幾何光學(xué)成像PPT課件

1、10/25/202112.1 2.1 成像成像2.2 2.2 共軸球面組傍軸成像共軸球面組傍軸成像2.3 2.3 薄透鏡薄透鏡2.4 2.4 理想光具組理論理想光具組理論2.5 2.5 光學(xué)儀器光學(xué)儀器2.6 2.6 光闌光闌2.7 2.7 像差像差2.8 2.8 像的高度、照度和主觀亮度像的高度、照度和主觀亮度10/25/20212 10/25/2021310/25/202141. 物像共軛性物像共軛性10/25/202151.3 等光程面等光程面 （1） 反射反射等光程面等光程面n給定兩點(diǎn)給定兩點(diǎn)q和和q，若有這樣的一個(gè)曲面，凡是從，若有這樣的一個(gè)曲面，凡是從q出發(fā)經(jīng)出發(fā)經(jīng)它反射或折射后達(dá)

2、到它反射或折射后達(dá)到q的光線都是等光程的曲面。的光線都是等光程的曲面。平面鏡平面鏡對(duì)任何物點(diǎn)都是等光程面對(duì)任何物點(diǎn)都是等光程面10/25/20216(2) 其他的反射等光程面都是其他的反射等光程面都是 旋轉(zhuǎn)二次曲面旋轉(zhuǎn)二次曲面旋轉(zhuǎn)橢球面：兩焦點(diǎn)共軛，皆實(shí)或皆虛。旋轉(zhuǎn)橢球面：兩焦點(diǎn)共軛，皆實(shí)或皆虛。 可用于聚光，極特殊情況用于成像?？捎糜诰酃猓瑯O特殊情況用于成像。旋轉(zhuǎn)雙曲面：兩焦點(diǎn)共軛，一實(shí)一虛。旋轉(zhuǎn)雙曲面：兩焦點(diǎn)共軛，一實(shí)一虛。旋轉(zhuǎn)拋物面：焦點(diǎn)和軸上無(wú)限遠(yuǎn)點(diǎn)共軛，可實(shí)可虛。旋轉(zhuǎn)拋物面：焦點(diǎn)和軸上無(wú)限遠(yuǎn)點(diǎn)共軛，可實(shí)可虛。 廣泛使用（發(fā)射或接收）。廣泛使用（發(fā)射或接收）。10/25/20217n

3、n( n n )笛卡爾卵形面：四次曲面，給定后只有一對(duì)共軛點(diǎn)。笛卡爾卵形面：四次曲面，給定后只有一對(duì)共軛點(diǎn)。折射球面，有一對(duì)共軛點(diǎn)，稱為折射球面，有一對(duì)共軛點(diǎn)，稱為 齊明點(diǎn)齊明點(diǎn)(不暈點(diǎn)不暈點(diǎn))。c.q.q .mr nqcrn，nq crn 實(shí)際使用的折射面幾乎全是實(shí)際使用的折射面幾乎全是 球面球面 (加工，照顧多點(diǎn)加工，照顧多點(diǎn) )近來(lái)個(gè)別照相機(jī)近來(lái)個(gè)別照相機(jī)用了非球面透鏡用了非球面透鏡10/25/20218 共軸球面組：由球心在同一直線上的一系由球心在同一直線上的一系列折射或反射球面組成的光具組叫做共軸球面光列折射或反射球面組成的光具組叫做共軸球面光具組。具組。 光軸：各球心的聯(lián)線叫做它的

4、光軸。各球心的聯(lián)線叫做它的光軸。 傍軸光線：參加成像的光線限制在光軸附近。10/25/202192.1 2.1 光在單球面上的折射光在單球面上的折射 ssr nn、由由 推導(dǎo)成像公式 sinsinininsinsinirspirspsinsin 和和 sinsin)(irsp)( )(rsnprsnp222( )2 ( )cospsrrr srirspsinsin， irsnnpsinsin)( ， 222()2 ()cospsrrr sr， ssqqahmiippuunncrh10/25/202110利用利用cos1)2/(sin22)2/(sin)(4222rsrsp)2/(sin)(42

5、22rsrsp可得：可得：)(1)(1)2/(sin4)()(222222222rsnrsnrrsnsrsns這就是準(zhǔn)確的這就是準(zhǔn)確的物像關(guān)系式或成像公式物像關(guān)系式或成像公式10/25/202111 后后 （2） 為了保持出射光束的同心性，必須近似處理為了保持出射光束的同心性，必須近似處理討論：討論：令令 1)2/()2/(sin22則有則有)( )(rsnsrsns可得：可得：rnnsnsnrnn、 已知時(shí)，給定同心光束的已知時(shí)，給定同心光束的 s s 隨隨 變化，變化， 出射光束喪失了同心性。出射光束喪失了同心性。（1）高斯公式高斯公式10/25/2021121.1.平行于主軸的入射光線折

6、射后與主軸相交的位置稱為球平行于主軸的入射光線折射后與主軸相交的位置稱為球面界面的像方焦點(diǎn)面界面的像方焦點(diǎn) ，從球面頂點(diǎn)，從球面頂點(diǎn)a a到像方焦點(diǎn)的距離到像方焦點(diǎn)的距離稱為像方焦距稱為像方焦距 ff2.2.軸上無(wú)窮遠(yuǎn)像點(diǎn)的共軛點(diǎn)稱為物方焦點(diǎn)，記著軸上無(wú)窮遠(yuǎn)像點(diǎn)的共軛點(diǎn)稱為物方焦點(diǎn)，記著f f，從球，從球面頂點(diǎn)面頂點(diǎn)a a到物方焦點(diǎn)到物方焦點(diǎn) 的距離稱為像方焦距的距離稱為像方焦距 f f2.2 2.2 軸上物點(diǎn)成像焦距、物像距公式軸上物點(diǎn)成像焦距、物像距公式,ssf （2.19）式中令:得物、像方焦距公式得物、像方焦距公式:和,ssf ，物方焦距：，物方焦距：f物方焦點(diǎn)：物方焦點(diǎn)：f，有，有n

7、nnrf，像方焦距：，像方焦距：f 像方焦點(diǎn)：像方焦點(diǎn)：f，有，有nnrnf10/25/202113，物方焦距：，物方焦距：f物方焦點(diǎn)：物方焦點(diǎn)：f，有，有nnnrf，像方焦距：，像方焦距：f 像方焦點(diǎn)：像方焦點(diǎn)：f，有，有nnrnf（2.20）nnff（2.21）物像距公式的另一個(gè)表達(dá)式：物像距公式的另一個(gè)表達(dá)式：1sfsf（2.22）10/25/2021142.3 2.3 單球折射面成像的符號(hào)法則單球折射面成像的符號(hào)法則 3 3）若入射光由右向左傳播時(shí)，符號(hào)法則與上述規(guī)定相反）若入射光由右向左傳播時(shí)，符號(hào)法則與上述規(guī)定相反 4 4）各個(gè)量在繪圖中均用絕對(duì)值標(biāo)示，）各個(gè)量在繪圖中均用絕對(duì)值標(biāo)

