光学扩展量
3.光学扩展量和Winston-Welford 设计方法
3.1介绍
光线在光学系统中传播的过程，需要占用一定面积和角空间。图3.1所示为一个半径为r 的球面光源（如太阳）向外发射光线。随着发出光线的扩展，它最终将照亮一个半径为1d 的球面1A 内表面。当光线到达表面时，光线的角度扩展限定于1A 上的点与R S 的切线确定的角1θ内。该角1θ可由11sin r d θ=得到。球面1A 的表面积为2114A d π=，或者利用关于1s i n θ的表达式我们可以得到
2211sin 4S A r A θπ==，其中S A 为光源R S 的面积。
图3.1
下面我们比较另外一种情况，即随着光线继续扩展它将照亮一个更大的半径为2d 的球面2A 。如图3.2所示。与前文所述1A 的情况相同，我们有222sin S A A θ=，这样就可以得到221122sin sin A A θθ=，随着光线由光源向远处的空间传播，其所需占用的面积逐渐增加，但是它需要的角度却减小了，发生这种情况表明量
2sin A θ是守恒的。
图3.2
若现在如图3.3所示球面2A 折射率为1n 和2n 的两种介质的分界面，光线通过
2A 时将发生折射。其孔径张角将由22θ变为*2
2θ，2θ和*
2θ的关系根据折射定律可知为*
1222sin sin n n θθ=。当在折射率为2n 的新介质中传播时，光线可以被认为来
自一个虚光源V S 。
图3.3
因此有()222222*1122212sin sin sin A A A n n θθθ==或2222*
111222
sin sin n A n A θθ=的关系，并且随着光线在空间中的传播22sin n A θ的值是守恒的。22sin U n A πθ=称为在θ±角度的锥角内通过面积区域A 的辐射的光学扩展量。
如果系统的几何形状为二维，则光源将变为一个圆形，半径为1d 的另一个圆周长为112a d π=。或者利用前面关于1sin θ的表达式我们得到11sin 2S a r a θπ==，
其中S a 为光源R S 的周长。同样的我们也可以得到22sin S a a θ=，所以有如下关系；
1122sin sin a a θθ=。因此随着光线在平面上的传播，sin a θ的值也是守恒的。如
果光线在不同折射率的材料中传播，则守恒量为sin na θ。22sin D U na θ-=被称为
θ±角度范围内穿过长度为a 的曲线的光线的二维光学扩展量，且这个量也是守
恒的。
二维光学扩展量可以写为一种不同的形式：cos dU nda d θθ=。这样对于一个被限制于θ±角度范围内的光线照亮的长为a 的曲线来说，我们有（图3.4）：
cos 2sin U na d na θ
θ
θθθ-==?
(0.1)
图3.4
在三维几何图形中，光学扩展量定义为2cos dU n dA d θ=Ω，其中d Ω为立体角元素，该公式的推导将在下面给出。
3.2光学扩展量守恒
非成像光学的一个典型的应用是根据光学扩展量守恒将辐射由光源传送到接收器。由此我们可以看出，光学扩展量守恒是非成像光学领域的一个核心概念。光学扩展量可以由光学原理推导出来（14章）。但是在其他领域它也是一个重要的概念比如经典（统计）力学、辐射亮度学和光度学（16章）或辐射热传导方面（16章）。
在此，我们根据热力学的观点给出光学扩展量守恒，这种方法在第一章计算一个光学元件所能提供最大集光能力时曾经使用过。该对于光学扩展量的证明并不严格，但是也不是凭直觉所得，因此在这一章里我们使用这种方法予以证明。更加严格的证明将在哈密顿光学中给出。
首先介绍辐射亮度的概念，这个概念也将在16章中给出并且进行细致的讨
论（与光亮度值一起介绍）。如果一个面积元dA 以与法向成θ角的方向向外发射（或者穿过）辐射通量（单位时间的能量）为d Φ的辐射光，该辐射光包含在一个立体角d Ω内，我们就可以定义一个值L 称为辐射亮度（图3.5a ）：
cos d L dA d θΦ
=
Ω
(0.2)
由此我们可以看出d Φ为一个二阶导数因为它与dA 和d Ω的计算结果成比例。
如果面积dA 处于一个折射率为n 的介质中，关于辐射亮度的公式3.2可以写为：
2
*2cos L d n dA d L dU n
θΦ=
Ω= (0.3)
其中*2L L n =称为基本辐射亮度且：
2cos dU n dA d θ=Ω
(0.4)
为光学扩展量。
图3.5
单位立体角内发出的辐射通量称为辐射强度，由下式给出：
cos d I LdA d θΦ
=
=Ω
(0.5)
其中dA 是发射表面的面积，d Ω指向与表面法向n 成θ角的方向。
通常L 取决于发出光线的方向，但是当L 为一个恒量时将获得一个重要的情况。发光强度与cos θ成比例，即与θ方向的投影面积成比例，如图3.5b 所示。以这种角分布发射光线的表面称为朗伯发射体。
我们现在可以根据公式（3.3）对一个半球所确定的立体角进行积分，计算出浸于折射率为n 材料中的面积元dA 在整个半球上的总发射光通量hem d Φ。半径为r 的球面上的面积元*dA 定义一个立体角为：
*
2sin dA d d d r
θθ?Ω==
(0.6)
如图3.6中球面坐标所示。
图3.6
则面积元dA 在整个半球面上的发射光通量为：
22
*2
2*0
cos sin hem d L n dA d d n L dA π
π
θθθ?πΦ==?
?
