應用光學總復習

1、一、基本定律一、基本定律折射定律（光學不變量）折射定律（光學不變量）反射定律反射定律費馬原理費馬原理完善成像條件完善成像條件二、球面系統(tǒng)二、球面系統(tǒng)細小平面以細光束成像細小平面以細光束成像基本公式基本公式hrnnnuunfnfnrnnlnlnQlrnlrn)11( )11(放大率及其關系放大率及其關系unnulnnlyy222nnlnnldldl1nnuujuynnyu阿貝不變量阿貝不變量拉氏不變量拉氏不變量反射球面的有關公式由反射球面的有關公式由 n=n可得可得注意符號規(guī)則注意符號規(guī)則三、平面系統(tǒng)三、平面系統(tǒng)坐標系判斷坐標系判斷偶次反射成一致像，奇次反射成鏡像，并考慮屋脊棱鏡的作用偶次反射成

2、一致像，奇次反射成鏡像，并考慮屋脊棱鏡的作用夾角為夾角為的雙平面鏡的二次像特征的雙平面鏡的二次像特征平行平板引起的軸向位移平行平板引起的軸向位移反射棱鏡的展開，結構常數(shù)，棱鏡轉像系統(tǒng)反射棱鏡的展開，結構常數(shù)，棱鏡轉像系統(tǒng)折射棱鏡的最小偏角，光楔與雙光楔折射棱鏡的最小偏角，光楔與雙光楔四、理想光學系統(tǒng)四、理想光學系統(tǒng)主點、主平面；焦點、焦平面；節(jié)點、節(jié)平面的概念主點、主平面；焦點、焦平面；節(jié)點、節(jié)平面的概念高斯公式與牛頓公式高斯公式與牛頓公式ffxx 1lflf當當 n= n 時，化為時，化為111fllll并有并有xffxyy三種放大率及其關系三種放大率及其關系拉氏不變量拉氏不變量2nn1 n

3、ntgtgUynUny光組組合光組組合二光組二光組22ffxF11ffxF21 ffd21fff21fff多光組多光組212121211dffdfff正切計算法正切計算法截距計算法截距計算法kkkflllllllf32132321.kiikhhhu1111厚透鏡厚透鏡看成二光組組合：看成二光組組合： 組合：等效系統(tǒng)為正光焦度組合：等效系統(tǒng)為正光焦度望遠鏡望遠鏡負光焦度負光焦度 組合組合 組合：得到長焦距短工作距離、短焦距長工作距離系統(tǒng)組合：得到長焦距短工作距離、短焦距長工作距離系統(tǒng) 負彎月形透鏡的特點負彎月形透鏡的特點五、光束限制五、光束限制本部分應與經(jīng)典光學系統(tǒng)相結合復習本部分應與經(jīng)典光學系

4、統(tǒng)相結合復習孔闌，入瞳，出瞳；視闌，入窗，出窗；孔徑角、視場角及其作用孔闌，入瞳，出瞳；視闌，入窗，出窗；孔徑角、視場角及其作用攔光，漸暈，漸暈光闌，漸暈區(qū)，無漸暈條件攔光，漸暈，漸暈光闌，漸暈區(qū)，無漸暈條件系統(tǒng)可能存在二個漸暈光闌，一個攔下光線，一個攔上光線系統(tǒng)可能存在二個漸暈光闌，一個攔下光線，一個攔上光線對準平面，景像平面，遠景平面，近景平面，景深對準平面，景像平面，遠景平面，近景平面，景深物方（像方）遠心光路物方（像方）遠心光路物方（像方）主光線平行于光軸物方（像方）主光線平行于光軸六、光能六、光能輻射能通量，光通量，光譜光視效率，發(fā)光效率輻射能通量，光通量，光譜光視效率，發(fā)光效率發(fā)光

5、強度，光照度，光出射度，光亮度的概念、單位及其關系發(fā)光強度，光照度，光出射度，光亮度的概念、單位及其關系光束經(jīng)反射、折射后亮度的變化，經(jīng)光學系統(tǒng)的光能損失光束經(jīng)反射、折射后亮度的變化，經(jīng)光學系統(tǒng)的光能損失LL2)1 (nnLL通過光學系統(tǒng)的光通量，像面照度通過光學系統(tǒng)的光通量，像面照度ULKdSE22sin1UE2sin21Ecos4WEEM總之總之七、經(jīng)典光學系統(tǒng)七、經(jīng)典光學系統(tǒng)眼睛的調(diào)節(jié)（眼睛的調(diào)節(jié)（r, p)，體視，怎樣增大體視圈半徑、減小體視閾值，體視，怎樣增大體視圈半徑、減小體視閾值放大鏡的視覺放大率，放大鏡的視覺放大率，顯微鏡的原理，顯微鏡的原理，Mo、Me與與M，250fM 放大

