光学系统分析
光热镜场光学系统的光学效果模拟与分析
光热镜场光学系统的光学效果模拟与分析光热镜场光学系统是指利用光学元件和镜面反射等原理将太阳辐射能转化为实用热能的设备。
在设计和优化光热镜场光学系统时，了解其光学效果对于提高能源转化效率至关重要。
因此，本文将介绍光热镜场光学系统的光学效果模拟与分析方法，为光热能利用技术的发展提供参考。
一、光热镜场光学系统的基本原理光热镜场光学系统主要由透镜、反射镜和热吸收体等组成。
透镜和反射镜可以收集并聚焦太阳光线，而热吸收体则将光能转化为热能。
光热镜场光学系统的基本原理是根据镜面反射和焦点调节原理，通过调整镜面形状和面积分布，将太阳光聚焦到热吸收体上，使其温度升高并产生热能。
二、光学效果的模拟方法为了准确分析光热镜场光学系统的光学效果，可以借助光学模拟软件进行光线追迹和光照度分析。
光线追迹方法可以模拟光线在光学系统中的传播路径，包括入射角、反射率、透射率等参数。
通过调整光线追迹软件中的参数，可以模拟不同条件下的光学效果，例如镜面反射率对光聚焦效果的影响、透镜形状对聚光能力的改变等。
光照度分析方法可以评估光热镜场光学系统的光照强度分布。
通过在光学模拟软件中设置光源和接收器，可以计算出不同位置的光照度数值。
通过分析不同位置的光照度分布，可以确定光热镜场光学系统的焦点位置和能源收集效率。
三、光学效果的分析方法在进行光学效果分析时，首先需要确定光照条件和环境参数。
例如，太阳高度角、大气折射率、镜面清洁度等因素都会对光热镜场光学系统的效果产生影响。
其次，通过模拟软件的光线追迹功能，可以获得光线在光学系统中的传播路径和能量分布情况。
根据光照度分布结果，可以确定焦点位置和能源收集效率。
在光学效果的分析中，还需要对镜面反射率、透射率和吸收率等参数进行优化。
通过调整各个参数的数值，可以提高光热镜场光学系统的能源转换效率。
此外，可以利用光学效果分析结果，优化光热镜场光学系统的设计，例如增加反射镜的数量、改变透镜形状等。
四、应用案例以某型号光热镜场光学系统为例，利用光学模拟软件进行光学效果模拟与分析。
机载光学系统的优化设计与性能分析
机载光学系统的优化设计与性能分析随着航空技术的不断发展，机载光学系统在航空、军事、卫星等领域中扮演着重要的角色。
机载光学系统具有高分辨率、高精度、广泛应用等特点，可以用于航空侦察、遥感监测、陆地勘探等领域。
然而，机载光学系统的优化设计与性能分析是一个复杂而关键的问题，本文将从多个方面探讨这一话题。
一、光学系统的优化设计在机载光学系统的优化设计中，需考虑多个因素，包括镜头设计、光学元件选择、光谱范围、传感器灵敏度等。
首先，镜头的设计是机载光学系统优化的重要环节。
镜头的设计涉及到镜头的焦距、光圈、视场角等参数的选择。
通过合理选择这些参数，可以使系统具有较高的分辨率和灵敏度。
其次，在选择光学元件时，需要权衡传感器灵敏度、成像质量和成本等因素。
例如，镜头的材料选择会影响传感器的灵敏度，透镜的形状和材料的折射率会直接影响成像质量。
因此，在进行光学元件的选择时，需要综合考虑这些因素。
光谱范围也是机载光学系统设计的一个重要方面。
不同的应用需求对光谱范围有不同的要求。
例如，某些应用需要在可见光范围内进行成像，而某些应用则需要在红外波段进行成像。
因此，在设计机载光学系统时，需要根据应用需求合理选择光谱范围。
二、光学系统性能分析机载光学系统的性能分析是评估系统是否满足应用需求的关键环节。
性能分析包括分辨率分析、图像质量评估、辐射定标等。
分辨率分析是机载光学系统性能分析的重要方面。
分辨率是指系统能够分辨出的最小物体的尺寸。
机载光学系统的分辨率受到多个因素的影响，包括光学系统的设计、传感器的灵敏度、图像处理算法等。
通过分辨率分析可以评估系统的成像能力。
图像质量评估是另一个重要的性能分析指标。
