应用光学【第三章】第二部分

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应用光学0322-3

应用光学0322-3

意义:J 不仅对一个折射球面的两个空间是不变量,而且对整个 共轴球面系统的每一个面的每一个空间都是不变量. 三, 共轴球面系统的放大率 利用转面公式去求出具有 k 个面的光学系统这些量. 1. 垂轴放大率β 整个光学系统的垂轴放大率(横向放大率)定义为:
' yk β= (即最终像高与物高之比) y1
由图
' = I 2 = 2.8746 0 h2 (0.02) L'2 = = = 0.4426 ' 0.045 tg ( I 2 )
L'2 = 0.4426 (与光轴交点)
(4)说明问题: a) 实际光线计算得到和光轴的交点为截距,与高斯像面不重合, 存在轴向偏移. b) 实际光线在高斯像平面上交点与理想像点不重合,有高度 h2 , 垂直方向也有偏移,发光点发出近轴光与实际光线在像平面上 的偏差,使成像不能点点对应,即像差,故像由点变成斑,因 而成像不清晰. 说明实际光线成像确有像差. 一个透镜对光轴上一个点物成像(用单色光), 具有单色像差.
利用单球面的折射截距公式:
n ' n n ' n = l' l r
利用 n ' = n ,代入上式得
1 1 2 + = l' l r
此为反射球面的成像公式. 另一形式的反射球面为中心"凸" ,如图所示. 注意:这时成像是利用了实际光线的延长线. 讨论: 球面反射应用广泛,具有许多优点:如反光镜,聚光镜;无色差,波 长范围广,没有吸收;所用材料广泛,如用金属作非球面.
(A)
(此处β为共轴球面系统的) 3. 角放大率γ
' uk 定义式: γ = u1
由转面公式: u2 = u1' , u3 = u2' , , uk = uk' 1 ,作变换

应用光学第二,三章

应用光学第二,三章
dx 2 52 25 dx' 25 dx' 10 dx' 10 dx 10 25 0.417
17. 一 照 明 聚 光 灯 使 用 直 径 为 200mm 的 一 个 聚 光 镜 , 焦 距 为 f′=400mm,要求照明距离5m远的一个3m直径的圆,问灯泡应安 置在什么位置?
l 如果观察2km处的同一个物体,则视角为:
tg= y 0.0003 400 0.00006
l
2000
要求都能看清,也就是要求望远镜的视放大率
= tg仪 = tg 0.0003 =5 tg眼 tg 0.00006
解法2:利用望远镜原理图及参量关系
tg y目 = y目
f目 400
tg - y物 =- y目
解:
xx' ff ' x' f '2 752
x
x
x x' 0
x 10m x' 0.5625mm
x 8m x' 0.703mm
x 6m x' 0.9375mm
x 4m x' 1.406mm
x 2m x' 2.813mm
7. 设一物体对正透镜成像,其垂轴放大率等于-1, 试求物平面与像平面的位置,并用作图法验证。
(1) L1 300 U1 2
(2) L1
h 10
(1)对三个面依次应用近轴光线光路计算公式,中间变量用入射角和折射角
i lr u r
i n i n
u u i i l r ri
u
u2 u1
l2 l1 d
(2)对三个面依次应用近轴光学基本公式,中间变量用投射高h
u / h 1/ l, u / h 1/ l n n n n l l r

