工程光學(xué)全套課件

1工程學(xué)光2光是什么?3光學(xué)的發(fā)展歷史光學(xué)是一門有悠久歷史的學(xué)科，它的發(fā)展史可追溯到2000多年前。人類對(duì)光的研究，最初主要是試圖回答“人怎么能看見周圍的物體？”之類問題。約在公元前400多年(先秦的代)，中國(guó)的《墨經(jīng)》中記錄了世界上最早的光學(xué)知識(shí)。它有八條關(guān)于光學(xué)的記載，敘述影的定義和生成，光的直線傳播性和針孔成像，并且以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈淖钟懻摿嗽谄矫骁R、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關(guān)系。自《墨經(jīng))開始，公元11世紀(jì)阿拉伯人伊本·海賽木發(fā)明透鏡；公元1590年到17世紀(jì)初，詹森和李普希同時(shí)獨(dú)立地發(fā)明顯微鏡；一直到17世紀(jì)上半葉，才由斯涅耳和笛卡兒將光的反射和折射的觀察結(jié)果，歸結(jié)為今天大家所慣用的反射定律和折射定律。5光學(xué)的發(fā)展歷史1860年前后，麥克斯韋的指出，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的改變，不能局限于空間的某一部分，而是以等于電流的電磁單位與靜電單位的比值的速度傳播著，光就是這樣一種電磁現(xiàn)象。這個(gè)結(jié)論在1888年為赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。1900年，普朗克從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念，提出了輻射的量子論。他認(rèn)為各種頻率的電磁波，包括光，只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒稱為量子，光的量子稱為光子。1905年，愛因斯坦運(yùn)用量子論解釋了光電效應(yīng)。他給光子作了十分明確的表示，特別指出光與物質(zhì)相互作用時(shí)，光也是以光子為最小單位進(jìn)行的。6光學(xué)的發(fā)展歷史在20世紀(jì)初，一方面從光的干涉、衍射、偏振以及運(yùn)動(dòng)物體的光學(xué)現(xiàn)象確證了光是電磁波；而另一方面又從熱輻射、光電效應(yīng)、光壓以及光的化學(xué)作用等無(wú)可懷疑地證明了光的量子性——微粒性。1922年發(fā)現(xiàn)的康普頓效應(yīng)，1928年發(fā)現(xiàn)的喇曼效應(yīng)，以及當(dāng)時(shí)已能從實(shí)驗(yàn)上獲得的原子光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，它們都表明光學(xué)的發(fā)展是與量子物理緊密相關(guān)的。光學(xué)的發(fā)展歷史表明，現(xiàn)代物理學(xué)中的兩個(gè)最重要的基礎(chǔ)理論——量子力學(xué)和狹義相對(duì)論都是在關(guān)于光的研究中誕生和發(fā)展的。此后，光學(xué)開始進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期，以致于成為現(xiàn)代物理學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿的重要組成部分。7

光的本性

很久以來(lái)，人們對(duì)光就進(jìn)行了各種各樣的研究。光到底是什么東西呢？這個(gè)問題困擾了許多有才智之士。牛頓提出著名的光微粒說(shuō)：光是由極小的高速運(yùn)動(dòng)微粒組成的；不同色光有不同的微粒，其中紫光微粒的質(zhì)量最大，紅光微粒的質(zhì)量最小。到十九世紀(jì)初期，發(fā)現(xiàn)了光的干涉、繞射和偏振現(xiàn)象，這些行為只適合于光的波動(dòng)理論解釋。到1863年麥克斯韋發(fā)表著名的電磁理論，揭示了光波其實(shí)是電磁波的一種，這時(shí)波動(dòng)理論的最后的一個(gè)難題--傳播媒質(zhì)問題也被解決了。但從十九世紀(jì)末起，卻發(fā)現(xiàn)了一系列令人困惑的新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果共同的特點(diǎn)是，他們無(wú)法用麥克斯韋理論來(lái)解釋。其中最典型的是光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。偉大的愛因斯坦于1905年提出光量子說(shuō)來(lái)解釋該實(shí)驗(yàn)。光一方面具有波動(dòng)的性質(zhì)，如干涉、偏振等；另一方面又具有粒子的性質(zhì)，如光電效應(yīng)等。這兩方面的綜合說(shuō)明光不是單純的波，也不是單純的粒子，而是具有波粒二象性的物質(zhì)。這是認(rèn)識(shí)上的不斷加深而得到的結(jié)論。應(yīng)該注意這也還不是最后的答案。對(duì)于光的本性，雖然經(jīng)過這么多年的探索，我們所知道的也的確是太少了。光到底是什么？是在某一時(shí)刻表現(xiàn)為粒子，而在另一時(shí)刻表現(xiàn)為波？還是完全不同于我們現(xiàn)在所知的某種物質(zhì)？這些問題也是當(dāng)今的科學(xué)家們?cè)诳嗫嗨妓鞯膯栴}。9

什么是光學(xué)？狹義來(lái)說(shuō)，光學(xué)是關(guān)于光和視見的科學(xué)，optics(光學(xué))這個(gè)詞，早期只用于跟眼睛和視見相聯(lián)系的事物。而今天，常說(shuō)的光學(xué)是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線的寬廣波段范圍內(nèi)的，關(guān)于電磁輻射的發(fā)生、傳播、接收和顯示，以及跟物質(zhì)相互作用的科學(xué)。光學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)重要組成部分，也是與其他應(yīng)用技術(shù)緊密相關(guān)的學(xué)科。10經(jīng)典光學(xué)的研究?jī)?nèi)容通常把光學(xué)分成幾何光學(xué)、物理光學(xué)（波動(dòng)光學(xué)）和量子光學(xué)三個(gè)大類。幾何光學(xué)是從幾個(gè)由實(shí)驗(yàn)得來(lái)的基本原理出發(fā)，來(lái)研究光的傳播問題的學(xué)科。它利用光線的概念、折射、反射定律來(lái)描述光在各種媒質(zhì)中傳播的途徑，它得出的結(jié)果通常總是波動(dòng)光學(xué)在某些條件下的近似或極限。物理光學(xué)（波動(dòng)光學(xué)）是從光的波動(dòng)性出發(fā)來(lái)研究光在傳播過程中所發(fā)生的現(xiàn)象的學(xué)科，所以也稱為波動(dòng)光學(xué)。它可以比較方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向異性的媒質(zhì)中傳插時(shí)所表現(xiàn)出的現(xiàn)象。量子光學(xué)是從光子的性質(zhì)出發(fā)，來(lái)研究光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科即為量子光學(xué)。它的基礎(chǔ)主要是量子力學(xué)和量子電動(dòng)力學(xué)。11什么是應(yīng)用光學(xué)?13本課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容14上篇：幾何光學(xué)與成像理論15第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念17第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第一節(jié)：幾何光學(xué)的基本定律二、幾何光學(xué)基本定律幾何光學(xué)以下面幾個(gè)基本定律為基礎(chǔ)：

1.光的直線傳播定律

2.光的獨(dú)立傳播定律

3.光的反射定律：

4.光的折射定律

以上四個(gè)基本定律是幾何光學(xué)研究各種光的傳播現(xiàn)象和規(guī)律以及光學(xué)系統(tǒng)成像特性的基礎(chǔ)！

5.光的全反射現(xiàn)象:⑴光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)； ⑵入射角大于臨界角。 ⑶臨界角Im:18第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念例:在水中深度為y處有一發(fā)光點(diǎn)Q，作QO面垂直于水面，求射出水面折射線的延長(zhǎng)線與QO交點(diǎn)Q′的深度y′與入射角i的關(guān)系。oy′yQ′QMi′ix19第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第一節(jié)：幾何光學(xué)的基本定律三、光傳播的可逆定理：當(dāng)光線沿著和原來(lái)相反方向傳播時(shí)，其路 徑不變。四、費(fèi)馬原理：在A、B兩點(diǎn)間光線傳播的實(shí)際路徑，與任何其他 可能路徑相比，其光程為極值。注意理解“光程”的概念!!五、馬呂斯定律：垂直于波面的光線束經(jīng)過任意多次折射和反射 后，出射波面仍和出射光束垂直；且入射波面和 出射波面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的光程為定值。折、反定律，費(fèi)馬原理和呂馬斯定律三者可以互相推導(dǎo)出來(lái)，因此，三者之中任一個(gè)可以作為幾何光學(xué)的基本定律，而其他二者可以作為推論！21第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第一節(jié)：幾何光學(xué)的基本定律作業(yè):一界面把n=1和n′=1.5的介質(zhì)分開，設(shè)此界面對(duì)n介質(zhì)中無(wú)限遠(yuǎn)處的點(diǎn)光源發(fā)出的光線經(jīng)界面后，在n′的介質(zhì)中與界面頂點(diǎn)相距100mm處的點(diǎn)為等光程，求此分界面的表達(dá)式。22第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第二節(jié)：成像的基本概念與完善成像條件一、光學(xué)系統(tǒng)與成像概念應(yīng)用不同形狀的曲面和不同的透明介質(zhì)做成各種光學(xué)元件，并把它們按一定的方式組合起來(lái)，使由物體發(fā)出的光線經(jīng)過這些光學(xué)元件的折射或反射，從而滿足一定的使用要求。這些光學(xué)元件的組合稱為“光學(xué)系統(tǒng)”或“光組”。組成光學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)光學(xué)元件的表面曲率中心同在一條直線上，則稱為共軸光學(xué)系統(tǒng)，該直線叫作光軸。物點(diǎn)發(fā)出的球面波（同心光束）經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后仍為球面波（同心光束），則其中心為物點(diǎn)的完善像點(diǎn)。物體上每個(gè)點(diǎn)的完善成像點(diǎn)的集合即為物體的完善像。物所在空間稱物空間，像所在空間稱像空間。二、完善成像的條件由物點(diǎn)發(fā)出的通過光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)像點(diǎn)的任意光路的光程相等。三、物、像的虛實(shí)

1.物和像一樣，都有實(shí)和虛兩類；

2.物和像是相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)而言的；

3.實(shí)物、虛象對(duì)應(yīng)發(fā)散同心光束，虛物、實(shí)像對(duì)應(yīng)會(huì)聚同心光束。23第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第三節(jié)：光路計(jì)算與近軸光學(xué)系統(tǒng)一、基本概念與符號(hào)規(guī)則（注意：每種參考書的符號(hào)規(guī)則不一定相同！?。?/p>

1.