图像质量包括对比度、噪声、色彩准确度等方面。
在图像质量评估中，可以采用一些常用的指标，如MTF曲线、SNR等，来评估图像质量。
辐射定标是用来精确测量和修正机载光学系统输出图像的亮度和颜色的过程。
辐射定标可以对机载光学系统进行校正，提高系统测量的准确性。
遥感卫星光学系统设计与分析
遥感卫星光学系统设计与分析遥感技术是一种通过遥远距离获取地球表面信息的技术手段，而遥感卫星作为最主要的遥感数据采集平台，其光学系统的设计和分析对于获得高质量的遥感数据至关重要。
本文将探讨遥感卫星光学系统的设计原理、常见问题及其解决方案。
一、光学系统设计原理遥感卫星的光学系统主要由光学遥感器和光电子器件组成。
光学遥感器是通过光学透镜或反射镜将地球表面反射回来的光线聚焦到光电子器件上。
而光电子器件则负责将聚焦的光信号转换成电信号。
在光学系统设计中，需要考虑的关键参数包括感知角度、像敏元件特性、光传递系统、光谱范围等。
感知角度即遥感卫星对于地面的观测范围，通常需要根据实际需求确定。
像敏元件特性则主要是指光学遥感器的分辨率和灵敏度，分辨率决定了卫星的空间分辨率，灵敏度则决定了对光线的接收能力。
光传递系统则用来保证光线从地球表面传输到光电子器件上的最大传输率。
在设计中，需要考虑的因素包括光线在大气中的传播、积雪覆盖、云层遮挡等。
光谱范围则是指遥感卫星观测的波长范围，不同波段的光谱可以提供不同类型的地表信息。
二、常见问题与解决方案1. 大气湍流对光学成像的影响大气湍流会导致光线的扩散，进而影响光学图像的清晰度。
为了解决这个问题，可以采用自适应光学系统，通过光学元件的变形来消除湍流效应。
另外，也可以通过使用大口径的光学装置，减小大气湍流对光线的扩散。
2. 物质散射对光学成像的影响物质散射包括大气散射和地表散射。
大气散射主要来自大气中的气溶胶和水汽，地表散射则受到地表粗糙度等影响。
在设计光学系统时，可以采用滤波器来选择特定波段的光谱，减小散射对图像质量的影响。
另外，也可以通过降低卫星相对高度来减小大气散射的影响。
3. 目标表面的光谱特性不同的目标表面具有不同的光谱特性，这对于遥感卫星光学系统的设计和分析带来了挑战。
为了解决这个问题，可以利用光谱混合模型来提取和分类目标表面。
光谱混合模型可以通过分解光谱信号，得到不同成分的光谱特性，并进一步进行分类和分析。
光学系统的稳定性与误差分析
光学系统的稳定性与误差分析光学系统是一种利用光的传播和改变来实现特定功能的系统。
在现代科技中，光学系统广泛应用于光学通信、成像、激光加工等领域。
而光学系统的稳定性和误差分析则是确保光学系统能够正常工作和提高系统性能的重要环节。
一、光学系统的稳定性光学系统的稳定性是指系统在特定条件下，能够保持其性能和输出结果的一致性。
稳定性的好坏直接影响到光学系统的可靠性和精度。
光学系统的稳定性主要受到以下几个方面的影响。
1. 光源稳定性：光源是光学系统的核心组成部分，其稳定性直接影响到整个系统的稳定性。
光源的稳定性可以通过测量光源的波长、功率、光斑大小等参数来评估。
对于激光光源，还需要考虑激光的模式稳定性和波长稳定性。
2. 光学元件的稳定性：光学元件包括透镜、棱镜、反射镜等，它们的位置、角度和形状稳定性对光学系统的性能有重要影响。
因此，在设计和制造光学元件时，需要考虑其稳定性要求，并采取相应的措施来保证其稳定性。
3. 环境因素：环境因素如温度、湿度、振动等也会对光学系统的稳定性产生影响。
温度变化会导致光学元件的膨胀和收缩，从而改变光学系统的焦距和成像质量。
湿度变化会导致光学元件表面的水膜形成，从而影响光学系统的透射和反射效果。
振动会导致光学元件的位置和角度发生变化，从而影响光学系统的对准和成像效果。
二、光学系统的误差分析光学系统中的误差是指由于设计、制造和使用中的各种因素引起的系统性能偏差。
