应用光学总复习

一一 基本定律基本定律 折射定律折射定律 光学不变量光学不变量 反射定律反射定律 费马原理费马原理 完善成像条件完善成像条件 二二 球面系统球面系统 细小平面以细光束成像细小平面以细光束成像 基本公式基本公式 1111 nnQ rlrl nnnnnn llrff nn n unuh r 放大率及其关系放大率及其关系 un nu ln nl y y 2 2 2 n n ln nl dl dl 1 n n u u juynnyu 阿贝不变量阿贝不变量 拉氏不变量拉氏不变量 反射球面的有关公式由反射球面的有关公式由 n n 可得可得 注意符号规则注意符号规则 掌握掌握放大率放大率 的取值的取值 与像的正倒与像的正倒 虚实虚实 放大缩小放大缩小 熟练使用求单个 多个折射反射球面系统的 物和像 nnnn llr 0时 y y 同号 成正像 l与l 同号 物像虚实相反 否则成倒 像 物像虚实一致 1时 y y 成放大像 否则成缩小像 例如 1 凸面镜对实物成什么样的像 的取值范围 0 1 2 假定一个薄透镜的 2 对正立实物成什么像 求其轴向 放大率和角放大率 倒立放大实像 1 4 2 对球面反射镜有 112 ff r 2 r nn llr 与 同号 三三 平面系统平面系统 坐标系判断坐标系判断 偶次反射成一致像偶次反射成一致像 奇次反射成镜像奇次反射成镜像 并考虑屋脊棱镜的作用并考虑屋脊棱镜的作用 夹角为夹角为 的双平面镜的二次像特征的双平面镜的二次像特征 平行平板引起的轴向位移平行平板引起的轴向位移 反射棱镜的展开反射棱镜的展开 结构常数结构常数 棱镜转像系统棱镜转像系统 折射棱镜的最小偏角折射棱镜的最小偏角 光楔与双光楔光楔与双光楔 唯一成完善像的光学原件 唯一没有像差的光学原件 平面镜 平面镜成正立 等大的虚像 1 奇次反射的像 物空间右手坐标 像空间左手坐标 物平面逆时针转动 像空间顺时针转动 形成 镜像 当保持入射光线方向不变 而使平面镜绕与入射面垂直的轴线转动一个 角时 反射光线转动2 角 平行平板不改变光线的方向平行平板不改变光线的方向 只改变像的位置只改变像的位置 屋脊面的作用屋脊面的作用 在不改变光轴方向和主在不改变光轴方向和主 截面内成像方向的条件截面内成像方向的条件 下下 增加一次反射增加一次反射 使使 系统总的反射次数由奇系统总的反射次数由奇 数变成偶数数变成偶数 从而达到从而达到 物像相似的要求物像相似的要求 四四 理想光学系统理想光学系统 主点主点 主平面主平面 焦点焦点 焦平面焦平面 节点节点 节平面的概念节平面的概念 高斯公式与牛顿公式高斯公式与牛顿公式 ffxx 1 l f l f 当当 n n 时时 11 1 fll l l 并有并有 x f f x y y 三种放大率及其关系三种放大率及其关系 拉氏不变量拉氏不变量 2 n n 1 n n tg tgUynUny 光学系统中以折射零件和反射零件为主 对于透射光学玻璃材料两个重要 参数是折射率和阿贝常数 而对反射材料 由于没有色散 不必考虑阿贝数 其唯一特性是反射率 ff 光组组合光组组合 二光组二光组 22 ff xF 11 ff xF 21 f fd 21 ff f 21 ff f 多光组多光组 2121 21 21 1 d ff dff f 正切计算法正切计算法 截距计算法截距计算法 k k k f lll llll f 321 32 321 k ii k h hh u 1 11 1 厚透镜厚透镜 看成二光组组合看成二光组组合 组合组合 等效系统为正光焦度等效系统为正光焦度 望远镜望远镜 负光焦度负光焦度 组合组合 组合组合 得到长焦距短工作距离得到长焦距短工作距离 短焦距长工作距离系统短焦距长工作距离系统 负弯月形透镜的特点负弯月形透镜的特点 掌握理想光学系统中的图像求解 平行于光轴的光线经理想光学系统后必通过像方焦点 过物方焦点的光线经理想光学系统后必为平行于光轴的光线 过节点的光线方向不变 