(0.7)
若面积元dA 为一个T 温度下的黑体发射体，其辐射为朗伯型且射向半球的总光通量为：
4hem d T dA σΦ=
(0.8)
在折射率为n 的材料中史蒂芬—波尔兹曼恒量σ的值为：
4
2
203
215V k n n c h πσσ==
(0.9)
其中8245.6710V Wm K σ---=?为其在真空中（1n =）的取值；k 为波尔兹曼恒量；
h 为普朗克恒量；0c 为真空中光速。由表达式3.7到3.9我们用公式：
4
*
V T L σπ
= (0.10)
来表示温度T 下的黑体发射体的基本辐射亮度。根据对于基本辐射亮度的定义，它是关于温度的函数，我们考虑一些情况。
图3.7表明的是第一种情况，我们得到相距为r 两个表面3dA 和4dA 。两个表面法线方向3n 和4n 与r 的夹角分别为3θ和4θ。两个表面之间的介质折射率为3n 。
图3,7
若3dA 向4dA 发射光线，则该光线的光学扩展量为（图3.7a ）：
22
44
3433334333
2
cos cos cos dA dU n dA d n dA r
θθθ=Ω= (0.11)
若4dA 向3dA 发射光线，则该光线的光学扩展量为（图3.7b ）：
22
33
4334443344
2
cos cos cos dA dU n dA d n dA r θθθ=Ω= (0.12)
由公式3.11和公式3.12我们可以总结得到：
3443dU dU =
(0.13)
下面我们考虑图3.8中所示的第二种情况，系统平衡时3dA 向4dA 发射的辐射光通量34d Φ与4dA 向3dA 发射的辐射通量43d Φ相等。根据3443d d Φ=Φ以及公式3.3和公式3.13我们可以得到：
**
34L L =
(0.14)
其中*3L 为光线由3dA 向4dA 发射时3dA 处的基本辐射亮度；*
4L 为光线由4dA 向3
dA 发射时4dA 处的基本辐射亮度。
图3.8
我们现在考虑图3.9中标明的第三种情况，3dA 是处于T 温度下向折射率为n
的空间发射光线的黑体。
在4dA 和5dA 之间有一个光学器件P O 将由3dA 接收到的光改变方向投射到
5dA 。考虑5dA 为温度为5T 的另一个黑体，5dA 的温度5T 取决于它同光源3dA 的辐
射交换。由于具有一定温度，5dA 同样也向外发射光线，我们认为4dA 和5dA 之间的光学器件同时也将该光投射向3dA 。
图3.9
根据热力学第二定律，由一个物体向另外一个温度更高的物体传输热的过程是不可能存在的。热力学第二定律还规定了5dA 的最大温度应与3dA 相等，即：
53dA dA =。由于温度和基本辐射亮度之间的关系由公式3.10给出，因此它还规
定了5dA 处的最大基本辐射亮度*5L 。在系统平衡的极限情况53T T =时，我们也可
以得到：**
53L L =并且根据公式3.14有：
***
345L L L ==
(0.15)
最后我们考虑图3.10中表明的第四种情况，有一处于折射率为2n 的材料中温度为1T 的黑体1dA ，它发射出来的光线在折射率为2n 的介质中传播知道被面积
2dA 接收，2dA 位于2dA 和3dA 间光学器件的入口孔径处。通过光学器件之后，光
线在3dA 和4dA 之间折射率为3n 的介质中传播，并经过4dA 被另一个光学器件P O 投射到黑体5dA 上。
使用第二种情况中的观点，我们可以总结得到**
12L L =。同时，热力学第二定律也给黑体5dA 规定了一个最大温度即51dA dA =。于是有**
15L L =，根据公式3.15
可知：
*****
12345L L L L L ====
(0.16)
因此在整个系统中基本辐射亮度是恒定的。
图3.10
平衡时，1dA 向2dA 发射的辐射通量12d Φ与2dA 向1dA 发射的辐射通量21d Φ相同，即1221d d Φ=Φ。2dA 和3dA 间光学器件在2dA 处接收到来自1dA 的辐射通量
12d Φ为*12221d L dU Φ=。同样的，穿过3dA 射向4dA 的光通量为*
34334d L dU Φ=。若光通量恒定即1234d d Φ=Φ而通过光学器件的基本辐射亮度也为恒定（**23L L =）,
则通过这个光学器件的光学扩展量也为恒定的，我们有：
2134dU dU =
(0.17)
也就是说由2dA 进入光学器件的光线的光学扩展量与从3dA 处出射的光线的光学扩展量是相等的。
光学发展简史
课程名称：光学主讲教师：王丹专业班级： 14光电 学号 201430320311 姓名谢宇成绩： 光学发展简史 摘要：光学是一门古老的科学，从远古时期就已经开始有人研究光的学问；光学也是一门实用的科学，我们日常生活中的许多设备，技术都离不开光学的应用。回顾光学的发展史，更有利于学习和把握光学这门有趣的科学。 关键词:光学科学学习发展史 光学的发展，大体上可以分为五个时期——萌芽时期，几何光学时期，波动光学时期，量子光学时期和现代光学时期。 在萌芽时期，主要进行简单光学元件的制造和基础光学原理的研究。在此时期，先秦典籍已经记载了影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像等光学原理[1]；这之后，西方的欧几里得研究了光的反射，叙述了光的反射角等于入射角。在11世纪，阿拉伯学者伊本·海赛木首次提出视觉是由物体发生的光辐射线引起的[2]。14世纪，波特研究了成像暗箱,即小孔成像原理。从15世纪末到16世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件相继出现，对光学的研究即将到达一个峰点——几何光学。 紧接着的几何光学时期，是光学真正成为一门科学的时期。从公元1590年到十七世纪初，詹森和李普希同时独立发明了显微镜。在1608年，荷兰的李普塞发明了第一架望远镜。光学仪器的相继问世，给光学的研究插上了助推器。17世纪初，开普勒创设大气折射理论，提出天体望远镜原理。从15世纪中叶到17世纪，斯涅耳和笛卡尔、费马等经过一系列研究总结出的光的反射定律和折射定律，基本奠定了几何光学的基础。此后，在十七世纪中后叶，牛顿发现太阳光折射光谱和“牛顿环”，创立了光的“微粒说”[3]。但从17世纪开始，光的直线传播原理已经不能解释一些实验现象：意大利人格里马首先观察到了光的衍射现象，接着，胡克和波意耳独立地研究了薄膜所产生的彩色条纹干涉。自此，光学
光学系统设计作业
显微物镜光学参数要求为：β=2?，NA =0.1，共轭距离为195mm 。 1）根据几何光学计算相应参数； 2）运用初级像差理论进行光学系统初始结构计算； 3）使用光学设计软件对初始结构进行优化，要求视场角o 5±； 4）根据系统的特点列出优化后结构的主要像差分析； 5）计算优化后结构的二级光谱色差。 一、显微物镜的基本参数计算 为有效控制显微镜的共轭距离，显微镜设计时，一般总是逆光路设计，即按1/β进行设计。该显微物镜视场小，孔径不大，只需要校正球差、正弦差和位置色差。因此，采用双胶合物镜。 '''' 1 2 195111l l l l l l f β==- -=-= 解，得 ''6513043.33l l f ==-= 正向光路 根据 '' ' J nuy n u y == sin NA n u = 在近轴情况下 NA nu = ' 2y y β== 由此可求解 ''' 0.05NA n u == 由此可知逆向光路的数值孔径 综上，该显微物镜的基本参数为 NA 'f 'l l 0.05 43.33 65 130- 二、求解初始基本结构
1）确定基本像差参量 根据校正要求，令'0L δ=、'0SC =、' 0FC L ?=，即 0C S S S I ∏ I ===∑∑∑，即 43332220 00 z C S h P S h h P Jh W S h C φφφφI I ∏ I ===+===∑∑∑ 解，得 0P W C I === 将其规化到无穷远 11sin 0.1NA n u ==，11n = 则 11sin 0.1/2u U β=?=-，11 6.5h l u mm =?= 规化孔径角为 110.1 20.3333071 6.543.33 u u h φ-== =-? 由公式 () ()() 21141522P P W u W W u μμ∞∞ =++++=++可求得规化后的基本像差参量 代入可得 0.36560.8832 P W ∞∞ ==- 2）选择玻璃组合 取冕牌玻璃在前 得 ( ) 2 00.850.1 0.155792P P W ∞ ∞ =-+=- 根据0P 和C I ，查表选取相近的玻璃组合为BaK7-ZF3，其参数为 Bak7:56,5688.111==v n ZF3:5.29,7172.122==v n 0010.11520, 4.295252, 2.113207P Q ?=-=-= 2.397505A =， 1.698752K = 3）求形状系数Q
光学发展史