基本概念：頂點(diǎn)，子午面，物方（像方）截距，物方（像方）孔徑角。

2.符號(hào)規(guī)則：光線的傳播方向，規(guī)定為自左到右！★線段：⑴沿光軸的線段：以頂點(diǎn)為起始點(diǎn)，線段在頂點(diǎn)的右側(cè)，其值為正；線 段在頂點(diǎn)的左側(cè)，其值為負(fù)。

⑵垂直于光軸的線段：以線段和光軸的交點(diǎn)為起始點(diǎn)，在光軸上方的線 段，其值為正；在光軸下方的線段，其值為負(fù)。

⑶和光軸成一定夾角與折射球面相交的線段:以和折射球面的交點(diǎn)為起 始點(diǎn),線段在交點(diǎn)的右則,其值為正；線段在交點(diǎn)的左則,其值為負(fù)?！锝嵌龋孩殴饩€和光軸的夾角：以光軸為起始軸，順時(shí)針轉(zhuǎn)向光線所成的角，其 值為正；反時(shí)針轉(zhuǎn)向光線所成的角，其值為負(fù)。⑵光線和法線的夾角：以光線為起始軸，順時(shí)針轉(zhuǎn)向法線所成的角，其 值為正；反時(shí)針轉(zhuǎn)向法線所成的角，其值為負(fù)。⑶光軸和法線的夾角：以光軸為起始軸，順時(shí)針轉(zhuǎn)向法線所成的角，其 值為正；反時(shí)針轉(zhuǎn)向法線所成的角，其值為負(fù)?！镎凵涿骈g隔：由前一面的頂點(diǎn)到后一面的頂點(diǎn)，順光線傳播方向其值為正，逆 光線傳播方向，其值為負(fù)。在折射型光學(xué)系統(tǒng)中，折射面間隔恒為正。25第三節(jié)：光路計(jì)算與近軸光學(xué)系統(tǒng)二、實(shí)際光線的光路計(jì)算：

由計(jì)算關(guān)系式可知：?jiǎn)蝹€(gè)折射球面對(duì)軸上物點(diǎn)成像是不完善的，這種現(xiàn)象的存在稱為“像差”。三、近軸光線的光路計(jì)算

1.幾個(gè)概念:近軸光線、近軸區(qū)、高斯像、高斯像面、共軛點(diǎn)、阿貝不變量。

2.近軸光路計(jì)算和物像位置關(guān)系式：第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念26第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第四節(jié)：球面光學(xué)成像系統(tǒng)一、單個(gè)折射面成像:(1)、垂軸放大率：像的大小與物體的大小之比。27第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第四節(jié)：球面光學(xué)成像系統(tǒng)一、單個(gè)折射面成像:(2)、軸向放大率：它表示光軸上一對(duì)共軛點(diǎn)沿軸向移動(dòng)量之

間的關(guān)系。29第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第四節(jié)：球面光學(xué)成像系統(tǒng)二、球面反射鏡成像:1）物像位置公式：

2）成像放大率：

3）拉赫不變式：30第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第四節(jié)：球面光學(xué)成像系統(tǒng)三、共軸球面系統(tǒng):1）過渡公式：

2）成像放大率：

3）拉赫不變式：31第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念例題1:

已知一共軸光學(xué)系統(tǒng)由兩個(gè)折射球面組成(稱為透鏡)，它們曲率半徑分別為r1=95.06mm，r2=-66.68mm，兩個(gè)折射球面的間隔(厚度)d1=8mm，兩折射球面(透鏡玻璃)間的折射率為1.5163，系統(tǒng)位于空氣中。

求由L1=-150mm的物點(diǎn)發(fā)出的物方孔徑角U1=-2°的入射光線經(jīng)過系統(tǒng)后的折射光線的位置，即求L2和U2。32第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念例題2:一個(gè)半導(dǎo)體砷化鎵發(fā)光二極管，它的發(fā)光區(qū)為直徑d=3mm的圓盤，發(fā)光面上覆蓋一折射率n=3.4的半球形介質(zhì)。試問：要使發(fā)光盤區(qū)域內(nèi)的全部光線在球面上都不發(fā)生全反射，介質(zhì)半球的半徑R至少應(yīng)多大？33第一章

幾何光學(xué)基本定律與成像概念第一章課程作業(yè):1.用費(fèi)馬原理證明光的折射定律。

2.第一章習(xí)題：

2.4.9.13.15.19.(

22選做)

34第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)35第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié):理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像理論1.理想光學(xué)系統(tǒng):如果把光學(xué)系統(tǒng)在近軸區(qū)成完善像的理論推廣到任意大的空間,以任意大的光束成像都是完善像,這樣光學(xué)系統(tǒng)定義為理想光學(xué)系統(tǒng),也稱高斯光學(xué)系統(tǒng)。2.幾個(gè)概念：共軛、共線成像（共線變換或共線光學(xué)）、基點(diǎn)、基面。3.共線成像理論的幾何定義歸納為：（1）物空間每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于像空間一點(diǎn)，且只有一點(diǎn)，這兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)稱為物、像空間的共軛點(diǎn)。（2）物空間每一條線對(duì)應(yīng)于像空間一條線，這一對(duì)相應(yīng)的線稱為物、像兩空間的共軛線。（3）如果物空間的任意一點(diǎn)位于直線上，那么在像空間內(nèi)的共軛點(diǎn)也必在該直線的共軛線上。同樣，以上定義可以推廣到：物空間中的每一同心光束在像空間均有一共軛的同心光束與之對(duì)應(yīng)；物空間中任意平面對(duì)應(yīng)像空間中有一共軛平面。36第二節(jié)：理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)與基面像、物方焦點(diǎn)、焦平面、主點(diǎn)、主平面和焦點(diǎn)的定義和確定！

注意：物方焦點(diǎn)和像方焦點(diǎn)不是一對(duì)共軛點(diǎn)！而物方主面和像方主 面是一對(duì)共軛面！第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)37第二節(jié)：理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)與基面

注意：物方焦點(diǎn)和像方焦點(diǎn)、物方主面和像方主面的位置關(guān)系！第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)-f′f38第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)第三節(jié):理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系1.圖解法求像:根據(jù)理想光學(xué)系統(tǒng)主點(diǎn)(面)、焦點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)（面）的性質(zhì)，已知物空間任意位置的點(diǎn)、線和面，用作圖方法求其共軛點(diǎn)、線和面的位置，稱為圖解法求像。2.用圖解法求像的方法：（1）平行于光軸的入射光線，射向理想光學(xué)系統(tǒng)的物方主面，利用在共軛主面β=+1的性質(zhì)，經(jīng)過系統(tǒng)后出射光線必通過像方焦點(diǎn)。（2）過物方焦點(diǎn)的光線，射向理想光學(xué)系統(tǒng)的物方主面，利用在共軛主面β=+1的性質(zhì)，經(jīng)過系統(tǒng)后出射光線必平行于光軸。（3）軸外入射的平行光束(斜平行光束)經(jīng)系統(tǒng)后必交于像方焦平面上的一點(diǎn)。（4）來(lái)自物方焦平面上的任意點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)系統(tǒng)后，必成傾斜于光軸的平行光束。（5）經(jīng)過系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的入射光線，出射光線方向不變。（6）共軛光線在物、像方主面上的投射高度不變。39第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)在照相光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用用于拍攝大型團(tuán)體照片的周視照相機(jī)原理圖40第三節(jié):理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系3.解析法求像：

第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)41第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)第三節(jié):理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系3.解析法求像：（1）以焦點(diǎn)為原點(diǎn)的牛頓公式：（2）以主點(diǎn)為原點(diǎn)的高斯公式：

42第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)第三節(jié):理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系4.由多個(gè)光組構(gòu)成的理想光學(xué)系統(tǒng)的成像：（1）圖解法中只要將上一個(gè)成像系統(tǒng)的像看作下一個(gè)成像系統(tǒng)的物逐個(gè)利用基點(diǎn)和基面的性質(zhì)進(jìn)行作圖求解。（2）解析法中則利用光路追跡過度公式，注意物像的相對(duì)性和光學(xué)間隔的標(biāo)定方法，逐個(gè)利用物像解析公式進(jìn)行求解。5.理想光學(xué)系統(tǒng)兩焦距之間的關(guān)系：43第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)第四節(jié):理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率及其相互間的關(guān)系（1）垂軸放大率：（2）軸向放大率：（3）角放大率：（4）三者的關(guān)系：44第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)第四節(jié):理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率及其相互間的關(guān)系（5）光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)和節(jié)面：系統(tǒng)角放大率為+1×的一對(duì)共軛點(diǎn)為系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)垂直于光軸的平面為節(jié)面。當(dāng)物、像空間的介質(zhì)相同時(shí)，主點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)，主面即為節(jié)面。因此，過主點(diǎn)的入射光線經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后出射方向不變。

