本讲稿第一页，共七十三页4.1 概述概述 在实际光学系统中，物空间的一个物点发出的光线经实际光学系统在实际光学系统中，物空间的一个物点发出的光线经实际光学系统后，不再会聚于像空间的一点，而是一个弥散斑，弥散斑的大小后，不再会聚于像空间的一点，而是一个弥散斑，弥散斑的大小和像差有关。和像差有关。一、基本概念一、基本概念1.像差产生的原因像差产生的原因：孔径，视场孔径，视场近轴光学系统采用了近似：近轴光学系统采用了近似：实际光学系统需要一定的孔径和视场，不能用近轴公式代替其计实际光学系统需要一定的孔径和视场，不能用近轴公式代替其计算展开式为：算展开式为：2.像差的概念：像差的
2、概念：实际像与理想像之间的差异。实际像与理想像之间的差异。几何像差：几何像差：单色像差：单色像差：球差，慧差，像散，场曲，畸变球差，慧差，像散，场曲，畸变 色色 差：差：位置色差和倍率色差位置色差和倍率色差本讲稿第二页，共七十三页4.1 概述概述3.消像差原则：消像差原则：消除主要像差，接收器不能察觉为标准消除主要像差，接收器不能察觉为标准二、像差计算的谱线选择二、像差计算的谱线选择 原则：原则：对接收器的最灵敏谱线校正单色像差，对接收波段范围两边对接收器的最灵敏谱线校正单色像差，对接收波段范围两边缘附近的谱线校正色差缘附近的谱线校正色差。目视光学系统：目视光学系统：e光，光，C光和光和F光（
3、校正色差）；光（校正色差）；红外光学系统和紫外光学系统：分别校正单色差和色差；红外光学系统和紫外光学系统：分别校正单色差和色差；普通照相系统：普通照相系统：F光；光；天文照相光学系统：天文照相光学系统：G光，光，h光和光和F光（色差）；光（色差）；特殊光学系统：激光等单色光系统只校正单色像差。特殊光学系统：激光等单色光系统只校正单色像差。本讲稿第三页，共七十三页4.2 光线的光路计算光线的光路计算 已知光学系统的结构参数已知光学系统的结构参数(r,d,n)、物体的位置和大小，孔径光阑的位、物体的位置和大小，孔径光阑的位置和大小，求光学系统的成像位置和大小置和大小，求光学系统的成像位置和大小一、
4、对计算像差有特征意义的光线一、对计算像差有特征意义的光线子午面内近轴光线光路计算和实际光线光路计算子午面内近轴光线光路计算和实际光线光路计算轴外点沿主光线的细光束光路计算轴外点沿主光线的细光束光路计算子午面外的空间光线光路计算子午面外的空间光线光路计算二、子午面内的光线光路计算二、子午面内的光线光路计算 1.1.近轴光线光路计算：求出理想像的位置和大小近轴光线光路计算：求出理想像的位置和大小 轴上点近轴光线光路计算：轴上点近轴光线光路计算：求出理想像的位置求出理想像的位置本讲稿第四页，共七十三页4.2 光线的光路计算光线的光路计算n轴外点近轴光线的光路计算：轴外点近轴光线的光路计算：求出理想像
5、高求出理想像高 对五个视场对五个视场(0.3,0.5,0.707,0.85,1)的物点分别进行计算，的物点分别进行计算，以求出不同视场的主光线与理想像面的交点高度。以求出不同视场的主光线与理想像面的交点高度。已知：已知：则：则：本讲稿第五页，共七十三页4.2.1 近轴光线光路计算近轴光线光路计算近轴光线计算图近轴光线计算图本讲稿第六页，共七十三页4.2 光线的光路计算光线的光路计算2.实际光线的光路计算实际光线的光路计算 轴上点实际光线的光路计算：轴上点实际光线的光路计算：已知 ，求实际像点位置，像方截距和像方孔径角以及实际成像位置和像点弥散情况。计算公式计算公式：本讲稿第七页，共七十三页n
