應(yīng)用光學(xué)總復(fù)習(xí).ppt

總復(fù)習(xí) 注意 這只是一個(gè)提綱 各位同學(xué)一定要對這些內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展預(yù)祝各位 復(fù)習(xí)愉快 幾何光學(xué)的基本定律 直線傳播定律 獨(dú)立傳播定律 折射和反射定律 全反射定律 光路可逆原理 費(fèi)馬原理和馬呂斯定律是幾何光學(xué)的基本定律 是研究光線傳播和成像問題的基礎(chǔ) 總原則 a 像方參量符號與其對應(yīng)的物方參量符號表示字母相同 像方參量用右上撇加以區(qū)別 b 自左向右定義為正方向c 光路圖中各參量均為幾何量 用絕對值表示 1 沿軸線段 沿軸線 頂為原 左為負(fù) 右為正 2 垂軸線段 垂軸線 軸為基 上為正 下為負(fù) 3 光線與光軸的夾角4 光線與法線的夾角5 光軸與法線的夾角 軸線法 繞交點(diǎn) 順次轉(zhuǎn) 順時(shí)正 逆時(shí)反 6 相鄰兩折射面間隔 前頂?shù)胶箜?左向右為正 符號規(guī)則 近軸光線的光路計(jì)算 單個(gè)折射面的物 像位置關(guān)系 完善成像條件的表述 入射波面為球面波時(shí) 出射波面也是球面波 入射光為同心光束時(shí) 出射光也為同心光束 物點(diǎn)及其共軛像點(diǎn)之間任意二條光路的光程相等 一 垂軸放大率 二 軸向放大率 三 角放大率 單個(gè)折射面成像 像的放大與縮小 虛和實(shí) 倒立與正立 a 若 0 即y 與y同號 表示成正立像 反之 成倒立像b 若 0 即l 與l同號 表示物象虛實(shí)相反 反之 虛實(shí)相同c 若 1 則 y y 表示成放大的像 反之 成縮小的像 反射面 三 共軸球面系統(tǒng) 物像轉(zhuǎn)換 前像后物 一 過渡公式 空間轉(zhuǎn)換 前一折射面的像空間就是后一折射面的物空間 物像轉(zhuǎn)換 拉赫不變量J 光線入射高度轉(zhuǎn)換 理想光學(xué)系統(tǒng) 最常用的理想共軸系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面 一對主點(diǎn) 一對主平面一對焦點(diǎn) 一對焦平面一對無窮遠(yuǎn)的點(diǎn) 一對無窮遠(yuǎn)的平面一對節(jié)點(diǎn) 一 圖解法求像 理想光學(xué)系統(tǒng)的物象關(guān)系 平行于光軸入射的光線 經(jīng)過系統(tǒng)后過像方焦點(diǎn) 過物方焦點(diǎn)的光線 經(jīng)過系統(tǒng)后平行于光軸 傾斜于光軸入射的平行光束 經(jīng)過系統(tǒng)后會(huì)交于像方焦平面上的一點(diǎn) 自物方焦平面上一點(diǎn)發(fā)出的光束 經(jīng)過系統(tǒng)后成傾斜于光軸的平行光束 共軛光線在主面上的投射高度相等 過節(jié)點(diǎn)的入射光線經(jīng)過系統(tǒng)后出射方向不變注意 沒有特殊說明 主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是重合的 二 解析法求像 物像位置計(jì)算坐標(biāo)原點(diǎn)不同 牛焦高主 牛頓公式 物像坐標(biāo)原點(diǎn)為光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)高斯公式 物像坐標(biāo)原點(diǎn)為光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn) 理想光學(xué)系統(tǒng) 過渡公式 前像后物 求等效系統(tǒng)的一對主面和焦點(diǎn)位置 由焦點(diǎn)的性質(zhì)求像方焦點(diǎn)F 的位置 平行于光軸入射的光線 它經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后過像方焦點(diǎn) 一 平面鏡成像特征 B 像與物完全對稱于平面鏡 A 平面鏡是唯一能夠成完善像的最簡單的光學(xué)元件 即物體上任意一點(diǎn)發(fā)出的同心光束經(jīng)過平面鏡以后仍然為同心光束 C 正立 虛實(shí)相反 等大的像 D 鏡像變換 E 鏡像中物像旋轉(zhuǎn)相反 平面鏡固定 鏡像 奇數(shù)次反射一致像 