8、示，實(shí)物（像）距均實(shí)物（像）距均大于零，虛物（像）距均小于零。大于零，虛物（像）距均小于零。 入射光從左向右傳播時(shí)入射光從左向右傳播時(shí) 1 1）若）若 q和和 f點(diǎn)在點(diǎn)在a a點(diǎn)的左方點(diǎn)的左方， 則則 0s，0f 若若 q和和 f點(diǎn)在點(diǎn)在a a點(diǎn)的右方點(diǎn)的右方， 則則 0s，0f則則 0s ，0r0f ，f、 2 2）若）若 q和和 c點(diǎn)在點(diǎn)在a a點(diǎn)的左方點(diǎn)的左方， 則則 0s ，0r0f ，f、 若若 q和和 c點(diǎn)在點(diǎn)在a a點(diǎn)的右方點(diǎn)的右方， 10/25/2021152.4 2.4 單球反射面成像的符號(hào)法則單球反射面成像的符號(hào)法則 入射光從左向右傳播時(shí)入射光從左向右傳播時(shí) 1 1）若）若

9、 q和和 f點(diǎn)在點(diǎn)在a a點(diǎn)的左方點(diǎn)的左方， 則則 0 s，0 f2 2）其余規(guī)定與單球折射面成像的符號(hào)法則相同）其余規(guī)定與單球折射面成像的符號(hào)法則相同 若若 q和和 f點(diǎn)在點(diǎn)在a a點(diǎn)的右方點(diǎn)的右方， 則則 0 s，0 f10/25/2021162.5 2.5 單球反射面成像公式單球反射面成像公式 rss2112rff此時(shí)此時(shí) 和和 兩個(gè)焦點(diǎn)重合兩個(gè)焦點(diǎn)重合 ffd srsppmconh qpy符號(hào)規(guī)則，修改一條：符號(hào)規(guī)則，修改一條：像距像距 s 及焦距及焦距 f 也以在也以在a之左為正（實(shí)為正）。之左為正（實(shí)為正）。在在折射折射的公式中，將的公式中，將s 和和 f 分別換成分別換成s 和和

10、 f 即得現(xiàn)在的公式。即得現(xiàn)在的公式。也可僅讓也可僅讓 n = n 即可。即可。10/25/2021172.6 2.6 傍軸物點(diǎn)成像傍軸物點(diǎn)成像 物高和像高的符號(hào)法則：物高和像高的符號(hào)法則：0y0y或或 若若 或或 p點(diǎn)在光軸上方，則點(diǎn)在光軸上方，則 pqps siiqpyyannc0y0y或或 若若 或或 p點(diǎn)在光軸下方，則點(diǎn)在光軸下方，則 p軸外共軛點(diǎn)的旁軸條件：軸外共軛點(diǎn)的旁軸條件：22222,yyssr10/25/2021182.7 2.7 橫向放大率公式橫向放大率公式 定義：定義： yyv橫向放大率公式的推導(dǎo)：橫向放大率公式的推導(dǎo)：syi ，syi， inni snnsyyv用類似方

11、法可以得到反射用類似方法可以得到反射球面的橫向放大率公式：球面的橫向放大率公式：ssv10/25/202119討論：討論：（3）0s若若，則為實(shí)像，則為實(shí)像。 若若 1v，則為放大像。，則為放大像。 （1 1）若若 0v ，則為正立像。，則為正立像。 （2）若若 1v，則為縮小像。，則為縮小像。 若若 0v ，則為倒立像。，則為倒立像。 0s若若，則為虛像，則為虛像。 10/25/2021202.8 2.8 逐次成像方法逐次成像方法 將將 1122 sds推廣推廣 可得過(guò)渡關(guān)系：可得過(guò)渡關(guān)系： nnnnsds)1(110/25/202121逐次成像的步驟：逐次成像的步驟：1 1）繪圖，并確定第

12、一次成像的入射光線）繪圖，并確定第一次成像的入射光線 方向及計(jì)算起點(diǎn)；方向及計(jì)算起點(diǎn)；2 2）確定第一次成像的各個(gè)已知量的正負(fù)和大?。唬┐_定第一次成像的各個(gè)已知量的正負(fù)和大??；3 3）代入相應(yīng)成像公式計(jì)算；）代入相應(yīng)成像公式計(jì)算；4 4）檢查結(jié)果是否合理；）檢查結(jié)果是否合理；5 5）利用過(guò)渡關(guān)系求出下次成像的物距，）利用過(guò)渡關(guān)系求出下次成像的物距， 重復(fù)上述步驟逐次成像。重復(fù)上述步驟逐次成像。10/25/202122注意：注意：（1 1）光線反向時(shí)過(guò)渡關(guān)系不變；）光線反向時(shí)過(guò)渡關(guān)系不變；（2 2）多次成像的總放大率等于各次放大率的積，）多次成像的總放大率等于各次放大率的積， 321vvvv證明

13、，以三次成像為例：證明，以三次成像為例：yyyyyyyvvvv21yy 32,yy 10/25/2021232.9 拉格朗日拉格朗日-亥姆霍茲定理亥姆霍茲定理 1.從光軸到光線的的方向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí)交角u為正，順時(shí)針時(shí)交角u為負(fù)。 ssqqahmiippuunncrhhhuqashhuaqsusus 有snnsyyv又ynuynuy n u最后：拉格朗日拉格朗日-亥姆霍茲定理亥姆霍茲定理10/25/2021242.10 2.10 例例 題題 如圖所示，玻璃球的曲率半徑為如圖所示，玻璃球的曲率半徑為 mm100， 折射率為折射率為 53. 1n觀看此玻璃球時(shí)發(fā)現(xiàn)觀看此玻璃球

14、時(shí)發(fā)現(xiàn)球內(nèi)有一個(gè)氣泡位于球心球內(nèi)有一個(gè)氣泡位于球心c c和頂點(diǎn)和頂點(diǎn)a a，連線的中點(diǎn)，求氣泡距頂點(diǎn)連線的中點(diǎn)，求氣泡距頂點(diǎn)a a的距離？的距離？解：入射光線從左向右傳播，計(jì)算起點(diǎn)為頂點(diǎn)解：入射光線從左向右傳播，計(jì)算起點(diǎn)為頂點(diǎn)a a 已知：已知： mms50mmr100，53. 1n，求求: : 代入公式代入公式 ,10053. 1150153. 1s得得 mms47.60是實(shí)物成虛像是實(shí)物成虛像， 實(shí)物位于頂點(diǎn)實(shí)物位于頂點(diǎn)a a左方左方 mm47.60處處 a c q q ?s10/25/2021253 3 薄透鏡薄透鏡3.1 3.1 薄透鏡的焦距公式薄透鏡的焦距公式 1 1）薄透鏡定義）薄