光学发展史 光科1001班曲东雪 10272017 摘要：光学的主要光学(optics)是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。光学的起源在西方很早就有光学知识的记载，但是光学真正形成一门科学，应该从建立反射定律和折射定律的时代算起。其发展主要经历了萌芽时期，几何光学时期，波动光学时期和量子光学时期四个阶段。人们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学来研究。 关键词：光学的定义；光学的历史发展；光学研究内容 Optical Development History Abstract: optical main optical ( Optics ) is the study of light ( electromagnetic waves) behavior and properties, as well as the interaction of light with matter of physics. Optics origin in the West have long optical knowledge records, but the optical true to form a science, should from build reflection law and refraction law era. Its development mainly experienced budding period, geometrical optics, wave optics and quantum optics in four stages: the period of. People usually put on optical geometric optics, physical optics and quantum optics research. Key words: optical definition; optical historical development; optical research content 光学定义 光学(optics)，是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。光学既是物理学中最古老的一个基础学科，有事当前科学研究中最活跃的前沿阵地，具有强大的生命力和不可估量的前途。光学的发展过程是人类认识客观世界的进程中一个重要的组成部分，是不断揭露矛盾和克服矛盾、从不完全和不确切的认识总部走向较完善和较确切认识的过程。它的不少规律和理论是直接从欧美和生产实践中总结出来的，也有相当多的发现来自长期的系统的科学实验。光学的发展为生产技术提供了许多精密、快速、的衡东的实验手段和重要的理论依据；而圣餐技术的发展，又反过来不断向光学提出许多要求解决的新课题，并为进一步深入研究光学准备了物质条件。 光学的起源在西方很早就有光学知识的记载，欧几里得(Euclid，公元
光学设计作业答案Word版
现代光学设计作业 学号：2220110114 姓名：田训卿
一、光学系统像质评价方法 (2) 1.1 几何像差 (2) 1.1.1 光学系统的色差 (3) 1.1.2 轴上像点的单色像差─球差 (4) 1.1.3 轴外像点的单色像差 (5) 1.1.4 正弦差、像散、畸变 (7) 1.2 垂直像差 (7) 二、光学自动设计原理9 2.1 阻尼最小二乘法光学自动设计程序 (9) 2.2 适应法光学自动设计程序 (11) 三、ZEMAX光学设计.13 3.1 望远镜物镜设计 (13) 3.2 目镜设计 (17) 四、照相物镜设计 (22) 五、变焦系统设计 (26)
一、光学系统像质评价方法 所谓像差就是光学系统所成的实际像和理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在光学系统成像质量优劣的问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。 （1）光学系统实际制造完成后对其进行实际测量 ?星点检验 ?分辨率检验 （2）设计阶段的评价方法 ?几何光学方法：几何像差、波像差、点列图、几何光学传递函数 ?物理光学方法：点扩散函数、相对中心光强、物理光学传递函数 下面就几种典型的评价方法进行说明。 1.1 几何像差 几何像差的分类如图1-1所示。 图1-1 几何像差的分类
1.1.1 光学系统的色差 光波实际上是波长为400~760nm 的电磁波。光学系统中的介质对不同波长光的折射率不同的。如图1-2，薄透镜的焦距公式为 ()'121111n f r r ??=-- ??? (1-1) 因为折射率n 随波长的不同而改变，因此焦距也要随着波长的不同而改变， 这样，当对无限远的轴上物体成像时，不同颜色光线所成像的位置也就不同。我们把不同颜色光线理想像点位置之差称为近轴位置色差，通常用C 和F 两种波长光线的理想像平面间的距离来表示近轴位置色差，也成为近轴轴向色差。若l ′F 和l ′c 分别表示F 与C 两种波长光线的近轴像距，则近轴轴向色差为 '''FC F C l l l ?=- (1-2) 图1-2 单透镜对无限远轴上物点白光成像 当焦距'f 随波长改变时，像高'y 也随之改变，不同颜色光线所成的像高也不 一样。这种像的大小的差异称为垂轴色差，它代表不同颜色光线的主光线和同一基准像面交点高度（即实际像高）之差。通常这个基准像面选定为中心波长的理 想像平面。若'ZF y 和'ZC y 分别表示F 和C 两种波长光线的主光线在D 光理想像平面 上的交点高度，则垂轴色差为 '''FC ZF ZC y y y ?=- (1-3)
光学干涉测量技术
光学干涉测量技术 ——干涉原理及双频激光干涉 1、干涉测量技术 干涉测量技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。相干光波在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹，通过分析处理干涉条纹获取被测量的有关信息。 当两束光亮度满足频率相同，振动方向相同以及相位差恒定的条件，两束光就会产生干涉现象，在干涉场中任一点的合成光强为： 122I I I πλ=++ 式中△是两束光到达某点的光程差。明暗干涉条纹出现的条件如下。 相长干涉（明）： min 12I I I I ==+ （ m λ=） 相消干涉（暗）： min 12I I I I ==+-， （12m λ? ?=+ ??? ） 当把被测量引入干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差则发生变化。通过测量干涉条纹的变化量，即可以获得与介质折射率和几何路程有关的各种物理量和几何量。 按光波分光的方法，干涉仪有分振幅式和分波阵面式两类。按相干光束传播路径，干涉仪可分为共程干涉和非共程干涉两种。按用途又可将干涉仪分为两类，一类是通过测量被测面与参考标准波面产生的干涉条纹分布及其变形量，进而求得试样表面微观几何形状、场密度分布和光学系统波像差等，即所谓静态干涉；另一类是通过测量干涉场上指定点干涉条纹的移动或光程差的变化量，进而求得试样的尺寸大小、位移量等，即所谓动态干涉。 下图是通过分波面法和分振幅法获得相干光的途径示意图。光学测量常用的是分振幅式等厚测量技术。 图一 普通光源获得相干光的途径 与一般光学成像测量技术相比，干涉测量具有大量程、高灵敏度、高精度等特点。干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测量。在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪（图二）、马赫-泽德干涉仪、菲索
光学设计报告
湖北第二师范学院《光学系统设计》 题目：望远镜的设计 姓名：刘琦 学号:1050730017 班级：10应用物理学
目录 望远系统设计............................................................................................... 第一部分：外形尺寸计算 .......................................................................... 第二部分：PW法求初始结构参数（双胶合物镜设计） ....................... 第三部分：目镜的设计 .............................................................................. 第四部分：像质评价 .................................................................................. 第五部分心得体会 ..................................................................................