偶數(shù)次反射 二 平面鏡旋轉(zhuǎn)特性 物體不動(dòng) 入射光線方向不變而轉(zhuǎn)動(dòng)平面鏡時(shí) 反射光線的方向?qū)⑼较蚋淖儍杀镀矫骁R的轉(zhuǎn)動(dòng)角度 三 雙平面鏡成像 在雙面鏡的夾角不變 當(dāng)入射光線方向一定時(shí) 雙平面鏡繞其棱邊旋轉(zhuǎn)時(shí) 出射光線方向始終不變 只要雙平面鏡的夾角不變 雙面鏡繞其棱邊旋轉(zhuǎn)時(shí) 雙面鏡中的一個(gè)物點(diǎn)的連續(xù)一次像的位置不變 近軸區(qū)域內(nèi) 平行平板的軸向位移只是其厚度和折射率的函數(shù) 能成完善像點(diǎn) 第二節(jié)平行平板 二 棱鏡系統(tǒng)的成像方向判斷 沿光軸 恒一致 垂直主截面 屋脊面 偶一致 奇相反 方向 平行主截面 反射面 偶一致 奇相反 坐標(biāo)系 注 1 一個(gè)屋脊面按兩個(gè)反射面計(jì)算2 復(fù)合棱鏡 在各自光軸面內(nèi)判斷成像的坐標(biāo)方向 分解判斷 3 透鏡成像的正倒特性 折射棱鏡的偏向角 折射棱鏡的出射線與入射線的夾角其符號規(guī)則為 由入射線以銳角轉(zhuǎn)向出射線 順時(shí)為正 逆時(shí)為負(fù) 最小偏向角 二 光楔及其應(yīng)用 光楔 折射棱鏡的折射角非常小的情況下的特例 當(dāng)光線垂直入射或者接近垂直入射的時(shí)候 光楔偏向角為 A和B 當(dāng)兩個(gè)光楔同向平行放置的時(shí)候 產(chǎn)生的偏向角最大 C當(dāng)兩個(gè)光楔反向平行放置的時(shí)候 產(chǎn)生的偏向角為零 三 棱鏡色散 同一個(gè)折射棱鏡對于不同波長的單色光來說具有不同的最小偏向角 也就是說以同一角度入射到折射棱鏡上不同顏色的光 經(jīng)過棱鏡后分解開來 形成一個(gè)色帶 這就是色散 作用 A 保證近軸條件 改善成像質(zhì)量 像的清晰度 控制景深 B 控制成像物空間的光束寬度 位置和成像范圍 C 控制像面的亮度 光闌 限制成像光束和成像范圍的透光孔 基本形式 孔徑光闌 視場光闌 漸暈光闌 表示方式 孔徑光闌限制軸上物點(diǎn)孔徑角的大小 或者限制軸上物點(diǎn)成像光束寬度 并且有選擇軸外物點(diǎn)成像光束位置的光闌 對于不同確定口徑的光學(xué)元件組成的光學(xué)系統(tǒng) 對某一個(gè)軸上確定的物點(diǎn) 在分析那個(gè)透鏡邊框是孔徑光闌 通常用如下計(jì)算或者畫圖方式 將每一個(gè)光學(xué)元件經(jīng)其前面的所有光學(xué)元件成像 并求出像的大小 在這些像中 對給定的軸上物點(diǎn)的孔徑角絕對值最小者 其相應(yīng)的元件邊框就是這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌 注意 孔徑光闌與光軸上某一個(gè)確定的物點(diǎn)位置有關(guān) 欲確定孔徑光闌 必須首先明確是對光軸上哪個(gè)物點(diǎn) 入射光瞳 入瞳 孔徑光闌經(jīng)過其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像 出射光瞳 出瞳 孔徑光闌經(jīng)過其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像 光瞳 孔徑光闌的像 表示方式 入射窗 視場光闌經(jīng)過其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像 出射窗 視場光闌經(jīng)過其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像 視場光闌 限定光學(xué)系統(tǒng)成像范圍的光闌 入瞳 入窗 整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)共軛 出瞳 出窗 孔徑光闌 視場光闌 孔闌前的光學(xué)系統(tǒng)共軛 孔闌后的光學(xué)系統(tǒng)共軛 入瞳是物面上所有點(diǎn)發(fā)出的光束的共同入口出瞳是物面上各點(diǎn)發(fā)出光束經(jīng)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)以后從最后一個(gè)光孔出射的共同出口 物方主光線 BP 物點(diǎn)和入瞳中心的連線 