6、轴外点子午面内远轴光线的光路计算轴外点子午面内远轴光线的光路计算：求实际像大小。求实际像大小。n物体在物体在无限远处无限远处三条光线的初始数据三条光线的初始数据：物体无限远处远轴光路物体无限远处远轴光路本讲稿第八页，共七十三页 轴外点子午面内远轴光线的光路计算轴外点子午面内远轴光线的光路计算n物体在物体在有限远处有限远处三条光线的初始数据三条光线的初始数据：用实际光线计算公式和过渡公式可得实际像高用实际光线计算公式和过渡公式可得实际像高：物体有限远处远轴光路物体有限远处远轴光路本讲稿第九页，共七十三页4.3 轴上点球差轴上点球差轴向球差轴向球差：轴上点轴上点发出的同心光束经光学系统后，不同入射
7、高度的光线交发出的同心光束经光学系统后，不同入射高度的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点有不同程度的偏离。光轴于不同位置，相对近轴像点有不同程度的偏离。数学表达式：数学表达式：垂轴球差垂轴球差：由于球差的存在，在由于球差的存在，在高斯像面高斯像面上的像点已不是一个点，成为一个上的像点已不是一个点，成为一个圆形的弥散斑，用圆形的弥散斑，用 表示表示。轴向球差和垂轴球差的关系：轴向球差和垂轴球差的关系：球差具有相对于光轴的对称性；球差具有相对于光轴的对称性；球差是入射高度球差是入射高度h或孔径角或孔径角U的函数；的函数；球差与视场无关。球差与视场无关。轴向球差表达式：轴向球差表达式：或 孔径较小时
8、，存在初级球差，孔径较大时，高级球差增大孔径较小时，存在初级球差，孔径较大时，高级球差增大 一、球差的定义一、球差的定义二、球差的性质和表达式二、球差的性质和表达式本讲稿第十页，共七十三页4.3 轴上点球差轴上点球差轴上点球差示意图轴上点球差示意图球差具有对称性球差具有对称性本讲稿第十一页，共七十三页球差及色差球差及色差本讲稿第十二页，共七十三页1.单透镜无法校正球差，只有正负透镜的组合才有可能校正球单透镜无法校正球差，只有正负透镜的组合才有可能校正球差。差。2.对于仅含初级球差、二级球差的光学系统，当边缘带的球差对于仅含初级球差、二级球差的光学系统，当边缘带的球差为为0时，在时，在0.707
9、带有最大的剩余球差，为边缘带高级球差的带有最大的剩余球差，为边缘带高级球差的1/4。3.单个折射球面的不晕点（齐明点）：当物点和像点均位于球面单个折射球面的不晕点（齐明点）：当物点和像点均位于球面顶点；物点和像点均位于曲率的中心以及顶点；物点和像点均位于曲率的中心以及 时，均无球差时，均无球差。三、球差的校正三、球差的校正球差分布式：球差分布式：无球差点的公式无球差点的公式本讲稿第十三页，共七十三页4.3 轴上点球差轴上点球差球差曲线球差曲线本讲稿第十四页，共七十三页物点位于透镜第一个折射面物点位于透镜第一个折射面的曲率中心，则有的曲率中心，则有 ，第二个折射面，第二个折射面满足满足 齐明条件
10、。若透镜厚度齐明条件。若透镜厚度为为d，且位于空气中，则有下，且位于空气中，则有下列列 关系：关系：四、例题应用四、例题应用利用齐明透镜利用齐明透镜可以减小球差可以减小球差该该公式公式的实际意义？的实际意义？本讲稿第十五页，共七十三页4.4 正弦差和慧差正弦差和慧差一、正弦差一、正弦差 对于轴外物点，小视场（近轴）时宽光束成像的不对称性。对于轴外物点，小视场（近轴）时宽光束成像的不对称性。1.正弦条件和不晕成像正弦条件和不晕成像 正弦条件正弦条件：轴上点和近轴点均成理想像。轴上点和近轴点均成理想像。物体位于有限距离：物体位于有限距离：物体位于无限远距离：物体位于无限远距离：2.等晕成像和等晕条
