几何光学光学系统_成像与分析(2).
几何光学
光的折射与反射
O435.12006031858对运动镜面上的光反射行为的研究=Study o n the actio n of light r eflectio n o n the mov ement mirr or[刊,中]/朱孟正(淮北煤炭师范学院物理系.安徽,淮北(235000,赵春然淮北煤炭师范学院学报. 2006,27(1. 22 25
利用四维波矢量的洛伦兹变换,对光在运动镜面上的反射行为作了详细的分析,推导出此情形下入射角与反射角、入射光频率与反射光频率之间的关系。图5参
4(严寒
光学系统、成像与分析
TH7032006031859离轴反射式光学系统设计=Desig n o f reflect ive off ax is sy stem[刊,中]/伍和云(安徽建筑工业学院数理系.安徽,合肥(230022,王培纲光电工程. 2006,33(1. 34 37
提出通过光瞳和视场离轴,实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计方法。在同轴三反射光学系统基础上,将光瞳和视场适当离轴,实现镜间遮拦的消除。分主镜或次镜为系统孔径光阑两种情况,导出同轴三反射光学系统初始像差公式和初始结构参数计算公式。由三反射系统成像性质,进一步总结无焦光路条件。根据设计理论计算离轴三反射系统初始结构,利用Zemax优化得到无中心遮拦的离轴三反射空间观测望远镜。入瞳320nm,视场( 0.3 ( 0.6 ,焦距1800mm。图7表4参5(于晓光
TH7032006031860反射折射多分辨率全向相机设计=Desig n of multi r eso lut ion omni dir ect ional camera based on catadioptric pr inci ple[刊,中]/李青(西安交通大学人工智能与机器人研究所.陕西,西安(710049,郑南宁光电工程. 2006, 33(2. 115 118
为了满足智能车辆自动驾驶的需要,提出了一种真正单视点、多分辨率的反射折射式系统,作为车载全向相机。该系统由光学反射器件和折射器件组成,由于使用了椭圆锥镜面的光学反射器件,故其是真正单视点的,能够为车辆前方场景提供比侧
方更高的分辨率,同时具有宽广的视场。相机原型和仿真实验结果表明,它的水平分辨率和垂直视场随观察方位角的变化而变化,垂直分辨率不随方位角变化,可实现6倍的多分辨率和180 的大视场。图4参8(杨妹清
TH7032006031861大视角成像系统的快速精确校正=A simple method of ac curate aberr ation in a camera w ith lar ge field lens[刊,中]/张金利(南京大学电子科学与工程系.江苏,南京(210093,王元庆光电子激光. 2006,17(2. 158 161
在成像系统中,非线性几何畸变的高精度数字校正仍然是一个未能很好解决的问题。以径向几何畸变为主的非线性几何畸变模型为基础,通过对影响畸变参数测量精度的各种因素的分析,提出了一种不依赖于成像系统内部参数的迭代算法。实验表明,该方法能够精确地推算出实现畸变校正所需的参数,校正精度与CCD的采样量化值相当。图2表3参6(严寒
T H7032006031862两种稀疏孔径系统的成像研究=Imaging r esear ch of two kinds o f sparse aper ture sy stems[刊,中]/吴泉英(苏州科技学院实验中心.江苏,苏州(215009,钱霖光学精密工程. 2006,14(1. 26 33
介绍一种由九个子镜构成的复合三子镜稀疏孔径系统及其结构形式。将复合三子镜和同样由九个子镜构成的典型G OL A Y9稀疏孔径系统进行比较来研究两种稀疏孔径系统的成像情况。通过比较它们的结构特点与调制传递函数,并计算两种稀疏孔径系统的等效直径和实际等效直径,对不同填充因子的两种稀疏孔径模拟成像和维纳滤波,用图像的标准差和对比度指标对两种系统的成像像质进行评价,给出了评价结果。图13表2参10(严寒