15、透鏡定義：2 2）光心：）光心：o2s2s1 s1snln2p1pppd2o1o21n10/25/202126 1 1）焦距公式的推導(dǎo)）焦距公式的推導(dǎo)11111sfsf，12222sfsf消去消去 2s和和 ，1 s可得：可得： 212121ffsffsff有：有： 2121fffff，2121fffff112ssds2ss 1ss ，2s2s1 s1snln2p1pppd2o1o21n10/25/202127lllnnrnfnnrnf2222nnrnfnnnrflll1111； 可得：可得：1212llllnfnnnnrrnfnnnnrr10/25/202128nnff若若 nn 則：則：

16、)11)(1(121rrnnffl若若 1 nn則：則： )11)(1(121rrnffl10/25/202129 ff、2 2）正（會(huì)聚）透鏡和負(fù)（發(fā)散）透鏡由）正（會(huì)聚）透鏡和負(fù)（發(fā)散）透鏡由的正負(fù)確定的正負(fù)確定3 3）凸透鏡和凹透鏡由中央和邊緣的厚薄比較確定）凸透鏡和凹透鏡由中央和邊緣的厚薄比較確定 4 4）注意：）注意：（1 1）應(yīng)根據(jù)入射光的傳播方向正確選擇）應(yīng)根據(jù)入射光的傳播方向正確選擇 21rr、的取值的取值 （2 2） lnnn,時(shí)：時(shí)： 凸即為正（會(huì)聚），凹即為負(fù)（發(fā)散）凸即為正（會(huì)聚），凹即為負(fù)（發(fā)散） lnnn,時(shí)則相反時(shí)則相反 )11)(1(121rrnnffl10/2

17、5/202130 判斷透鏡會(huì)聚光束還是發(fā)散光束，不能單判斷透鏡會(huì)聚光束還是發(fā)散光束，不能單看透鏡的形狀，還要看透鏡兩側(cè)的介質(zhì)?？赐哥R的形狀，還要看透鏡兩側(cè)的介質(zhì)。12nnnnn若，則當(dāng)時(shí)，凸透鏡是會(huì)聚透鏡凸透鏡是會(huì)聚透鏡(a)(a)，凹透鏡是發(fā)散透鏡，凹透鏡是發(fā)散透鏡(c)(c)；nn當(dāng)時(shí)，凹透鏡是會(huì)聚透鏡凹透鏡是會(huì)聚透鏡(d)(d)，凸透鏡是發(fā)散透鏡，凸透鏡是發(fā)散透鏡(b)(b)。顯然，當(dāng)透鏡放在空氣中時(shí)，薄凸透鏡會(huì)聚光束，薄凹透鏡發(fā)散光束。顯然，當(dāng)透鏡放在空氣中時(shí)，薄凸透鏡會(huì)聚光束，薄凹透鏡發(fā)散光束。 nnnnnnnnnnnn為什么？課下思考為什么？課下思考( (從像方焦距公式考慮從像方焦

18、距公式考慮) )10/25/2021313.2 3.2 薄透鏡成像的高斯公式薄透鏡成像的高斯公式 由焦距公式可得：由焦距公式可得： 1sfsfff 時(shí)，時(shí)， 111 ssf10/25/202132在在 之左，之左， 物點(diǎn)物點(diǎn) fq在在 之左，之左， 3.3 3.3 薄透鏡成像的符號(hào)法則薄透鏡成像的符號(hào)法則 1 1）計(jì)算起點(diǎn)是光心）計(jì)算起點(diǎn)是光心oo時(shí)，符號(hào)法則與單球折射面的相同時(shí)，符號(hào)法則與單球折射面的相同 2 2）計(jì)算起點(diǎn)分別是）計(jì)算起點(diǎn)分別是 ff、，且當(dāng)入射光從左向右傳播時(shí)，且當(dāng)入射光從左向右傳播時(shí)， 則 0 x；3 3）其它方面與單球折射面的符號(hào)法則相同）其它方面與單球折射面的符號(hào)法則

19、相同 fq在在 之右，之右， 則 0 x；像點(diǎn)像點(diǎn) fq則 0 x；fq在在 之右，之右， 則 0 x；10/25/2021331fxffxf3.4 3.4 薄透鏡成像的牛頓公式薄透鏡成像的牛頓公式 如圖：如圖： fxsfxs代入高斯公式可得：代入高斯公式可得： fxxfxf， xffxffxx 薄透鏡成像的物像關(guān)系圖薄透鏡成像的物像關(guān)系圖 nofpfpf fxxssn10/25/2021343.5 3.5 薄透鏡成像的橫向放大率公式薄透鏡成像的橫向放大率公式由：由： ，111snnsvl222snsnvl得：得： 21vvv 由于，由于， ，12 ss，1ss 2ss 即得：即得： fxxf

20、sffssnnsv若若 ， ff 則有：則有： ssv10/25/202135 定義：定義： 求密接薄透鏡組的焦距：求密接薄透鏡組的焦距： 2ss 21111fff1ss ， fffss1111121， 12 ss， 222111fss; 111111fss， 10/25/202136光焦度光焦度 定義：定義： f1p 光焦度的單位是屈光度（光焦度的單位是屈光度（diopterdiopter，記為，記為d d）例如：例如： cmf50d.m.p002501這個(gè)眼鏡的度數(shù)為這個(gè)眼鏡的度數(shù)為200200度度 21111fff由：由：21ppp得：得：10/25/2021373.7 3.7 焦面焦面

21、 物方焦面物方焦面； 像方焦面；像方焦面； 主光軸與副光軸主光軸與副光軸焦面性質(zhì)：焦面性質(zhì)：1) 1)從物方焦面上一從物方焦面上一點(diǎn)發(fā)出的同心光束點(diǎn)發(fā)出的同心光束經(jīng)過(guò)薄透鏡后出射經(jīng)過(guò)薄透鏡后出射光束為平行光束光束為平行光束 2)2)入射的平行光入射的平行光束經(jīng)薄透鏡后出束經(jīng)薄透鏡后出射光束會(huì)聚在像射光束會(huì)聚在像方焦面上一點(diǎn)方焦面上一點(diǎn) 10/25/2021383.8 3.8 特殊光線和任意光線作圖法特殊光線和任意光線作圖法 （1 1）特殊光線作圖法：利用三條特殊光線作圖）特殊光線作圖法：利用三條特殊光線作圖 qfflq321321122loqqff3131凸凸透透鏡鏡凹凹透透鏡鏡ffqlqo3