11、件：等晕成像和等晕条件：轴上点和近轴点成像缺陷相同。轴上点和近轴点成像缺陷相同。物体位于有限距离：物体位于有限距离：物体在无限远时：物体在无限远时：本讲稿第十六页，共七十三页4.4 正弦差和慧差正弦差和慧差等晕条件：轴上点和轴外等晕条件：轴上点和轴外点具有相同的球差，且轴点具有相同的球差，且轴外光束不失对称性。外光束不失对称性。等晕成像等晕成像本讲稿第十七页，共七十三页4.4 正弦差和慧差正弦差和慧差3.正弦差正弦差 物体位于物体位于有限有限距离：距离：物体在物体在无限无限远时：远时：4.正弦差的性质正弦差的性质 只于孔径有关，而和视场无关只于孔径有关，而和视场无关；正弦差和孔径光阑的位置有关
12、正弦差和孔径光阑的位置有关。无正弦差的四个位置：无正弦差的四个位置：正弦差无量纲正弦差无量纲本讲稿第十八页，共七十三页二、慧差二、慧差表示轴外点宽光束经光学系统成像的不对称性。表示轴外点宽光束经光学系统成像的不对称性。1.慧差的形成慧差的形成 子午慧差：子午慧差：子午面内的光线对的交点到主光线的垂轴距离 表达式表达式：弧矢慧差：弧矢慧差：弧矢面内的光线对的交点到主光线的距离。表达式表达式：弧矢慧差比子午慧差小，手工计算光路时可忽略不计。弧矢慧差比子午慧差小，手工计算光路时可忽略不计。2.慧差的性质和表达式慧差的性质和表达式 性质：性质：慧差和孔径和视场都有关；慧差和孔径和视场都有关；当孔径改变
13、符号时，慧差的符号不变；当孔径改变符号时，慧差的符号不变；当视场改变符号时，慧差反号；当视场改变符号时，慧差反号；当视场和孔径均为零时，没有慧差。当视场和孔径均为零时，没有慧差。本讲稿第十九页，共七十三页子午慧子午慧 差差二、慧差二、慧差本讲稿第二十页，共七十三页 彗彗 差差本讲稿第二十一页，共七十三页二、慧差二、慧差慧差表达式：慧差表达式：对于大孔径小视场的光学系统，慧差主要由一、二项决定，对于大孔径小视场的光学系统，慧差主要由一、二项决定，对于大视场，相对孔径较小的光学系统，慧差主要由一、三对于大视场，相对孔径较小的光学系统，慧差主要由一、三项决定。项决定。3.正弦差和慧差的关系：正弦差和
14、慧差的关系：慧差破坏了轴外视场成像的清晰度，必须校正慧差。慧差破坏了轴外视场成像的清晰度，必须校正慧差。慧差随视场的增大而增大，对大视场光学系统必须校正慧差。慧差随视场的增大而增大，对大视场光学系统必须校正慧差。本讲稿第二十二页，共七十三页4.5 像散和场曲像散和场曲 1.子午场曲：子午场曲：子午宽光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为子午宽光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为宽光束子午场曲宽光束子午场曲，子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的，子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为距离称为细光束子午场曲细光束子午场曲。2.弧矢宽光束场曲：弧矢宽光束场曲：弧矢宽光束交点沿光轴方向
15、到高斯像面的距弧矢宽光束交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为弧矢宽光束场曲。离称为弧矢宽光束场曲。3.弧矢细光束场曲：弧矢细光束场曲：弧矢细光束交点沿光轴方向到高斯像面的距弧矢细光束交点沿光轴方向到高斯像面的距离。离。本讲稿第二十三页，共七十三页4.5 像散和场曲像散和场曲细光束场曲计算公式：细光束场曲计算公式：本讲稿第二十四页，共七十三页4.5 像散和场曲像散和场曲5.性质及像差校正：性质及像差校正：细光束场曲只是视场的函数，当视场角为细光束场曲只是视场的函数，当视场角为0时，不存在场曲。时，不存在场曲。当边缘视场校正到当边缘视场校正到0时，在时，在0.707边缘带有最大场曲，为最边缘带有最大