※第五節(jié):光學(xué)系統(tǒng)的光焦度、折光度和光束的會(huì)聚度（1）折合線段：線段與該線段所在介質(zhì)折射率的比值為折合線段。（2）光焦度：折合焦距的倒數(shù)稱為光學(xué)系統(tǒng)的光焦度。（3）屈光度：規(guī)定在空氣中，象方焦距值為+1米的光焦度作為光學(xué)系統(tǒng)光焦度的單位，稱為屈光度（D）。（4）會(huì)聚度：共軛點(diǎn)折合距離的倒數(shù)稱為光束的會(huì)聚度。45第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)例：有兩共軸光組位于空氣中，光組Ⅰ為正光組，光組Ⅱ?yàn)樨?fù)光組（假定每個(gè)光組的兩主面重合），且焦距絕對(duì)值均為10cm，彼此的間隔為5cm。今在光組Ⅰ左側(cè)20cm處，有一高度為2cm的物體AB，問經(jīng)光組Ⅰ和Ⅱ后所成的像距光組Ⅰ多遠(yuǎn)，大小如何？成像性質(zhì)如何？用兩種公式系計(jì)算相互校核，并將計(jì)算結(jié)果用圖標(biāo)注出來(lái)。46第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)第五節(jié):理想光學(xué)系統(tǒng)的組合

1.兩個(gè)光組的組合光組Ⅰ光組Ⅱ47第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)1.兩個(gè)光組的組合（1）組合焦距：（2）組合焦點(diǎn)位置：（3）組合主面位置：48第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)2.多光組組合計(jì)算:(1)正切計(jì)算法:由圖可知，對(duì)于由k個(gè)光組組成的系統(tǒng)有：49第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)2.多光組組合計(jì)算:(2)截距計(jì)算法:

將上式組合焦距變換為：因?yàn)榇肷鲜?，可得?/p>

利用這一組公式只對(duì)每個(gè)光組連續(xù)應(yīng)用高斯公式，依次求出每個(gè)光組得物距和像距，便可得出組合光學(xué)系統(tǒng)得焦距。這種方法稱為截距計(jì)算法。50第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)例:已知位于空氣中的兩個(gè)光組,均為薄光組，其有關(guān)數(shù)據(jù)如下：f1′=-f1=40，f2′=-f2=30，d=20。要求：（1）分別按牛頓公式和高斯公式系求其組合系統(tǒng)的象方與物方基點(diǎn)位置與焦距值，并將計(jì)算結(jié)果標(biāo)于圖中。（2）若給定物體AB其位置=-44，試用牛頓公式系按組合系統(tǒng)一次求象與按分光組逐次求象兩種方法計(jì)算象面位置與橫向放大率，校核兩種計(jì)算結(jié)果是否一致。51第六節(jié)：透鏡一.折射球面的情況

1）單個(gè)折射球面的基點(diǎn)和基面對(duì)單個(gè)球面來(lái)講，它的主面就是過球面頂點(diǎn)所作的折射球面的切平面??！第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)52第六節(jié)：透鏡

2)單個(gè)折射球面的焦距、光焦度和偏角公式（1）焦距公式：（2）單個(gè)折射球面的光焦度：（3）偏角公式：第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)

偏角公式是說(shuō)明入射光線及其相對(duì)應(yīng)的出射光線和焦距之間的關(guān)系??！53第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)

第六節(jié)：透鏡

二.球面反射鏡的情況（1）球面反射鏡的基點(diǎn)和基面：和單個(gè)折射球面一樣,它的 主點(diǎn)、主面在頂點(diǎn)處。

（2）焦距公式：球面反射鏡的物方焦距和像方焦距是相等的，其值為球 面曲率半徑的一半，即球面反射鏡的焦點(diǎn)位于球心C和球面 頂點(diǎn)O之間的中點(diǎn)。54第六節(jié)：透鏡三.單透鏡的情況第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)55第六節(jié)：透鏡三.單透鏡的情況

(1)焦距和光焦度公式:

(2)主面位置:第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)56第六節(jié)：透鏡三.單透鏡的情況

(3)兩主面的距離:(4)幾種典型透鏡的基點(diǎn)和基面:

透鏡中光焦度為正者稱為正透鏡,光焦度為負(fù)者稱為負(fù)透鏡。按形狀不同，正透鏡又分為雙凸、平凸和月凸（正彎月鏡）三種類型。負(fù)透鏡又分為雙凹、平凹和月凹（負(fù)彎月鏡）三種類型。正透鏡的中心厚度大于邊緣厚度，而負(fù)透鏡的邊緣厚度大于中心厚度。

（見書中P35表2-1）第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)57第六節(jié)：透鏡三.單透鏡的情況

(5)薄透鏡:把忽略厚度的透鏡，稱為“薄透鏡”。

☆常用表示符號(hào)：正透鏡負(fù)透鏡☆薄透鏡的相關(guān)公式：（d=0）(同學(xué)自己推導(dǎo)?。?

☆薄透鏡的物像關(guān)系式：（透鏡位于空氣中?。┑诙?/p>

理想光學(xué)系統(tǒng)58第二章

理想光學(xué)系統(tǒng)

本章作業(yè)：

P36習(xí)題：1、2、3、4、6、7、9、10、14

（15選做）59平面光學(xué)元件的作用：實(shí)現(xiàn)折疊光路、縮小儀器的形體、完成轉(zhuǎn)像，連續(xù)改變光軸方向、擴(kuò)大觀察范圍，以及實(shí)現(xiàn)分光、測(cè)微補(bǔ)償?shù)?。平面光學(xué)元件的分類：在共軸球面系統(tǒng)中一般分為平面折射元件和平面反射元件。常用的平面折射元件有平行平板玻璃、折射棱鏡、光楔等；常用的平面反射元件有平面鏡和各種反射棱鏡。第三章

平面與平面系統(tǒng)60第三章

平面與平面系統(tǒng)第一節(jié)：平面鏡成像及特性

1.平面反射鏡的成像（1）物點(diǎn)的成像規(guī)律：61第三章

平面與平面系統(tǒng)第一節(jié)：平面鏡成像及特性

1.平面反射鏡的成像（2）非一致像、一致像和完全一致像：當(dāng)物為左手坐標(biāo)系，而像變?yōu)橛沂肿鴺?biāo)系（或反之），這樣的像稱為“非一致像”，也叫做“鏡像”。當(dāng)物用左手坐標(biāo)系表示，通過光學(xué)元件后所成的像仍為左手坐標(biāo)系，則稱這樣的像為

“一致像”。如果物和像的上下、前后、左右三個(gè)方向的坐標(biāo)都完全一致，則稱這樣的像為“完全一致像”。因此，物體經(jīng)偶數(shù)個(gè)反射鏡成像后成“一致像”，經(jīng)奇數(shù)個(gè)反射鏡成像后成“非一致像”。（3）平面反射鏡是唯一能成完善像的最簡(jiǎn)單的光學(xué)元件。62第三章

平面與平面系統(tǒng)第一節(jié)：平面鏡成像及特性

1.平面反射鏡的成像

★平面反射鏡經(jīng)一次反射后的成像性質(zhì)歸納如下:(Ⅰ)點(diǎn)經(jīng)過平面反射鏡反射后所成的像仍為一個(gè)點(diǎn)，即成完善像。(Ⅱ)物體與其像以平面反射鏡為對(duì)稱，即成非一致像。(Ⅲ)實(shí)物成虛像，虛物成實(shí)像。63第三章

平面與平面系統(tǒng)第一節(jié)：平面鏡成像及特性

2.平面反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)64第三章

平面與平面系統(tǒng)第一節(jié)：平面鏡成像及特性

3.雙平面反射鏡的成像(角鏡成像)(1)采用角鏡這樣的光學(xué)元件,可以使光線改變方向。光線的方向改變可以根據(jù)實(shí)際需要通過選擇適當(dāng)?shù)摩两莵?lái)實(shí)現(xiàn)。（2）入射光線經(jīng)過角鏡后方向的改變，只與角鏡的頂角α有關(guān)。如果保持角鏡的頂角α不變，在入射光線方向不變的情況下，如果角鏡繞垂直于圖平面的軸旋轉(zhuǎn)，它的出射光線方向始終不會(huì)改變。65第三章

平面與平面系統(tǒng)第二節(jié)：平行平板及特性

1.平行平板的成像特性66第三章

平面與平面系統(tǒng)第二節(jié)：平行平板及特性

1.平行平板的成像特性（1）光線經(jīng)過平面平行玻璃板折射后，出射光線的方向與入射光線平行，同時(shí)出射光線在入射光線的右側(cè)。（2）近軸光線經(jīng)過平面平行玻璃板，當(dāng)平板的厚度確定后，折射光線與光軸交點(diǎn)的位移量為一常數(shù)，它不隨入射光線的入射角而變化。（3）對(duì)任意光線來(lái)講經(jīng)平面平行玻璃板折射后，折射光線與光軸交點(diǎn)的位移量隨入射光線的入射角的變化而變化。67第三章

平面與平面系統(tǒng)第二節(jié)：平行平板及特性

2.平行平板的“等效空氣層”概念

注意：該公式只是對(duì)近軸光線而言，否則進(jìn)行修正！！68第三章

平面與平面系統(tǒng)第三節(jié)：反射棱鏡

1.反射棱鏡的作用與類型（1）作用：a.改變光軸方向或使光軸平移。

b.棱鏡轉(zhuǎn)像。

c.擴(kuò)大觀察范圍或?qū)崿F(xiàn)掃描.（2）類型：a.按照反射棱鏡的構(gòu)成方式，可將其分為普通棱鏡 和復(fù)合棱鏡。凡由一塊玻璃制成的棱鏡，不管其 反射次數(shù)和光軸折線的形狀，均稱其為普通棱 鏡；由兩個(gè)或兩個(gè)以上普通棱鏡組合而成的棱 鏡，成為復(fù)合棱鏡。

b.按照反射棱鏡成像的情況劃分，可分為平面棱鏡 和空間棱鏡。至少存在一個(gè)共軛光軸平面的反射 棱鏡稱為平面棱鏡；不存在共軛光軸平面的反射 棱鏡稱為空間棱鏡。69第三章