任意方向的一束平行光经理想光学系统后必交于像方焦平面上一点 过物方焦平面上一点的光线经理想光学系统后必为一束平行光 系统最后一面至焦点的距离系统最后一面至焦点的距离 即即工作距工作距lF 比焦距要长比焦距要长 这种型式称为反远距型这种型式称为反远距型 意意 为其结构与远摄型相反为其结构与远摄型相反 1 h 2 h 组合光组的焦距组合光组的焦距f f 大于光组的筒大于光组的筒 长长 d lF 在长焦镜头中往往在长焦镜头中往往 采用这种组合方式采用这种组合方式 此类光组称此类光组称 为远摄型光组为远摄型光组 五五 光束限制光束限制 本部分应与经典光学系统相结合复习本部分应与经典光学系统相结合复习 孔阑孔阑 入瞳入瞳 出瞳出瞳 视阑视阑 入窗入窗 出窗出窗 孔径角孔径角 视场角及其作用视场角及其作用 拦光拦光 渐晕渐晕 渐晕光阑渐晕光阑 渐晕区渐晕区 无渐晕条件无渐晕条件 系统可能存在二个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下光线 一个拦上光线一个拦上光线 对准平面对准平面 景像平面景像平面 远景平面远景平面 近景平面近景平面 景深景深 物方物方 像方像方 远心光路远心光路 物方物方 像方像方 主光线平行于光轴主光线平行于光轴 掌握光阑与入瞳 出瞳之间的关系 显微镜 望远镜 放大镜的孔径光阑 渐晕光阑和视场光阑分别有什么 处于什么位置 其中限制轴上点和轴外点光束宽度的分别是什么光阑 应使所有光孔处于同一空间应使所有光孔处于同一空间 A1 P P1 P2 AA Q Q1 Q2 O1O2 P1 P P2 U 六六 光能光能 辐射能通量辐射能通量 光通量光通量 光谱光视效率光谱光视效率 发光效率发光效率 发光强度发光强度 光照度光照度 光出射度光出射度 光亮度的概念光亮度的概念 单位及其关系单位及其关系 光束经反射光束经反射 折射后亮度的变化折射后亮度的变化 经光学系统的光能损失经光学系统的光能损失 LL 2 1 n n LL 通过光学系统的光通量通过光学系统的光通量 像面照度像面照度 ULK dS E 2 2 sin 1 UE 2 sin 2 1 E cos 4 WEEM 总之总之 流明lm 坎德拉cd 勒克斯lx 分别是什么单位 点光源光照度与光亮度的关系 人眼最敏感的波长大概是多少 六六 2 像差概论像差概论 预备知识预备知识 第一近轴光线第一近轴光线 轴上物点轴上物点A发出的通过入瞳边缘点的发出的通过入瞳边缘点的 近轴近轴 光线光线 第二近轴光线第二近轴光线 轴外某视场点发出的通过入瞳中心的轴外某视场点发出的通过入瞳中心的 近轴近轴 光线光线 主光线主光线 轴外某视场点发出的通过入瞳中心的实际光线轴外某视场点发出的通过入瞳中心的实际光线 子午平面子午平面 包含物点和光轴的平面称子午平面包含物点和光轴的平面称子午平面 弧矢平面弧矢平面 包含主光线并与子午平面垂直的平面称弧矢平面包含主光线并与子午平面垂直的平面称弧矢平面 辅轴辅轴 轴外点和球心的连线称为该折射球面的辅轴轴外点和球心的连线称为该折射球面的辅轴 上光线上光线 轴外点发出通过某孔径带上边缘的光线轴外点发出通过某孔径带上边缘的光线 下光线下光线 轴外点发出通过某孔径带下边缘的光线轴外点发出通过某孔径带下边缘的光线 前光线前光线 轴外点发出通过某孔径带前边缘的光线轴外点发出通过某孔径带前边缘的光线 后光线后光线 轴外点发出通过某孔径带后边缘的光线轴外点发出通过某孔径带后边缘的光线 C 入瞳 折射球面 像差概念像差概念 球差球差 子午轴外球差子午轴外球差 弧矢轴外球差弧矢轴外球差 子午彗差子午彗差 弧矢彗差弧矢彗差 宽光束子午场曲宽光束子午场曲 宽光束弧矢场曲宽光束弧矢场曲 宽光束像散宽光束像散 细光束子午场曲细光束子午场曲 细光束弧矢场曲细光束弧矢场曲 细光束像散细光束像散 畸变畸变 位置色差位置色差 倍率色差倍率色差 波像差波像差 宽光束像差宽光束像差 