应用光学第二版胡玉禧课件第3章

应用光学第二版胡玉禧课件第3章

r = ∞
l ' = −l
即像与物相对于平面镜来说是对称的。(性质1)
第三章 平面零件成像
②放大率公式:
即物像大小一致,且成正像。但左右相反。(性质2)
第三章 平面零件成像
3、镜像与一致像 1)所谓镜像是指物体经平面反射镜成像时,像和物大小 相等形状不同,若物为右手坐标,像为左手坐标,这种 像称为镜像。见图3.10 特点:像与物上、下同向,但左右却颠倒,它可通过奇 数次反射得到。 2)一致像:物为右手坐标, y′
I1 I1′ o2 I2 I2′ o1
α
N M
α
图 3.12
β
第三章 平面零件成像
红旗渠最长的隧道——曙 光洞的施工,利用平面反 射镜将太阳光反射照明; 自行车尾灯——偶镜, 三对偶镜构成的角反射器。
第三章 平面零件成像
潜望镜
第三章 平面零件成像
例2.(补充题) 一光学系统由一透镜和平面镜组成,如图。平面镜MM与透 镜光轴交于D点,透镜前方离平面镜600mm处有一问题AB, 经过透镜和平面镜后,所成虚像A"B"至平面镜的距离为 150mm,且像高为物高的一 半,试分析透镜焦距的正 负,确定透镜的位置和焦 距,并画出光路图。
1、术语 ①偏向角:入射光线与出射光线的夹角。 ②折射棱:二个折射面的交线叫棱。 I ③折射角:二个折射面之间的夹角。 ④主截面:垂直于折射棱的平面。 B 2、最小偏向角δm 偏向角公式:
1
δ
C
图 3.2
(3.6)
第三章 平面零件成像
可见,偏向角δ的大小与折射角α、棱镜折射率n、入射角 I1有关,对于某一棱镜而言,其n, α是一定值,此时只有 一个变量就是I1 ,每给一个I1就有一个δ , I1不同, δ也不 同, 是个变量。称δ为最小值时的这个偏向角为最小偏向 当δ为最小偏向角时,它具有如下特点:即: I1 =- I2′, I1′=- I2, 当将I1 =- I2′, I1′=- I2 , 代入到偏向角公式时,可得到: (3.7) 角 δ m。

应用光学 赵存华著 I 1-21章精选ppt课件

应用光学 赵存华著 I 1-21章精选ppt课件
感度称为视见函数(vision function),用 V( ) 表示,所以
V(55n5m )1
V( ) 1
图1.5 视见函数
1.2.1 光线和光束
人眼睛可以感受的光称为“可见光” 相同波长(或频率)的光颜色相同,称为“单色光” 不同波长光波的混合称为“复色光” 光在透明介质中行进的速度称为“光速” 光波传播时抽象的能传递能量的几何线称为“光线” 一束光线的集合称“光束”
当光线遇到障碍物时会发生光的衍射现象,从而偏离光线的直线 传播。
衍射
双折射
梯度折射率
2.2 光的独立传播定律
在光相交的区域可能发生叠加,甚至发生干涉。不管是哪一种情 况,在光离开相交区域后,光波继续沿着既定的方向向前传播,该 光波身上找不到其他光波对其产生的任何影响,此现象称为光的独 立传播定律。
德国科学家夫琅禾费 (Joseph von Fraunhofer)在研 究太阳光光谱时,把太阳光光 谱中在可见光区域内,某些明 显的线型用英文字母命名,称 为夫琅和费波长,列于右表。
波长/nm 404.6 435.8 480.0 486.1 546.1 587.6 589.3 643.8 656.3 706.5
由折射率定义
n' 1 n 2
sin I 1 sin I ' 2
nsiInn'siIn'
2.6.3 Snell定律的讨论
讨论:
nsiInn'siIn'
1. 如果 nn' 那么 sinIsinI'
所以 I I'
结论: 折射率小的一边相对法线夹角大.
2. 假定: 入射角很小
nIn'I'
如果光波在某种透明介质中的电容率(capacitivity)为ε,磁导率 (magnetoconductivity)为μ,该介质中的光速为

(应用光学)第三章.眼睛及目视光学系统

(应用光学)第三章.眼睛及目视光学系统

畸变
畸变
畸变是目视光学系统成像的一种 失真现象,表现为图像的几何形 状发生变化。畸变分为桶形畸变
和枕形畸变两种类型。
畸变的测量
畸变的测量通常采用畸变系数, 即实际图像与理想图像的几何形 状差异的比例。畸变系数越大,
畸变越严重。
畸变的影响因素
影响畸变的因素包括光学系统的 设计、镜片质量、制造误差等。
望远镜
用于观察远距离物体的目 视光学系统,通常具有较 大的视场和较长的焦距。
摄影镜头
用于拍摄照片的目视光学 系统,通常具有较高的成 像质量。
目视光学系统的基本参数
焦距
目视光学系统的焦距是指 物镜与目镜之间的距离, 决定了系统的放大倍数和 观察距离。
视场
目视光学系统的视场是指 物镜所能够覆盖的视野范 围,决定了观察者能够看 到的物体范围。
眼镜广泛应用于人们的日常生活和工 作,是矫正视力缺陷、保护眼睛健康 的重要工具。
摄影镜头
摄影镜头是一种将景物光线聚焦在感光材料上的目视光学仪器,能够将景物拍摄 成照片。
摄影镜头广泛应用于新闻报道、广告、电影和摄影等领域,为人们提供了记录和 分享美好瞬间的工具。
04
目视光学系统的性能评价
分辨率
分辨率
对比度
对比度
对比度是衡量目视光学系统区分 明暗变化的能力的指标。对比度 越高,光学系统呈现的图像明暗
差异越大,细节越丰富。
对比度的公式
对比度通常用公式表示为"明暗区 域的亮度比值"。比值越大,对比 度越高。
对比度的影响因素
影响对比度的因素包括光学系统的 透过率、反射率、像差等。优化这 些因素可以提高光学系统的对比度。
分辨率
目视光学系统的分辨率是 指系统能够分辨的最小细 节程度,通常以线对数表 示。