望远镜设计 第一部分：外形尺寸计算 一、各类尺寸计算 1、计算'f o 和'f e 由技术要求有：1 '4 o D f = ，又30D mm =，所以'120o f mm =。 又放大率Γ＝6倍，所以' '206o e f f mm ==。 2、计算D 出 30 3056 D D D mm =∴= = =Γ物出物 3、计算D 视场 2'2120416.7824o o D f tg tg mm ω==??=视场 4、计算'ω（目镜视场） ''45o tg tg ωωωΓ?=?≈ 5、计算棱镜通光口径D 棱 （将棱镜展开为平行平板，理论略） 该望远系统采用普罗I 型棱镜转像，普罗I 型棱镜如下图： 将普罗I 型棱镜展开，等效为两块平板，如下图：
哈工大光电技术基础及应用大作业
《光电技术基础及应用》大作业 （2015年春季学期） 题目激光测距原理及军事应用 姓名崔晓蒙 学号1110811005 班级1108110班 专业机械设计制造及其自动化 报告提交日期2015年4月23日 哈尔滨工业大学
大作业要求 1.请根据课堂布置的4道大作业题，任选其一，题目自拟，拒绝雷 同和抄袭； 2.大作业最好包含自己的心得、体会或意见、建议等； 3.大作业统一用该模板撰写，字数不少于5000字，上限不限； 4.正文格式：小四号字体，行距为1.25倍行距； 5.图表规范，参考文献不少于8篇； 6.用A4纸单面打印；左侧装订，1枚钉； 7.大作业需同时提交打印稿和2003word电子文档予以存档，电子文 档由班长收齐，统一发送至：j_jyq@https://www.wendangku.net/doc/e7626696.html,； 8.此页不得删除。 评语： 成绩（20分）：教师签名： 2015年5月25日
《激光测距原理及军事应用》 摘要：本文简要介绍了脉冲激光测距原理及常见的激光测距光源，并对它们在军事上的应用作了相应的介绍。 关键词：激光测距，激光光源，军事应用 1.概述 1960年一种神奇的光诞生了，它就是激光。激光的英文名称是Laser，取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。由于激光在亮度、方向性、单色性以及相干性等方面都有不俗的特点，它一出现就吸引了众多科学工作者的目光，并被迅速地被应用在工业生产方面、国防军工方面、房地产业、各级科研机构、工程、防盗安全等各个行业各个领域：激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。有关于激光的研究与生产制造也如火如荼地开展了起来。 激光与普通光源所发出的光相比，有显著的区别，形成差别的主要原因在于激光是利用受激辐射原理和激光腔滤波效应。而这些本质性的成因使激光具有一些独特的特点： 1.激光的亮度高。固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr这是因为激光虽然功率有限，但是由于光束极小，于是具有极高的功率密度，所以激光的亮度一般都大于我们所见所有光（包括可见光中的强者：太阳光），这也是激光可用于星际测量的根本原因所在； 2.激光的单色性好。这是因为激光的光谱频率组成单一。 3.激光的方向性好。激光具有非常小的光束发散角，经过长距离的飞行以后仍然能够保持直线传输； 4.激光的相干性好。我们通常所见到的可见光是非相干光，激光可以做到他们都做不到的事情，比如说切割钢材。 在测距领域，激光的作用更是不容忽视，可以这样说，激光测距是激光应用最早的领域（1960年产生，1962年即被应用于地球与月球间距离的测量）。测量的精确度和分辨率高、抗干扰能力强，体积小同时重量轻的激光测距仪受到了大多数有测距需求的企业、机构或个人的青睐，其市场需求空间大，应用领域广行业需求多，并且起着日益重要的作用。 激光测距是激光在军事上应用最早和最成熟的技术。自1960年第一台激光器--红宝石激光器发明以来，便有人开始进行激光测距的研究。和微波测距等其
透镜焦距的测定及光学设计
大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：透镜焦距测量与光学设计学院：专业班级： 学生：学号： 实验地点：座位号： 实验时间：
一、实验目的： 1.观察薄凸透镜、凹透镜的成像规律。 2.学习测量焦距的方法：自准法、物像法、共轭法测凸透镜焦距；辅助成像测凹透镜焦距。 3.通过实验掌握望远镜和显微镜的基本原理，并在导轨和光具座上用透镜自组望远镜和显微镜。 4.通过实际测量了解显微镜、望远镜的主要光学参量。 5.了解视觉放大率的概念并学习其测量方法。 二、实验原理： 1．测凸透镜的焦距 （1）自准直法 如图1所示，用屏上“1”字矢孔屏作为发光物。在凸透镜的另一边放置一平面反射镜，光线通过凸透镜后经平面反射镜返回孔屏上。移动透镜位置可以改变物距的大小，当物距正好是透镜的焦距时，物上任意一点发出的光线经透镜折射后成为平行光，经平面镜反射后，再经透镜折射回到矢孔屏上。这时在矢孔屏上看到一个与原物大小相等的倒立实像。这时物屏到凸透镜光心的距离即为此凸透镜的焦距。 （2）物距像距法 如图2所示，用屏上“1” 字矢孔作为发光物，经过凸透镜折射后成像在另一侧的观察屏上。在实验中测得物距u 和像距v ，则凸透镜的焦距为 v u uv f += 用自准直法和物距像距法测凸透镜焦距时，都必须考虑如何确定光心的位置。光线从各个方向通过凸透镜中的一点而不改变方向，这点就是该凸透镜的光心。凸透镜的光心一般与它的几何中心不重合，因而光心的位置不易确定，所以上述两种方法用来测定凸透镜焦距是不够准确的，误差约为1.0%~5.0%。 图1 自准直法测焦距 图2 物距像距法测焦距 3.共轭法测量凸透镜焦距 如果物屏与像屏的距离b 保持不变,且b>4f,在物屏与像屏间移动凸透镜,可两次成像.当凸透镜移至O 1处时,屏上得到一个倒立放大实像,当凸透镜移至O 2处时,屏上得到一个倒立缩小实像,由共轭关系结合焦距的高斯公式得:
现代光学的发展历程