T H7032006031863光学自由曲面误差评定中匹配方法的研究=Study o f matching methods for er ror eva luation o f o pt ical free for m surface[刊,中]/杜建军(哈尔滨工业大学深圳研究生院.广东,深圳(518055,高栋光学精密工程. 2006, 14(1. 133 138
研究了光学自由曲面轮廓误差评定中被测曲面和设计曲面的匹配方法。在曲面中心重合和近似法矢重合的基础上,提出了五点预定位法,即先定义曲面中心,然后利用搜索的方法得到相互间距离最大的4个角点,通过这5个点的匹配实现曲面的预
定位。在精调整中,提出了二次优化方法,即综合运用最小二乘法和最小条件原则进行曲面的高精度匹配,并进行了仿真实验。实验结果表明,匹配精度可达纳米级。图6参10(严寒
T H7032006031864含衍射光学元件的薄透镜系统初级像差的P W C表示= P W C pr imar y aber ration ex pression of thin lens sy stem in cluding diffr active optical elements[刊,中]/曾吉勇(清华大学精密仪器系.北京(100084,金国藩光学学报. 2006,26(1. 96 100
为了形成与中国传统光学设计体系相衔接的折衍混合光学设计的理论和方法,
研究了P W C表示的折衍混合薄透镜系统初级像差理论,建立了赛德尔像差和数与P、W、C的函数关系,以及P 、W 、C 与衍射透镜结构的函数关系。采用P W C表示的初级像差理论和高斯折射率设计方法,获得了折衍混合消色差李斯特型中倍显
微物镜的初始结构,结果表明其赛德尔像差和数的理论值与计算值相吻合,从而验证了折衍混合光学系统P W C表示的初级像差理论和高折射率设计方法。图1表4
参12(于晓光
T H7032006031865复合三子镜稀疏孔径光瞳结构的研究=R esear ch on pupil config uratio n of dual t hr ee sub apertur es spar se aper tur e system[刊,中]/吴泉英(苏
州大学江苏省现代光学技术重点实验室.江苏,苏州(215006,钱霖光学学报. 2006,26(2. 187 192
给出了基于实际空间截止频率 R和子孔径直径的稀疏孔径结构优化准则,对复合三子镜稀疏孔径结构进行优化,分析了优化前后的调制传递函数变化,并对优化结构的复合三子镜稀疏孔径系统模拟成像和维纳滤波,比较优
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化前和优化后稀疏孔径结构的成像情况。结果表明结构
优化是稀疏孔径光学系统设计的一个关键部分,应用的优化准则对稀疏孔径结构优化是合理的,通过结构优化可以使复合三子镜稀疏孔径系统的成像质量得到改善。图9表1参12(于晓光
TH7032006031866空间光学系统的杂散光分析=A nalysis of str ay light in space optical sy st em[刊,中]/黄强(中科院上海技物所.上海(200083 红外. 2006,27(1. 26 33
介绍了空间光学系统的杂散光的来源,以及对红外光学系统成像质量的影响。利用已有的光学系统模型讨论了杂散光的计算和分析方法。主要介绍了蒙特卡罗法和光线追迹法在解决问题方面的作用,用具体的系统模型说明了杂散光计算和分析的假设条件、模型建立和计算过程等。图9参9(严寒
TH7032006031867宽视场有增益光学系统设计=Desig n of w ide F O V o pt ical sy stem wit h o pt ical g ain[刊,中]/何武光(电子科技大学物理电子学院.四川,成都(610054,吴健激光杂志. 2006,27(1. 27 28
从激光探测告警光学系统的视场和光学增益出发,分析了浸没透镜的光学增益和像差特性。针对激光告警设备设计了宽视场有增益光学系统视场角30 ,光学增益可达20倍以上,结构简单,对降低激光辐射源功率、增强探测距离有一定的意义,经分析该方案可行。图3表2参8(严寒
