应用光学0524-12
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应用光学课程设计报告
再考虑周视情形，假设直角棱镜 1 绕 y 轴转动。根据棱镜转动定理，可以判 断经过直角棱镜 1、2 像空间旋转的情况。假设经过 1、2，y 轴的像为 y12 轴。像 空间先绕 y12 轴逆时针转动(-1)n-1θ，再绕 y 轴逆时针转动 θ 角。如图 2 所示。第 一个转动通过后面的系统后能在观察的时候实现水平周视。 而第二个转动是多余 的，所以需要通过棱镜 2 的转动来抵消。为抵消这个转动，把棱镜 2 绕光轴逆时 针转动角 α。如图 3 所示。根据棱镜转动定理，转动轴和光轴同向，n 为奇数， 像绕光轴逆时针转动 2α。因为此时光轴与 y 轴反向，所以最后通过棱镜 2 像空 间绕 y 轴顺时针转动了角 2α。 因此只需要 2α=θ， 恰好能抵消棱镜 1 产生的第二 个转动。换句话说，棱镜 2 的转角应为棱镜 1 的转角的一半。
3.共轴系统和棱镜系统的组合
保护玻璃：保护玻璃是一种高强度、耐划伤玻璃，主要用于电子、电器、仪 器仪表、显示器保护屏等。起到保护作用。在这里，保护玻璃放在直角棱镜 1 的前方。 望远物镜：为避免破坏系统的共轴性，共轴球面系统的光轴和棱镜的入射表 面要垂直。因此，将物镜放在道威棱镜后。 分划板和望远目镜：根据开普勒式望远镜的原理，分划板应放在物镜像方焦 平面，在目镜前。所以在下端直角棱镜后分别放置分划板和目镜。 孔径光阑的选择：为了使系统中各个光学零件的尺寸比较均匀，应该把孔径 光阑选在合理的地方。这里选择道威棱镜。因为在相同的通光口径下，道威棱镜 的体积最大。因此希望它的通光口径尽量小。同时，它位于前面四个光学零件的 中间位置，其他光学零件和它比较靠近，当斜光束通过时，他们的孔径比轴向光 束的口径加大较少。 至此，周视瞄准镜的最终原理图及系统结构已全部确定，如图 4 所示。
火炮周视瞄准镜初步设计
《应用光学》2010年总目次
２ ０ ０年 总 目 次 １
光 电 系统 与 工 程 武 装 直 升 机 光 电 系 统 发 展 与对 策 …… …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 纪 明 ， 培 忠 ， 飞 综 合 孔 径 成 像 技 术 实 验研 究 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 王 长 伟 ，－ ２ ， 月松 ， 丽 ， 云 涛 （ ； ） ｒ 刘 何 １ ８ 折 ／ 混合 超 轻 小 型 投 影 式 头 盔 光 学 系 统 设 计 … … … … …… …… … … … … … 范 海 英 ， 宝颍 ， 衍 张 杨 嘉 ， 治 国 （ ；３ 郑 １１） 折 射 率 偏 离 一 的 平 板 成 像 特 性 及 改 善 … … … …… …… … … … … … … … … … 梁斌 明 ， 翠 雅 ， １时 姚 李 卓 ， 松 林 （ ；９ 庄 １１ ） 基 于 多 重 结 构 的 平 显 视 差 仪 中 内调 焦 物 镜设 计 … … … … …… …… … … … … … 刘 钧 ， 晓 舟 ， 晓 呜 ， 号 召 （ ；４ 左 吴 李 １２ ） 种 新 型 挡 光 环 的设 计 … … … … … …… …… … … … … … … … … … … 杨 利 华 ， 学 武 ， 舜 京 ， 向明 ， 刚毅 （ ；９ 樊 余 张 邹 １２ ） 基 于 Ｚ ＭＡＸ 的 手 机 摄像 镜 头 设计 … … … … … … … … … … … 宋 东王 张 萍 ， Ｅ 番， 王 诚， 张韧 剑 ， 兆 玉 ， 