像方主光線 PB 像點(diǎn)和出瞳中心的連線 視場光闌的判斷 對于給定光學(xué)系統(tǒng) 第一步 首先確定孔徑光闌 找出入瞳位置 確定入瞳中心 第二步 將除孔徑光闌以外的所有光闌通過各自前面光學(xué)系統(tǒng)成像到同一個(gè)空間 第三步 連接入瞳中心與各個(gè)光闌像的邊緣 其中與光軸夾角絕對值最小者為入射窗口 它對應(yīng)的光闌就是視場光闌 這個(gè)視場光闌經(jīng)過它后面的光學(xué)系統(tǒng)所成的像就是出射窗 視場光闌一定是對于確定的軸上物點(diǎn)和確定的孔徑光闌而言的 對于確定的虛物A點(diǎn) 求系統(tǒng)的孔徑光闌 入瞳 出瞳求系統(tǒng)的視場光闌 入窗 出窗 攔光 軸外物點(diǎn)發(fā)出并充滿入瞳的光束不一定能全部通過系統(tǒng) 還可能受到遠(yuǎn)離孔徑光闌的光孔的阻攔 這就是攔光 漸暈 由軸外發(fā)出的充滿入瞳的光被部分遮攔的現(xiàn)象 漸暈光闌 引起漸暈的光闌 漸暈系數(shù) 表示漸暈嚴(yán)重的程度軸外光束通過光學(xué)系統(tǒng)的寬度和軸向光束通過光學(xué)系統(tǒng)的寬度之比 漸暈系數(shù)越大 攔光越小 空間點(diǎn)的平面像 當(dāng)入射光瞳的直徑一定時(shí) 不在對準(zhǔn)平面上的空間點(diǎn)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)以后會(huì)在景像平面上產(chǎn)生一個(gè)彌散斑 這就是空間點(diǎn)在景象平面上對應(yīng)的像 對準(zhǔn)平面 清晰像 當(dāng)入射光瞳的直徑減小到一定程度時(shí) 物點(diǎn)在景像平面上的彌散斑就會(huì)隨之減小到足夠小 當(dāng)其對人眼或者接受器的張角小于人眼或者接受器的極限分辨率時(shí) 我們稱其為空間點(diǎn)的清晰像 也就是主光線上的點(diǎn) 景深 在景象平面上所獲得的成清晰像的物空間深度 遠(yuǎn)景平面 能成清晰像的最遠(yuǎn)的平面 近景平面 能成清晰像的最近的平面 它們距對準(zhǔn)平面的距離分別稱為遠(yuǎn)景深度和近景深度 景深 遠(yuǎn)景深度 近景深度 方法一 連接物點(diǎn)和入瞳中心的主光線 找出它在對準(zhǔn)平面上的投影點(diǎn) 然后通過作圖求出這個(gè)投影點(diǎn)在在景像平面上共軛點(diǎn) 對準(zhǔn)平面 作圖法求空間點(diǎn)的清晰像 方法二 先通過作圖求出空間點(diǎn)的共軛像點(diǎn) 然后連接這個(gè)像點(diǎn)和出瞳中心 找出這條主光線在景像平面上的投影點(diǎn) 對準(zhǔn)平面 理想光學(xué)系統(tǒng) 對任意物以任意寬的光束給出某一定倍率的完善像 實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)物點(diǎn)經(jīng)過系統(tǒng)后 匯聚于像空間的一個(gè)彌散斑 兩種像之間的差異就是像差 復(fù)色像差 像差 單色像差 球差彗差 正弦差 像散場曲畸變 位置色差 軸向色差 倍率色差 垂軸色差 波動(dòng)像差 波差 幾何像差 明視距離 眼前250mm處 遠(yuǎn)點(diǎn) 眼睛能看清楚的最遠(yuǎn)點(diǎn) 近點(diǎn) 眼睛能看清楚的最近點(diǎn) 視度 遠(yuǎn)點(diǎn)距離的倒數(shù) 表示近視或者遠(yuǎn)視的程度 視角 物體對眼睛的張角 眼的分辨能力 眼能夠分辨最靠近兩相鄰點(diǎn)的能力 視角鑒別率 分辨率 人眼能分辨的物點(diǎn)間最小視角 一般人眼極限分辨率為1分 反常眼 近視眼 負(fù)透鏡校正 遠(yuǎn)視眼 正透鏡校正 視覺放大率 用儀器觀察物體時(shí) 視網(wǎng)膜上物體的像高與人眼直接觀察物體時(shí) 視網(wǎng)膜上物體的像高之比 視覺放大率 用儀器觀察物體時(shí) 物體的像對人眼張角的正切值與人眼直接觀察物體時(shí) 物體對人眼張角的正切值之比 顯微鏡視覺放大率 顯微鏡分辨率 由瑞利判據(jù)得能分辨的物方兩點(diǎn)間最短距離 物方遠(yuǎn)心光路特點(diǎn) 孔徑光闌位于像方焦平面上 入瞳位于無窮遠(yuǎn) 軸外物點(diǎn)主光線平行于光軸作用 避免調(diào)焦不準(zhǔn)確對測量結(jié)果的影響 物鏡 目鏡 分劃板