TH7032006031868离轴多程放大系统中光学设计的初步研究=P ilo t study of optical design in off ax is and multi pass amplificat ion sy s tems[刊,中]/王方(中物院激光聚焦研究中心,高温高密度等离子体物理国家级重点实验室.四川,绵阳(621900,朱启华强激光与粒子束. 2007,17 (12. 1843 1846
通过对离轴多程放大系统的光学设计的分析,结合三大高功率固体激光装置的实际应用情况,指出在此类系统的光学设计中应重视抑制鬼点破坏和控制系统像差。设计的关键在于确定合适的透镜F数,并通过控制透镜的曲率半径和倾斜角度,在保证无鬼点破坏的情况下使得系统像差较小。图6表1参9(严寒
像差、像质评价
O435.22006031869双贴合无光焦度校正板在主反射镜前的两镜系统的像差特性=A berr ation character istics of a two mir ror system with a tw o lens zero pow er co rrecto r placed befor e t he pri mar y mirr or[刊,中]/何宗平(合肥运涛光电科技有限公司.安徽,合肥(230031,胡明勇量子电子学报. 2006,23(1. 31 36
讨论了双贴合无光焦度校正板放在主镜前的双反射球面系统,根据像差理论分析了消像差的条件,研究了系统中各种参数的变化对系统高级残余像差的影响。结果表明主镜的相对孔径越大,系统的残余像差增加;正透镜在前的校正板结构优于负透镜在前的结构;选择合适的校正板单透镜的光焦度,可使系统的高级残余像差最小。图7表1参10(王淑平
光学镜头、光学零部件
T H7032006031870 Coons曲面在汽车前照灯多曲面反射镜设计中的应用= Desig n o f multi sur face reflecto r headlamp using Coons surface[刊,中]/刘海晨(东南大学机械工程系.江苏,南京(210096,汤文成东南大学学报(自然科学版. 2006,36(1. 63 66
为使Co ons曲面的形状容易调整,采用Bernstein基函数来构造跨界导矢,这样曲面4条边界上的跨界导矢可以分别通过4个矢量,只需给定4个矢量就可以控制Coo ns曲面的形状,并采用3个标量作为控制量,分别控制曲面凹陷的深浅和偏向。这3个标量为前述4个跨界导矢逼近矢量和曲面4个角点位置矢量的函数,调整3个标量就能修改曲面跨界切矢的模长和方向组合,从而改变曲面的形状。仅用3个标量的Coons曲面变形方法实现了固定边界条件下曲面前照灯反射镜曲面的快速变型。图4参11(于晓光
T H7032006031871轻型反射镜镜体结构参数的分析=A nalysis on str uctural parameter s o f light w eighted mir ro r[刊,中]/张舸(中科院长春光机所.吉林,长春(130033,赵文兴光学精密工程. 2006,14(1. 48 53
从理论上计算了空间遥感相机常用的四种镜体材料 U L E、Zer odur、铍(Be和碳化硅(SiC的结构参数。根据计算结果比较了这几种材料的性能,最后比较了两种轻型反射镜结构对称夹心结构和底面开口结构。理论计算表明,SiC是较优异的空间用反射镜材料,对称夹心结构是较理想的镜体结构。根据理论计算所得结构参数并结合实际制作了直径为500mm的对称夹心结构碳化硅质轻型镜体。图4表5参8(严寒
T H7032006031872设计非球面检测用补偿器应注意的几个问题=So me pro blems about com pensato r designing[刊,中]/郭培基(苏州大学现代光学技术省重点实验室.江苏,苏州(215006,余景池光学技术. 2006,32(1. 118 120 介绍了补偿法检测非球面的原理,举例说明了在补偿器的设计中应注意事项。在补偿器中的每个面及其球心都不要位于其前面的光学元件组成的光学系统的焦点附近,以避免其反射光在有效干涉场内与参考光干涉,从而影响检测结果;补偿器中入射角大的面尽量前移,以降低公差要求;对补偿器材料的光学均匀性要认真核算以确保最后的检测结果有效。图6参8(严寒