22、21321loqff33122q10/25/202139（2 2）一般光線作圖法：利用一條特殊光線和焦面）一般光線作圖法：利用一條特殊光線和焦面 性質(zhì)，找到任意入射光線的出射共軛線。性質(zhì)，找到任意入射光線的出射共軛線。作作圖圖法法求求軸軸上上物物點(diǎn)點(diǎn)的的像像10/25/2021403.93.9薄透鏡逐次成像的計(jì)算法和作薄透鏡逐次成像的計(jì)算法和作圖法圖法1 1）計(jì)算法與單球折射面逐次成像的計(jì)算方法相同）計(jì)算法與單球折射面逐次成像的計(jì)算方法相同 2 2）作圖法的步驟如下）作圖法的步驟如下： （2 2）第一次利用特殊光線作圖法做圖）第一次利用特殊光線作圖法做圖 （3 3）以后各次均利用任意光線作圖法

23、做圖）以后各次均利用任意光線作圖法做圖 （4 4）按比例測(cè)量成像后的各個(gè)待求量的值）按比例測(cè)量成像后的各個(gè)待求量的值 （5 5）每次均應(yīng)檢驗(yàn)，再進(jìn)行下一次做圖）每次均應(yīng)檢驗(yàn)，再進(jìn)行下一次做圖 （1 1）按比例繪出初始光路圖，在圖中標(biāo)出）按比例繪出初始光路圖，在圖中標(biāo)出 f、fq、等已知點(diǎn)和已知光線等已知點(diǎn)和已知光線 10/25/202141小物放在小物放在 2020厘米和厘米和4040厘米，厘米， 3.10 3.10 例題例題 1 1 1lpq2l1l2f2f1f1f如圖，凸透鏡如圖，凸透鏡 2l1l和凹透鏡和凹透鏡 的焦距分別為的焦距分別為 在在 右面右面4040厘米處，傍軸厘米處，傍軸 1

24、l左面左面3030厘米處，厘米處， 求它的像。求它的像。 2l10/25/202142計(jì)算法：計(jì)算法：第一次成像：第一次成像： 2,111ssv倒立、倒立、放大的實(shí)像放大的實(shí)像第二次成像：第二次成像：40112012s2,222ssv正立、正立、放大的實(shí)像放大的實(shí)像 總放大率：總放大率： 421vvv最后成像為倒立、放大的實(shí)像，最后成像為倒立、放大的實(shí)像，右方右方4040厘米處厘米處。 2l位于位于，2012sds402f40,2s301s201f601s，20113011s10/25/202143作圖法：作圖法：第一次利用特殊光線作圖第一次利用特殊光線作圖第二次利用任意光線作圖第二次利用任意

25、光線作圖 1f1q1pqp2l1l22111f2p1f1q1pqp2l1l22111f2q10/25/202144在制作氦氖激光管的過(guò)程中，往往采用內(nèi)調(diào)焦平行光管粘貼凹在制作氦氖激光管的過(guò)程中，往往采用內(nèi)調(diào)焦平行光管粘貼凹面反射鏡，其光學(xué)系統(tǒng)如圖所示，圖中面反射鏡，其光學(xué)系統(tǒng)如圖所示，圖中 是目鏡是目鏡 的焦點(diǎn)，的焦點(diǎn)， 是物鏡是物鏡 的焦點(diǎn)。已知目鏡和物鏡的焦距均為的焦點(diǎn)。已知目鏡和物鏡的焦距均為2cm2cm，凹面鏡，凹面鏡 的曲率半徑為的曲率半徑為8cm8cm。1l2l3l1f2f（1 1）調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié) ，使，使 與與 之間的距離為之間的距離為5cm5cm， 與與 之間的距離為之間的距離為1

26、0cm10cm，試求位于，試求位于 前前1cm1cm的叉絲的叉絲p p經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后所成像的位置。經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后所成像的位置。2l1l2l2l3l2l（2 2）當(dāng)）當(dāng) 與與 之間的距離仍為之間的距離仍為5cm5cm時(shí)，若人眼通過(guò)目鏡能觀察到時(shí)，若人眼通過(guò)目鏡能觀察到一個(gè)清晰的叉絲像，一個(gè)清晰的叉絲像， 與與 之間的距離應(yīng)為多少？之間的距離應(yīng)為多少？1l2l3l2l3lp1l2lc2f1f2p5()p4p1p3p2()p(6cm)(-4cm、2cm 可觀察到兩個(gè)像可觀察到兩個(gè)像) 例題例題 11 11 10/25/202145【解】【解】 （1）p 對(duì)對(duì)l1直接成像；直接成像；1124sfcm111

27、ssf14scm 成像于成像于l1前前4cm處處 其次其次p依次對(duì)依次對(duì)l2、l3、l2、l1成像，最后成像于成像，最后成像于l1后后2cm處處故從目鏡中可看到兩個(gè)像故從目鏡中可看到兩個(gè)像（2）要想觀察到一個(gè)清晰的像必須滿足：）要想觀察到一個(gè)清晰的像必須滿足：上述上述p依次對(duì)依次對(duì)l2、l3、l2、l1所成的像與所成的像與p 對(duì)對(duì)l1直接成的像重合，即直接成的像重合，即p依次對(duì)依次對(duì)l2、l3、l2所成的像與所成的像與p重合重合10/25/2021464.1 理想成像理想成像：擴(kuò)展物的每一點(diǎn)都嚴(yán)格成像擴(kuò)展物的每一點(diǎn)都嚴(yán)格成像 (物方的每個(gè)同物方的每個(gè)同心光束轉(zhuǎn)化為像方的一個(gè)同心光束心光束轉(zhuǎn)化為

28、像方的一個(gè)同心光束)。滿足這種要求的成像。滿足這種要求的成像系統(tǒng)稱為理想系統(tǒng)。系統(tǒng)稱為理想系統(tǒng)。 (共軸球面共軸球面 ) 理想系統(tǒng)的基本性質(zhì)理想系統(tǒng)的基本性質(zhì) (麥克斯韋條件麥克斯韋條件)：(1) 物方每個(gè)點(diǎn)、線、面對(duì)應(yīng)像方一個(gè)點(diǎn)、線、面物方每個(gè)點(diǎn)、線、面對(duì)應(yīng)像方一個(gè)點(diǎn)、線、面（共（共軛點(diǎn)、線、面）。軛點(diǎn)、線、面）。(2) 垂直于光軸的垂直于光軸的平面平面的的共軛面共軛面也是垂直于光軸的平面。也是垂直于光軸的平面。(3） 一對(duì)共軛平面上的一對(duì)共軛平面上的橫向放大率橫向放大率是一常數(shù)是一常數(shù) (這面上物、像保持幾何相似這面上物、像保持幾何相似)。 單球面，在傍軸近似下滿足上述條件。單球面，在傍軸