现代光学的发展 众所周知，因为有了光，人们才能看见这个色彩斑斓的世界，才能在这世界上生存。因此在我们的生活中有许许多多的光现象及其应用的产生。无论是建造艺术，还是雕塑、绘画及舞蹈艺术等众多领域都离不开光的存在，也因为有了光的存在，使其更加的炫目夺人。 那么，光在于现代是如何发挥它对人类的作用的呢？而光又是如何发展成 为现代光学呢？ 20世纪中叶随着新技术的出现，新的理论也不断发展，由于光学的应用十 分广泛，已逐步形成了许多新的分支学科或边缘学科。几何光学本来就是为设 计各种光学仪器而发展起来的专门学科，随着科学技术的进步，物理光学也越 来越显示出它的威力，例如光的干涉目前仍是精密测量中无可替代的手段，衍 射光栅则是重要的分光仪器，光谱在人类认识物质的微观结构(如原子结构、分 子结构等)方面曾起了关键性的作用，人们把数学、信息论与光的衍射结合起来， 发展起一门新的学科——傅里叶光学把它应用到信息处理、像质评价、光学计 算等技术中去。特别是激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里 程碑，由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的性能，自从 它问世以来，很快被运用到材料加工、精密测量、通讯、测距、全息检测、医 疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异的成绩。此外，激光还为同位素 分离、储化，信息处理、受控核聚变、以及军事上的应用，展现了光辉的前景。 光学是物理学的一个分支, 是一门古老的自然学科, 已经有数千年发展历 史。在十七世纪前后, 光学已初步形成了一门独立的学科。以牛顿为代表的微 粒说和与之相应的几何光学；以及以惠更斯为代表的波动说和与之相应的波动 光学构成了光学理论的两大支柱。到十九世纪末, 麦克斯韦天才地总结和扩充 了当时已知的电磁学知识, 提出了麦克斯韦方程组, 把波动光学推到了一个更 高的阶段。然而, 人们对光的更进一步的认识是与量子力学和相对论的建立分 不开的。一方面, 十九世纪及其以前的光学为这两个划时代的物理理论的建立 提供了依据。另一方面, 这两个理论的建立, 更加深了人类对光学有关现象的 深入了解。从十七世纪到现在，光学的发展经历了萌芽时期、几何光学时期、 波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等五大历史时期。
光学设计报告
光学设计课程报告 班级： 学号： 姓名： 日期：
目录 双胶合望远物镜的设计 (02) 摄远物镜的设计 (12) 对称式目镜的设计与双胶合物镜的配合 (20) 艾尔弗目镜的设计 (30) 低倍消色差物镜的设计 (38) 无限筒长的高倍显微物镜的设计 (47) 双高斯照相物镜的设计 (52) 反摄远物镜的设计 (62) 课程总结 (70)
双胶合望远物镜的设计 1、设计指标： 设计一个周视瞄准镜的双胶合望远物镜（加棱镜），技术要求如下：视放大率： 3.7?；出瞳直径：4mm ；出瞳距离：大于等于20mm ；全视场角：210w =?；物 镜焦距： ' =85f mm 物；棱镜折射率：n=(K9)；棱镜展开长：31mm ；棱镜与物镜的 距离40mm ；孔径光阑为在物镜前35mm 。 2、初始结构计算 (1) 求 J h h z ，， 根据光学特性的要求4.728.142=== D h ： 44.75tan 85tan ''=?=?=οωf y 0871 .0''==f h u 648.0'''==y u n J (2)计算平行玻璃板的像差和数 C S S S I I I I ，， 平行玻璃板入射光束的有关参数为 0871.0=u 0875.0)5tan(-=-=οz u 005 .1-=u u z 平行玻璃板本身的参数为 d=31mm ； n=； 1.64=ν 带入平行玻璃板的初级像差公式可得： 000665.01.51631-1.5163×0.0871×-3113 24 432-==--=I du n n S 0.0006682=(-1.005)×-0.000665=u u × =z I I I S S 000824.0087.05163.11.6415163.131122 22-=??-?-=--=I u n n d S C υ
网站美工设计基础四次作业
作业一： 1. [单选题] 平面构成是从（B ）这些单个元素开始的。 A、色彩、图形 B、点、线、面 C、构图、排版 D、文字、图片 2．[单选题] 在几何学上，点只有位置，没有（B ） A、色彩 B、大小和形状 C、空间 D、长度 3．[单选题] （B ）是平面构成中最基本的单位元素。 A、点 B、基本形 C、线 D、骨格 4. [单选题] 重复构成是指以一个基本形为主体，在骨格内（B ）排列，排列可做方向、位置及大小等变化。 A、随意 B、重复 C、倾斜 D、并列 5. [单选题] 平时说的“万绿丛中一点红”、“鹤立鸡群”等指的是（A ）现象。 A、特异 B、重复 C、分割 D、自然 6. [单选题] 渐变构成指的是基本形或骨格有规律的（）地变化。 A、渐次 B、倾斜 C、重复 D、排列 7. [单选题] 光是指发光体释放出的射线，即（ A） A、光线 B、色彩 C、色光 D、辐射 8. [单选题] 自然界中，任何客观物象色彩关系的形成都具备光源的照射、物体的反射和环境的折射3个基本因素，即光源色、固有色、（C ）。 A、太阳光 B、人造光 C、环境色 D、对比色 9. [单选题] 明度是指色彩的明暗程度或深浅程度，以光源色来说可以称为（C ） A、深度 B、浅度 C、明暗度 D、发光度 10. [单选题]
