應(yīng)用光學(xué)課件復(fù)習(xí)1匯總

應(yīng)用光學(xué)復(fù)習(xí)課程內(nèi)容第一章幾何光學(xué)基本原理第二章共軸球面系統(tǒng)的物像關(guān)系第三章眼睛和目視光學(xué)系統(tǒng)第四章平面鏡棱鏡系統(tǒng)第五章光學(xué)系統(tǒng)中成像光束的選擇第八章光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)成像的要求第一章幾何光學(xué)基本原理像與成像的概念光是怎么走的？－－光的傳播規(guī)律

光是什么？－－光的本性問(wèn)題1.

光波與光線光的本質(zhì)是電磁波頻率和光速，波長(zhǎng)的關(guān)系在透明介質(zhì)中，波長(zhǎng)和光速同時(shí)改變，頻率不變

光線的概念能夠傳輸能量的幾何線，具有方向波面：波動(dòng)在某一瞬間到達(dá)的各點(diǎn)組成的面光線是波面的法線波面是所有光線的垂直曲面2.幾何光學(xué)基本定律直線傳播定律反射定律折射定律3.折射率和光速：相對(duì)折射率：

一種介質(zhì)對(duì)另一種介質(zhì)的折射率絕對(duì)折射率介質(zhì)對(duì)真空或空氣的折射率4、發(fā)生全反射的條件（1）由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)（2）I1>I0入射角大于全反射角5、光學(xué)系統(tǒng)分類

透鏡：正透鏡、負(fù)透鏡問(wèn)題：正透鏡是否一定成實(shí)像？負(fù)透鏡是否一定成虛像？像：實(shí)像、虛像物：實(shí)物、虛物問(wèn)題：望遠(yuǎn)鏡的目鏡成什么像？虛物實(shí)像虛物未經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)變換的會(huì)聚同心光束的心，稱為虛物．

虛像經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)變換后的發(fā)散同心光束的心，稱為虛像．實(shí)物實(shí)像實(shí)物未經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)變換的發(fā)散同心光束的心，稱為實(shí)物．

實(shí)像經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)變換后的會(huì)聚同心光束的心，稱為實(shí)像．會(huì)聚同心光束發(fā)散同心光束會(huì)聚同心光束會(huì)聚同心光束理想像與理想光學(xué)系統(tǒng)點(diǎn)成點(diǎn)像、線成線像、面成面像例:如圖所示，一圓柱形容器，底面直徑和高度相等，當(dāng)在S處沿容器邊緣的A點(diǎn)方向觀察空筒時(shí)，剛好看到筒底圓周上的B點(diǎn)。保持觀察點(diǎn)位置不變，將筒中注滿某種液體，可看到筒底的中心點(diǎn)，試求這種未知液體的折射率是多大？§2-1共軸球面系統(tǒng)中的光路計(jì)算公式§2-2符號(hào)規(guī)則§2-3球面近軸范圍內(nèi)的成像性質(zhì)和近軸光路計(jì)算公式§2-4近軸光學(xué)的基本公式和它的實(shí)際意義§2-5共軸理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)——主平面§2-6單個(gè)折射球面的主平面和焦點(diǎn)§2-7共軸球面系統(tǒng)主平面和焦點(diǎn)§2-8用作圖法求光學(xué)系統(tǒng)的理想像§2-9理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系式

第二章共軸球面系統(tǒng)的物像關(guān)系§2-10光學(xué)系統(tǒng)的放大率§2-11物像空間不變式§2-12物方焦距和像方焦距的關(guān)系§2-13節(jié)平面和節(jié)點(diǎn)§2-14無(wú)限遠(yuǎn)物體理想像高的計(jì)算公式§2-15理想光學(xué)系統(tǒng)的組合§2-16理想光學(xué)系統(tǒng)中的光路計(jì)算公式§2-17單透鏡的主平面和焦點(diǎn)位置的計(jì)算公式概念符號(hào)規(guī)則焦點(diǎn)主平面、主點(diǎn)節(jié)平面、節(jié)點(diǎn)軸向放大率、垂軸放大率、角放大率求理想像作圖法成像公式本章研究共軸球面系統(tǒng)求像的問(wèn)題1.已知光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù),由物求像（1）只求某一共軛面的物像關(guān)系，可由該物平面上的軸上點(diǎn)出發(fā)，利用公式（2-6）￣（2-10）計(jì)算一條近軸光線。

轉(zhuǎn)面公式：

再由§2-4公式（2-15）求像高（2）由§2-4中近軸光學(xué)基本公式求像（2-12）（2-14）（2-15）（3）如要求若干共軛面上的物像關(guān)系，可先使用公式（2-20）和(2-7)~(2-10)計(jì)算兩條平行于光軸的光線，求出系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置，再使用公式（2-21）計(jì)算出主平面位置，然后使用共軛點(diǎn)方程式——牛頓公式或高斯公式，求出各個(gè)像平面的位置和放大率。（2-20）（2-21）（4）由單透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使用公式(2-63)~(2-65)求出該單透鏡的主平面和焦點(diǎn)位置，然后使用共軛點(diǎn)方程式——牛頓公式或高斯公式，求出各個(gè)像平面的位置和放大率。2.光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)（r,d）未知,而已知各子系統(tǒng)主平面和焦點(diǎn)位置，由物求像（1）利用§2-15的組合公式，求出組合系統(tǒng)的主平面和焦點(diǎn)位置，然后使用共軛點(diǎn)方程式——牛頓公式或高斯公式，求出各個(gè)像平面的位置和放大率。（2）對(duì)某一特定共軛面求像時(shí)，可利用§2-16的公式（2-57）、（2-58），【計(jì)算舉例】已知兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距分別為求此組合系統(tǒng)的主平面和焦點(diǎn)位置。（1）焦點(diǎn)位置的計(jì)算由公式（2-53）、（2-49）、（2-50）得

（2）焦距的計(jì)算根據(jù)公式（2-51）將已知條件和計(jì)算結(jié)果表示在圖2-42中。例題5.