6、鏡的光束限制，視場與漸暈放大鏡的光束限制，視場與漸暈光束限制，出瞳大小、景深與光束限制，出瞳大小、景深與M關系，分辨率與有效放大率，關系，分辨率與有效放大率， 臨界照明和柯拉照明臨界照明和柯拉照明ooooffxM250eefM 250fMMMeo望遠鏡的原理，放大率望遠鏡的原理，放大率tgtg21DDffWW分辨率與正常放大率，瞄準精度分辨率與正常放大率，瞄準精度主觀亮度，光束限制，目鏡視度調(diào)節(jié)，轉像系統(tǒng)主觀亮度，光束限制，目鏡視度調(diào)節(jié)，轉像系統(tǒng)光學系統(tǒng)外形尺寸計算光學系統(tǒng)外形尺寸計算以望遠鏡為例以望遠鏡為例攝影系統(tǒng)特點，光束限制，景深與幾何焦深，分辨率攝影系統(tǒng)特點，光束限制，景深與幾何焦深，

7、分辨率 （根據(jù)拍攝要求選擇焦距、光圈數(shù)、攝影距離、速度）（根據(jù)拍攝要求選擇焦距、光圈數(shù)、攝影距離、速度）放映系統(tǒng)及其照明系統(tǒng)，聚光鏡條件，像面照度放映系統(tǒng)及其照明系統(tǒng)，聚光鏡條件，像面照度八、像差概論八、像差概論預備知識：預備知識：第一近軸光線：軸上物點第一近軸光線：軸上物點A發(fā)出的通過入瞳邊緣點的發(fā)出的通過入瞳邊緣點的“近軸近軸”光線光線第二近軸光線：軸外某視場點發(fā)出的通過入瞳中心的第二近軸光線：軸外某視場點發(fā)出的通過入瞳中心的“近軸近軸”光線光線主光線：軸外某視場點發(fā)出的通過入瞳中心的實際光線主光線：軸外某視場點發(fā)出的通過入瞳中心的實際光線子午平面：包含物點和光軸的平面稱子午平面子午平面：

8、包含物點和光軸的平面稱子午平面弧矢平面：包含主光線并與子午平面垂直的平面稱弧矢平面弧矢平面：包含主光線并與子午平面垂直的平面稱弧矢平面輔軸：軸外點和球心的連線稱為該折射球面的輔軸輔軸：軸外點和球心的連線稱為該折射球面的輔軸上光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶上邊緣的光線上光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶上邊緣的光線下光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶下邊緣的光線下光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶下邊緣的光線前光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶前邊緣的光線前光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶前邊緣的光線后光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶后邊緣的光線后光線：軸外點發(fā)出通過某孔徑帶后邊緣的光線C入瞳折射球面像差概念像差概念球差球差子午

9、軸外球差子午軸外球差弧矢軸外球差弧矢軸外球差子午彗差子午彗差弧矢彗差弧矢彗差寬光束子午場曲寬光束子午場曲寬光束弧矢場曲寬光束弧矢場曲寬光束像散寬光束像散細光束子午場曲細光束子午場曲細光束弧矢場曲細光束弧矢場曲細光束像散細光束像散畸變畸變位置色差位置色差倍率色差倍率色差波像差波像差寬光束像差寬光束像差細光束像差細光束像差像差現(xiàn)象像差現(xiàn)象球差球差圓形彌散斑圓形彌散斑彗差彗差彗星狀彌散斑彗星狀彌散斑像散場曲像散場曲橢圓形彌散斑橢圓形彌散斑（子午焦線、弧矢焦線、圓）（子午焦線、弧矢焦線、圓）畸變畸變枕形、桶形等變形枕形、桶形等變形位置色差位置色差彩色彌散圓彩色彌散圓倍率色差倍率色差一小段光譜一小段光譜

10、寬光束、細光束都有寬光束、細光束都有細光束像差細光束像差與幾何像差有關，作為一種像質評價指標與幾何像差有關，作為一種像質評價指標初級像差及其與孔徑、視場的關系初級像差及其與孔徑、視場的關系22021uSunL2021uSJoscWuSunKWuSunKts202023212222221)(21)3(21WSunxWSSunxWSSunxst321WSunyp021uCunlchWCunych1)(uiiiluniS32222223)(,)(,uWiiSSSWunrnnnJSWuiiSiiSSWuiiSSpppp像質評價像質評價球差：單個折射球面：三個無球差點，反常區(qū)，半反常區(qū)，齊明點球差：單個