T H7032006031873高能X射线组合透镜聚焦性能的实验结果=Experimental r esult s o f focusing perfor mance fo r the compound hig h en erg y X ray refractiv e lenses[刊,中]/乐孜纯(浙江工业大学信息工程学院.浙江,杭州(310032,梁静秋光学学报. 2006,26(2. 317 320
报道了新型X射线光学元件聚焦性能的最新实验结果。简要描述了聚甲基丙烯酸甲酯(P M M A材料X射线组合透镜的制作技术和制作过程,并给出了X射线组合透镜聚焦性能测试实验系统和实验条件。最后给出8keV 单色X射线辐射下,PM M A材料X射线组合透镜的聚焦性能的测试结果,对实际测试结果进行了分析和讨论。图3参12(于晓光
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第二章 几何光学知识
第二章几何光学知识 光是一种电磁波，具有波动和微粒两重性。几何光学是撇开光的波动性，仅以光的直线传播性质为基础，研究光在透明介质中的传播问题。 第一节基本概念 一、光的基本性质 （一）发光体和发光点 所有本身能发光的物体，称为发光体或光源。如太阳、电灯。不考虑发光体的大小时，可将其视为发光点或点光源，以下讨论中提到的光源，即常指点光源。 （二）光波和光速 光作为一种电磁波，有一定的波长，故又光波。 人眼可见的光波称为可见光，其波长范围为380~760nm， 在电磁波谱中的位置见图2-1-1。在可见光区域之外的 两端为紫外光区（小于380 nm一端）和红外光区（大于 760 nm一端），人眼不能见。单一波长的光具有特定的 颜色，称为单色光。几种单色光混合后产生的光称为复 色光。阳光即是一种复色光。 不同波长的光波在真空中均以完全相同的速度传播，每秒 为30万千米。光波在不同密度介质中的传播速度不同， 均比在真空中要小。如空气中的光速较小，但近似于真 空中的光速。图2-1-1 可见光在电磁波谱中的位置联（三）光线和光束 几何光学在研究光的传播时，并不把光当作电磁波来研究波动的能量传播问题，而只看作是简单的光线传播，即把“光线”看成是无直径、无体积、有一定方向的几何线条，用来表示光能传播的方向。 有一定关系的一些光线集合起来，称为光束。由一发光点发出的光束，称为散光束。发光点或会聚点在无穷远时，光束中的所有光线互相平行，称为平行光束。这些都属于同心光束。而当光束中的光线既不相交于一点又不互相平行时，称为像散光束。 二、光的基本定律和原理 （一）直线传播定律 1、定律：均匀介质中，光是沿着直线传播的。 2、注意：本定律只在一定条件下成立，如：在不均匀的介质中光线将发生弯曲；光线遇到直径接近光波波长的小孔时将发生衍射现象而偏离直线。 （二）独立传播定律 定律：来自不同方向的光线相遇时互不影响，仍朝各自的方向前进。 注意：本定律只适用于不同光源发出的光。如光线自同一光源发出后分为两束光，传播后相交，可发生干涉现象。
光学设计-第18章--摄影和投影物镜设计
第十八章 摄影和投影物镜设计 摄影物镜通常是指照相机、电影和电视摄像机中的镜头。摄影物镜的作用是把外界的景物成像在感光胶片、电荷耦合器件(CCD)等接收器上。胶片、CCD 以及其他接收器的尺寸通常比外界景物小得多，因此，摄影物镜是使物体缩小成像的。另外，摄影物镜的焦距通常在几毫米到几百毫米之间，而要拍摄的外界景物与摄影物镜的距离跟物镜的焦距相比是相当大的。当物距大于焦距的? 30以上时就可视为无穷远成像。在绝大多数情况下，外界景物是大于这个距离的，因此摄影物镜可视为对无穷远目标成像。 还有一类物镜，它与摄影物镜相反，是把记录在胶片或其他介质中的图样或图像放大 成像到屏幕上，这类物镜称之为投影物镜或放映物镜，电影放映物镜就是其中典型的例子。 除普通照相物镜外，摄影物镜还包括用于航空测量和空中侦察的航空照相物镜、把实物和画面用照相腐蚀方法制成印刷用版的制版物镜等。 §1 摄影物镜的光学性能 决定摄影物镜光学特性的参数有三个：焦距/f ，相对孔径/ f D ，视场ω2。 1 焦距 摄影物镜的焦距/f ，决定了物体所成像的大小，或者说决定了照片上的像与实际物体 之间的比例。用不同焦距的摄影物镜对同一位置的某物体进行摄影，焦距大者，所拍摄得的像也大。这可以从放大率公式看出， x f x f y y / /=-==β 可知当/ f 大时，垂轴放大率大，即得到比较大的像。 