(应用光学)第三章.眼睛及目视光学系统

(应用光学)第三章.眼睛及目视光学系统
应用光学(第四版)
3 人眼及其光学系统
已知显微镜的视放大率为-300,目镜焦距为20mm,求显微镜物镜 的倍率。若人眼的视角分辨率为60’’ ,则用该显微镜能分辨的两物点 的最小距离是多少?

250
f目'
=物目
300

250 20

24
tan 仪 =
y' f目'
物 24
y' y
tan 60''
明视距离: 眼睛前方250mm 距离处,SD=(1 / (-0.25))= -4 近点距离: 眼睛通过调节能看清物体的最短距离. 远点距离: 眼睛能看清物体的最远距离 最大调节范围 = 近点视度 – 远点视度
应用光学(第四版)
3 人眼及其光学系统 不同年龄段正常的人眼调节能力
年龄 10 15 20 25 30 35 40 45 50
'
r'
0.61 n'sin U 'max
0.61 n'(D / 2R)
1.22R n'D
应用光学(第四版)
3 人眼及其光学系统
'
0.61 n'sin U 'max
1.22R n'D
当满足小角度时,sinU'max=tanU'max=U'max
'
0.61 n'sin U 'max
0.61 n’u '
最大调节范围/视度 -14 -12 -10 -7.8 -7.0 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5
近点距离 (mm) 70 83 100 130 140 180 220 290 400

应用光学第三章理想光学系统

应用光学第三章理想光学系统

对横向放大率的讨论:
像方焦距与物方焦距之比等于相应介质折射率之比。 相应介质折射率之比。 像方焦距与物方焦距之比 根据β的定义和公式,可以确定物体的成像特性: 正立像; (1)若β>0, 即 y 与 y’ 同号,表示成正立像 反之y 与 y′ 异号,成倒立像 倒立像。 (2)若β>0, 即 l 与 l’ 同号,表示物像同侧, 物像虚实相反; 物像虚实相反 反之l 与 l’ 异号,物像虚实相同 虚实相同。
图3-12 作图法求像
(2)图解法求轴上点的像
(3)轴上点经两个光组的图解法求像
图3-13 作图法求光线
图3-14 轴上点经两个光组成的像
一定要看清楚主点和焦点的位置 注意实物、虚物
一定要看清楚主点和焦点的位置
§3.3.2 解析法求像 知道主平面这一对共轭面、以及无限远物点与像 方焦点和物方焦点与无限远像点这两对共轭点, 则 其它一切物点的像点都可以根据这些已知的共轭 面和共轭点来表示。这就是解析法求像的理论依 据。 (1)牛顿公式 (2)高斯公式
(1)牛顿公式
图3-15 牛顿公式中的符号意义
物和像的位置相对于光学系统的焦点来确定
物距: − x 像距:x'
(2)高斯公式
−l :物距、l':像距
物和像的位置相对于光学系统的主点来确定
x=l− f x ' = l '− f '
ΔABF ~ ΔHMF ΔA ' B ' F ' ~ ΔH ' N ' F '
(2) 垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何形 状完全与物相似,在整个垂轴物平面上无论那一部 分, 物和像的大小比例等于常数(横向放大率)。