平面與平面系統(tǒng)第三節(jié)：反射棱鏡

2.反射棱鏡的基本定義與轉(zhuǎn)像方向判斷（1）基本定義：工作面，棱線，主截面，光軸截面。（2）轉(zhuǎn)像方向判斷：

Ⅰ.具有單一光軸截面的反射棱鏡系統(tǒng)

a）確定主截面和光軸截面后，首先根據(jù)具體的棱鏡具體的棱鏡系統(tǒng)確定光軸的方向。

b）其次選定垂直于光軸截面的坐標(biāo)分量的方向。無(wú)的方向。無(wú)論經(jīng)過多少次平面鏡反射，垂直于主截垂直于主截面的坐標(biāo)分量的方向均不改變。

c）最后，確定棱鏡系統(tǒng)光軸截面內(nèi)的像坐標(biāo)軸方向。坐標(biāo)軸方向。根據(jù)系統(tǒng)的總反射次數(shù)，按“奇次成鏡像，偶次成一致像”的原則，結(jié)合左、右手坐標(biāo)系進(jìn)行判斷。70第三章

平面與平面系統(tǒng)第三節(jié)：反射棱鏡

2.反射棱鏡的基本定義與轉(zhuǎn)像方向判斷

Ⅱ.具有兩個(gè)相互垂直的光軸截面的反射棱鏡系統(tǒng)

a）確定主截面和光軸截面后，根據(jù)反射定律確定具體的棱鏡系統(tǒng)光軸的方向。

b）然后，將棱鏡系統(tǒng)劃分為幾個(gè)單一光軸截面的反射棱鏡，根據(jù)

“反射棱鏡只能改變其光軸截面內(nèi)的物坐標(biāo)方向，而不改變垂直于其光軸截面的物坐標(biāo)方向”的原則進(jìn)行坐標(biāo)方向的確定。

c）最后，根據(jù)系統(tǒng)的總反射次數(shù)，按“奇次成鏡像，偶次成一致像”的原則，結(jié)合左、右手坐標(biāo)系進(jìn)行判斷。71第三章

平面與平面系統(tǒng)第三節(jié)：反射棱鏡

2.反射棱鏡的基本定義與轉(zhuǎn)像方向判斷

Ⅲ.具有屋脊反射面的反射棱鏡系統(tǒng)

a）確定主截面和光軸截面后，根據(jù)反射定律確定具體的棱鏡系統(tǒng)光軸的方向。

b）若系統(tǒng)中存在屋脊面，則每一對(duì)屋脊反射面對(duì)垂直于光軸截面的坐標(biāo)分量倒轉(zhuǎn)180°。

c）最后，根據(jù)系統(tǒng)的總反射次數(shù)（屋脊反射面算兩次反射），按“奇次成鏡像，偶次成一致像”的原則，結(jié)合左、右手坐標(biāo)系進(jìn)行判斷。72第三章

平面與平面系統(tǒng)第三節(jié)：反射棱鏡

3.反射棱鏡的等效作用與展開

★等效作用：在光學(xué)系統(tǒng)中用棱鏡代替反射鏡，相當(dāng)于在光學(xué)系統(tǒng)中多加了一塊玻璃板。

★棱鏡的展開：在棱鏡的光軸截面內(nèi)，以棱鏡的反射面為鏡面，依次做出棱鏡的反射像，就可以得到一個(gè)作用與棱鏡相同的等效的平面平行玻璃板。

4.反射棱鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足的要求

★為了保持共軸系統(tǒng)的成像性質(zhì)，棱鏡展開成玻璃板后，入射面和出射面必須平行。

★如果棱鏡位于在會(huì)聚或發(fā)散光路中，則光軸必須和棱鏡的入射表面以及出射表面垂直。73第三章

平面與平面系統(tǒng)例：一望遠(yuǎn)物鏡，通光口徑D=40mm，對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)物體成像，視場(chǎng)角2ω=4°。若要求在系統(tǒng)中加入一五棱鏡使光軸折轉(zhuǎn)90°，棱鏡的出射面在物鏡焦面前a=20mm處，棱鏡的折射率n=1.5163，求棱鏡的尺寸。74第三章

平面與平面系統(tǒng)第四節(jié)：折射棱鏡與光楔★依靠折射作用使光線偏折的棱鏡稱為折射棱鏡；由于一束白光經(jīng)折射棱鏡后，可被分解為各種顏色的連續(xù)光譜，故又稱其為色散棱鏡（分光棱鏡）。因此，折射棱鏡具有兩個(gè)基本性質(zhì)，即偏向性與色散性。

折射棱主截面工作面折射棱角75第三章

平面與平面系統(tǒng)第四節(jié)：折射棱鏡與光楔

1.折射棱鏡的偏角★折射棱鏡的主要作用之一，是使通過它的光線的進(jìn)行方向相對(duì)于原來(lái)的方向發(fā)生偏折。折射光線偏離入射光線方向的角度即為偏向角δ是其主要特征量。偏向角δ由入射光線方向按銳角轉(zhuǎn)至出射光線方向，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。偏角公式（顯式）：偏角公式（隱式）：

最小偏向角：

76第三章

平面與平面系統(tǒng)第四節(jié)：折射棱鏡與光楔

2.楔鏡(光楔)及其作用★兩個(gè)折射面夾角(α)很小的折射棱鏡稱為楔鏡,也稱光楔。其外觀很像平行平板玻璃，楔鏡的折射棱角又稱楔角。當(dāng)光線入射角很小時(shí)，即I1→0，則偏角公式：表明當(dāng)光束垂直或近于垂直射到光楔上時(shí)（一般當(dāng)I1＜3°時(shí)可以采用），所產(chǎn)生的偏向角δ只取決于楔角α和折射率n大小，而于I1無(wú)關(guān)?！镄ㄧR（光楔）的作用，可用于微小角度和微小位移的測(cè)量。通常稱之為光學(xué)測(cè)微器或光學(xué)補(bǔ)償器。77第三章

平面與平面系統(tǒng)第四節(jié)：折射棱鏡與光楔

3.棱鏡色散★折射棱鏡更主要的用途是作為色散元件。利用棱鏡作為色散系統(tǒng)的光譜儀器，稱為棱鏡光譜儀。由偏角公式可以看出，偏向角δ是玻璃折射率的函數(shù)，折射率越大，則偏角越大；而折射率n是波長(zhǎng)的函數(shù)，因此，δ是波長(zhǎng)的λ的函數(shù)。這樣，這樣，具有同一入射角的一束復(fù)合色光（如白光），通過折射棱鏡后，其中不同波長(zhǎng)的色光將具有不同的偏向角，因而在空間上被分解為由各種色光組成的連續(xù)光譜，這種現(xiàn)象即為棱鏡的色散，故此，折射棱鏡又稱分光棱鏡。78第三章

平面與平面系統(tǒng)第五節(jié)：光學(xué)材料用于制作光學(xué)元件的光學(xué)材料包括光學(xué)玻璃（分無(wú)色、有色和變色）、光學(xué)晶體和光學(xué)塑料。對(duì)光學(xué)材料的基本要求為：折射材料對(duì)工作波段有良好的透射率，反射元件對(duì)工作波段有很高的反射率。1.透射材料的光學(xué)特性（1）光學(xué)玻璃：絕大多數(shù)光學(xué)元件是由無(wú)色光學(xué)玻璃制成的。一般光學(xué)玻璃只能通過波段為0.35～2.5μm的色光，超過這個(gè)范圍的光將被材料強(qiáng)烈吸收。無(wú)色玻璃可分為兩大類，即冕牌玻璃（以字母K表示）和火石玻璃（以字母F表示）。冕牌玻璃一般以低折射率、低色散為特征，而火石玻璃則以高折射率、高色散為特征。79第三章

平面與平面系統(tǒng)第五節(jié)：光學(xué)材料1.透射材料的光學(xué)特性（2）光學(xué)晶體：光學(xué)晶體主要應(yīng)用在紫外和紅外光譜區(qū)。用于紫外光譜區(qū)域的有熔融石英、氟華鈣和氟化鋰等少數(shù)幾種晶體。用于紅外光譜區(qū)的材料稍多些。如鍺能很好地透過波長(zhǎng)為２～15μm和40～60μm的輻射波，氟華鈣在180nm～10μm波段內(nèi)是透明的。（3）光學(xué)塑料：光學(xué)塑料一般用于制作要求不高的光學(xué)元件。例如，放大鏡、一般透鏡、取景器和菲涅爾透鏡等。最通用的光學(xué)塑料有甲基丙烯酸甲脂（nD=1.49166，vD=57.37），丙烯腈-苯乙烯共聚物（nD=1.56735，vD=34.87

），聚苯乙烯（nD=1.59027，vD=30.92）。80第三章

平面與平面系統(tǒng)第五節(jié)：光學(xué)材料1.透射材料的光學(xué)特性（4）透射材料的折射特性：一般以夫瑯和費(fèi)特征譜線的折射率表示。因?yàn)镕光和C光接近人眼靈敏光譜區(qū)的兩端，而D（或d、e）光比較接近人眼的最靈敏波長(zhǎng)（555nm），所以D（或d、e）光的折射率nD稱為基本（平均）折射率，nF-nC