实际上由于摄影物镜的物距一般情况下都很大，可按物在无限远考虑，此时成像于焦 面上，则有： ωtg f y ?-=// 可见，对一定大小的物体，像的大小和物镜的焦距成正比，对于远距离摄影和航空摄影，若利用普通短焦距照相物镜，由于成像比例小，所成像太小，难以辨认目标，这时需用长焦距物镜，焦距可达1米以上。由于摄影物镜用途不同，焦距范围也不一致。普通用照相机焦距 多在mm 100以下。#135相机的常用镜头焦距为mm 35，#120相机常用镜头焦距为mm 75。 2 视场 摄影物镜的视场ω2，决定了所拍摄的物空间范围。一般用物空间的角度范围表示。在照相机内，底片框起着视场光阑的作用，视场即由其决定。此框多是长方形的，故视场有时也用像平面被框所限定的底片的长和宽表示。 例如：mm 16电影摄影机 25.74.10mm ?， mm 35电影摄影机 21622mm ?， #135照相机 22436mm ?，#120照相机 25555mm ?。 在一定的底片大小条件下，摄影物镜的焦距和视场二因素是矛盾的。焦距大，则视场小，反之视场大，则焦距小。要根据物镜用途决定视场值。一些长焦距物镜视场只有几度。在计算摄影物镜的视场角时，一般按画面的对角线计算像高，即按最大的视场角计算。 通常视场超过060，可称为广角物镜。航空摄影测量用物镜需要一次拍摄较大的幅面，视场很大，可达0 0120~100。 3 相对孔径 相对孔径/f D ，决定了像面照度。像面上照度与物镜相对孔径的平方成正比。在摄影时射入系统到达底片的光能量是由相对孔径和曝光时间两个因素决定的。为了获得相同的光通量，当相对孔径缩小2倍时，曝光时间需要增至4倍。但由于拍摄的目标常常是活动的，
第一章 几何光学基本定律与成像概念习题
一：选择题（可以有多选） 1、下面关于几何光学的几本定律陈述正确的是（BCD ） A、光是沿直线传播方向传播的，“小孔成像”即是运用这一定律的很好例子。 B、不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此不影响各光束独立传播。 C、在反射定律中，反射光线和入射光线位于法线两侧，且反射角与入射角绝对值相等。D：光的全反射中，光线是从光密介质向光疏介质入射。 2、下列关于单个折射面成像，说法错误的是（D ） A、垂轴放大率仅取决于共轴面的位置。 B、折射球面的轴向放大率恒为正。 C、角放大率表示折射球面将光束变宽或是变细的能力。 D、α、γ、β三者之间的关系为γβ=α。 3、一个物体经单个折射球面成像时，其垂轴放大率β>1，且已知n
几何光学
光的折射 全反射 一、光的折射定律和折射率 1．折射现象(如图所示) 光束从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向 2．折射定律 (1)内容：折射光线与入射光线、法线处在 内，折射光线与入射光线 分别位于 ；入射角的正弦与折射角的 (2)表达式： (3)光的折射现象中，光路是 ． 例1．两束不同频率的单色光a 、b 从空气平行射入水中，发生了图所示的折射现象(α>β)．下列结论中正确的是( ) A ．光束b 的频率比光束a 低 B ．在水中的传播速度，光束a 比光束b 小 C ．水对光束a 的折射率比对光束b 的折射率小 D ．若光束从水中射向空气，则光束b 的临界角比光束a 的临界角大 二、全反射和光的色散现象 1．全反射 (1)条件：①光从 射入 ． ② 大于等于 ． (2)现象：折射光完全消失，只剩下 ． (3)临界角C ：sinC=________ (4)应用：①全反射棱镜 ②光导纤维 2．光的色散 (1)色散现象 白光通过 会形成由红到紫各色光组成的彩色光谱． (2)规律 由于n 红 第一章几何光学基本定律与成像概念 1.试由折射定律证明光线的可逆性原理。 2.试对几何光学的每条基本定律提出一个实验来证明它。 3.弯曲的光学纤维可以将光线由一端传至另一端，这是否和光在均匀介质中直线传播 定律相违背？ 4.证明光线通过置于空气中的几个平行的玻璃板时，出射光线和入射光线的方向永远 平行。 5.试说明，为什么远处灯火在微波荡漾的湖面形成的倒影拉得更长？ 6.弯曲的光学纤维可以将光线由一端传至另一端，这是否和光在均匀介质中直线传播 定律相违背 7.