同类色是指在色相环中任意（C ）左右的两种以上的颜色。 A、130° B、180° C、15° D、45° 作业二 1．[判断题] 光线与色彩是相互依存的，光是前提，色是结果，没有光也会有色彩。（×）2. [判断题] 固有色不是一个非常准确的概念，因为物体本身并不存在恒定的色彩。（∨）3. [判断题] 光线微弱时物体的固有色变得暗淡模糊。（∨） 4. [判断题] 在可见光谱中红、橙、黄、绿、青、蓝、紫是最纯的颜色。（∨） 5. [判断题] 同种色是指在色相环中任意一种颜色自身产生相同明度的变化的颜色。（∨）6. [判断题] 在平面构成的学习中，可以不考虑设计的具体应用，而把注意力集中于形 式的创造。（∨） 7. [判断题] 平面构成中的重复、特异、对称等方法都可应用到标志设计中。（∨） 8. [判断题] 平面构成中的点是相对而言的，一般来说，点越大，点的感觉越强。（×）9. [判断题] CorelDRAW软件中，按住Ctrl+Alt键后拖动鼠标，可绘制出以鼠标单击点 为中心的正方形边界的网格。（×） 10. [判断题] 矢量图形与分辨率无关，可以将它缩放到任意大小都不会影响其清晰度。（∨） 作业三 1. [单选题] 骨格决定了基本形在构图中（A ）。 A、彼此的关系 B、大小 C、空间 D、形状 2. [单选题] 特异构成指在有规律的形态中，出现一个或几个（ A）的元素。 A、变异 B、相同 C、重复 D、渐变
光学设计实验指导书2012
实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作 一．实验目的 学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。二．实验要求 a)掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。 b)掌握ZEMAX软件的用户界面。 c)掌握ZEMAX软件的基本使用方法。 d)学会使用ZEMAX的帮助系统。 e)学会使用ZEMAX初步仿真光路图。 三．实验内容 （一）界面及基本操作 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示： 图1.1ZEMAX用户界面 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3. 熟悉使用各个常用的快捷按钮。
4．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口（镜头数据编辑、优化函数、多重数据结构）。 5．调用ZEMAX 自带的例子（例如根目录下samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx 文件），学会打开常用的分析功能项：草图（2D 草图、3D 草图、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 6．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 7．掌握镜头数据编辑（LDE ）窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 8．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 9．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。 （二） 仿真光路图 根据已拟好的设计草图，在ZEMAX 中实现光路仿真，包括光路系统整体设置、创建光学元件、透镜（组），元件间大致间距等。 1.光路系统的整体设置，包括此光学系统所适用的波长、入瞳直径、视场等，在主菜单-系统里有相应的各个设置。 2.创建光学元件、透镜（组），就是将设计草图中的各种光学元件用ZEMAX 的方式去仿真实现。ZEMAX 仿真的基本元素是面和面间距，仿真创建各种元件基本都以具体设置每个面和面间距的参数来实现。 （1）面：面的基本参数包括面型（Surf:type ）、曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料（玻璃）(Glass)，半口径(Semi-Diameter)等，每一个面对应于LDE 窗口里的一个行，每一个参数对应LDE 窗口里的一列，如下图： ZEMAX 的默认面型是透明标准（Standard ）球面，曲率半径和半口径为无穷（Infinity ）。面的厚度和材料的定义都是以指定面起向后算到下一个面之间的这一段的厚度和材料。 （2）面间距：指的是该面在光轴上的交点到下一个面在光轴上的交点之间的距离，向右为正，向左为负。常用于标识透镜厚度、元件与元件的间距等。 例如：一个透镜的厚度，可以用透镜的前表面的面厚度值Thickness 来完成仿真；前一个元件与后一个元件的间距，可以用前一个元件的后表面到后一个元件的前表面之间的面间距来完成仿真。 3.根据设计要求和设计草图，估算各个元件之间的大致间距，通过面间距的设置，实现整个光学系统的初步仿真。 4.仿真一个轴上点光源（m μλ587.0=）在物距为u=30mm 时，由焦距为20mm ，材料为BK7，口径为10mm 的单正透镜成像的光路。 四．报告要求： 1. 打开安装目录下的samples\tutorial\tutorial zoom 2.zmx 文件，生成其2D 图、渲染（转角）、像差特征曲线、OPD 曲线、曲面数据报告（第7面）和图解报告4。截屏后打印出来。 2. 试在打印出来的2D 图上标出各个面的位置以及相应面厚度值的具体指向（方向、
三片式物镜设计+Zemax文件截图-北交大工程光学设计作业
三片式物镜的设计 小组成员： 执笔人：
1.设计任务的具体指标及其要求 35mm相机胶片50mm焦距F/3.5 玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm 空气间隔最小2mm 可见光波段光阑位于中间透镜各透镜所用材料SK4---F2----SK4 2.入瞳直径的设定 点击Gen打开General窗口，在General系统通用数据对话框中设置孔径。在孔径类型中选择Image Space F/#，并根据设计要求在Aperture Value中输入3.5.