任 白晋 涛 （ ；４ １３ ） 种 高 星等 标 准 星 光 模 拟 器 的 设 计 与 性 能 分 析 … … … … … … … … … … … … … … … … 冯 广 军 ， 马 臻 ， 英 才 （ ；９ 李 １３ ） 磁 约束 磁 控 溅 射 源 的磁 场 设 计 … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … 弥 谦 ， 建奇 （ ； ３ 袁 １４ ） 数 字 化 光 学 元 件 中黑 栅 效 应 的 研 究 … … … … … …… …… … … … … … … … … … … … … … … … … 荆 汝 宏 ， 子 强 （ ； ７ 黄 １４ ） 大 型地 面测 量 设 备 动 态 检 测 装 置 的 设 计 … … … … … … … … … …… … 何 煦 ， 琦 ， 湘衡 ， 陈 沈 韩 冰 ， 洪 涛 （ ；６ ） 马 ２ １ ９ 基 于孔 径 分 布概 念 的全 景 系 统 光 学 设 计 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… 吴振 宇 ， 明 （ ；７ ） 高 ２ １ ４ 基 于 Ｆ Ｇ 的 Ｆ Ｏ 准 同步 数 字 复 接 器 的 实 现 … … …… …… … … … … … … … … … … 侯 风 乾 ， 子 立 ， 博 瑞 （ ； ８ ） Ｐ Ａ Ｓ 宁 毕 ２ １ ０ 种 印刷 机 滚 筒 表 面 位 置 偏 差 的高 精 度 光 电 测 量 系统 … … … … … … … … … 杨 宇峰 ， 长缨 ， 圆 Ｉ ， 陈 孙 ｔ 肖勇 盛 （ ；８ ） ｉ １ ２ １ ５ 种斜 入射 Ｆ Ｐ型 薄 膜 滤 光 片 消 偏 振 设 计方 法 … … … … … … … …… …… … … … … … 王 种 ， 继 红 ， — 刘 王 刚 （ ；９ ） ２ １ ０ 基 于 Ｉ ｇ ｔ 平 面 反射 镜 轻 量 优 化 设 计 … …… … … … … … … … … … … … … … 李 元 ， 明 印 ， ｓｈ 的 ｉ 焦 罗传 伟 ， 王 涛 （ ；９ ） ２ １ ４ 基 于 Ｐ Ｃ 和 无 线 传 感 器 网 络 的光 电监 测 系统 构 建 … … … …… …… … … … … … … … … 胡 大 军 ， 晗 平 ， Ｌ 昊 张 焱 （ ；９ ） ２ １ ８ 基 于线 阵 Ｃ Ｄ 反 狙 击探 测仪 的研 制 … … … … … … … … … … … … … 毕 博 瑞 ， Ｃ 薛常 佳 ， 谷 衡 ， 晓 辉 ， 风 乾 （ ；０ ） 张 侯 ２ ２ ３ 立 方棱 镜 二 向色 分 光 膜 消 倍 频 反 射 峰 的 设 计 …… … … … … 张建 付 ， 崇 民 ， 明 伟 ， 晓 云 ， 永 强 ， 万 虎 （ ；０ ） 杨 李 韩 刘 张 ２ ２ ７ 采 用 高传 导 率 银 铜 镍 网格 电极 的柔 性 聚 合 物 太 阳 能 电 池 杨 少鹏 ， 柴老 大 ， 占峰 ， 贤 豪 ， 竞 ， 晓 苇 ， 广 生 （ ；１ ） 李 刘 邹 李 傅 ２ ２ ０ 非 球 面 手机 屏 幕 放 大 镜 的 设 计 … … … … … … … … … … …… 李 翔 ， 陶育 华 ， 苏彬 彬 ， 郑 博 ， 忠 武 ， 逸 夔 （ ；１ ） 麻 张 ２ ２ ５ Ａ０Ｔ Ｆ成 像 光 谱 仪 光 机 系 统设 计 … … … … … … … … … … … … …… … 常 凌 颖 ， 葆 常 ， 跃 洪 ， 赵 邱 汶德 胜 ， 萌 源 （ ；４ ） 吴 ３ ３ ５ 长 波 红 外大 视 场 大 相 对 孔 径 光 学 