16、场曲，为最大场曲的大场曲的1/4。通常只校正细光束的场曲，（对大孔径，大光束的光学系通常只校正细光束的场曲，（对大孔径，大光束的光学系统也要考虑宽光束场曲）。统也要考虑宽光束场曲）。本讲稿第二十五页，共七十三页6.像散：像散：光束的子午像点和弧矢像点分开的轴向距离。光束的子午像点和弧矢像点分开的轴向距离。计算公式计算公式：细光束像散：细光束像散：宽光束像散：宽光束像散：性质性质：对单个折射球面，无正弦差的物点位置和光阑位置也不存在对单个折射球面，无正弦差的物点位置和光阑位置也不存在像差。像差。像散和场曲的关系：有像散必有场曲，但像散为零时，场像散和场曲的关系：有像散必有场曲，但像散为零时，场曲
17、不为零，称为曲不为零，称为匹兹伐尔场曲匹兹伐尔场曲 本讲稿第二十六页，共七十三页 像像 散散本讲稿第二十七页，共七十三页4.6 畸变畸变一、定义一、定义 不同视场的不同视场的主光线主光线通过光学系统后与高斯像面的交点高度通过光学系统后与高斯像面的交点高度yz不等于理想像高不等于理想像高y，其差别即为畸变。，其差别即为畸变。二、性质二、性质畸变是主光线的像差；畸变是主光线的像差；畸变是视场的函数，与像高有关；畸变是视场的函数，与像高有关；畸变是垂轴像差，只改变轴外物点在理想像面上的成像位畸变是垂轴像差，只改变轴外物点在理想像面上的成像位置，使像形状失真，但不影响像的清晰程度；置，使像形状失真，但
18、不影响像的清晰程度；表达式：表达式：相对畸变相对畸变：本讲稿第二十八页，共七十三页枕形畸变枕形畸变桶形畸变桶形畸变n正畸变（枕形畸变）和负畸变（桶形畸变）：正畸变（枕形畸变）和负畸变（桶形畸变）：n完全消除畸变困难，因为正弦条件和正切条件不能同时满足；完全消除畸变困难，因为正弦条件和正切条件不能同时满足；n对于对于 的对称光学系统，畸变自动校正。的对称光学系统，畸变自动校正。三、畸变校正：三、畸变校正：在视场边缘校正畸变 本讲稿第二十九页，共七十三页畸变图像畸变图像畸变校正图像畸变校正图像本讲稿第三十页，共七十三页4.7 色差色差一、一、位置色差：位置色差：轴上点两种色光成像位置的差异称为位置
19、色差，轴上点两种色光成像位置的差异称为位置色差，也叫轴向色差。也叫轴向色差。对目视系统对目视系统:位置色差仅与孔径有关，其符号不随入射高度的符号改变而位置色差仅与孔径有关，其符号不随入射高度的符号改变而改变。改变。本讲稿第三十一页，共七十三页4.7 色差色差二、二、倍率色差：倍率色差：轴外物点发出的两种色光的轴外物点发出的两种色光的主光线主光线在消单色光像在消单色光像差的高斯像面上交点高度之差。差的高斯像面上交点高度之差。对目视系统：对目视系统：计算公式：计算公式：远轴远轴：近轴：近轴：本讲稿第三十二页，共七十三页4.8 波像差波像差一、定义一、定义 物点发出的波面经光学系统后，实际波面和理想
20、波面在出瞳处相切时，两波面的光程差。表达式表达式:二、性质二、性质 波像差为孔径的函数；几何像差大时，波像差也大；波像差小，像质好；对轴上像点，单色像差由球差来决定；波色差：对轴上物点，两种色光在出瞳相切时，两波面的光程差。波色差计算公式：波色差计算公式：本讲稿第三十三页，共七十三页4.8 波像差波像差本讲稿第三十四页，共七十三页第五章第五章 典型光学系统典型光学系统 由于成像理论的完善，构成了许多在科学技术和国民经济中得到由于成像理论的完善，构成了许多在科学技术和国民经济中得到广泛应用的光学系统，下面主要介绍一下望远系统和摄像系统。广泛应用的光学系统，下面主要介绍一下望远系统和摄像系统。5.