3.视场的设定 由于使用35mm相机胶片，其规格尺寸为36mm*24mm，Zemax中一般使用圆形像面，因此该矩形像面的外接圆半径经计算为21.7mm，0.707像高的视场高度为15.3mm。 点击Fie打开Field Data窗口，设置三个视场分别为0mm、15.3mm、21.7mm。
4.工作波长的设定 选择可见光波段，点击Wav按钮，设置Select-F，d，C（Visible），自动输入三个特征波长。
5.评价函数的选择 执行命令Editors----Mreit Function打开Mreit Function Editor编辑窗口，在Mreit Function Editor编辑窗口中执行命令Tools---Default Merit Function，打开默认评价函数对话窗口，选择RMS---Spot Radius--Centroid评价方法，并将厚度边界条件设置为玻璃最小中心厚度与边缘厚度4mm，最大中心厚18mm，空气间隔最小2mm。
6.系统的透镜参数设定 在Lens Data Editor中输入部分初始结构，设置中间透镜为光阑，设置各透镜所用玻璃材料类型。 因为此时的焦距为49.7684
光学测量技术详解
光学测量技术详解(图文) 光学测量是生产制造过程中质量控制环节上重要的一步。它包括通过操作者的观察进行的快速、主观性的检测，也包括通过测量仪器进行的自动定量检测。光学测量既可以在线下进行，即将工件从生产线上取下送到检测台进行测量；还可以在线进行，即工件无须离开产线；此外，工件还可以在生产线旁接受检测，完成后可以迅速返回生产线。 人的眼睛其实就是一台光学检测仪器；它可以处理通过晶状体映射到视网膜上的图像。当物体靠近眼球时，物体的尺寸感觉上会增加，这是因为图像在视网膜上覆盖的“光感器”数量增加了。在某一个位置，图像达到最大，此时再将物体移近时，图像就会失焦而变得模糊。这个距离通常为10英寸（250毫米）。在这个位置上，图像分辨率大约为0.004英寸（100微米）。举例来说，当你看两根头发时，只有靠得很近时才能发现它们之间是有空隙的。如果想进一步分辨更加清楚的细节的话，则需要进行额外的放大处理。 本部分设定了隐藏，您已回复过了，以下是隐藏的内容 人的眼睛其实就是一台光学检测仪器；它可以处理通过晶状体映射到视网膜上的图像。本图显示了人眼成 像的原理图。 人眼之外的测量系统 光学测量是对肉眼直接观察获得的简单视觉检测的强化处理，因为通过光学透镜来改进或放大物体的图像，可以对物体的某些特征或属性做出准确的评估。大多数的光学测量都是定性的，也就是说操作者对放大的图像做出主观性的判断。光学测量也可以是定量的，这时图像通过成像仪器生成，所获取的图像数据再用于分析。在这种情况下，光学检测其实是一种测量技术，因为它提供了量化的图像测量方式。 无任何仪器辅助的肉眼测量通常称为视觉检测。当采用光学镜头或镜头系统时，视觉检测就变成了光学测量。光学测量系统和技术有许多不同的种类，但是基本原理和结构大致相同。
光学课程设计报告
光学课程设计报告 姓名: 班级: 学号:
一．设计目的 （1）重点掌握设计光学系统的思路。初步掌握简单的、典型的系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、像差曲线绘制、光学零件技术要求等。 （2）在熟练掌握基本理论知识的基础上，通过上机实训，锻炼自己的动手能力。在摸索的过程中，进一步培养优化数据的能力和理论联系实际的能力。 （3）巩固和消化应用光学和本课程中所学的知识，牢固掌握典型光学系统的特点，并初步接触以后可能用到的光学系统，为学习专业课打下好的基础。 二．设计题目 双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 三．技术要求 双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像，系统要求为： （1）望远镜的放大率Γ＝6 倍； （2）物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D 为入瞳直径，D＝30mm）； （3）望远镜的视场角2ω＝8°； （4）仪器总长度在110mm 左右，视场边缘允许50%的渐晕； （5）棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9 玻璃，两棱 镜间隔为2～5mm； （6）lz′=8～10mm。
七．上机结果 1．物镜 （1）优化前数据 程序注释： 设计时间：2013年4月10日星期三 08:59:50 下午 -------输入数据-------- 1.初始参数 物距半视场角(°) 入瞳半径 0 4 15 系统面数色光数实际入瞳上光渐晕下光渐晕 7 3 0 1 -1 理想面焦距理想面距离 0 0 面序号半径厚度玻璃 STO 84.5460 5.741 1 2 -44.9920 2.652 K9 3 -134.9690 56.800 F5 4 0.0000 33.500 1 5 0.0000 4.000 K9 6 0.0000 33.500 1 7 0.0000 12.630 K9 ☆定义了下列玻璃:
光学测量原理与技术
第一章、对准、调焦 ?对准、调焦的定义、目的； 1.对准又称横向对准，是指一个对准目标与比较标志在垂直瞄准轴方向像的重合或置 中。目的：瞄准目标（打靶）；精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。 2、调焦又称纵向对准，是指一个目标像与比较标志在瞄准轴方向的重合。 目的： --使目标与基准标志位于垂直于瞄准轴方向的同一个面上，也就是使二者位于同一空间深度； --使物体（目标）成像清晰； --确定物面或其共轭像面的位置——定焦。 人眼调焦的方法及其误差构成； 清晰度法：以目标和标志同样清晰为准则； 消视差法：眼睛在垂直视轴方向上左右摆动，以看不出目标和标志有相对横移为准则。可将纵向调焦转变为横向对准。 清晰度法误差源：几何焦深、物理焦深； 消视差法误差源：人眼对准误差； 几何焦深：人眼观察目标时，目标像不一定能准确落在视网膜上。但只要目标上一点在视网膜上生成的弥散斑直径小于眼睛的分辨极限，人眼仍会把该弥散斑认为是一个点，即认为成像清晰。由此所带来的调焦误差，称为几何焦深。 物理焦深：光波因眼瞳发生衍射，即使假定为理想成像，视网膜上的像点也不再是一个几何点，而是一个艾里斑。若物点沿轴向移动Δl后，眼瞳面上产生的波像差小于λ/K(常取K=6)，此时人眼仍分辨不出视网膜上的衍射图像有什么变化。 （清晰度）人眼调焦扩展不确定度： （消视差法）人眼调焦扩展不确定度： 人眼摆动距离为b ?对准误差、调焦误差的表示方法； 对准：人眼、望远系统用张角表示；显微系统用物方垂轴偏离量表示； 调焦：人眼、望远系统用视度表示；显微系统用目标与标志轴向间距表示 ?常用的对准方式； 22 22 122 8 e e e D KD αλ φφφ ???? ''' =+=+ ? ? ???? 121 11e e l l D α φ'=-= 22 21 118 e l l KD λ φ'=-= e b δ φ'=