系 统 设 计 … … … …… … … 陈 潇 ， 建峰 ， 小龙 ， 佶 珂 ， 建伟 ， 瑜 （ ；５ ） 杨 马 何 何 白 ３ ３ ０ 光 学 被 动式 和机 电式 组 合 消 热 差 方 法 的 研 究 …… … … … … … … … … … … … … … … … … …… 王 学 新 ， 明 印 （ ； ５ ） 焦 ３ ３ ４ 宽谱 段 光 学 系统 消 二 级 光 谱 的设 计 … … … … … … … … … …… …… … … … … … … … … 王 美钦 ， 忠厚 ， 王 白加 光 （ ；６ ） ３ ３ Ｏ 款 超 薄非 球 面手 机 镜 头 设 计 … … … … … … … … … … … … … …… …… … … … … … … 黄 航 星 ， 伟 民 ， 金 鲁 丁 （ ；６ ） ３ ３ ５ 单 色 平 面波 从 各 向 同性 介 质 入 射 到 晶体 界 面 上 折 射 波 的求 解 方 法 …… …… … … … … 王春 阳 ， 林初 善 ， 利 宏 （ ；７ ） 党 ３ ３ ０ 基 于 纯 位相 液 晶空 间光 调 制 器 的可 变 焦 透 镜 的 实 现 … … … … …… … 林培 秋 ， 朝 福 ， 展 斌 ， 应 徐 庞 辉， 楼 帆 （ ；７ ） ３ ３ ６ 球 面 壳 体上 平 面光 学 窗 Ｅ设 计 方 法 … … … … …… …… … … 崔 海 云 ， 培 国， 渝 琳 ， 勤 学 ， ｌ 陆 郭 李 王 虎， 马优 恒 （ ；８ ） ３ ３ １ 航 天 遥 感器 三反 同轴 系统 遮 光 罩 程 序 自动 化 设 计 … … … … … …… …… … … … … … … 廖 志波 ， 瑞敏 ， 文 春 （ ；８ ） 伏 焦 ３ ３ ５ 汽 车前 照灯 用 Ｌ Ｄ光 源 的光 学 设 计 … … … … … … …… …… … … … … … … … … … … 陈益 民 ， Ｅ 聂 蓉 ， 黄 杰 （ ； ９ ） ３ ３ ０ 光 电导 天线 产 生 太 赫 兹 波 的研 究 … …… … … … … … … … … … … … … … … … … …… …… … … 肖 健 ， 高爱 华 （ ；９ ） ３ ３ ５ 交 变磁 场对 电子 罗 盘 姿 态 输 出精 度 影 响 的 定 量 分 析 … … … … …… … 张 威 ， 卫 红 ， 利 锋 ， 晓 东， 汤 郝 梁 江 涛 （ ； Ｏ ） ３ ４ Ｏ 三 光路 共 轴 望 远 系 统 的研 制 … … … …… …… … … … … … … 汪光 骐 ， 朱 军 ， 江 超， 金 迪， 徐 峰， 俞本 立 （ ；１ ） ４ ５ ７ 连续 变 焦 距 镜 头 结 构 设 计 及 焦 距 实 时 输 出 分 析 … … … … …… …… … 乔 健 ， 曹立 华 ， 崔 爽， 施 龙， 张 磊 （ ；２ ） ４ ５ １ 大 视场 大相 对 孔 径 双 波 段 夜 视 Ｒ ｃ 系 统 设 计 … … … … … … … … … … … … … 蔡 占恩 ， — 刘朝 晖 ， 黄 静， 牛金 星 （ ；２ ） ４ ５ ５ 新 型强 度 检 测 型 表 面 等 离 子 共 振 传 感 器 的研 究 … … … … … … … … … … … … 刘 瑾 ， 海 珊 ， 海 马 ， 刘 杨 陈 军 （ ；２ ） ４ ５ ９