21、1 摄影系统摄影系统一、摄影系统的组成一、摄影系统的组成 由摄影物镜和感光元件组成。包括照相机，电视摄像机和CCD摄像机等。二、摄影系统的光学特性二、摄影系统的光学特性 由焦距f，相对孔径D/f，视场角2表示。焦距决定成像的大小、相对孔径决定像面照度、视场决定成像范围。1.视场影响因素：影响因素：焦距，接收器尺寸像的大小与焦距的关系像的大小与焦距的关系：本讲稿第三十五页，共七十三页本讲稿第三十六页，共七十三页5.1 摄影系统摄影系统 在拍摄远处物体时，像的大小为：在拍摄近处物体时，像的大小为：当接收器的尺寸一定时，物镜的焦距越短，则其视场角越大，焦距越长视场角越小，相应称为广角物镜和远摄物镜。
22、普通照相机标准镜头的焦距为50mm2.分辨率分辨率影响因素：影响因素：物镜的分辨率和接收器的分辨率物方最大视场角物方最大视场角本讲稿第三十七页，共七十三页镜头的焦距与像的大小本讲稿第三十八页，共七十三页增大像距增大像距放大图像放大图像在镜头与相机之间加在镜头与相机之间加接圈增加像距接圈增加像距 本讲稿第三十九页，共七十三页5.1 摄影系统摄影系统n分辨率的度量分辨率的度量以像平面上每毫米内能分辨开的线对数Cy/mm表示。n经验公式经验公式：n理论分辨率：理论分辨率：n光圈数：光圈数：n评价摄影物镜的最佳方法评价摄影物镜的最佳方法:3.像面照度像面照度n物体在无限远时，0，则：n对大视场物镜有：
23、物镜分辨率物镜分辨率接收器分辨率接收器分辨率本讲稿第四十页，共七十三页4.景深景深讨论讨论三、摄影物镜的类型三、摄影物镜的类型1.像差校正要求像差校正要求：大视场，大相对孔径需要校正轴外点和轴上点像差2.基本类型介绍基本类型介绍普通摄影物镜，大相对孔径摄影物镜广角摄影物镜；远摄物镜变焦距物镜变焦比：焦距为：景深和焦距以及入瞳直径有关系景深和焦距以及入瞳直径有关系拍摄距离和光圈数影响景深拍摄距离和光圈数影响景深本讲稿第四十一页，共七十三页调节曝光量，改变成像质量调节曝光量，改变成像质量本讲稿第四十二页，共七十三页天天塞塞物物镜镜双双高高斯斯物物镜镜广广角角物物镜镜远远摄摄物物镜镜变变焦焦物物镜镜
24、本讲稿第四十三页，共七十三页5.2 望远系统望远系统一、望远系统的结构和参数一、望远系统的结构和参数1.视觉放大率视觉放大率 望远镜的视角放大率与物体的位置无关，仅取决于望远系统的望远镜的视角放大率与物体的位置无关，仅取决于望远系统的结构，欲增大视角放大率，必须增大物镜的焦距或减少目镜的结构，欲增大视角放大率，必须增大物镜的焦距或减少目镜的焦距，但目镜的焦距焦距，但目镜的焦距不小于不小于6mm，使得望远系统保持一定的出瞳使得望远系统保持一定的出瞳距。距。2.其它形式的望远系统其它形式的望远系统 加入棱镜转像系统的军用望远系统加入棱镜转像系统的军用望远系统 伽利略望远系统伽利略望远系统本讲稿第四