11、折射球面：三個無球差點，反常區(qū)，半反常區(qū)，齊明點 與透鏡結構參數(shù)呈拋物線關系：正透鏡負球差，負透鏡正球差與透鏡結構參數(shù)呈拋物線關系：正透鏡負球差，負透鏡正球差位置色差：正透鏡負色差，負透鏡正色差，平行平板正球差，正色差位置色差：正透鏡負色差，負透鏡正色差，平行平板正球差，正色差正弦差：等暈條件意義，正弦差：等暈條件意義，彗差、像散、倍率色差：當光闌與球心重合即彗差、像散、倍率色差：當光闌與球心重合即ip=0 時時 不產(chǎn)生不產(chǎn)生畸變：光闌與薄透鏡重合時不產(chǎn)生畸變：光闌與薄透鏡重合時不產(chǎn)生匹茲凡和：以正負光焦度分離來校正匹茲凡和：以正負光焦度分離來校正像差特征及其校正像差特征及其校正幾何像差（像差

12、曲線）、波像差幾何像差（像差曲線）、波像差(最大剩余波像差為最小的離焦原則最大剩余波像差為最小的離焦原則)、點列圖、分辨率、光學傳遞函數(shù)點列圖、分辨率、光學傳遞函數(shù)1. 做完題檢查結果是否有可能性做完題檢查結果是否有可能性例如，攝影系統(tǒng)景深若干例如，攝影系統(tǒng)景深若干mm不可能，顯微系統(tǒng)景深過大不可能不可能，顯微系統(tǒng)景深過大不可能 放映系統(tǒng)像面照度零點幾勒克斯不可能，攝影光圈數(shù)放映系統(tǒng)像面照度零點幾勒克斯不可能，攝影光圈數(shù)0.08不可能不可能 玻璃折射率低于玻璃折射率低于1.4或高于或高于2不可能不可能2. 注意公式的適用范圍注意公式的適用范圍攝影系統(tǒng)景深與顯微鏡系統(tǒng)景深公式不同；攝影系統(tǒng)景深與

13、顯微鏡系統(tǒng)景深公式不同；)12(fL適用于接觸薄系統(tǒng)適用于接觸薄系統(tǒng)2epfx適用于孔闌在適用于孔闌在物鏡后焦面上物鏡后焦面上望遠鏡正常放大率和顯微鏡有效放大率勿混淆望遠鏡正常放大率和顯微鏡有效放大率勿混淆3. 利用物像關系熟悉經(jīng)典光學系統(tǒng)的一些特點利用物像關系熟悉經(jīng)典光學系統(tǒng)的一些特點顯微鏡：物鏡滿足齊焦條件，當顯微鏡：物鏡滿足齊焦條件，當L一定，高倍時，一定，高倍時，l 小，小，l大，低倍反之大，低倍反之 分辨率、出瞳、數(shù)值孔徑、景深與倍率的關系（理解）分辨率、出瞳、數(shù)值孔徑、景深與倍率的關系（理解）望遠鏡：望遠鏡：若筒長一定，若筒長一定，大，則大，則 fo大，大，fe小，小，D大大當當D

14、一定，一定，大，則大，則D小小相對主觀亮度：當相對主觀亮度：當D一定時一定時)/(et到到 D De時，為定值時，為定值若若D De，則，則2攝影系統(tǒng)：景深與攝影系統(tǒng)：景深與p，F(xiàn)，f 的關系，要求像大的關系，要求像大f 大大放映系統(tǒng)：共軛距一定，要求像大放映系統(tǒng)：共軛距一定，要求像大f 小小4. 幾個重要的圖幾個重要的圖顯微鏡與照明系統(tǒng)顯微鏡與照明系統(tǒng)Fo孔闌孔闌物鏡物鏡聚光鏡聚光鏡AFsS可變光闌可變光闌FsASFo孔闌孔闌物鏡物鏡聚光鏡聚光鏡J2前置物鏡前置物鏡 LJ1A開氏望遠鏡與轉像系統(tǒng)開氏望遠鏡與轉像系統(tǒng)O1O2F1F2OKO1PabdK應使所有光孔處于同一空間應使所有光孔處于同一空間A1PP1P2AAQQ1Q2O1O2P1PP2-U放映物鏡及照明系統(tǒng)放映物鏡及照明系統(tǒng)聚光鏡聚光鏡