29、近似下滿足上述條件。共軸球面系統(tǒng)傍軸光線光學(xué)共軸球面系統(tǒng)傍軸光線光學(xué) 高斯光學(xué)高斯光學(xué) 理想光具組理論理想光具組理論10/25/202147 主面和主點(diǎn)主面和主點(diǎn)：橫向放大率為：橫向放大率為 +1 的一對(duì)共軛平面叫做系的一對(duì)共軛平面叫做系統(tǒng)的統(tǒng)的主平面主平面，它們與光軸的交點(diǎn)，它們與光軸的交點(diǎn) h、h 稱為稱為主點(diǎn)主點(diǎn)。 焦點(diǎn)和焦面焦點(diǎn)和焦面：與無(wú)窮遠(yuǎn)像平面共軛的：與無(wú)窮遠(yuǎn)像平面共軛的物方焦面物方焦面（軸上（軸上交點(diǎn)為交點(diǎn)為物方焦點(diǎn)物方焦點(diǎn)）；）；與無(wú)窮遠(yuǎn)物平面共軛的與無(wú)窮遠(yuǎn)物平面共軛的像方焦面像方焦面（軸上交點(diǎn)為（軸上交點(diǎn)為像方焦點(diǎn)像方焦點(diǎn)）；）；4.2 共軸理想光具組的基點(diǎn)和基面共軸理想光

30、具組的基點(diǎn)和基面10/25/202148節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)定義：光軸上光線角放大率定義：光軸上光線角放大率w w1 1 的兩個(gè)共軛點(diǎn)叫做節(jié)的兩個(gè)共軛點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)，記為點(diǎn)，記為 n n 和和 n n 。通過(guò)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)且垂直于主光軸。通過(guò)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)且垂直于主光軸的平面分別叫做物方節(jié)平面和像方節(jié)平面。的平面分別叫做物方節(jié)平面和像方節(jié)平面。從物方節(jié)點(diǎn)到物方主焦點(diǎn)之距離，稱為物方焦節(jié)距，從物方節(jié)點(diǎn)到物方主焦點(diǎn)之距離，稱為物方焦節(jié)距，用用s sn n表示。表示。從像方節(jié)點(diǎn)到像方主焦點(diǎn)之距離，稱為像方焦節(jié)距，從像方節(jié)點(diǎn)到像方主焦點(diǎn)之距離，稱為像方焦節(jié)距，用用s snn表示。表示。10/25/202149為了弄清為了弄清節(jié)點(diǎn)

31、節(jié)點(diǎn)和和焦點(diǎn)焦點(diǎn)、主點(diǎn)主點(diǎn)的關(guān)系，我們看的關(guān)系，我們看下圖中的兩條平行入射光線，一條下圖中的兩條平行入射光線，一條mn指向物指向物方節(jié)點(diǎn)方節(jié)點(diǎn)n，另一條通過(guò)物方焦點(diǎn)，另一條通過(guò)物方焦點(diǎn)f。10/25/2021504.3 物像關(guān)系物像關(guān)系1ffss111ssfxxf f高斯公式高斯公式牛頓公式牛頓公式橫向放大率橫向放大率 光線角放大率光線角放大率yffsvyxf stantanuwufvwftantanynuynu亥姆霍茲公式亥姆霍茲公式10/25/202151例題3. （1）作圖法 （2）公式計(jì)算22 ,3 ,da ha fa由得222dffa 代入（2.62）式和（2.64）式，得3 /2,

32、3 ,hhffaxa xa 10/25/2021525 5 光學(xué)儀器光學(xué)儀器sfsf5.1 5.1 投影儀器投影儀器放大率放大率yssvysf 成放大、倒立、實(shí)像成放大、倒立、實(shí)像 特點(diǎn)：畫片在物方焦面外附近，特點(diǎn)：畫片在物方焦面外附近， 物距物距 像像距距10/25/202153sf 特點(diǎn)：物在遠(yuǎn)處，感光底片在像方焦特點(diǎn)：物在遠(yuǎn)處，感光底片在像方焦面附近，像距面附近，像距5.2 5.2 照相機(jī)照相機(jī)成縮小、倒立、實(shí)像成縮小、倒立、實(shí)像景深景深22/xxfx x10/25/2021545.3 5.3 眼睛眼睛 作為接收器，感覺(jué)約390nm760nm 只能辨別和比較，不能測(cè)量光強(qiáng)大小 視覺(jué)暫留時(shí)

33、間：1/16秒10/25/202155一、人眼的結(jié)構(gòu) 瞳孔10/25/202156簡(jiǎn)化眼：簡(jiǎn)化眼：從幾何光學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，人眼是一個(gè)有不同介質(zhì)構(gòu)成的共軸從幾何光學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，人眼是一個(gè)有不同介質(zhì)構(gòu)成的共軸光具組，這一光具組能在視網(wǎng)膜上形成清晰的像。由于這一光具組，這一光具組能在視網(wǎng)膜上形成清晰的像。由于這一共軸光具組結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因此在許多情況下，往往將人眼簡(jiǎn)共軸光具組結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因此在許多情況下，往往將人眼簡(jiǎn)化為只有一個(gè)折射球面的簡(jiǎn)化眼?；癁橹挥幸粋€(gè)折射球面的簡(jiǎn)化眼。正常的眼睛在適當(dāng)?shù)恼彰飨?，觀察眼前正常的眼睛在適當(dāng)?shù)恼彰飨?，觀察眼前 處的物體是不費(fèi)力處的物體是不費(fèi)力的，而且能看清楚物體的細(xì)節(jié)，

34、稱這個(gè)距離為明視距離。的，而且能看清楚物體的細(xì)節(jié)，稱這個(gè)距離為明視距離。25cm明視距離：明視距離：qoluy25cmp10/25/202157（1 1）眼睛的特點(diǎn)：像距基本不變，通過(guò)焦距變化眼睛的特點(diǎn)：像距基本不變，通過(guò)焦距變化 來(lái)實(shí)現(xiàn)清楚成像來(lái)實(shí)現(xiàn)清楚成像 （2 2）遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)：遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)： 眼睛肌肉完全松弛和最緊張時(shí)所能清楚看到的點(diǎn)眼睛肌肉完全松弛和最緊張時(shí)所能清楚看到的點(diǎn)（3 3）明視距離：明視距離： 025scm（4 4）視角：物體對(duì)眼睛中心的張角稱為視角，視角：物體對(duì)眼睛中心的張角稱為視角，記為：記為： ys10/25/202158（5 5）最大視角：最大視角： 00ys（6 6）