证明光线通过几个平面的玻璃板时，出射光线和入射光线的方向永远平行。 8.太阳的高度恰好使它的光线和水平面成40°角，问镜子需怎样放置，才能使反光镜 的阳光垂直射入井底？ 9.水的折射率是1.33，光线从空气射入水中，入射角是30°，问：折射角是多大？如 果光线从正入射连续改变到掠入射时，折射角相应地有多大的改变？ 10.光以60°的入射角射到玻璃板上，一部分光被反射，一部分光被折射，若反射光线 和折射光线互成90°，玻璃的折射率是多少？ 11.光从水射到某种玻璃时的相对折射率是1.18，从水射到甘油时的相对折射率是1.11， 光线从这种玻璃入射到甘油时的相对折射率是多少？ 12.给出水（折射率1.33）和玻璃（折射率1.55）的分界面，求一束光在水中以45°角 入射到分界面上时透射光线的折射角，若现在倒过来光线沿此透射光方向返回从玻璃投射倒分界面上，证明其折射角为45°。 13.有一折射率为1.54的等腰直角棱镜，求入射光线与该棱镜直角边法线成什麽角度时， 光线经斜面反射后其折射光线沿斜边出射。 14.有一个玻璃球，其折射率为1.5163，处于空气中，今有一光线射到球的前表面，若 入射角为60°，求在该表面上此反射光线和折射光线之间的夹角。 15.折射率n1=1.4，n1′=n2=1.6，n2=1的三种介质，被二平行界面分开，试求在第二介 质中发生全反射时，光线在第一分界面上的入射角。 16.一条位于空气中的光学纤维，其芯线和包层的折射率分别为1.62和1.52，试计算该 光学纤维的数值孔径。 17.一个截面为等边三角形的棱镜，用光学玻璃ZF6制成，其折射率nc=1.7473（红光）， nD=1.7550（黄光），nh=1.8061（紫光），若D光经第一折射面折射后与截面底边平行，而C光、F光在第一面的入射角与D光相同，求三色光经第二折射面后的折射角各为多少，并用示意图表示出三色光的位置。 18.试利用符号规则查出下列光组及光线的实际位置。（1）r=-30mm，L=-100mm，U=-10°； （2）r=30mm，L=-100mm，U=-10°；（3）r1=100mm，r2=-200mm，d=5mm，L=-200mm，U=-20°；（4）r=-40mm，L′=200MM，U′=-10°；（5）R=-40MM，L=-100mm，U=-10′，L′=-200mm。 19.试用符号规则画出几个图形，以表示公式h=rsinΦ，式中h为光线与球面交点到光轴 的距离（称入射高度），r为折射球面半径，Φ为光线入射点处法线与光轴的夹角。 20.试证明一个垂直于光轴的平面物体，即使用细光束成像，其像仍是一个曲面。 21.当要求允许相对误差为万分之一时，其近轴区的范围为多少？ 22.与光轴成U=-3°32′46″的光线，自折射率n=1的介质射到r=100mm、折射率n′=1.6248 几何光学 光的折射与反射 O435.12006031858对运动镜面上的光反射行为的研究=Study o n the actio n of light r eflectio n o n the mov ement mirr or[刊,中]/朱孟正(淮北煤炭师范学院物理系.安徽,淮北(235000,赵春然淮北煤炭师范学院学报. 2006,27(1. 22 25 利用四维波矢量的洛伦兹变换,对光在运动镜面上的反射行为作了详细的分析,推导出此情形下入射角与反射角、入射光频率与反射光频率之间的关系。图5参 4(严寒 光学系统、成像与分析 TH7032006031859离轴反射式光学系统设计=Desig n o f reflect ive off ax is sy stem[刊,中]/伍和云(安徽建筑工业学院数理系.安徽,合肥(230022,王培纲光电工程. 2006,33(1. 34 37 提出通过光瞳和视场离轴,实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计方法。在同轴三反射光学系统基础上,将光瞳和视场适当离轴,实现镜间遮拦的消除。分主镜或次镜为系统孔径光阑两种情况,导出同轴三反射光学系统初始像差公式和初始结构参数计算公式。由三反射系统成像性质,进一步总结无焦光路条件。根据设计理论计算离轴三反射系统初始结构,利用Zemax优化得到无中心遮拦的离轴三反射空间观测望远镜。