有一光源通過(guò)輔助正透鏡和被測(cè)負(fù)透鏡成像，當(dāng)屏幕移動(dòng)到距離負(fù)透鏡100毫米處時(shí)，獲得光源像，去掉負(fù)透鏡后，屏幕前移25毫米時(shí)，重新獲得光源像，求負(fù)透鏡焦距為多少？第三章眼睛和目視光學(xué)系統(tǒng)1.眼睛a.人眼的調(diào)節(jié)和適應(yīng)視度：

距離l以m為單位，且有正有負(fù);SD以m-1為單位。如觀察前方2m處的目標(biāo)時(shí)，l=-2,SD=-0.5;如觀察無(wú)限遠(yuǎn)目標(biāo)，l=∞,SD=0。b.遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)、明視距離最大調(diào)節(jié)范圍＝近點(diǎn)視度－遠(yuǎn)點(diǎn)視度c.眼睛的視角分辨率：把剛能分辨的兩物點(diǎn)對(duì)眼睛的張角（、）

對(duì)目視光學(xué)儀器的一般要求：1.擴(kuò)大視角當(dāng)用一視放大率為10倍的儀器進(jìn)行觀察時(shí),它在網(wǎng)膜上所成的像高正好等于人眼直接觀察時(shí)像高的10倍。2.平行光出射目標(biāo)通過(guò)儀器后應(yīng)成像在無(wú)限遠(yuǎn),或者說(shuō)要平行光出射,以便人眼在完全放松的自然狀態(tài)下,使無(wú)限遠(yuǎn)目標(biāo)成像在網(wǎng)膜上。放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡都必須滿足這兩個(gè)要求。3.放大鏡視放大率：4.顯微鏡的工作原理-yF’物F目

y’

ω儀

目鏡物鏡f’物-f目Δ顯微鏡的組合焦距f所以，又有：視放大率：5.望遠(yuǎn)鏡的工作原理a.視放大率公式b.伽利略望遠(yuǎn)鏡、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡c.望遠(yuǎn)鏡的垂軸放大率、軸向放大率都與共軛面位置無(wú)關(guān)。例：用望遠(yuǎn)鏡觀察時(shí),要鑒別5公里處200毫米的間距，應(yīng)選用多大倍率的望遠(yuǎn)鏡？6.眼睛的缺陷與校正近視眼的特點(diǎn)：近視眼的像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜前方，無(wú)限遠(yuǎn)物不能成像在網(wǎng)膜上近視眼遠(yuǎn)點(diǎn)距離所對(duì)應(yīng)的視度表示近視的程度。如遠(yuǎn)點(diǎn)距離為-0.5m時(shí),光學(xué)上稱近視為-2視度,和醫(yī)學(xué)上的近視-200度相對(duì)應(yīng)。近視眼的校正：采用負(fù)透鏡，焦距等于遠(yuǎn)點(diǎn)距離遠(yuǎn)視眼的特點(diǎn)：遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在眼睛后方；近點(diǎn)距離比正常人眼增加遠(yuǎn)視眼的校正：采用正透鏡，焦距等于遠(yuǎn)點(diǎn)距離第四章平面鏡棱鏡系統(tǒng)單平面鏡對(duì)空間物體成像符合理想；物像關(guān)于平面鏡對(duì)稱；像的大小與物的大小相等；成鏡像，不相似當(dāng)平面鏡繞著和入射面垂直的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)α角時(shí)，入射角改變了α，而反射光線將改變2α，轉(zhuǎn)動(dòng)方向和平面鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。位于兩平面鏡公共垂直面內(nèi)的光線，不論它的入射方向如何，出射光線的轉(zhuǎn)角永遠(yuǎn)等于兩平面鏡間夾角的二倍，旋轉(zhuǎn)方向與反射面按反射次序由P1轉(zhuǎn)動(dòng)到P2的方向相同。例：欲看到人體的全身像，平面反射鏡尺寸至少多大？如何放置？鏡中的像放大倍率為多少？為什么？

第五章光學(xué)系統(tǒng)中成像光束的選擇概念孔徑光闌、視場(chǎng)光闌、漸暈出射瞳孔、入射瞳孔物方遠(yuǎn)心光路：將孔徑光闌放置在像方焦平面處，入瞳在無(wú)限遠(yuǎn)像方遠(yuǎn)心光路：將孔徑光闌放置在物方焦平面處，出瞳在無(wú)限遠(yuǎn)成像光束選擇例題:一個(gè)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡由焦距為240毫米，直徑為40毫米的物鏡和焦距為30毫米的目鏡組成，孔徑光闌位在物鏡框上，分劃板的直徑為20毫米。問(wèn)物方視場(chǎng)角為多少？出瞳距離為多少？出瞳直徑為多少？

（1），所以即為物方視角。

（2），所以即為像方視角。（3）出瞳是孔徑光闌在系統(tǒng)像空間所成的像，對(duì)目鏡來(lái)說(shuō)：由可得：解得（4）所以

1)色差:（1）軸向色差1.像差（2）垂軸色差2)