25、十四页，共七十三页本讲稿第四十五页，共七十三页n望远系统的分辨率：望远系统的分辨率：按瑞利判断：按瑞利判断：按道威判断：按道威判断：即入射光瞳直径即入射光瞳直径D越大，极限分辨率越高越大，极限分辨率越高n视觉放大率和分辨率的关系视觉放大率和分辨率的关系n有效放大率：有效放大率：满足分辨要求的最小视觉放大率满足分辨要求的最小视觉放大率n工作放大率：工作放大率：n分辨角分辨角 二、望远系统的分辨率二、望远系统的分辨率艾里斑半径艾里斑半径本讲稿第四十六页，共七十三页1.开普勒望远镜：开普勒望远镜：物镜框是孔径光阑、分划板是视场光阑、出瞳、入瞳、目镜框是渐晕光阑 物方视场角为：视场角2一般不超过152
26、.伽利略望伽利略望远镜 瞳孔为孔径光阑，物镜框为视场光阑 渐晕当视场为50渐晕（K=50%）时，其视场角 最大视场（渐晕系数K0）视觉放大率视觉放大率视视 场场三、望远镜的视场三、望远镜的视场本讲稿第四十七页，共七十三页开普勒望远镜开普勒望远镜伽利略望远镜伽利略望远镜本讲稿第四十八页，共七十三页第六章第六章 光学系统的评价方法光学系统的评价方法 在不考虑衍射现象影响时，光学系统的成像质量主要与系统的像差大在不考虑衍射现象影响时，光学系统的成像质量主要与系统的像差大小有关，因此设计光学系统必须要考虑像差的校正。小有关，因此设计光学系统必须要考虑像差的校正。6.1 像质判断准则像质判断准则一、瑞利
27、判断一、瑞利判断 根据成像波面相对理想球面波的变形程度来判断光学系统的成像质量，最大波像差二、中心点亮度二、中心点亮度 以光学系统存在像差时，成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比来表示光学系统的成像质量 本讲稿第四十九页，共七十三页两种像质判断准则的比较两种像质判断准则的比较 瑞利判断 中心点亮度依据波面变形程度 衍射斑中心点亮度之比 判据 小于优点 便于实际应用（几何像差积分得波像差）缺点不够严密，没考虑缺陷部分在整个波面面积上的比重计算复杂，实际中不便应用适用性小像差光学系统，如望远镜，显微物镜，微缩物镜和制板物镜等对成像质量要求较高的系统 本讲稿第五十页，共七十三页6.