细光束像差细光束像差 像差现象像差现象 球差球差 圆形弥散斑圆形弥散斑 彗差彗差 彗星状弥散斑彗星状弥散斑 像散场曲像散场曲 椭圆形弥散斑椭圆形弥散斑 子午焦线子午焦线 弧矢焦线弧矢焦线 圆圆 畸变畸变 枕形枕形 桶形等变形桶形等变形 位置色差位置色差 彩色弥散圆彩色弥散圆 倍率色差倍率色差 一小段光谱一小段光谱 宽光束宽光束 细光束都有细光束都有 细光束像差细光束像差 与几何像差有关与几何像差有关 作为一种像质评价指标作为一种像质评价指标 像差类型像差类型影响因素影响因素 在高斯像面上在高斯像面上 接收到的像接收到的像 轴轴 上上 物物 点点 单色单色球差球差孔径孔径单色弥散圆斑单色弥散圆斑 复色复色 色球差色球差孔径孔径 波长波长 彩色弥散圆斑彩色弥散圆斑位置色差位置色差波长波长 二级光谱二级光谱 轴轴 外外 物物 点点 单色单色 彗差彗差 正弦差正弦差 孔径孔径 视场视场 形状复杂的形状复杂的 弥散斑弥散斑 细光束像散细光束像散视场视场 场曲场曲 大物面大物面 畸变畸变 复色复色倍率色差倍率色差波长波长 子午彗差子午彗差Kt T T0 S S0 B B0 D 弧矢彗差弧矢彗差Ks 子午轴外球差子午轴外球差 弧矢轴外球差弧矢轴外球差 宽光束子午场曲宽光束子午场曲Xt 细光束子午场曲细光束子午场曲xt 宽光束弧矢场曲宽光束弧矢场曲Xs 细光束弧矢场曲细光束弧矢场曲xs 宽光束像散宽光束像散 X 细光束像散细光束像散 x 畸变畸变 y 上光线上光线 下光线下光线 主光线主光线 辅轴辅轴 A B A0 B0 C 1 2 3 1 B B3 D 2 3 T T0 S B2 S0 B1 像差概念像差概念 球差球差 单个折射球面单个折射球面 三个无球差点三个无球差点 反常区反常区 半反常区半反常区 齐明点齐明点 与透镜结构参数呈抛物线关系与透镜结构参数呈抛物线关系 正透镜负球差正透镜负球差 负透镜正球差负透镜正球差 位置色差位置色差 正透镜负色差正透镜负色差 负透镜正色差负透镜正色差 平行平板正球差平行平板正球差 正色差正色差 正弦差正弦差 等晕条件意义等晕条件意义 彗差彗差 像散像散 倍率色差倍率色差 当光阑与球心重合即当光阑与球心重合即ip 0 时时 不产生不产生 畸变畸变 光阑与薄透镜重合时不产生光阑与薄透镜重合时不产生 像差特征及其校正像差特征及其校正 七七 经典光学系统经典光学系统 眼睛的调节眼睛的调节 r p 范围范围 体视体视 怎样增大体视圈半径怎样增大体视圈半径 减小体视阈值减小体视阈值 视度与远点距的关系视度与远点距的关系 眼镜的度数眼镜的度数 与焦距的关系与焦距的关系 对视度的调整对视度的调整 放大镜的视觉放大率放大镜的视觉放大率 放大镜的视场光阑和孔径光阑是什么放大镜的视场光阑和孔径光阑是什么 放大镜的像处在明视距离时的放大率放大镜的像处在明视距离时的放大率 50 的线视场的线视场 显微镜的原理显微镜的原理 Mo Me与与M 显微镜的数值孔径显微镜的数值孔径A nsinU 景深与放大率景深与放大率M和数值孔径和数值孔径A成反比成反比 出瞳与人眼重合出瞳与人眼重合 出瞳大小与数值孔径成正比出瞳大小与数值孔径成正比 与放大率成反比与放大率成反比 分辨率与数值孔径成正比分辨率与数值孔径成正比 与波长成反比与波长成反比 250 f M 放大镜的光束限制放大镜的光束限制 视场与渐晕视场与渐晕 显微镜的两种照明方式显微镜的两种照明方式 临界照明和柯拉照明临界照明和柯拉照明 oo o o ff x M 250 e e f M 250 f MMM eo 1 250 1 1 f P ff DP f l 摄影系统摄影系统 景深与景深与p F f 的关系的关系 要求像大要求像大 f 大大 放映系统放映系统 共轭距一定共轭距一定 要求像大要求像大 f 小小 望远镜的原理望远镜的原理 放大率放大率 物镜和目镜的焦距关系物镜和目镜的焦距关系 入瞳入瞳 和出瞳直径的关系和出瞳直径的关系 望远镜的分辨率与望远镜的