應(yīng)用光學(xué)總復(fù)習(xí)

<<應(yīng)用光學(xué)>>總復(fù)習(xí)注意：這只是一個提綱，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！課程學(xué)習(xí)概要直線傳播是根本；單球面折射公式是基礎(chǔ)；物像有虛實(shí)；前像后物來轉(zhuǎn)換；過渡公式是橋梁；符號法則記心間幾何光學(xué)的基本定律（直線傳播定律、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)?？傇瓌t：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)，順時正，逆時反）6、相鄰兩折射面間隔（前頂?shù)胶箜敚笙蛴覟檎┓栆?guī)則近軸光線的光路計(jì)算單個折射面的物、像位置關(guān)系（一）垂軸放大率β（二）軸向放大率α（三）角放大率γ單個折射面成像像的放大與縮小，虛和實(shí)，倒立與正立a、若β>0，即y’與y同號，表示成正立像；反之，成倒立像b、若β>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|β|>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①平行于光軸入射的光線，經(jīng)過系統(tǒng)后過像方焦點(diǎn)；②過物方焦點(diǎn)的光線，經(jīng)過系統(tǒng)后平行于光軸；③傾斜于光軸入射的平行光束，經(jīng)過系統(tǒng)后會交于像方焦平面上的一點(diǎn)；④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；⑤共軛光線在主面上的投射高度相等。⑥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，前像后物實(shí)物虛物實(shí)物求等效系統(tǒng)的一對主面和焦點(diǎn)位置F2’F1F2F1’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）入射光線方向不變而轉(zhuǎn)動平面鏡時，反射光線的方向?qū)⑼较蚋淖儍杀镀矫骁R的轉(zhuǎn)動角度三、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，雙平面鏡繞其棱邊旋轉(zhuǎn)時，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，雙面鏡中的一個物點(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、一個屋脊面按兩個反射面計(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δ：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，順時為正，逆時為負(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候，光楔偏向角為A和B、當(dāng)兩個光楔同向平行放置的時候，產(chǎn)生的偏向角最大；C當(dāng)兩個光楔反向平行放置的時候，產(chǎn)生的偏向角為零三、棱鏡色散同一個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)，對某一個軸上確定的物點(diǎn)，在分析那個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光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌。注意：孔徑光闌與光軸上某一個確定的物點(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)整個光學(xué)系統(tǒng)以后從最后一個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。A孔徑光闌L1L2A’BB’入瞳出瞳PP’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)成像到同一個空間。第三步，連接入瞳中心與各個光闌像的邊緣，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.F1’F1光闌F2’F2AL1L2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。A孔徑光闌L1L2A’BB’入瞳出瞳漸暈：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A孔徑光闌L1L2A’BB’入瞳出瞳漸暈系數(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，不在對準(zhǔn)平面上的空間點(diǎn)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)以后會在景像平面上產(chǎn)生一個彌散斑，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，物點(diǎn)在景像平面上的彌散斑就會隨之減小到足夠小。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，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，視網(wǎng)膜上物體的像高與人眼直接觀察物體時，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，物體的像對人眼張角的正切值與人眼直接觀察物體時，物體對人眼張角的正切值之比放大鏡的視覺放大率A’’ABL1L2出瞳B’’A’B’F2F1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無窮遠(yuǎn)出來的光線