《应用光学》第3章 理想像和理想光学系统

《应用光学》第3章 理想像和理想光学系统

n' n n'n
l' l
上式两边同乘以l l',得
r n'l nl' n'n ll' r
13
上式左边为0,对主点来说,将l'=n'l / n代入右边得
n'n n' l 2 0 rn
由此得到l=0,代入nl'=n'l,又得l'=0。所以球面
的两个主点H、H'与球面顶点重合。
14
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、球面焦距公式 按照球面定义像方焦点为无限远
•n1'= n2= 1.5163; •求: lF, lF', lH, lH', f, f'
采用计算机编程(MATLAB 程序)
22
• 已知条件
• r1=10;r2=-50;d1=5;h1=10;n1=1; • 同理可得:
• n1'=1.5163;n2=n1';
• r2=-10;r2=50;d1=5;h1=10;n1=1;
• 焦距是以相应的主点为原点来确定正负的,如果 由主点到相应焦点的方向与规定光线的正方向相同 为正,反之为负。在图3-1中,f<0 , f '>0. 以后将会 知道 f '>0为正系统,f '<0 为负系统。在图3-1中物 像方平行于光轴的光线高度均为 h,其共轭光线与 光轴的夹角为u和u',则有:
学系统的物方焦点。显然,根据光路可逆原理,
物方焦点 F 经系统以后必成像于像方无限远的轴 上点。或者说,物方焦点与像方无限远的轴上点 是一对共轭点。
7
过物方焦点 F 的垂轴平面称为物方焦平面。显然,
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应用光学讲稿

光阑概念
1、孔径光阑(Aperture Stop)
限制进入光学系统光束口径的光阑。限制光束最厉 害的光阑。 2、视场光阑(Field Stop)
限制成像范围的光阑 底片框 3、消杂光光阑(False Light Stop)
消除杂散光的光阑
应用光学讲稿
三 渐晕
由于轴外点斜光束宽度比轴上点光束宽度小,使 像平面边缘比中心暗的现象称为“渐晕”。 线渐晕系数
应用光学讲稿
§3-5-4 场镜的特性及其应用
一、场镜的作用
F目
物镜
目镜
应用光学讲稿
F´物 物镜 场镜 目镜
场镜的作用:在不改变光学系统成像特性的前 提下,改变成像光束的位置。
应用光学讲稿 二、应用举例:
O1 物镜
O2
-L
场镜

目镜
应用光学讲稿 三、场镜焦距的计算
O1
O2 -l 场镜 l´
物镜
应用光学讲稿
§3-5 光学系统中成像光束的选择
引入
F
H
H’
F’
应用光学稿
1. 成像光束的大小
D
2. 成像光束的位置
D1 D2
应用光学讲稿
§3-5-1 光阑及其作用
一 照相机的构造
镜头:起成像作用
底片:感光部分
光阑:限制成像光束,可
变光阑
光学系统中,不论是限制成像光束口径大小还是 限制成像范围的孔或框都称为“光阑”。
景深与相对孔径成反比。
视放大率: Г =6 成像范围(视场角):2ω =8°30’ 出瞳直径: D´=5mm
出瞳距离:
物镜焦距: 目镜焦距:
l´z≥11mm
f´物=108mm f´目=18mm
应用光学讲稿
1、轴上光束传播情况
30
F’物

D D' D ' 5mm
6 D 30mm
应用光学讲稿
30
F’物
对于轴向光束,物镜口径最大,目镜口径较小 为满足光学特性的要求,各光学元件的通光口 径至少应保证轴向光束通过。
U : 物方孔径角
U´: 像方孔径角
由光轴转向光线
若已知D´和视放大率,如何求入射光束口径?
应用光学讲稿 由于
tgu ' u ' D' ' 2 f目

y ' nu y n' u '
nu n' u '
对于显微物镜n´=1 D' 250 1 D' nu u ' D ' D ' 目 ' ' 2 f目 500 f目 500 500 显微镜物方孔径角u和物方折射率n的乘积nu叫做数值孔径,NA
B1 B A1´ A´
误差的原因: 像平面上测量的是弥散圆的中心,即主光线与像平面的交点。 由于孔径光阑位在物镜处,主光线随着物平面的移动而改变, 其与像平面的交点也随之改变。 解决的办法:使主光线不变。
应用光学讲稿
孔径光阑
y1´=y´
远心光路:将孔径光阑放置在像方焦平面处。 入射主光线与光轴平行,出射主光线永远不变,与像平面的交 点位置也不变。 物方远心光路:将孔径光阑放置在像方焦平面处,入瞳在无限远。
1、提高u; 2、提高n; 使用油浸物镜。
应用光学讲稿
例:选用一个15X目镜,3X物镜,构成一个显微镜,
物镜的NA应该为多大?
目 15 3 45
45 NA 0.09 500 500
一般3X显微镜物镜的NA=0.1。显微镜目镜有5X,6X ,10X,15X,都可以与3X物镜配合。
应用光学讲稿 2、用于大地测量的显微镜:
y
-l
F´物 -f´物