35、人眼的最小分辨角：人眼的最小分辨角： rad4109 . 2 1定義視角的意義：定義視角的意義：ys tgs能夠分辨的最近兩點(diǎn)對(duì)眼睛所張視角能夠分辨的最近兩點(diǎn)對(duì)眼睛所張視角10/25/2021595.4 5.4 放大鏡的視角放大率放大鏡的視角放大率 放大鏡：放大鏡：放大鏡的特點(diǎn)：放大鏡的特點(diǎn)： 0fs* *放大鏡的焦深：放大鏡的焦深： xfsfx022,)(,02fsx02ss1s1,x0,1x10/25/202160fsfxxx02210202sffsfx可知：可知： fsffx0是一個(gè)很小的值是一個(gè)很小的值 0sf ，10/25/202161放大鏡的視角放大率：放大鏡的視角放大率：025s

36、cmmffyysf0ys10/25/202162 5.5 5.5 顯微鏡的視角放大率顯微鏡的視角放大率1 1）定義）定義： 2 2）結(jié)構(gòu)和光路：）結(jié)構(gòu)和光路： 特點(diǎn)特點(diǎn)：0,oeffs,oef f 為光學(xué)筒長(zhǎng)為光學(xué)筒長(zhǎng) 10/25/202163視角放大率：視角放大率： 順時(shí)針取正值，逆時(shí)針取負(fù)值，均為銳角順時(shí)針取正值，逆時(shí)針取負(fù)值，均為銳角 m視角正負(fù)的規(guī)定視角正負(fù)的規(guī)定： 1eyf0sy， 1 0oeey smv myf顯微鏡的放大本領(lǐng)等于物鏡的橫向放大率和顯微鏡的放大本領(lǐng)等于物鏡的橫向放大率和目鏡放大本領(lǐng)的乘積。目鏡放大本領(lǐng)的乘積。10/25/2021640eesmf負(fù)號(hào)表示像是倒立的負(fù)號(hào)

37、表示像是倒立的 0oesmf f ooysvysf120.2,1.5,18fcm fcmcm251815000.21.5cmcmmcmcm例例10/25/2021655.6 5.6 望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡1 1）定義：）定義：2 2）結(jié)構(gòu)和光路：）結(jié)構(gòu)和光路：特點(diǎn)：特點(diǎn)： eoff0,oo1q1yefolel,0feo10/25/202166望遠(yuǎn)鏡的視角放大率：望遠(yuǎn)鏡的視角放大率：m1oyf1,eyf負(fù)號(hào)表示像是倒立的負(fù)號(hào)表示像是倒立的 開(kāi)普勒和伽利略望遠(yuǎn)鏡開(kāi)普勒和伽利略望遠(yuǎn)鏡：若若 0,0eoff，稱為開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡；稱為開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡； 若若 0,0eoff，稱為伽利略望遠(yuǎn)鏡。稱為伽利略望遠(yuǎn)鏡。 oef

38、mf10/25/202167開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡所成的像為倒像開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡所成的像為倒像，伽利略望遠(yuǎn)鏡所成的像為正像伽利略望遠(yuǎn)鏡所成的像為正像。開(kāi)普勒開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡伽利略伽利略望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡10/25/202168反射式大型天文望遠(yuǎn)鏡反射式大型天文望遠(yuǎn)鏡主鏡：拋物面鏡。主鏡：拋物面鏡。10/25/202169望遠(yuǎn)系統(tǒng)的用途：望遠(yuǎn)系統(tǒng)的用途：(1) 給出足夠的視角放大率給出足夠的視角放大率 m ，以便分辨遠(yuǎn)處物體的細(xì)節(jié)。以便分辨遠(yuǎn)處物體的細(xì)節(jié)。(2) 大孔徑。這有兩方面的作用：大孔徑。這有兩方面的作用： (a) 接收足夠多的光能量，使遙遠(yuǎn)的、較暗的接收足夠多的光能量，使遙遠(yuǎn)的、較暗的 物點(diǎn)也能被看到或

39、拍照物點(diǎn)也能被看到或拍照; (b) 提高受衍射限制的分辨本領(lǐng)。提高受衍射限制的分辨本領(lǐng)。(孔徑與孔徑與m有效有效 )(3) 由轉(zhuǎn)動(dòng)角度測(cè)二方向間的夾角由轉(zhuǎn)動(dòng)角度測(cè)二方向間的夾角 (大地測(cè)量?jī)x器，大地測(cè)量?jī)x器， 光譜儀器中的觀察裝置等光譜儀器中的觀察裝置等)。( 以上的放大鏡、顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡都屬于助視儀器。以上的放大鏡、顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡都屬于助視儀器。)10/25/202170哈勃望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡其主體為長(zhǎng)其主體為長(zhǎng)1313米、直徑米、直徑4.34.3米的圓筒，米的圓筒，望遠(yuǎn)鏡主鏡口徑望遠(yuǎn)鏡主鏡口徑2.42.4米，米，總重量為總重量為12.512.5噸，噸，研制歷時(shí)研制歷時(shí)1313年，年，耗資耗資

40、2121億美元，億美元，10/25/2021715.7 5.7 棱鏡光譜儀棱鏡光譜儀 1 1）定義：）定義：2 2）結(jié)構(gòu)與光路：）結(jié)構(gòu)與光路：3 3）角色散本領(lǐng)：）角色散本領(lǐng)： ddnddnddndnddddmmm1)(2l1ls白光白光 紫紫 紅紅 ddd，10/25/202172ddndm2cos2sin221122222coscos1 sin21sin1sin2miininddn/稱為色散率，它由棱稱為色散率，它由棱鏡材料的性質(zhì)確定鏡材料的性質(zhì)確定。 ddnnd2sin12sin2222sin2sinmn10/25/2021736 6 光光 闌闌1） 光闌定義：光闌定義： 光具組內(nèi)光學(xué)元

41、件的邊緣、框架光具組內(nèi)光學(xué)元件的邊緣、框架或特別設(shè)置的帶孔屏障稱為光闌?；蛱貏e設(shè)置的帶孔屏障稱為光闌。2） 光闌的種類光闌的種類： 孔徑光闌和視場(chǎng)光闌，所謂視場(chǎng)孔徑光闌和視場(chǎng)光闌，所謂視場(chǎng)就是能成像的物面范圍就是能成像的物面范圍。10/25/2021743） 孔徑光闌和視場(chǎng)光闌孔徑光闌和視場(chǎng)光闌對(duì)軸上物點(diǎn)光束的口徑（立體角對(duì)軸上物點(diǎn)光束的口徑（立體角或者發(fā)光截面）限制得最多或者發(fā)光截面）限制得最多的光闌稱為的光闌稱為孔徑光闌孔徑光闌( (有效光闌有效光闌) )。 對(duì)光具組成像的視場(chǎng)限制最多的對(duì)光具組成像的視場(chǎng)限制最多的光闌稱為光闌稱為視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌。10/25/2021754）注意）注意：