误差的存在会导致光学系统的分辨率降低、成像质量下降等问题。
因此，对光学系统的误差进行分析和修正是确保系统性能的关键。
1. 几何误差：几何误差是由于光学元件的形状、位置和角度不精确而引起的误差。
例如，透镜的曲率半径和球面度不达标会导致像差增大，镜片的位置和角度偏差会导致光斑偏移和畸变等问题。
几何误差可以通过精确的制造工艺和精密的测量设备来减小。
2. 表面质量误差：光学元件的表面质量对光学系统的成像质量有重要影响。
表面质量误差包括表面粗糙度和表面形状误差。
变倍光学系统的公差分析
变倍光学系统的公差分析变倍光学系统是一种非常重要的光学设备。
它具有调节焦距、变焦、变倍的功能，可广泛应用于军事、航空航天、工业制造等领域。
在实际应用中，变倍光学系统的公差分析是非常关键的，因为它直接影响到系统的成像质量和性能。
本文将介绍变倍光学系统的公差分析的重要性，并详细阐述如何进行公差分析。
一、变倍光学系统公差分析的重要性变倍光学系统是由多个光学元件组成的复杂系统。
在进行系统的设计和制造过程中，由于各种因素的影响，可能会存在各种误差和不确定性因素。
这些误差和不确定性因素会直接影响系统的成像质量和性能。
因此，对于变倍光学系统来说，进行公差分析至关重要。
对于变倍光学系统而言，公差分析的主要作用有以下几个方面：1. 确定光学元件的公差范围。
在光学元件的设计和制造过程中，需要确定各种公差的范围，保证元件的生产质量和性能。
通过公差分析，可以进行合理的规划和控制公差的范围，有效地提高了光学元件的一致性和稳定性。
2. 评估系统的成像质量。
通过公差分析，可以评估系统的成像质量，为系统的优化和改进提供重要的参考依据。
同时，能够提前发现并修正系统中存在的问题，有效地避免了不必要的浪费和损失。
3. 设计优化和制造工艺改进。
通过公差分析，可以确定在特定公差条件下的系统性能，从而为设计优化和制造工艺改进提供有力的支持。
二、变倍光学系统公差分析方法变倍光学系统的公差分析方法主要包括理论计算和实验检测两种方式。
1. 理论计算法理论计算法是指通过计算机辅助设计软件进行系统的公差分析和优化。
通过建立系统的光学模型，分析不同公差条件下的系统成像质量，从而确定各项公差的范围和重要程度。
其主要步骤如下：（1）建立变倍光学系统的光学模型；（2）确定系统光学参数，包括系统焦距、视场、镜头口径等；（3）确定公差因素，包括中心偏移、中心轴旋转角、表面形貌差、厚度公差等；（4）计算各项公差对系统成像质量的影响；（5）确定各项公差的范围和优先级。
光轴的名词解释
光轴的名词解释光轴是物理学和光学学科中一个重要的概念，它在光学系统的设计和分析中起着至关重要的作用。
在此文章中，我们将通过对光轴的解释来了解它的概念、应用和意义。
一、光轴的概念光轴是指通过光学系统中心的一条虚拟直线。
在理想光学系统中，光线会沿着光轴直线传播，这条直线通常与光学系统的主光学轴对齐，并且通过光学系统的中心对称。
光轴的存在和使用是为了简化光学系统的分析和设计，它可以作为一个基准线来确定光线的传播路径和光学元件的位置。
二、光轴的应用1. 光学系统分析在光学系统的分析中，光轴被用来确定光线的传播路径和光线在光学系统内的相对位置。
通过确定光轴和确定光线入射和出射的角度，可以计算和预测光线在光学系统内的传播和折射规律，从而帮助我们理解光学器件的工作原理。
2. 光学器件设计在光学器件的设计中，光轴有助于确定光学元件的位置和方向，从而确保光线的传播和聚焦效果。
通过保持光学元件相对于光轴的位置和旋转角度，可以实现对光线的控制和调整，从而实现光学器件的特定功能和性能。
3. 光学成像系统在光学成像系统中，光轴被用来确定成像平面和焦平面的位置。
光线会沿着光轴在成像系统内传播，在达到成像平面时会形成清晰的图像。