入瞳320nm,视场( 0.3 ( 0.6 ,焦距1800mm。图7表4参5(于晓光 TH7032006031860反射折射多分辨率全向相机设计=Desig n of multi r eso lut ion omni dir ect ional camera based on catadioptric pr inci ple[刊,中]/李青(西安交通大学人工智能与机器人研究所.陕西,西安(710049,郑南宁光电工程. 2006, 33(2. 115 118 为了满足智能车辆自动驾驶的需要,提出了一种真正单视点、多分辨率的反射折射式系统,作为车载全向相机。该系统由光学反射器件和折射器件组成,由于使用了椭圆锥镜面的光学反射器件,故其是真正单视点的,能够为车辆前方场景提供比侧 部分作业答案 几何光学部分 第一章 几何光学基本定律与成像 16、一束平行细光束入射到半径为30r mm =、折射率为 1.5n =的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀上反射膜，其会聚点应在何处？如果凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？ 解：玻璃球可以看作两个折射球面组合在一起，设凸面为第一面，凹面为第二面 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用单折射球面物像关系公式 1 111111 n n n n l l r ''--=' 由1 1111.5;1;;30n n l r mm '==→-∞=，得190l mm '=。 对于第二面，由于两球面顶点距离260d r mm ==， 所以2 22121.0; 1.5;30;30n n l l d mm r mm ''===-==-，由物像关系 2 222222 n n n n l l r ''--=' 得2 15l mm '=，即会聚点位于第二面顶点右侧15mm 处。 （2） 将第一面镀膜，形成反射镜，就相当于凸面镜，则11111 ;1;;30n n l r m m '==-→-∞=， 得到1 15l mm '=，即会聚点位于第一面顶点右侧15mm 处。 （3）光线经过第一面折射后第二面镀膜则22 221.5; 1.5;30;30n n l mm r mm '==-==-，得到2 10l mm '=-，即反射光束在玻璃球内的会聚点位于第二面顶点左侧15mm 处。 （4）再经过第一面折射，将其记为第三面，则 33 3231.5; 1.0;2106050;30n n l l r mm r mm ''===+=-+== 由物像关系 3 333333 n n n n l l r ''--=' 得375l mm '=，即光束从玻璃球出来后的会聚点位于第一面顶点右侧75mm 处，也是第二面 顶点右侧15mm 处。 第二章 理想光学系统 5、一个薄透镜对某一物体成实像，放大率为-1x,今以另一个薄透镜紧贴在第一个透镜上，则见像向透镜方向移动20mm ，放大率为原先的3/4倍，求两块透镜的焦距为多少? 解： 17、有三个薄透镜，其焦距分别为1100f mm '=，250f mm =，350f mm '=-，其间隔 110d mm =，210d mm =，求组合系统的基点位置？ 解： 1100f mm '=，2250f f mm '=-=-，350f mm '=- （1）求像方基点 第二章习题 一、选择题： 2008．在菲涅耳圆屏衍射的几何阴影中心处（B） （A）永远是个亮点，其强度只与入射光强有关。 （B）永远是个亮点，其强度随着圆屏的大小而变。 （C）有时是亮点，有时是暗点。 2014．一波长为500nm的单色平行光，垂直射到0.02cm宽的狭缝上，在夫琅禾费衍射花样中心两旁第二条暗纹之间的距离为3mm，则所用透镜的焦距为（D ） （A）60mm （B）60cm （C）30mm （D）30cm 2026．一个衍射光栅宽为3cm，以波长为600nm的光照射，第二级主极大出现于衍射角为300处。则光栅的总刻度线数为A （A）1.25*104 （B）2.5*104 （C）6.25*103 （D）9.48*103 2028．X 射线投射在间距为d的平行点阵面的晶体中，试问发生布拉格晶体衍射的最大波长为多少？