42、孔徑光闌限制成像物點(diǎn)的光束口徑，孔徑光闌限制成像物點(diǎn)的光束口徑，視場(chǎng)光闌限制成像的物面范圍，即物點(diǎn)個(gè)數(shù)。視場(chǎng)光闌限制成像的物面范圍，即物點(diǎn)個(gè)數(shù)。 10/25/2021765）確定孔徑光闌的方法）確定孔徑光闌的方法(1) (1) 把光具組中所有光闌當(dāng)作物，把光具組中所有光闌當(dāng)作物， 逐個(gè)地相對(duì)其前方系統(tǒng)成像。逐個(gè)地相對(duì)其前方系統(tǒng)成像。10/25/202177 由軸上物點(diǎn)向每個(gè)像的邊緣引直由軸上物點(diǎn)向每個(gè)像的邊緣引直 線，其中與主光軸所夾銳角最小線，其中與主光軸所夾銳角最小 的即為的即為入射孔徑角入射孔徑角0u， 對(duì)應(yīng)的像即為對(duì)應(yīng)的像即為入射光瞳入射光瞳，入射，入射光瞳對(duì)應(yīng)的共軛物即為光瞳對(duì)應(yīng)的共

43、軛物即為孔徑光闌孔徑光闌。10/25/202178（3 3）將孔徑光闌向其后方系統(tǒng)成像，）將孔徑光闌向其后方系統(tǒng)成像， 即為即為出射光瞳出射光瞳。由軸上像點(diǎn)出射。由軸上像點(diǎn)出射 光瞳邊緣連直線，與主光軸光瞳邊緣連直線，與主光軸所夾所夾 銳角即為銳角即為出射孔徑角出射孔徑角 。0u10/25/2021796）注意：）注意：（1 1）只能向像的邊緣連線來(lái)比較誰(shuí)對(duì)）只能向像的邊緣連線來(lái)比較誰(shuí)對(duì) 光束孔徑限制得最厲害。光束孔徑限制得最厲害。 （2 2）孔徑光闌的位置與軸上物點(diǎn)的位置有關(guān)。）孔徑光闌的位置與軸上物點(diǎn)的位置有關(guān)。（3 3）考察的是對(duì)軸上物點(diǎn)通光孔徑的限制程度。）考察的是對(duì)軸上物點(diǎn)通光孔徑的

44、限制程度。（4 4）物點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)，往往可以直接比較來(lái)確定。）物點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)，往往可以直接比較來(lái)確定。（5 5）確定孔徑光闌有兩種方法：）確定孔徑光闌有兩種方法：計(jì)算法和作圖法計(jì)算法和作圖法。 10/25/2021807）孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳）孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳 三者之間的關(guān)系和各自的作用三者之間的關(guān)系和各自的作用孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳三者之間孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳三者之間 的關(guān)系是的關(guān)系是物像共軛物像共軛關(guān)系。關(guān)系?？讖焦怅@的作用是孔徑光闌的作用是控制控制光束的入射和出射能量，光束的入射和出射能量， 大多數(shù)情況下間接實(shí)施控制。大多數(shù)情況下間接實(shí)施控制。對(duì)入射

45、光束的直接控制由入射光瞳來(lái)承擔(dān)，對(duì)入射光束的直接控制由入射光瞳來(lái)承擔(dān)，對(duì)出射光束的直接控制由出射光瞳來(lái)承擔(dān)。對(duì)出射光束的直接控制由出射光瞳來(lái)承擔(dān)。10/25/2021818）主光線和漸暈現(xiàn)象：）主光線和漸暈現(xiàn)象：主光線的定義：通過(guò)入射光瞳中心、有效光闌中心和出射光瞳中通過(guò)入射光瞳中心、有效光闌中心和出射光瞳中心的光線稱為主光線。心的光線稱為主光線。每個(gè)物點(diǎn)僅對(duì)應(yīng)一條主光線。每個(gè)物點(diǎn)僅對(duì)應(yīng)一條主光線。漸暈現(xiàn)象：漸暈現(xiàn)象：像面邊緣逐漸變暗的現(xiàn)象。像面邊緣逐漸變暗的現(xiàn)象。12341324a d1d2d2d1物物面面入入窗窗視視闌闌入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔闌闌像面像面l10/25/2021829）

46、視場(chǎng)光闌的定義）視場(chǎng)光闌的定義對(duì)軸外物點(diǎn)的主光線限制最多的對(duì)軸外物點(diǎn)的主光線限制最多的光闌稱為視場(chǎng)光闌。光闌稱為視場(chǎng)光闌。12341324a d1d2d2d1物物面面入入窗窗視視闌闌入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔闌闌像面像面l10/25/2021831010）視場(chǎng)光闌的確定方法）視場(chǎng)光闌的確定方法（1 1）由入射光瞳中心向由前方系統(tǒng)所成）由入射光瞳中心向由前方系統(tǒng)所成 像的邊緣引直線，其中與主光軸夾像的邊緣引直線，其中與主光軸夾 角最小的銳角稱為角最小的銳角稱為入射視場(chǎng)角入射視場(chǎng)角 0， 對(duì)應(yīng)的像為對(duì)應(yīng)的像為入射窗入射窗，入射窗對(duì)應(yīng)的，入射窗對(duì)應(yīng)的共軛物即為共軛物即為視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌。12341

47、324a d1d2d2d1物物面面入入窗窗視視闌闌入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔闌闌像面像面l10/25/202184（2 2）視場(chǎng)光闌經(jīng)后方系統(tǒng)所成的像稱為）視場(chǎng)光闌經(jīng)后方系統(tǒng)所成的像稱為 出射窗出射窗。出射窗的邊緣與出射光瞳。出射窗的邊緣與出射光瞳 中心的連線與主光軸所夾銳角稱為中心的連線與主光軸所夾銳角稱為 出射視場(chǎng)角出射視場(chǎng)角 012341324a d1d2d2d1物物面面入入窗窗視視闌闌入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔闌闌像面像面l10/25/2021851111）注意：）注意： 在一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)中（兩個(gè)在一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)中（兩個(gè)以上光學(xué)器件組成的光學(xué)系統(tǒng)），以上光學(xué)器件組成的光學(xué)系