通过调整光学元件的位置和角度，可以使光线在光学系统内准确地聚焦到成像平面上，从而获得清晰和准确的图像。
三、光轴的意义光轴作为光学系统中的基准线，具有重要的意义和应用。
它可以帮助我们理解和分析光学系统的工作原理，为光学器件的设计和优化提供基础。
通过光轴的使用，我们可以更好地控制光线的传输和聚集，实现对光学系统的高效和精确的控制。
然而，需要注意的是，实际光学系统中，由于折射、散射和干涉等现象的存在，光线通常不完全沿着光轴传播。
因此，在实际应用中，光轴仅用作近似和简化的工具，光线的真实传播路径需要通过更复杂的光学分析方法来描述和计算。
四、总结光轴作为光学系统中的基准线，具有重要的应用和意义。
它用于确定光学元件的位置和方向、分析光学系统的工作原理，并在光学器件的设计和光学成像系统中发挥着至关重要的作用。
光学系统
第一节 理想光学系统与共线成像理论
理想光学系统理论在1841年由高斯提出，1893年阿 贝发展了理想光学系统理论。 理想光学系统理论——高斯光学 对于实际使用的共轴光学系统，由于系统的对称 性，共轴理想光学系统所成的像还有以下性质： （1）位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位 于光轴上；位于过光轴的某一个截面内的物点对应 的共轭像点必位于该平面的共轭像面内；过光轴的 任意截面成像性质都是一样的。因此可以用过光轴 的截面代表一个共轴系统。
共轴理想光学系统所成像的性质
（2）垂直与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，也就是说在整个物平面上无论 哪一部分，物和像的大小比例等于常数。像和物的 大小之比称为“放大率”，对于共轴理想光学系统 来说，垂直于光轴的同一平面上的各个部分具有相 同的放大率。 （3）一个光学系统，如果已知两对共轭面的位置和 放大率；一对共轭面的位置和放大率以及轴上的两 对共轭点的位置，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。
第一节 理想光学系统与共线成像理论
理想光学系统——像与物是完全相似的
这种“共线成像”理论的初始几何定义可归纳为：
第一节 理想光学系统与共线成像理论
理想光学系统——像与物是完全相似的 物空间 像空间 点 共轭点 直线 共轭直线 直线上的点 共轭直线上的共轭点 任一平面 一共轭平面
同样：物空间中每一同心光束在像空间中均有一共轭 同心光束与之对应。 简单的说：物空间的任一点、线、面都有与之相共轭 的点、线、面存在，且是唯一的。
第二节 理想光学系统的基点与基面
这些已知的共轭面和共轭点为共轴光学系统的 “基面”和“基点”。 基点就是一些特殊的点，基面就是一些特殊的面。 正是这些特殊的点与面的存在，从而使理想光学系 统的特性有了充分体现，只有掌握了这些基点基面 的特性，才能够分析计算理想光学系统。 基点：物方焦点，像方焦点；物方主点，像方主 点；物方节点，像方节点。 基面：物方主面，像方主面；物方焦面，像方焦 面。
使用MATLAB进行光学设计与光学系统分析
使用MATLAB进行光学设计与光学系统分析光学是研究光的产生、传播以及与物质相互作用的科学，它在现代科技领域中有着广泛的应用。
而光学设计和光学系统分析是光学领域中的两个重要方面。
本文将介绍如何使用MATLAB进行光学设计与光学系统分析，并分析MATLAB在其中的优势和应用。
光学设计是指根据特定需求和约束条件，通过合理的光学元件的配置和参数选择，设计出符合需求的光学系统的过程。
而光学系统分析则是对光学系统中各种元件进行性能评估和优化的过程。
使用MATLAB进行这两个过程，可以大大提高工作效率和准确度。
在光学设计中，最关键的是光线追迹和光场传播的计算。
光线追踪是一种从光源出发，模拟光线在光学系统中的传播路径，并计算光线与物体交互的方法。