28、2 分辨率分辨率瑞利分辨极限瑞利分辨极限本讲稿第五十一页，共七十三页6.2 分辨率分辨率 分辨率是反映光学系统能分辨物体细节的能力，分辨率是反映光学系统能分辨物体细节的能力，能分辨的两个等能分辨的两个等亮度间的距离对应艾里斑的半径。亮度间的距离对应艾里斑的半径。1.定义定义 一个亮点的衍射图案中心与另一个亮点的衍射图案的第一暗环重合时，这两个亮点能被分辨。2.一般表达式：一般表达式：3.优缺点优缺点 优点：优点：指标单一，便于测量。缺点：缺点：不够严格可靠，表现在以下三点：只适于大像差光学系统；与实际物体有很大差别；存在伪分辨率现象。入瞳直径入瞳直径=0.555=0.555m m本讲稿第五十二
29、页，共七十三页6.3 点阵列点阵列1.原理原理 点列图：点列图：由于像差的存在，点像不再集中于一点，而是一个分布在一定范围的弥散图形。点列图法：点列图法：利用弥散点的密集程度来衡量光学系统的成像质量的方法。2.方法方法 光线选择光线选择 评价标准：评价标准：30%以上的点或光线所构成的图形区域作为实际有效弥散以上的点或光线所构成的图形区域作为实际有效弥散 斑斑。优缺点比较：优缺点比较：优点：优点：原理简单、方法易行。在大像差的照像物镜设计中得到应用。缺点：缺点：需要大量的光路计算，工作量大。本讲稿第五十三页，共七十三页6.3 点阵列点阵列极坐标布点极坐标布点直角坐标布点直角坐标布点遮挡效应遮挡
30、效应本讲稿第五十四页，共七十三页6.4 光学传递函数评价成像质量光学传递函数评价成像质量1.原理原理n物体看作是发光点的集合，是由各种频率的谱组成。n光学传递函数：光学系统对物体不同频率成分的传递能力。n优点：综合性，客观性，适应性。2.具体应用具体应用n利用利用MTF曲线来评价成像质量。曲线来评价成像质量。原理：原理：某一频率的对比度下降到零时，说明该频率被截止。n利用利用MTF曲线的积分值来评价成像质量。曲线的积分值来评价成像质量。原理：原理：像点中心亮度值与MTF曲线的包容面积有对应关系。本讲稿第五十五页，共七十三页MTF曲线曲线MTF曲线所围的面积曲线所围的面积本讲稿第五十六页，共七十
31、三页几何光学课程总结几何光学课程总结第一章第一章几何光学的基本概念几何光学的基本概念光的折反射定律，光的全反射光的折反射定律，光的全反射成像的概念（完善成像条件，共轴，物像空间，实像和虚像等成像的概念（完善成像条件，共轴，物像空间，实像和虚像等）实际和近轴光路计算（基本概念和符号规则，物像关系计算公实际和近轴光路计算（基本概念和符号规则，物像关系计算公式，已知式，已知 求求 ）球面光学成像系统（单个折射面成像的垂轴放大率、轴向放大率、球面光学成像系统（单个折射面成像的垂轴放大率、轴向放大率、角放大率及其三者的关系，近轴的拉赫不变量）角放大率及其三者的关系，近轴的拉赫不变量）共轴球面系统的过渡公
32、式共轴球面系统的过渡公式本讲稿第五十七页，共七十三页光线经过单个折射球面的折射由正弦定理得：由折射定律：像方孔径角：Return本讲稿第五十八页，共七十三页近轴区物体经过单个折射球面的成像近轴区物体经过单个折射球面的成像返回返回本讲稿第五十九页，共七十三页本讲稿第六十页，共七十三页几何光学课程总结几何光学课程总结第二章第二章理想光学系统的基本概念（共轭，高斯成像，基点和基面）理想光学系统的基本概念（共轭，高斯成像，基点和基面）理想光学系统的成像（已知共轭点和共轭面如何求像位置）理想光学系统的成像（已知共轭点和共轭面如何求像位置）理想光学系统的基点和主平面及其之间的关系理想光学系统的基点和主平面