需要测量距离,物镜焦距已知,物体高度(标杆)已知, 测出像高y’,即可求出物距:
f' l y y'
若孔径光阑位在物镜处,如果调焦不准,就会带来误差。
应用光学讲稿 像方远心光路:将孔径光阑放置在物方焦平面处,出瞳在无限远 出射主光线与光轴平行,出射主光线永远不变,与像平面的交 点位置也不变
KD D D
应用光学讲稿
渐晕的原因:
为了减小元件的口径。
在某些望远镜中,渐晕 系数可以达到0.5
孔径光阑:限制轴上点或视场中央部分 (无渐晕)成像光束口径的光阑。 在照相机中:孔径光阑—可变光阑 视场光阑---底片框
应用光学讲稿
§3-5-2 望远系统中成像光束的选择
一、双目望远镜
1、光学系统图
能够在像面上获得清晰像的物空间深度,就是系统的景深。
应用光学讲稿
二、性质
1 1 2Z ' 1 1 ( ) l1 l2 D l f'
1、容许的光斑直径越大,景深越大;
2、照相物镜的相对孔径与焦距和景深的关系:
1 1 2Z ' 1 2Z ' l1 l2 D f' D 2 f ' f'
目镜
如图,假定前组透镜到它的像平面距离为150mm, 后组透镜 离开中间像平面的距离为100mm, 1 1 1 l' l f '
l l1 ' 150mm l ' l2 100mm
f ' 60mm
应用光学讲稿
§3-5-5 空间物体成像的清晰程度:景深
一、景深的定义
应用光学讲稿
2、轴外光束传播情况
a
b a b 物镜
F’物
目镜
a-a b-b
30 60
加大 最大
应用光学讲稿
选择a-a光束,把物镜框取为30即可。
此时,物镜框限制了进入系统的光束口径,即为孔径光阑。 视场光阑在像平面上,分划镜框即为视场光阑。
应用光学讲稿
3、几个概念
出射瞳孔:孔径光阑在系统像空间的像,出瞳
D' NA nu 500
应用光学讲稿 为保证出射光束有一定大小,D´≥1mm
则 NA≥Γ/500 NA的选择:越大越好。
1、NA= D´ Γ/500, D´一定,要求Γ大,需增大NA; Γ一定,要求D´大,亮,也需增大NA.
2、NA与显微镜的分辨率有关,NA越大,分辨率越高。 增大NA的方法:NA=nu
入射瞳孔:孔径光阑在系统物空间的像,入瞳 出射瞳孔距离:出瞳离系统最后一面的距离
入射瞳孔距离:入瞳离系统第一面的距离
应用光学讲稿
出瞳:是光能最集中的地方,为了看清整个视场, 眼睛的瞳孔应该和出瞳重合。 对出瞳距离必须有一定的要求,一般仪器大于6毫米, 对于军用仪器,要大一些,可能大于20毫米。 出瞳直径的大小,直接与像的亮暗有关。
应用光学讲稿 二、测量显微镜中的光束限制情况 1、测量物体大小的显微镜:
2y
2y´
物镜的标尺离透镜的距离固定不变,垂轴放大率β是一个常 数,测出像高y´,即可算出物高 y=y´/β 误差:物平面位置须准确,像平面才能与标尺重合
应用光学讲稿 当物平面位置不准确时:
A1 A B1´ B´
y1´ y´
应用光学讲稿
§3-5-3
显微镜中的光束限制、远心光路
一、一般显微镜中光束限制的情况:
显微镜原理图:
应用光学讲稿
1、成像范围:用成像物体的最大尺寸表示,即线视场。 线视场的大小由像面上放置的框大小决定。它限 制了观察范围,因此它是视场光阑。
应用光学讲稿 2、成像光束的大小:用轴上点发出的光束与光轴的夹角来表示
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