通过MATLAB中的光线追踪工具包Ray Tracing Toolbox，我们可以实现对光线的追踪和计算。
该工具包提供了一套完整的函数和命令，能够模拟光线在复杂光学系统中的传播，并计算出光线的传播路径、入射角、反射/折射角等信息。
借助此工具包，我们可以对光学系统进行快速而准确的设计和分析。
除了光线追踪，光学系统的成像效果和性能分析也是光学设计中的重要步骤。
MATLAB具有强大的图像处理和分析功能，可以用于对光学成像系统进行模拟和分析。
通过MATLAB提供的图像处理函数，我们可以对光学系统的模拟图像进行处理，包括去噪、去畸变、增强对比度等。
而通过MATLAB中的图像分析工具包Image Processing Toolbox，我们可以对系统的PSF（Point Spread Function，点扩散函数）进行分析，从而了解图像的分辨率、对比度等性能指标。
在光学系统分析中，除了光线追踪和成像效果的分析，光学系统的光学性能评价也是一个关键步骤。
这包括了光学系统的MTF（Modulation Transfer Function，调制传递函数）、功率传输函数等参数的计算和评估。
在MATLAB中，通过光学传输函数工具包Optical Transfer Function Toolbox，可以方便地计算和分析光学系统的MTF和功率传输函数。
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透镜成像器件
图3－6 场镜的放置
透镜成像器件
根据透镜成像公式1/L’-1/L=1/ f’和垂轴放大率d/D. =--L’/L,可得场镜焦 距应满足关系： F’=-d*L/(D+d)=d(L+F’)/(D+d) 增益G的概念，它定义为：有、无某光学系统时，探测器接收到光辐 射通量之比。有无物镜时的光学增益G0为
反射元器件
3．分束元件 分束元件是将入射光通量分割成反射和透射两部分并保 证两者有适当比例关系的元件。有时还要求反射部分和透射部分各有 其特定的光谱性能，这样的分束元件可称分色元件。 图3－14 两种常见的分束元件示意图
反射元器件
图3－15表示一种常见的分色元件-----彩色电视摄像机的分色棱镜。 入射光线遇到的第一个介质膜将绿光反射，让红光和蓝光通过；第二 个介质膜反射红光，让蓝光透过。 图3－15彩色电视摄像机的分色棱镜
图3－19 光楔
其他元器件
2.干涉滤光片 干涉滤光片是建立在光学薄膜干涉原理上的精密光学 滤光器件，是种类最多、结构复杂的一类光学薄膜。通过设计和改变 膜系的结构和膜层的光学参数，可以获得各种光谱特性，用于控制、 调整和改变光波的透射、反射、吸收、偏振或相位状态。它的主要功 能是分割光谱带。最常见的干涉滤光片是截至滤光片和带通滤光片。
透镜成像器件
显微镜总放大率M与物镜数值孔径NA之间的恰当关系应为 500NA<|M|<1000NA （2）显微镜目镜。目镜（eyepieces） 是显微镜中把物镜所成的 像作再一次放大的光学部件，显微镜的总放大倍数通常就是物镜与目 镜放大倍数的乘积。 图4－3 消色差显微物镜
透镜成像器件
透镜成像器件
图3－5 常用摄影物镜
透镜成像器件
8.场镜 工作在物镜面附近的透镜称为场镜，如图3－6所示。其主要 作用是： （1）提高边缘光束入射到探测器的能力；
（2）在相同的主光学系统中，附加场镜将减少探测器的面积。如果 使用同样探测器的面积，可扩大视场，增加入射的通量；
（3）可让出像面位置放置调制盘，以解决无处放置调制器问题； （4）使探测器光敏面上非均匀光照得均匀化； （5）当使用平像场镜时，可获得平场像面。
透镜成像器件