為平均色散，vD=(nD-1)/nF-nC

為基本（平均）色散系數(shù)（阿貝數(shù)）。2.反射材料的光學(xué)特性制作反射光學(xué)元件一般是在拋光玻璃表面鍍金屬反射膜，反射光學(xué)材料的主要特性是對(duì)各種波長(zhǎng)的反射率。最常用的高反射材料應(yīng)是銀和鋁。金屬銀在波長(zhǎng)大于555μm時(shí)反射率平均為95%；金屬鋁在可見光區(qū)的反射率為88～92%。81第三章

平面與平面系統(tǒng)本章作業(yè)：

P50習(xí)題：1、2、4、6、7、1012（選做）

請(qǐng)注意作業(yè)的書寫格式與工整！82第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第1節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)中的光闌及其作用★實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)只能對(duì)物空間的一定區(qū)域成比較滿意的像，而且該區(qū)域內(nèi)每一點(diǎn)的成像光束都限制在一定的立體角內(nèi)。光學(xué)系統(tǒng)中所有對(duì)成像光束起到限制作用的光學(xué)元件的邊框，以及一些特設(shè)的、其中心位于光軸上的開孔屏（又稱為“通光孔徑”），統(tǒng)稱為“光闌”。光闌通光孔一般為圓形，光闌平面垂直于光軸。光闌光闌光闌光闌83第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第1節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)中的光闌及其作用★實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中通過設(shè)置光闌，對(duì)光束加以限制，它對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的幾何和物理性質(zhì)將產(chǎn)生重大影響。表現(xiàn)為：（1）影響光學(xué)系統(tǒng)（不考慮衍射效應(yīng)）的幾何像差，即影響自光學(xué)系統(tǒng)出射的光束結(jié)構(gòu)。（2）也將影響由于光的波動(dòng)性所決定的衍射性質(zhì)，這種衍射性質(zhì)即使在沒有像差時(shí)也將使點(diǎn)的像發(fā)生畸變。（3）由于光闌決定光束截面，因而決定了能通過光學(xué)系統(tǒng)的光能量，也就決定了光學(xué)系統(tǒng)在屏、接受元件(如:底片,CCD等)或人眼的網(wǎng)膜上所產(chǎn)生的照度。（4）還將影響與入射光束孔徑有關(guān)的成像空間深度（即景深），以及分辨本領(lǐng)。84第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第1節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)中的光闌及其作用★實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中的光闌，按其作用可分為以下幾種：（1）孔徑光闌：它是限制軸上物點(diǎn)成像光束立體角、并有選擇軸外物點(diǎn)成像光束位置作用的光闌；也稱“有效光闌”。如果在過光軸的平面上來(lái)看，這種光闌就是決定軸上點(diǎn)發(fā)出的平面光束的孔徑角。（2）視場(chǎng)光闌：它是決定物平面或物空間中成像范圍的光闌。（3）漸暈光闌：影響軸外物點(diǎn)成像光束能量的光闌。（4）消雜光光闌：這種光闌不限制通過光學(xué)系統(tǒng)的成像光束，只限制那些從非成像物體射來(lái)的光、光學(xué)系統(tǒng)各折射面反射的光和儀器內(nèi)壁反射的光等，這些光稱為雜光。

孔徑光闌和視場(chǎng)光闌是光學(xué)系統(tǒng)中的主要光闌。任何光學(xué)系統(tǒng)都有這兩種光闌??！85第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第2節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳★實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)只能允許一定大小的光束通過，在系統(tǒng)的數(shù)個(gè)光闌中必有一個(gè)實(shí)際光闌（可能是光學(xué)元件的邊框，也可能是特設(shè)的光闌）是限制和決定系統(tǒng)的有效光束大小的，即決定從軸上物點(diǎn)到達(dá)共軛像點(diǎn)的光線數(shù)目，它就是孔徑光闌（有效光闌）?？讖焦怅@通過它前方的光學(xué)系統(tǒng)所成的像（即孔徑光闌在整個(gè)系統(tǒng)物空間的像），稱為“入射光瞳”?？讖焦怅@通過它后方的光學(xué)系統(tǒng)所成的像（即孔徑光闌在整個(gè)系統(tǒng)像空間的像），稱為“出射光瞳”?？讖焦怅@、入射光瞳、出射光瞳三者相互共軛。入瞳孔徑光闌出瞳86第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第2節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳★在實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中孔徑光闌未知的情況下尋求孔徑光闌的步驟可歸納如下：首先將光學(xué)系統(tǒng)所有光學(xué)元件和開孔屏的內(nèi)孔，經(jīng)其前方的光學(xué)系統(tǒng)成像到整個(gè)系統(tǒng)物空間，然后比較這些像的邊緣對(duì)軸上物點(diǎn)張角的大小，其中張角最小者，即為入射光瞳；與入射光瞳共軛的實(shí)際光闌即為孔徑光闌?？讖焦怅@入瞳87第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第2節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳用類似方法將光學(xué)系統(tǒng)所有光學(xué)元件和開孔屏的內(nèi)孔，經(jīng)其后方的光學(xué)系統(tǒng)成像到整個(gè)系統(tǒng)像空間，然后比較這些像的邊緣對(duì)軸上像點(diǎn)張角的大小，其中張角最小者，即為出射光瞳；與出射光瞳共軛的實(shí)際光闌即為孔徑光闌?？讖焦怅@出瞳88第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第3節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)光闌、入射窗和出射窗

★當(dāng)眼睛位于O點(diǎn)，通過墻壁平面上的矩形窗孔abcd我們觀察室外的物平面N時(shí)，所能看到的物面范圍為ABCD。則稱ABCD為視場(chǎng)窗孔，abcd為被窗孔ABCD所限定的視場(chǎng)范圍。視場(chǎng)范圍物平面89第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第3節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)光闌、入射窗和出射窗

★從物方（或像方）確定視場(chǎng)光闌的方法和步驟：首先將光學(xué)系統(tǒng)中的所有光闌（包括透鏡邊框）經(jīng)其前方（或后方）光學(xué)系統(tǒng)成像在整個(gè)系統(tǒng)的物空間（或像空間）；然后，從系統(tǒng)的入瞳中心（或出瞳中心）分別向物空間（或像空間）所有的光闌的邊緣作連線，其中張角最小的稱為“入射窗”（或“出射窗”），與其共軛的實(shí)際光闌即為視場(chǎng)光闌。對(duì)同一光學(xué)系統(tǒng)，入射窗、視場(chǎng)光闌、出射光闌三者共軛。光學(xué)系統(tǒng)入瞳出瞳出射窗像面物面入射窗90第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第4節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的漸暈概念

★在大多數(shù)的情況下，軸外點(diǎn)發(fā)出并充滿入瞳的光束，會(huì)被某些透鏡邊框或某些光闌所遮擋，使軸外物點(diǎn)的成像光束小于軸上點(diǎn)的成像光束，造成像面邊緣的光照度有所下降。這種軸外點(diǎn)光束被部分地?cái)r掉的現(xiàn)象稱為光學(xué)系統(tǒng)的軸外點(diǎn)光束的漸暈?？讖焦怅@出瞳入瞳91第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第4節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的漸暈概念

★由入瞳和入射窗共同限制所產(chǎn)生的漸暈：物面物面入射窗入瞳92第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第5節(jié)：遠(yuǎn)心光路（焦闌光路）

★在測(cè)量?jī)x器中，有兩類常用的系統(tǒng)，是利用將孔徑光闌置于物鏡的像方焦面或物方焦面上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體長(zhǎng)度或距離的精確測(cè)量，這就是應(yīng)用在工具顯微鏡等計(jì)量?jī)x器中的物方遠(yuǎn)心光路和應(yīng)用于視距法測(cè)距儀器中的像方遠(yuǎn)心光路。以上兩類系統(tǒng)統(tǒng)稱“遠(yuǎn)心光路”，又稱“焦闌光路”。（1）物方遠(yuǎn)心光路孔徑光闌物鏡分劃板(刻尺)93第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第5節(jié)：遠(yuǎn)心光路（焦闌光路）（2）像方遠(yuǎn)心光路孔徑光闌

(入瞳)物鏡分劃板(刻尺)標(biāo)尺★在遠(yuǎn)心光路中，由于孔徑光闌與物鏡不重合，因此在相同孔徑下，物鏡的口徑要增大??！94第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第6節(jié)：場(chǎng)鏡的作用★在實(shí)際工作中，有時(shí)為了減小光學(xué)元件（一般為目鏡）的通光直徑，同時(shí)又不改變儀器的光學(xué)特性，常常采取在物鏡和目鏡的共同焦面處放置一個(gè)正透鏡的辦法來(lái)解決。我們一般就把放置在物鏡和目鏡共同焦面上的正透鏡稱為場(chǎng)鏡。目鏡物鏡（孔徑光闌）出瞳出瞳場(chǎng)鏡開普勒式望遠(yuǎn)系統(tǒng)95第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第7節(jié)：幾種典型光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制的分析

1.照相系統(tǒng)和光闌

2.望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)和光闌

3.顯微鏡系統(tǒng)和光闌

★光學(xué)系統(tǒng)中光闌的設(shè)置，通?？紤]的幾個(gè)原則：（1）限制成像范圍的視場(chǎng)光闌，在大多數(shù)光學(xué)儀器中，均與系統(tǒng)的實(shí)像平面重合（或者接近實(shí)像平面），以保證入射窗與物平面重合，使系統(tǒng)有一清晰的視場(chǎng)邊界。（2）限制成像光束口徑的孔徑光闌，不僅限制軸上點(diǎn)成像光束的口徑，而且影響軸外點(diǎn)成像光束的口徑。對(duì)某些類型的光學(xué)系統(tǒng)，孔徑光闌的位置應(yīng)滿足其特定的要求。（3）在一些較復(fù)雜的系統(tǒng)中，為了減少儀器的徑向尺寸以及改善軸外點(diǎn)的成像質(zhì)量，攔掉那些像質(zhì)不好的光線，常加入第二窗，使軸外光束產(chǎn)生一定的漸暈。應(yīng)指出：光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌只是對(duì)一定位置的物體而言的，如果物體位置發(fā)生變化，原來(lái)限制光束的孔徑光闌可能會(huì)失去限制光束的作用，光束會(huì)被其他光孔所限制！為什么？96第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第8節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的景深