33、及其之间的关系理想光学系统的基点和焦距的计算（追迹法和过渡公式）理想光学系统的基点和焦距的计算（追迹法和过渡公式）理想光学系统的物像关系（图解法和解析法，高斯公式和牛顿公式，理想光学系统的物像关系（图解法和解析法，高斯公式和牛顿公式，及其之间的转换，理想光学系统焦距之间的关系，理想光学系统的及其之间的转换，理想光学系统焦距之间的关系，理想光学系统的放大率及其应用，节点）放大率及其应用，节点）多光组组合的计算（两个光组，光焦度，多光组的追迹法计多光组组合的计算（两个光组，光焦度，多光组的追迹法计算及其应用）算及其应用）透镜的概念，两个透镜的焦距和主点、焦点位置计算透镜的概念，两个透镜的焦距和主点
34、、焦点位置计算本讲稿第六十一页，共七十三页本讲稿第六十二页，共七十三页本讲稿第六十三页，共七十三页两光组组合两光组组合MM 由焦距关系由焦距关系返回返回本讲稿第六十四页，共七十三页几何光学课程总结几何光学课程总结第三章第三章照相系统的结构和性质，光阑位置对成像光束的影响，孔径光阑、照相系统的结构和性质，光阑位置对成像光束的影响，孔径光阑、视场光阑、出瞳和入瞳的位置，渐晕光阑视场光阑、出瞳和入瞳的位置，渐晕光阑望远镜系统的结构特点和性质，物镜和目镜，视角放大率，望远镜系统的结构特点和性质，物镜和目镜，视角放大率，视场角，物方焦距和像方焦距和放大率的关系。视场角，物方焦距和像方焦距和放大率的关系。
35、显微系统的结构和性质，孔径光阑的位置，显微系统的应用显微系统的结构和性质，孔径光阑的位置，显微系统的应用（远心光路测量和场镜）（远心光路测量和场镜）光学系统的景深（对准平面和景像平面，景深的计算，影响景深的光学系统的景深（对准平面和景像平面，景深的计算，影响景深的因素，景深的应用）因素，景深的应用）本讲稿第六十五页，共七十三页本讲稿第六十六页，共七十三页望远镜系统简化图望远镜系统简化图本讲稿第六十七页，共七十三页本讲稿第六十八页，共七十三页几何光学课程总结几何光学课程总结第四章第四章像差的概念和产生像差的原因，像差的种类像差的概念和产生像差的原因，像差的种类实际光学光路计算，（近轴光路计算：轴
36、上点和轴外点；远轴光实际光学光路计算，（近轴光路计算：轴上点和轴外点；远轴光路计算：轴上点，无限远轴外点和有限远轴外点）目的为了计算路计算：轴上点，无限远轴外点和有限远轴外点）目的为了计算像差大小进一步校正像差。像差大小进一步校正像差。球差的概念，是轴上点像差，球差的经验公式，球差的校正，利用球差的概念，是轴上点像差，球差的经验公式，球差的校正，利用无球差点校正球差（齐明点）无球差点校正球差（齐明点）正弦差的概念，正弦条件，等晕成像，正弦差的性质，慧差正弦差的概念，正弦条件，等晕成像，正弦差的性质，慧差的概念的概念像散和场曲的概念，畸变的概念像散和场曲的概念，畸变的概念色差的概念，倍率色差和位
37、置色差的计算公式色差的概念，倍率色差和位置色差的计算公式本讲稿第六十九页，共七十三页几何光学课程总结几何光学课程总结第五章第五章摄影系统的构成和光学特性摄影系统的构成和光学特性 视场（视场（焦距和接收器的尺寸焦距和接收器的尺寸），像面照度、分辨率（），像面照度、分辨率（物镜的分辨物镜的分辨率和接收器的分辨率率和接收器的分辨率）景深（）景深（焦距和入瞳直径，拍摄距离和光焦距和入瞳直径，拍摄距离和光圈数）圈数），摄影系统的类型，摄影系统的类型望远系统的构成和光学特性望远系统的构成和光学特性 视觉放大率的概念（和物体位置无关，取决于望远系统的结构）视觉放大率的概念（和物体位置无关，取决于望远系统的结构），分辨率（，分辨率（视觉放大率和分辨率的关系）视觉放大率和分辨率的关系）和视场和视场 典型的望远系统：典型的望远系统：开普勒望远镜和伽利略望远镜开普勒望远镜和伽利略望远镜本讲稿第七十页，共七十三页本讲稿第七十一页，共七十三页 彗彗 差差像像 散散本讲稿第七十二页，共七十三页球差及色差球差及色差反射望远镜反射望远镜本讲稿第七十三页，共七十三页