2.柱面透镜 凡是两个母线互相平行的柱面，一个柱面和一个平面或 一个柱面和一个球面组成的透镜都称柱面透镜。柱面透镜在形状上要 么是平凸的，要么是平凹的，在外形上是矩形的。 3.放大镜 辅助眼睛观察细小物体的透镜组称为放大镜。单片正透镜 是一个最简单的放大镜。使用放大镜时，被观察物体AB位于物方焦 点上或焦点以内与之很靠近的地方，眼睛看到的是物体的虚像A’B’， 如图3－2所示。 图3－2 放大镜的放大作用
透镜成像器件
4.目镜 在目视光学仪器中用于观察物体被物镜所成像的透镜组称为 目镜。目镜的作用与放大镜相当，但作为仪器的组成部分，它所能接 收的光束已被物镜的像方光束所限定，因此眼睛瞳孔的位置也随之限 定，一定要置于仪器出射光瞳处，才能看到全部视场。 5.显微镜 显微镜用于观察、研究或摄影记录极微小的物体及其结构， 是现代科学研究工作不可缺少的仪器之一。
图3－18 场镜与光锥的组合结构
在使用时，采用光锥还是场镜来聚光，主要有主光学系统的F数决定。 （a）为场镜与空心光锥的组合，（b）为场镜与实心光锥的组合。
其他元器件
3.1.3 其他元器件 1.光楔 有两个相交的折射面所组成的透明介质零件称为折射棱镜， 其中两个相邻折射面的夹角α称为折射棱角。我们把折射棱角α足够 小，以致使所产生的色散角觉察不出来的折射棱镜称为光楔，光楔的 折射角称为楔角。
G
0
A A
0
0
d
有、无物镜和场镜时的光学增益G1为
G A A
1 0 1
0
d
有或无场镜时光学增益的变化，用光学增益倍数m表示，注意此时式 （3.1－9）中的Ad应用场镜的面积A1代替
D1 2 m G G d 2
1 1 0
2
其他元器件
图3－20 带通干涉滤光片透过曲线
§3.2 典型光学元件的物像关系
3.2.1 几何光学的基本定律 几何光学的三个基本定律是：（1）光的直线传播定律－在均匀介质 中光沿直线传播。（2）光的独立传播定律－光线在介质中传播是彼 此独立的，没有相互作用。（3）光的反射和折射定律－设介质1和 介质2是透明、均匀和各向同性的，它们的分界面是平面。当一束光 线从介质1射向分界面时，它将发生反射和折射现象 为研究物像关系，进行光学计算时，应对光路中各光学参数的正负号 作统一规定。一般规定如下： 光线自左向右传播为正向光路，取正号，反之为逆向光路，取负号。 由指定的轴（通常是折射点的法线）依顺时针方向旋转所构成的锐角 为正，反之为负。 不同直线量的坐标原点选择方式不同，例如，焦距以主焦点为原点， 曲率半径以球面顶点为原点，物高（或像高）以轴上的点为原点等。
负透镜具有负的光焦度，对光束起发散作用，故又称发散透镜。类似 于正透镜，负透镜也可分为双凹、平凹和月凹（负弯月）几种形式， 其共同特征是中心厚度比边缘厚度薄。
透镜成像器件
。各种形式的透镜见图3－1所示。负透镜只形成通过透镜看到的虚 像。在光学系统中的作用是使光束扩大或增加焦距。 图3－1 各种形式的透镜
6.望远镜物镜 望远镜物镜是望远镜系统中把无限远物体成像与其焦 平面上的一个透镜组。在无透镜转像系统的简单望远镜中，物镜的这 一像面与目镜的物方焦平面重合，眼睛通过目镜观察这一物体的中间 像。 图3－4 常用的望远镜物镜
7.摄影和投影物镜 摄影物镜是将空间物体成像于感光胶片或其它接 收器上的透镜组；投影物镜则是把小的工件或摄制在胶片上的文字、 图像，以较大的倍率在各种屏幕或感光纸上成像的透镜组，如投影仪 镜头、电影放映镜头和放大机镜头等。从光学结构上看，与摄影物镜 属于同一类型。
图3－8 阶梯透镜O
反射元器件
3.1.2 反射元器件(改变光的方向) 反射系统至少有一个反射面的光学元件。反射面是指按照反射定律 使光线有规则反射的光学表面。光学仪器中的反射元件起折转光路、 缩小仪器体积、改变像的正倒关系等作用。 1.平面反射镜 家庭中常见的穿衣镜就是平面反射镜。穿衣镜是在平 面玻璃的后面镀反射膜制成的；与它相比，光学仪器中的平面镜尺寸 小得多，但技术上要求则高得多，且反射膜镀在前表面的居多。 平面镜的主要性质有：（1）对实物成虚像，物和像对称于反射面； （2）以坐标系x，y，z表示实物，它被镜子所成的虚像如图4－9所 示，图3－9 平面镜中的虚像F