(整理)光学与光学设计讲义
-與光學設計基本概念 1. 一般稱為可見光是位於光波帶中400~770 nm (0.1~0.77μ )，而波長較短為藍光，波長較長的為紅光。波長比可見光短的紫外光(UV)，而波長比可見光長的稱為紅外光(IR)，一般的光學玻璃或塑膠材料可應用之400~1500nm，而波長更長的IR區域(1.5~15μ )使用的光學材料為鍺或矽。 2. 光學鏡片置於空氣界面中，當光線經過透鏡時，光線會產生穿透與反射現像，而其中一部份會被光學材料吸收。所以折射率n之材料於空氣中的反射率計算式如下： R(反射率)={(n-1) / (n+1)}2 T(穿透率)=(1-R)X X為透鏡的面數，而此計算值時是忽略材料的吸收率。 3. 當鏡片產生反射現像，而此時反射光被別的面再反射或鏡筒內面產生反射而到達成像面時，這會造成降低像質之有害光，而有害光擴大至像面整體時，則會產生某種像，我們稱為鬼影(像)。而防止鬼影的產生與界面反射的方法：(1)鏡片鍍膜(Coating)( 2)鏡片塗墨。 光線射入n和n’的交界處的情形，有些光線被反射，有些被折射，而產生反射線和折射線，而反射線在同介質中依據光程的極值行進方向，這就是反射現象。另外折射線在折射率為n的介質裡斜射入折射率為n’的介質時，由於光在不同介質裡的速率不相同，因此就改變了進行方向，這就是折射現象。如下圖： 這些光線都遵守下面這些光學基本原則： ?入射線、反射線、折射線和法線在同一平面上。 ?入射角i等於反射角r（反射律）。 ?入射角i至折射角t的關係必遵循Snell's law 由於折射率是波長的函數n(λ)，因各單色光的折射率各不相同，所以造成折射方向有所差異，或是說不同波長的光在介質內行進的速度不同所造成，這個現象，稱之為色散(dispersion)。
光学系统设计报告
《光学课程设计报告》 姓名：郑宇婷 学号： U201114912 学院：光学与电子信息学院 专业：光信息科学与技术 年段班级：1104班 成绩： 授课教师：张学明 2013年4 月9 日
一光学课程设计任务 1、课程意义 （1）综合运用课程的基本理论知识，进一步培养理论联系实际的能力和独立工作的能力。（2）初步掌握简单的、典型的、与新型系统设计的基本技能，熟练掌握光线光路计算技能，了解并熟悉光学设计中所有例行工作，如数据结果处理、相差曲线绘制、相差优化，光学零件技术要求等。 （3）巩固和消化课程中所学的知识，初步了解新型光学系统的特点，为学习专业课与进行毕业设计打下好的基础。 （4）培养一种对待工作严谨的态度。 2、设计题目 双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°； 4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz ′>8～10mm 二物镜外形尺寸计算 1、优化前的初始结构+计算过程 3、相差容限的计算 （1）所需校正的像差 望远镜的特点是：相对孔径小，视场角不大。结构较为简单，要校正的像差比较少，一般主要校正球差、轴向色差以及正弦差。 （2）像差容限 ①球差容限： 边光的球差容限：1倍焦深内 带光的球差容限：6倍焦深内 ②轴向色差的容限：1倍焦深内 ③正弦差的容限：0.0025——0.00025之间 三、目镜外形尺寸的计算 1、未优化前初始结构+计算过程 3、目镜像差容限计算 （1）所需校正的像差 目镜的特点是：焦距短、视场角大、相对孔径小，且入和出瞳都离透镜有一定距离。因此，目镜的轴外像差一般比较大，必须校正。 一般来说，目镜所需校正的像差主要有:像散、垂轴色差、彗差、场曲、畸变等。 （2）目镜像差容限
光学发展简史
光学发展简史-萌芽时期 中国古代光学萌芽及发展 中国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。它起源于火的获得和光源的利用，以光学器具的发明、制造及应用为前提条件。根据籍记载，中国古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面。 光的直线传播 1、对光的直线传播的认识早在春秋战国时 《墨经》已记载了小孔成像的实验：“景，光之人， 煦若射，下者之人也高；高者之人也下，足蔽下光， 故成景于上，首蔽上光，故成景于下……”。指出小 孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”，以“射”来 比喻光线径直向、疾速似箭远及他处的特征动而准 确。 宋代，沈括在《梦溪笔谈》中描写了他做过的一个实验，在纸窗上开一个小孔，使窗外的飞鸢和塔的影子成像于室内的纸屏上，他发现：“若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东，又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂”。进一步用物动影移说明因光线的直进“为窗所束”而形成倒像。 2、对视觉和颜色的认识对视觉在《墨经》中已有记载：“目以火见”。已明确表示人眼依赖光照才能看见东西。稍后的《吕氏春秋·任数篇》明确地指出：“目之见也借于昭”。《礼记·仲尼燕居》中也记载：“譬如终夜有求于幽室之中，非烛何见?”东汉《潜夫论》中更进一步明确指出：“夫目之视，非能有光也，必因乎日月火炎而后光存焉”。以上记载均明确指出人眼能看到东西的条件必须是光照，尤其值得注意的是认为：光不是从眼睛里发出来的，而是从日、月、火焰等光源产生的。这种对视觉的认识是朴素、明确、比较深刻的。 颜色问题，在中国古代很少从科学角度加以探索，而着重于文化礼节和应用。早在石器时代的彩陶就已有多种颜色工艺。《诗经》里就出现了数十种不同颜色的记载。周代把颜色分为“正色”和“间色”两类，其中“正色”是指“青、赤、黄、白、黑五色”。“间色”则由不同的“正色”以不同的比例混合而成。战国时期《孙子兵法·势篇》更指出：“色不过五，五色之变不可胜观也”。可见这“正色”和“间色”的说法，与现代光学中的“三原色”理论很类似，但缺乏实验基础。清初博明对颜色提出”五色相宣之理，以相反而相成。如白之与黑，朱之与绿，黄之与蓝，乃天地间自然之对，待深则俱深，浅则俱浅。相杂而间，色生矣”(《西斋偶得三种》)。这里孕育了互补色的初步概念，虽未形成一定的颜色理论，但从半经验半思辨的角度看也实在是难能可贵的。 3、光的反射和镜的利用中国古代由于金属冶炼技术的发展，铜镜在公元前2000年夏初的齐家文化时期已经出现。后来随着技术的发展，古镜制作技术逐渐提高，应