1.光學(xué)系統(tǒng)的空間像

★名詞理解:平面上的空間像、彌散斑、景像平面、對(duì)準(zhǔn)平面、主光線、透視失真、景像畸變。

應(yīng)該指出，平面物體的成像與物空間所成的平面像兩者是有區(qū)別的。對(duì)于前者，物、像平面之間滿足嚴(yán)格的共軛關(guān)系，在理想成像的條件下，像面上所有點(diǎn)均為清晰的點(diǎn)像；對(duì)于后者，像平面上除了映出與其共軛的物平面的像之外，同時(shí)還映出了位于共軛物平面前后的空間的像。但是，這些非共軛點(diǎn)在像平面上所成的像，不再是點(diǎn)像，而是一些相應(yīng)光束的截面—彌散斑！97第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第8節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的景深

2.光學(xué)系統(tǒng)的景深

★景深：我們稱能在像面上獲得清晰像（物點(diǎn)所成的彌散圓斑不能被接收器所分辨）的物空間深度為“景深”。能成清晰像的最遠(yuǎn)平面稱為“遠(yuǎn)景”，能成清晰像的最近平面稱為“近景”。景深是遠(yuǎn)景和近景之和。（參見書上圖4-26）空間點(diǎn)在景像平面上形成的彌散斑大小與哪些因素有關(guān)？上式表明，景像平面上的彌散斑大小，除與入瞳直徑（2a）及共軛面處的橫向放大率β有關(guān)外，尚與空間點(diǎn)及對(duì)準(zhǔn)平面至入瞳的距離p1、p2和p有關(guān)！98第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第8節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的景深

2.光學(xué)系統(tǒng)的景深

★不同系統(tǒng)所允許的彌散斑大小不同。以照相物鏡為典型系統(tǒng)，討論其景深與各有關(guān)量之間的關(guān)系。

對(duì)準(zhǔn)平面入瞳出瞳景像平面眼睛99第四章

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第8節(jié)：光學(xué)系統(tǒng)的景深

2.光學(xué)系統(tǒng)的景深由于ε值很小，上式可以近似表示為：

★討論可知，景深與入瞳到物體的距離的平方成正比；與極限角ε成正比；此外，尚與入瞳的直徑2a成反比。因此，在攝影時(shí)，如果景深不夠，可以適當(dāng)增大距離或減小光圈，來(lái)獲得較大的景深。

100第四章

理想光學(xué)系統(tǒng)

本章作業(yè)：

P73習(xí)題1、2、3

另：設(shè)物鏡入瞳直徑2a=15mm、取ε=1′=0.00029，按Δ1=∞和p=∞兩種情況計(jì)算其景深；然后再按對(duì)準(zhǔn)平面p=10m，計(jì)算其景深。101第五章

光能與光度學(xué)★光學(xué)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是輻射能傳輸系統(tǒng)，輻射能傳輸問題包括兩方面：一是輻射能傳播方向問題，一是輻射能傳輸數(shù)量大小問題。研究電磁波輻射能的測(cè)試、計(jì)量和計(jì)算的學(xué)科稱為“輻射量度學(xué)”，研究波長(zhǎng)在380～780nm可見光范圍內(nèi)輻射能的測(cè)試、計(jì)量和計(jì)算的學(xué)科稱為“光度學(xué)”?！肮舛葘W(xué)”是輻射量度學(xué)的一部分或特例。應(yīng)該指出，光度學(xué)并不是幾何光學(xué)的一部分，只是因?yàn)樵谠S多實(shí)際情況下，幾何光學(xué)的模型可以作為研究光度學(xué)的基礎(chǔ)，所以，在這里簡(jiǎn)單地對(duì)光度學(xué)進(jìn)行學(xué)習(xí)。102第五章

光能與光度學(xué)第一節(jié):輻射量和光學(xué)量及其單位一.立體角的概念與計(jì)算任意一個(gè)封閉錐面所包含的空間部分為錐面頂點(diǎn)處的“立體角”,用Ω表示。立體角是以錐頂為球心，作一任意半徑r的球面，錐面在球面上所截出的球面部分為S，則S與r2的比值即為此立體角的大小。度量單位稱為“立體弧度”，即“球面度”（sr）。圍繞球心的整個(gè)空間的立體角應(yīng)為：103第五章

光能與光度學(xué)第一節(jié):輻射量和光學(xué)量及其單位一.立體角的概念與計(jì)算由于在光學(xué)系統(tǒng)中通常均用平面角U來(lái)表示孔徑角，若孔徑角為U，則其對(duì)應(yīng)的立體角的大小為：當(dāng)U角很小時(shí)，立體角應(yīng)為：假定距O點(diǎn)l處有一微面dS,dS的法線N與OZ的夾角為

a,那么微面dS對(duì)O點(diǎn)所張立體角為：104第五章

光能與光度學(xué)第一節(jié):輻射量和光學(xué)量及其單位二.輻射量（書P74）輻射能Qe、輻射通量Φe

、輻射出度Me

、輻照度Ee、輻射強(qiáng)度Ie、輻射亮度Le。三.光學(xué)量（書P75）光能Qv、光通量Φv

、光出射度Mv、光照度Ev、發(fā)光強(qiáng)度Iv、光亮度Lv。

輻射通量只表示光源元面積在單位時(shí)間內(nèi)傳送出的客觀能量的多少，但沒有反映出這些能量所能引起的人們的主觀感覺—視覺的強(qiáng)度。實(shí)際上，不同波長(zhǎng)光的數(shù)量不相等的輻射通量可能引起相等的視覺強(qiáng)度，而相等的輻射通量的不同波長(zhǎng)的光，卻不能引起相等的視覺強(qiáng)度，因?yàn)槿说难劬?duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的感光靈敏度！105第五章

光能與光度學(xué)第一節(jié):輻射量和光學(xué)量及其單位四.輻射量與光學(xué)量間的關(guān)系1.光譜光效率函數(shù)(視見函數(shù))

人眼對(duì)各種不同波長(zhǎng)的光有不同的靈敏度,并且不同人的眼睛，對(duì)各種波長(zhǎng)光的靈敏度也常常是有差別的；接收器對(duì)不同波長(zhǎng)電磁輻射的反應(yīng)程度稱為“光譜響應(yīng)度”或“光譜靈敏度”。在可見光譜范圍內(nèi)，表征“平均”眼對(duì)各種波長(zhǎng)光的相對(duì)靈敏度的函數(shù)為“光譜光效率函數(shù)(視見函數(shù))”。明視覺視見函數(shù)暗視覺視見函數(shù)106第五章

光能與光度學(xué)第一節(jié):輻射量和光學(xué)量及其單位四.輻射量與光學(xué)量間的關(guān)系

2.兩量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系光度學(xué)研究對(duì)可見光的能量的計(jì)算，它使用的參量稱為光度量。以人的視覺習(xí)慣為基礎(chǔ)建立。輻射度學(xué)適用于整個(gè)電磁波譜的能量計(jì)算。主要用于X光、紫外光、紅外光以及其他非可見的電磁輻射。光度學(xué)是輻射度學(xué)的一部分或特例。這兩套參量的名稱、符號(hào)、定義式彼此對(duì)應(yīng)，基本都相同，只是單位不同。為了區(qū)別這兩種量，規(guī)定用下標(biāo)e和v表示。符號(hào)意義見書中P77頁(yè)107第五章

光能與光度學(xué)第一節(jié):輻射量和光學(xué)量及其單位四.輻射量與光學(xué)量間的關(guān)系

2.兩量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系名稱符號(hào)定義單位輻射能光量QeQv

以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量。光通量對(duì)時(shí)間的積分。焦[耳](J)流[明]秒(lm·s)輻射通量光通量ΦeΦv

以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的功率。發(fā)光強(qiáng)度為Ιv的光源，在立體角元dΩ內(nèi)的輻通量，dΦv=Ιv·dΩ。瓦[特](W)流[明](lm)輻射出度光出射度ΜeΜv

離開表面一點(diǎn)處面元的輻通量除以該面元面積。離開表面一點(diǎn)處面元的光通量除以該面元面積。瓦每平方米(W·m-2)流[明]每平方米(lm·m-2)輻射照度光照度ΕeΕv

照射到表面一點(diǎn)處面元上的輻通量除以該面元的面積。照射到表面一點(diǎn)處面元上的光通量除以該面元的面積。瓦每平方米(W·m-2)勒[克斯](lx)輻射強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度ΙeΙv

在給定方向上的立體角元內(nèi)，離開點(diǎn)輻射源或輻射源面元的輻射功率除以該立體角元。光度量中的基本量，單位為坎德拉cd。cd的意義為：頻率為540×1012Hz的單色輻射在給定方向上的輻射強(qiáng)度Ιe=1/683W·sr-1時(shí)，規(guī)定為1cd。瓦每球面度(W·sr-1)坎[德拉](cd)輻射亮度光亮度LeLv

表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的輻射強(qiáng)度除以該面元在垂直于給定方向平面上的正投影面積。表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度除以該面元在垂直于給定方向平面上的正投影面積。瓦每球面度平方米(W·sr-1·m-2)

坎[德拉]每平方米(cd·m-2)