（3.1－13）
uc与i1 c的关系为 uc=90°-i1 c-α（空心光锥） uc＝sin-1[nsin(90°-i1 c-α)](实心光锥)
图3－16 光线在光锥内的传播
参量的计算公式为：
DE a L (a l ) sin u r aL (压缩比) a R R ltgu
反射元器件
2.球面反射镜 球面反射镜工作面为精确的球面，是最简单的成像元 件之一。如果用金属制造球面镜，抛光后，球面本身就有较高的反射 率；但是光学仪器中的球面镜多由玻璃磨制而成，在其抛光的球面上 必须镀反射膜以提高反射率。 图3－13单色光器光学系统表示一种分光光度计的单色光器光学系统， 由光栅和两个球面镜组成。 图3－13 单色光器光学系统
反射元器件
4.光锥 光锥是一种圆锥体状的聚光镜。可制成空心和实心两种类型。 使用时将大端放在主光学系统的焦面附近集光束，并利用圆锥形内壁 的高反射比特性，将光束引到小端输出，将探测器置于小端，接收集 中后的光束。它是一种非成像的聚光元件，与场镜类似可引起增加光 照度或减小探测器面积的作用。 （1）光束在光锥内的传播。 （90°－α）＋（90°－i1）＋（90°－uˊ）＝180° 所以 i1＝90°－uˊ-α 按外角等于两内角之和关系，则有 u1ˊ＝90°－i1＋α＝uˊ＋2α 依次有 i2＝90°－uˊ-3α u2ˊ＝uˊ＋4α
2
D d
1
2
1 2
F F
1
2 0 2 1
透镜成像器件
9.浸没透镜 浸没透镜也是二次性聚光元件。它是由球面和平面组成 的球冠体，如图3－7所示。
图3－7 浸没透镜
透镜成像器件
10.阶梯透镜（菲涅耳透镜） 阶梯透镜是有“阶梯”形不连续表面的 透镜；“阶梯”由一系列同心圆环状带区构成，故又称环带透镜。
(1)显微镜物镜。物镜（objectives）是显微镜的核心光学部件，显微 镜的放大倍数、分辨本领、色差与像差的校正状况、工作距离等，都 有直接由物镜来决定。显微镜物镜是显微镜中对微细物体成首次放大 像的透镜组。因此首要的问题是要对物体的微细结构有足够的分辨能 力。显微镜的分辨本领由物镜决定，有如下关系 σ＝0.61λ/nsinu
反射元器件
图3－17 利用作图法设计光锥
（3）实心圆锥体光锥。实心光锥设计于空心光锥类似，只是多了入 射和出射时的两次折射。当入射角不大时， uc=n(90°-i1 c-α)=nucˊ（实心光锥） ucˊ＝90°-i1 c-α（空心光锥）
反射元器件
在使用实心光锥时，还应注意：（1）光锥材料的选择。注意使用波 段及透射比是否满足要求，光锥不宜太长；（2）为减小反射时的反 射损失，光锥外要镀高反射层，并减小反射次数。可利用全反射，但 只能在前几次反射中实现；（3）光锥材料与元件折射率的匹配，两 者间光胶连接，不发生全反射。
第三章 光电成像系统基础
§3.1 光学元器件 §3.2 典型光学元件的物像关系 §3.3 光学系统的参数
§3.4 像差
§3.5光辐射的调制
光电探测系统在光电信息技术中的主要作用就是 发射和接收辐射通量，并把目标的辐射、反射以 及散射会聚到探测器的光敏面上，而且要求有良 好的成像质量。光敏面接收到的辐射、反射以及 散射信号经探测器转换成相应的电信号输出。光 学系统是由光学元器件构成，光学元器件质量的 好坏直接影响着光学系统的成像质量、探测精度 和准确度。要将光学系统接收的光辐射通量转变 成电信号输出，必须对光辐射通量进行调制。本 章主要围绕光电成像系统的任务，讨论常用的光 学元器件的作用，系统参数及像差、典型光学系 统的组成等问题，本章最后一部分还将讨论光学 调制问题。