48、統(tǒng)）， 孔徑光闌和視場(chǎng)光闌孔徑光闌和視場(chǎng)光闌不能不能由同一個(gè)由同一個(gè)器件兼任。器件兼任。10/25/2021861212）視場(chǎng)光闌，入射窗和出射窗）視場(chǎng)光闌，入射窗和出射窗 之間的關(guān)系之間的關(guān)系視場(chǎng)光闌，入射窗和出射窗三者之間視場(chǎng)光闌，入射窗和出射窗三者之間 的關(guān)系是的關(guān)系是物像共軛物像共軛關(guān)系。關(guān)系。 12341324a d1d2d2d1物物面面入入窗窗視視闌闌入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔闌闌像面像面l10/25/202187視場(chǎng)光闌對(duì)物面范圍和像面范圍大小都能視場(chǎng)光闌對(duì)物面范圍和像面范圍大小都能 限制，大多數(shù)情況下間接實(shí)施控制，限制，大多數(shù)情況下間接實(shí)施控制，對(duì)物面范圍的直接限制由入射窗來(lái)

49、承擔(dān)，對(duì)物面范圍的直接限制由入射窗來(lái)承擔(dān)，對(duì)像面范圍的直接限制由出射窗來(lái)承擔(dān)。對(duì)像面范圍的直接限制由出射窗來(lái)承擔(dān)。12341324a d1d2d2d1物物面面入入窗窗視視闌闌入入瞳瞳出出窗窗出出瞳瞳孔孔闌闌像面像面l10/25/202188例題：例題：孔徑都等于孔徑都等于4cm的兩個(gè)薄透鏡組成同軸光具組，一個(gè)透的兩個(gè)薄透鏡組成同軸光具組，一個(gè)透鏡是會(huì)聚的，其焦距為鏡是會(huì)聚的，其焦距為5cm；另一個(gè)是發(fā)散的，其焦距為；另一個(gè)是發(fā)散的，其焦距為10cm。兩個(gè)透鏡中心的距離為。兩個(gè)透鏡中心的距離為4cm。對(duì)于會(huì)聚透鏡前面。對(duì)于會(huì)聚透鏡前面6cm處的物點(diǎn)，試問(wèn)：處的物點(diǎn)，試問(wèn)：(1)哪一個(gè)透鏡是有效光

50、闌？哪一個(gè)透鏡是有效光闌？(2)入射光瞳和出射光瞳的位置在哪里？其大小各等于多少？入射光瞳和出射光瞳的位置在哪里？其大小各等于多少？10/25/202189（1）將發(fā)散透鏡作為物對(duì)凸透鏡成像：）將發(fā)散透鏡作為物對(duì)凸透鏡成像：4,5scm fcm 111ssf20scm代入高斯公式代入高斯公式20syycms像高像高發(fā)散透鏡經(jīng)會(huì)聚透鏡所成的像對(duì)物點(diǎn)所張的孔徑角為發(fā)散透鏡經(jīng)會(huì)聚透鏡所成的像對(duì)物點(diǎn)所張的孔徑角為210221 230626olyuarctgarctgscm10/25/2021904( 10)2.857,4102.85742.8574sfcmcmscmsfcmcmscmyycmscm （

51、2）l1為入射光瞳，其直徑為為入射光瞳，其直徑為4cm。12218 2666olyuarctgarctgcm會(huì)聚透鏡對(duì)物點(diǎn)所張的孔徑角為會(huì)聚透鏡對(duì)物點(diǎn)所張的孔徑角為所以會(huì)聚透鏡為同軸光具組的有效光闌所以會(huì)聚透鏡為同軸光具組的有效光闌l1經(jīng)經(jīng)l2成的像為出射光瞳，其位置和大小分別為：成的像為出射光瞳，其位置和大小分別為：10/25/2021911 1）光度學(xué)和輻射度學(xué)）光度學(xué)和輻射度學(xué)光度學(xué)：研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科光度學(xué)：研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科輻射度學(xué)：研究各種電磁輻射強(qiáng)弱的學(xué)科輻射度學(xué)：研究各種電磁輻射強(qiáng)弱的學(xué)科10/25/2021922 2）輻射能通量（輻射功率）和輻射）輻射能通量（輻射功率）和輻射

52、 能通量的譜密度能通量的譜密度單位時(shí)間內(nèi)光源發(fā)出或通過(guò)一定接收截面單位時(shí)間內(nèi)光源發(fā)出或通過(guò)一定接收截面的輻射能的輻射能 單位：瓦單位：瓦 輻射能通量的譜密度：輻射能通量的譜密度： dd)(d0)(輻射能通量輻射能通量 的定義：的定義：10/25/2021933) 3) 視見(jiàn)函數(shù)視見(jiàn)函數(shù)定義：定義： 5550( )vv=1 實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明： 要引起與要引起與1mw1mw的的5550a5550a的綠光相同亮暗感覺(jué)的的綠光相同亮暗感覺(jué)的 4000a4000a紫光需要紫光需要2.5w.2.5w.0004. 05 . 2103wwv時(shí)，時(shí)， 05550a， 04000a在在4000a-7600a范圍

53、以外，范圍以外，v實(shí)際上已趨于實(shí)際上已趨于010/25/2021944) 4) 適光性和適暗性視見(jiàn)函數(shù)適光性和適暗性視見(jiàn)函數(shù) 由于眼睛里的圓錐和圓柱視神經(jīng)細(xì)胞由于眼睛里的圓錐和圓柱視神經(jīng)細(xì)胞 在分別起作用，形成了在分別起作用，形成了適光性適光性和和適暗性適暗性 視見(jiàn)函數(shù)。視見(jiàn)函數(shù)。在昏暗的環(huán)境中，視見(jiàn)函數(shù)在昏暗的環(huán)境中，視見(jiàn)函數(shù)的極大值朝短波方向移動(dòng)。的極大值朝短波方向移動(dòng)。所以在月光朦朧的夜晚，總所以在月光朦朧的夜晚，總感到周圍的一切籠罩了一層感到周圍的一切籠罩了一層藍(lán)綠的色彩。藍(lán)綠的色彩。10/25/2021955) 光通量光通量定義：定義： 光源發(fā)出的輻射能通量通過(guò)視見(jiàn)函光源發(fā)出的輻射能通量通過(guò)視見(jiàn)函數(shù)的權(quán)重因子折合成對(duì)人眼起作用數(shù)的權(quán)重因子折合成對(duì)人眼起作用的有效視覺(jué)強(qiáng)度稱為光通量。的有效視覺(jué)強(qiáng)度稱為光通量。單位：?jiǎn)挝唬毫髅?，流明?記作