曝光量H

光照度對(duì)時(shí)間的積分。勒[克斯]秒(lx·s)搞什么呀!這么多單位,煩死啦!沒有辦法,還是要記呀!108第五章

光能與光度學(xué)第二節(jié):光學(xué)傳播中光學(xué)量的變化規(guī)律(P67)一.點(diǎn)光源在與之距離r處的表面上形成的照度：

二.面光源在與之距離r處的表面上形成的照度：三.單一介質(zhì)元光管內(nèi)光亮度的傳遞光束在同一均勻透明介質(zhì)中傳播時(shí),如果不考慮光能損失，則在同一傳播方向上的任意截面上，所通過的光通量不變且光亮度相等。四.光束經(jīng)界面反射和折射后的亮度（1）反射光束亮度等于入射光束亮度乘以反射系數(shù)：（2）折射光束的亮度不僅與入射光束的亮度以及界面兩邊介質(zhì)的折射率比值的平方成正比，還與界面的反射系數(shù)有關(guān)：109第五章

光能與光度學(xué)例:某儀器用6伏15瓦鎢絲燈泡，知其發(fā)光效率為15lm/w，該燈泡與一聚光鏡聯(lián)用，若視燈泡為各向同性均勻發(fā)光的點(diǎn)光源，它對(duì)聚光鏡所張的孔徑角u≈sinU=0.25，求燈泡發(fā)出的總光通量、發(fā)光強(qiáng)度及能進(jìn)入聚光鏡的光通量。110第五章

光能與光度學(xué)第二節(jié):光學(xué)傳播中光學(xué)量的變化規(guī)律(P67)五.余弦輻射體與發(fā)光強(qiáng)度的余弦定律：嚴(yán)格地講,一般的發(fā)光面在空間不同方向的亮度值是不相等的,即亮度是空間方位角的復(fù)雜函數(shù)。但是對(duì)大多數(shù)均勻發(fā)光的物體，其在各個(gè)方向的亮度近似一致，即亮度不隨方向而改變，可視為一常數(shù)。此時(shí)，發(fā)光表面上各點(diǎn)沿不同方向的發(fā)光強(qiáng)度遵循簡(jiǎn)單的余弦規(guī)律，即I=IN·cos，我們稱這樣的面光源為“余弦輻射體”，又稱“朗伯輻射體”。入射光入射光發(fā)光面雙向朗伯輻射體全擴(kuò)散表面-近似朗伯輻射體111第五章

光能與光度學(xué)第二節(jié):光學(xué)傳播中光學(xué)量的變化規(guī)律(P67)五.余弦輻射體與發(fā)光強(qiáng)度的余弦定律：余弦輻射體向平面孔徑角為U的立體角范圍內(nèi)發(fā)出的總光通量為：（空間任意方位元立體角的普遍公式）告訴你，完全鏡面反射不具有余弦輻射性質(zhì)！！112第五章

光能與光度學(xué)第三節(jié):成像系統(tǒng)像面的光照度一.軸上像點(diǎn)的光照度公式

二.軸外像點(diǎn)的光照度公式如果考慮到實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的漸暈現(xiàn)象，則有：三.光通過光學(xué)系統(tǒng)時(shí)的能量損失四.光學(xué)系統(tǒng)的總透射比113第五章

光能與光度學(xué)

本章作業(yè)：

P103習(xí)題1、2、4

114第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論

在幾何光學(xué)中，我們從理想光學(xué)系統(tǒng)的觀點(diǎn)討論了光學(xué)系統(tǒng)的成像原理。但是，實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)只在近軸區(qū)才具有理想光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)，即只有當(dāng)孔徑和視場(chǎng)很小的情況下才能成完善像，而這樣的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用意義不大。第一節(jié):概述

★通過前面的學(xué)習(xí)，我們了解到：除平面反射鏡外，其他的光學(xué)系統(tǒng)都不能成完善像，即系統(tǒng)存在像差。像差是指實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像與理想光學(xué)系統(tǒng)成像之間的差異。實(shí)踐和理論都可證明要完全消除像差也是不能的。但是從另一方面看，由于人眼和其他光接收器本身都具有一定的缺陷，所以也就沒有必要把光學(xué)系統(tǒng)的像差完全消除。實(shí)際上，只要把影響像質(zhì)的幾個(gè)主要像差減小到某種容限范圍內(nèi),即接收器不能察覺時(shí)，就可認(rèn)為光學(xué)系統(tǒng)得到了滿意的成像效果。115第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論第一節(jié):概述

一.基本概念（1）像差：實(shí)際像與理想像之間的差異。（2）產(chǎn)生像差的原因：成像光路表達(dá)公式中忽略級(jí)數(shù)展開式中的高次項(xiàng)。（3）子午面：物點(diǎn)（或主光線，即通過孔徑中心的光線）所在并包含光軸 的平面。對(duì)于軸對(duì)稱系統(tǒng)的軸上物點(diǎn)，它有無(wú)限多個(gè)子午 面。對(duì)于一給定的軸外物點(diǎn)，僅有一個(gè)子物面。（4）弧矢面：包含主光線并且垂直于子午面的平面。子午光線弧矢光線物點(diǎn)透鏡光軸子午平面弧矢平面主光線116第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論第一節(jié):概述

一.基本概念（5）像差分類：基于幾何光學(xué)，利用實(shí)際光線的空間坐標(biāo)參量相對(duì)理想坐 標(biāo)參量的偏離作為像差的度量，稱為“幾何像差”或“光線 像差”。它們能反映實(shí)際成像光線束的空間結(jié)構(gòu)特性。 基于波動(dòng)光學(xué)，利用實(shí)際波面相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)參考波面的偏離作 為度量的像差，稱為“波像差”。它可反映實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的 相位變換特性。幾何像差和波像差兩者具有內(nèi)在聯(lián)系。根據(jù)成像的條件和特性，把像差分為兩大類：一是用單色 光成像時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的像差，稱為單色像差，可用幾何像差和 波像差表示，其中單色幾何像差又包括球差、慧差、像散、 場(chǎng)曲和畸變。二是用復(fù)色光成像時(shí)，由于介質(zhì)的色散性而引 起的不同色光之間成像的差別，稱為色像差。色像差可表示 為幾何色差和波色差，其中幾何色差又包括位置色差和倍率 色差。117第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論第一節(jié):概述

二.像差計(jì)算的譜線選擇一般來(lái)說(shuō)，光學(xué)系統(tǒng)校正像差的譜線選擇，主要決定于使用條件和光能接收器的特性。也就是說(shuō)，光學(xué)系統(tǒng)要校正單色像差的波長(zhǎng)和校正色差的波長(zhǎng)主要取決于光接收器的光譜響應(yīng)性能，但往往也要受光源和光學(xué)材料的限制。所以，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使接收器、光源和 光學(xué)材料三者的性能匹配好，即盡可能使接收器響應(yīng)最 靈敏的譜線是光源輻射最強(qiáng)的譜線，也就是光學(xué)材料透 過率最好的譜線。校正像差時(shí)譜線選擇的原則是：在光學(xué)系統(tǒng)工作的 波段范圍內(nèi)，光學(xué)系統(tǒng)對(duì)接收器的光譜響應(yīng)靈敏度曲線 與光源輻射光譜強(qiáng)度分布曲線之乘積最大值所對(duì)應(yīng)的波 長(zhǎng)校正單色像差，對(duì)該波段內(nèi)靠近兩端的二種波長(zhǎng)校正 色差。118第二節(jié):光線的光路計(jì)算

光線光路計(jì)算是幾何光學(xué)研究光學(xué)系統(tǒng)成像的基本方法，也是進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的基本問題之一。在光路計(jì)算中，根據(jù)任務(wù)的不同可分為：（A）子午光線光路計(jì)算。它又包括近軸光路計(jì)算和非近軸光路計(jì)算；（B）軸外點(diǎn)細(xì)光束的子午焦點(diǎn)和弧矢焦點(diǎn)的計(jì)算；（C）空間光線的計(jì)算。對(duì)于第一種光路計(jì)算任何光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)都要進(jìn)行。一.子午面內(nèi)的光線光路計(jì)算二.沿軸外點(diǎn)主光線細(xì)光束的光路計(jì)算三.計(jì)算舉例第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論119第三節(jié):軸上點(diǎn)球差一.球差的定義和表示方法

★由光軸上某一物點(diǎn)發(fā)出的單色光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，若不同孔徑角的各光線交光軸于不同位置，從而使軸上像點(diǎn)被一彌散光斑所代替，則稱光學(xué)系統(tǒng)對(duì)該物點(diǎn)成像所存在的這種缺陷為球差。

★通常表示球差可采用兩種方法：

A.用孔徑光線與光軸的交點(diǎn)偏離高斯像點(diǎn)（理想像點(diǎn)）的距離表示，稱為軸向球差（簡(jiǎn)稱球差），即：

B.用孔徑光線與高斯像面的交點(diǎn)偏離光軸的距離表示，稱為垂軸球差。它和軸向球差的關(guān)系為：

★球差是光線投射高度h和孔徑角U的函數(shù)，故可以為它們的級(jí)數(shù)展開式：第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論120第三節(jié):軸上點(diǎn)球差一.球差的定義和表示方法★光學(xué)系統(tǒng)的球差分布公式（克爾伯公式）：★單個(gè)折射球面的球差分布系數(shù)：第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論球差是光學(xué)系統(tǒng)軸上物點(diǎn)唯一的單色像差！121第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論第三節(jié):軸上點(diǎn)球差二.球差的校正★單正透鏡產(chǎn)生負(fù)球差，單負(fù)透鏡產(chǎn)生正球差。

★光學(xué)系統(tǒng)邊緣帶的球差校正為零時(shí)，在孔徑0.707處的球差有最大值?！镉蓡蝹€(gè)折射球面的球差分布系數(shù)公式可知，單個(gè)折射球面存在三個(gè)不暈點(diǎn)。即