D （A）d/4 （B）d/2 （C）d （D）2d 2128. 菲涅尔圆孔衍射实验表明，几何光学是波动光学在一定条件下的近似，如果从圆孔露出来的波面对所考察的点作出的的半波带的数目为K，这种条件下可表达成：（ D ）（A）衍射波级数K~0； （B）衍射波级数K=1； （C）衍射波级数K〉1； （D）衍射波级数K〉〉1。 2129. 用半波带法研究菲涅尔圆孔的衍射的结果说明，圆孔轴线上的P点的明暗决定于：（C ） （A）圆孔的大小； （B）圆孔到P点的距离； （C）半波带数目的奇偶； （D）圆孔半径与波长的比值。 2130 用半波带法研究菲涅尔圆孔衍射时，圆孔线上P点的明暗决定于：（D ） （A）圆孔的直径； （B）光源到圆孔的距离； （C）圆孔到P的距离； （D）圆孔中心和边缘光线到P点的光程差。 2131 一波带片主焦点的光强约为入射光强的400倍，则波带片的开带数为：（ A ）（A）10；（B）20；（C）40；（D）100。 2132 在夫琅和费单缝衍射中，当入射光的波长变大时，中央零级条纹：（B ） （A）宽度变小； （B）宽度变大； （C）宽度不变； （D）颜色变红。 2135 从光栅衍射光谱中你看出哪种可见光衍射比较显著？（A ） （A）红光； 复习提纲 第一章 光和光的传播 1、 光强的计算； 是电磁波振幅；是真空磁导率，是真空光速，是介质折射率，000 20,2E c n c nE I μμ= 2、 视见函数的计算；辐射通量和光通量的换算； 3、 比较发光强度、亮度和照度的含义和计算；国际单位1cd 的定义； 4、 余弦发光体和定向发光体的定义，余弦发光体的例子； §1、光和光学 判断选择练习题： 1. 用单色仪获得的每条光谱线只含有唯一一个波长； 2. 每条光谱线都具有一定的谱线宽度； 3. 人眼视觉的白光感觉不仅与光谱成分有关，也与视觉生理因素有关； 4. 汞灯的光谱成分与太阳光相同，因而呈现白光的视觉效果； §2、光的几何传播定律 判断选择练习题： 1. 光入射到两种不同折射率的透明介质界面时一定产生反射和折射现象； 2. 几何光学三定律只有在空间障碍物以及反射和折射界面的尺寸远大于光的波长时才成立； 3. 几何光学三定律在任何情况下总成立； §3、惠更斯原理 1. 光是一种波动，因而无法沿直线方向传播，通过障碍物一定要绕到障碍物的几何阴影区； 2. 惠更斯原理也可以解释波动过程中的直线传播现象； 3. 波动的反射和折射无法用惠更斯原理来解释； §4、费马原理 1）费马定理的含义，在三个几何光学定理证明中的应用。 判断选择练习题： 1.费马原理认为光线总是沿一条光程最短的路径传播； 2.费马原理认为光线总是沿一条时间最短的路径传播； 3.费马原理认为光线总是沿一条时间为极值的路径传播； 4.按照费马原理，光线总是沿一条光程最长的路径传播； 5.费马原理要求光线总是沿一条光程为恒定值的路径传播； 6.光的折射定律是光在两种不同介质中的传播现象，因而不满足费马原理。 §5、光度学基本概念 1）辐射通量与光通量的含义，从辐射通量计算光通量，视见函数的计算。 2）计算一定亮度面光源产生的光通量。 3）发光强度单位坎德拉的定义。 判断选择练习题： 1.人眼存在适亮性和适暗性两种视见函数； 2.明亮环境和黑暗环境的视见函数是一样的； 3.昏暗环境中，视见函数的极大值朝短波（蓝色）方向移动； 4.明亮环境中，视见函数的极大值朝长波（绿色）方向移动； 5.1W的辐射通量在人眼产生1W的光通量； 6.存在辐射通量的物体必定可以引起人眼的视觉； 7.在可见光谱范围内，相同的辐射通量，眼睛对每个波长的亮度感觉都一样； 8.在可见光谱范围内，相同的辐射通量，眼睛对波长为550nm光辐射的亮度感觉最强； 9.理想漫射体的亮度与观察方向无关； 10.不同波长、相同辐射通量的光辐射在人眼引起的亮度感觉可能一样； 填空计算练习题：计算结果要给出单位和正负 1、波长为400nm、410nm、420nm的复合光照射到人眼中，已知这些波长的视见函数 值分别为0.0004、0.0012、0.004，若这些波长的辐射通量分别为1W、2W、3W，则第一章 几何光学基本定律与成像概念
几何光学光学系统_成像与分析(2).
几何光学课后部分习题答案2015
光学第二章 习题
2017光学各章复习知识点