河北工业大学 2020 年硕士研究生招生考试

自命题科目考试大纲

科目代码：822

科目名称：工程光学基础

适用专业：仪器科学与技术、电子信息(专业学位)

一、考试要求

工程光学基础适用于河北工业大学机械工程学院仪器科学与技

术专业、电子信息(对应原仪器仪表工程专业学位)专业研究生招生

专业课考试。主要考察对于工程光学基础的基本概念、方法及运用所

学知识分析问题和解决问题的能力。

二、考试形式

试卷采用客观题型和主观题型相结合的形式，主要包括选择题、

填空题、判断题、简答题、计算题、分析论述题、设计题等。考试时

间为 3 小时，总分为 150 分。

三、考试内容

(一)几何光学基本定律与成像概念

1.几何光学的基本定律：折射定律、反射定律、全反射定律、马

吕斯定律、费马原理等。

2.几何光学的基本概念：光波、折射率等。

(二)光线光路计算及近轴区成像

1.单个折射球面光线计算

能够利用公式进行实际光路中的光线轨迹运算。

2.近轴区单个折射球面及球面系统的成像物象位置关系计算

能够利用光线追迹计算结果初步判断光学系统的像差;能够利用

近轴区的各种公式计算像的位置，像的大小并判断像的虚实。

(三)理想光学系统

1.理想光学系统的基本理论

能够利用共线成像理论求解基点和基面，并完成图解法求像。

2.理想光学系统的解析法求像

能够利用工作理想光学系统的各种计算公式计算理想光学系统

的物象位置关系、计算像的大小、位置并判断像的虚实;能够利用节

点的性质进行实际问题的分析。

3.光学系统的组合

利用两个理想光学组合等效系统的基点和基面的几何求解方法

求解任何所需要的透镜。利用正切法将三个及以上系统的组合等效系

统求解。

4.透镜

能够利用透镜的相关公式求解透镜的焦距和基点位置。

(四)平面与平面元件

1. 平面元件简介

能够利用平面镜的成像特性解释各种有关平面镜的光学现象及

成像特点。能够利用平面镜的旋转性、平移性、双面镜的成像特性进

行系统设计。

2. 平行平板

能够平行平板成像公式及成像特性解释有关光学现象并应用到

实际之中。

3. 反射棱镜及像方坐标系求解

能够利用反射棱镜像方坐标系及透镜在不同情况下的像方坐标

系的求解方法求解系统的像方坐标系;能够利用棱镜的光学系统的成

像方法进行光学系统分析。

4. 折射棱镜及光楔

利用折射棱镜最小偏向角的原理解决实际光学问题;学生能够利

用光楔的作用分析其在光学系统中的作用。

(五)光学系统中的光束限制

1.照相系统及光阑

能够分析照相系统中孔径光阑、视场光阑、入瞳和出瞳、入射窗

和出射窗、孔径光阑、视场光阑、入瞳和出瞳、入射窗和出射窗的作

用。

2.望远系统及光阑

能够利用望远系统中物镜和目镜的位置关系进行实际应用;

能够分析孔径光阑位于不同位置时系统的功能不同，并能够进行

入瞳、出瞳和物镜目镜通光口径的计算，分划板的位置的计算及入窗

和出窗的计算。

3.显微系统及远心光路

能够利用显微系统中物镜和目镜的作用及位置关系进行实际应

用。

能够将远心光路远心光路(物方远心光路和像方远心光路)应用

到实际测量之中，并能够分析其误差。

4.景深及应用

能够利用景深的定义，景深的计算公式及景深的推导过程进行照

相系统的分析。

(六)像差基本概念

1.像差简介

必须熟练掌握各种像差的产生原因，能够从几何光路的光线运行

角度理解各种像差产生的原因;

2.各种像差

球差、慧差(正弦差)、场曲和象散、畸变和色差、波像差;了

解每种像差在消除时所使用的基本措施，及消除像差的成本和代价。

(七)典型光学系统及应用

1.眼睛和放大镜系统

学生必须从光学的角度熟练掌握眼睛的等效结构，掌握眼睛的成

像原理;熟练掌握视角(视觉)放大率概念的基本定义以及放大

镜视觉放大率的求解方法。

2.显微系统

学生能够利用显微及望远系统的中物镜和目镜的位置关系进行

系统分析工作原理，掌握两种常用光学系统视觉放大率的求解方法，

掌握两种光学系统的具体技术参数：机械筒长、正弦条件、分辨率等

等的意义及具体的计算方法。

3.望远系统

能够利用在不同的渐晕条件下透镜通光口径的求解方法分析实

际系统设计问题。

4.摄影系统和投影系统

能够利用摄影和投影两种光学系统进行实际应用研究与光路分

析。

(八)光的电磁理论基础

1.光的电磁性质

了解麦克斯韦方程组;能够利用电感强度、电场强度、磁感强度

和磁场强度的定义和意义及它们之间的相互关系解释两者之间的关

系和联系。熟练掌握介电常数和磁导率的定义和意义。

2.光波的叠加

能够利用平面简谐电磁波的波动公式及性质，公式中各个参数对

电磁波进行分析。

(九)光的干涉及干涉系统

1.光波干涉的条件(频率相同、振动方向相同、位像差恒定) ，

两列相干光的产生方法

能够干涉产生的条件，干涉条纹的各种性质进行实际问题分析。

2.典型干涉系统及应用

掌握各种典型干涉系统的结构和工作原理，了解各种典型干涉系

统的应用。

(十)光的衍射

1.光波的标量衍射理论

掌握衍射的基础理论。

2.典型孔径的夫琅和费衍射

能够夫琅和费衍射单缝和圆孔的工作原理和公式及衍射的性质

进行光学现象分析;能够利用衍射光栅的结构和工作原理进行系统分

析。

四、参考书目

[1]《工程光学基础教程》 ，主编：郁道银，机械工业出版社。

[2]《工程光学》 (第二版) ，主编：李湘宁，科学出版社。

[3]《应用光学》 (第 3 版) ，主编：张以谟，电子工业出版社。

[4]《工程光学基础》，主编：徐家骅，机械工业出版社。

五、其他注意事项

考生需要携带：无编程无存储无记忆功能的计算器、直尺。

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