光學(xué)系統(tǒng)的像差理論和像差校正有一套系統(tǒng)化的理論和計(jì)算公式，該知識(shí)更深入的討論不是本課程的重點(diǎn)，如需深入了解請(qǐng)參閱相關(guān)參考書！122第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論第四節(jié):正弦差和彗差★軸外物點(diǎn)發(fā)出以主光線為對(duì)稱軸的同心單色寬光束，當(dāng)通過系統(tǒng)以后，不同孔徑的光線對(duì)，其交點(diǎn)不再位于主光線上。這種失去對(duì)稱的成像光束，不能交于同一點(diǎn)。因而在理想像平面上形成一彗星形的光斑，這種光學(xué)系統(tǒng)成像缺陷稱為彗差。

★正弦差和彗差沒有本質(zhì)的區(qū)別，正弦差適用于小視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，彗差可用于任何視場(chǎng)的光學(xué)系統(tǒng)?！镎覘l件：★不暈點(diǎn)也不產(chǎn)生正弦差。123第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論第五節(jié):像散和場(chǎng)曲★當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)非近軸的物點(diǎn)以元光束成像時(shí)，若像點(diǎn)被分離著的子午焦線和弧矢焦線所代替，則稱系統(tǒng)對(duì)給定物點(diǎn)的成像存在像散?！镌谙裆⒌墓鈱W(xué)系統(tǒng)中，若成清晰像的最佳像面仍不為平面，則稱該系統(tǒng)存在像場(chǎng)彎曲，即場(chǎng)曲?！锵裆⒑蛨?chǎng)曲是兩個(gè)不同的概念，兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。像散的存在，必然引起像面彎曲；但即便像散校正為零，實(shí)際像面也不是平面，存在場(chǎng)曲。場(chǎng)曲的形成像散的光束結(jié)構(gòu)124第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論第六節(jié):畸變★以上像差的共同特點(diǎn)，是像點(diǎn)被彌散斑所代替，破壞了成像的清晰程度。然而，還有另一種像差，它不影響成像的清晰程度，而僅影響像與物的幾何相似性，或者說(shuō)僅影響像的幾何形狀，這種像差稱為畸變。產(chǎn)生畸變的原因，可以認(rèn)為是由于光學(xué)系統(tǒng)對(duì)共軛面上不同高度的物體有不同的垂軸放大率所致，即β不是常數(shù)，而是物高的函數(shù)（或視場(chǎng)角的函數(shù)）。第七節(jié):色差（P121）★各種波長(zhǎng)光線之間成像位置和成像大小的差異稱為色差。第八節(jié):波像差（P127）★瑞利判劇認(rèn)為，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)的最大波像差小于1/4波長(zhǎng)時(shí)，其系統(tǒng)成像是完善的。

125第六章

光線的光路計(jì)算及像差理論

本章作業(yè)：

借閱相關(guān)參考書，較深入了解像差理論知識(shí)！

126第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)

絕大多數(shù)光學(xué)系統(tǒng)的作用都是成像，按照成像接收器的情況可將其區(qū)分為：如果系統(tǒng)后面直接用眼睛來(lái)觀察，即眼睛作為系統(tǒng)的光能接收器，則稱其為“目視光學(xué)系統(tǒng)”，如放大鏡、顯微鏡和各類望遠(yuǎn)系統(tǒng)；另外一類系統(tǒng)則是以感光底片、屏幕等作為光能接收器，如各類攝影系統(tǒng)、投影系統(tǒng)以及放映系統(tǒng)。雖然現(xiàn)代光學(xué)儀器的理論基礎(chǔ)是多方面的，但光學(xué)仍是其中的根本。借助于幾何光學(xué)，可近似描寫光學(xué)儀器的主要性能，對(duì)于一般的應(yīng)用，這種近似描述已足夠準(zhǔn)確，因而在這種意義上來(lái)說(shuō)，光學(xué)儀器的基礎(chǔ)理論主要是幾何光學(xué)。127第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié):眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)一.眼睛的結(jié)構(gòu)—成像光學(xué)系統(tǒng)128第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié):眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)光軸與視軸：光軸是光學(xué)上的對(duì)稱軸；視軸是眼球光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)與黃斑中心凹的連線。兩者交角約為5°。對(duì)眼睛的光學(xué)系統(tǒng)重要的是視軸而不是光軸。眼睛的光學(xué)系統(tǒng)猶如照相機(jī)：其角膜與水晶體的組合相當(dāng)于照相機(jī)的物鏡（不同的是，它具有調(diào)節(jié)能力）；其虹膜和瞳孔相當(dāng)于照相機(jī)的可變光闌；視網(wǎng)膜相當(dāng)于照相機(jī)的感光底片；脈絡(luò)膜相當(dāng)于照相機(jī)的暗匣。成像時(shí)，來(lái)自物體的光線，經(jīng)過角膜和水晶體折射后，成像在視網(wǎng)膜上，使視覺細(xì)胞受到刺激，視網(wǎng)膜將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w電脈沖，并借助于視神經(jīng)系統(tǒng)傳至大腦的信息處理系統(tǒng)，產(chǎn)生視覺。視網(wǎng)膜上所成的像為倒像，但由于神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部作用的結(jié)果，人的感覺仍為正立的。5°脈絡(luò)膜129第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié):眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)二.眼睛的調(diào)節(jié)及校正（1）眼睛的調(diào)節(jié)與屈光異常由物體發(fā)出的光線，經(jīng)角膜和水晶體的折射而成像在視網(wǎng)膜上的過程，稱為“眼屈光”。為看清任意距離的物體眼睛自動(dòng)調(diào)焦的過程稱為屈光狀態(tài)的“調(diào)節(jié)”。按屈光情況可將眼睛分為兩類：若遠(yuǎn)點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)處（即R=0）稱為“正常眼”；若不合此條件（即R≠0），則稱“屈光異?！被颉胺钦Ｑ邸?。眼睛的這類缺陷常見有兩種：球面屈光異常（近視和遠(yuǎn)視）與散光。近視眼遠(yuǎn)視眼散光眼130第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié):眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)三.眼睛的適應(yīng)特性（輻射接收器）眼睛之所以具有視覺，即能看見物體并區(qū)別其細(xì)節(jié)，是由于具有不同亮度及色度的物體成像視網(wǎng)膜上所引起的光刺激不同所致。視網(wǎng)膜由視桿細(xì)胞（約1億多）和視錐細(xì)胞（約7百萬(wàn)）構(gòu)成。視桿細(xì)胞對(duì)光亮度的反應(yīng)非常靈敏（10-3lx）,但它不能辨別顏色；視錐細(xì)胞在明視條件下可檢測(cè)亮度和顏色信息，弱照明時(shí)，視覺主要由視桿細(xì)胞起作用。眼睛自動(dòng)變化，以適應(yīng)周圍光亮度變化的這種能力和過程稱為“適應(yīng)”。“適應(yīng)”有“亮適應(yīng)”和“暗適應(yīng)”。告訴你，眼睛能在最大亮度與最小亮度的比值高達(dá)1012這樣大的亮度變化范圍內(nèi)工作！厲害吧！131第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié):眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)四.眼睛的分辨率、對(duì)準(zhǔn)精度和景深眼睛觀察空間物體時(shí)，物體對(duì)人眼構(gòu)成一定的張角。定義眼睛剛好能分辨開物空間兩點(diǎn)對(duì)眼睛物方節(jié)點(diǎn)張角的最小值為“最小分辨角—ε”。其倒數(shù)定義為視角敏銳度。眼睛對(duì)線條的變形，如在某點(diǎn)發(fā)生曲折或錯(cuò)開時(shí)，則具有更高的敏銳度（可達(dá)10″）。敏銳度提高的原因是由于一直線的像刺激著同一列視神經(jīng)細(xì)胞，另一直線的像又刺激著它旁邊的另一列視神經(jīng)細(xì)胞，因而眼睛能敏銳地感覺它們之間的位移。當(dāng)眼睛調(diào)焦在某一對(duì)準(zhǔn)平面時(shí)，眼睛不必調(diào)節(jié)就能同時(shí)看清對(duì)準(zhǔn)平面前后某一距離地物體，稱為眼睛地景深。132第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié):眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)四.雙目立體視覺眼睛除了能感覺區(qū)分物體的大小、形狀、亮暗及表面顏色外，還能估計(jì)區(qū)分物體的遠(yuǎn)近，即具有空間深度的感覺或叫立體視覺。立體視覺的形成必須建立在“合像”的基礎(chǔ)上，這是與單眼視覺的重要區(qū)別。所謂“合像”是指雙眼視覺具有將空間一個(gè)物體（點(diǎn)）在兩眼視網(wǎng)膜上生成的兩個(gè)像，在我們的視覺印象中匯合為一個(gè)像的能力。

雙眼之所以具有在大范圍內(nèi)估計(jì)物體距離、比較其遠(yuǎn)近的空間深度感覺，主要是由于它能根據(jù)物體對(duì)雙眼構(gòu)成的“視差角”大小，來(lái)靈敏地判斷物體距離的遠(yuǎn)近。我們稱雙眼的這種視覺特性為“體視效應(yīng)”或“立體感”。所謂“視差角”，系指物點(diǎn)對(duì)眼睛基線—連接兩眼節(jié)點(diǎn)的連線的張角。133第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第二節(jié):放大鏡放大鏡的視角放大率（簡(jiǎn)稱放大率）應(yīng)為：物體經(jīng)放大鏡所成像對(duì)眼睛構(gòu)成的視角正切與眼睛在正常觀察距離直接觀察物體的視角正切之比。即134第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第三節(jié):顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡是將