光 电 系统 与 工 程 武 装 直 升 机 光 电 系 统 发 展 与对 策 …… …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 纪 明 ， 培 忠 ， 飞 综 合 孔 径 成 像 技 术 实 验研 究 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 王 长 伟 ，－ ２ ， 月松 ， 丽 ， 云 涛 （ ； ） ｒ 刘 何 １ ８ 折 ／ 混合 超 轻 小 型 投 影 式 头 盔 光 学 系 统 设 计 … … … … …… …… … … … … … 范 海 英 ， 宝颍 ， 衍 张 杨 嘉 ， 治 国 （ ；３ 郑 １１） 折 射 率 偏 离 一 的 平 板 成 像 特 性 及 改 善 … … … …… …… … … … … … … … … … 梁斌 明 ， 翠 雅 ， １时 姚 李 卓 ， 松 林 （ ；９ 庄 １１ ） 基 于 多 重 结 构 的 平 显 视 差 仪 中 内调 焦 物 镜设 计 … … … … …… …… … … … … … 刘 钧 ， 晓 舟 ， 晓 呜 ， 号 召 （ ；４ 左 吴 李 １２ ） 种 新 型 挡 光 环 的设 计 … … … … … …… …… … … … … … … … … … … 杨 利 华 ， 学 武 ， 舜 京 ， 向明 ， 刚毅 （ ；９ 樊 余 张 邹 １２ ） 基 于 Ｚ ＭＡＸ 的 手 机 摄像 镜 头 设计 … … … … … … … … … … … 宋 东王 张 萍 ， Ｅ 番， 王 诚， 张韧 剑 ， 兆 玉 ， 任 白晋 涛 （ ；４ １３ ） 种 高 星等 标 准 星 光 模 拟 器 的 设 计 与 性 能 分 析 … … … … … … … … … … … … … … … … 冯 广 军 ， 马 臻 ， 英 才 （ ；９ 李 １３ ） 磁 约束 磁 控 溅 射 源 的磁 场 设 计 … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … 弥 谦 ， 建奇 （ ； ３ 袁 １４ ） 数 字 化 光 学 元 件 中黑 栅 效 应 的 研 究 … … … … … …… …… … … … … … … … … … … … … … … … … 荆 汝 宏 ， 子 强 （ ； ７ 黄 １４ ） 大 型地 面测 量 设 备 动 态 检 测 装 置 的 设 计 … … … … … … … … … …… … 何 煦 ， 琦 ， 湘衡 ， 陈 沈 韩 冰 ， 洪 涛 （ ；６ ） 马 ２ １ ９ 基 于孔 径 分 布概 念 的全 景 系 统 光 学 设 计 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… 吴振 宇 ， 明 （ ；７ ） 高 ２ １ ４ 基 于 Ｆ Ｇ 的 Ｆ Ｏ 准 同步 数 字 复 接 器 的 实 现 … … …… …… … … … … … … … … … … 侯 风 乾 ， 子 立 ， 博 瑞 （ ； ８ ） Ｐ Ａ Ｓ 宁 毕 ２ １ ０ 种 印刷 机 滚 筒 表 面 位 置 偏 差 的高 精 度 光 电 测 量 系统 … … … … … … … … … 杨 宇峰 ， 长缨 ， 圆 Ｉ ， 陈 孙 ｔ 肖勇 盛 （ ；８ ） ｉ １ ２ １ ５ 种斜 入射 Ｆ Ｐ型 薄 膜 滤 光 片 消 偏 振 设 计方 法 … … … … … … … …… …… … … … … … 王 种 ， 继 红 ， — 刘 王 刚 （ ；９ ） ２ １ ０ 基 于 Ｉ ｇ ｔ 平 面 反射 镜 轻 量 优 化 设 计 … …… … … … … … … … … … … … … … 李 元 ， 明 印 ， ｓｈ 的 ｉ 焦 罗传 伟 ， 王 涛 （ ；９ ） ２ １ ４ 基 于 Ｐ Ｃ 和 无 线 传 感 器 网 络 的光 电监 测 系统 构 建 … … … …… …… … … … … … … … … 胡 大 军 ， 晗 平 ， Ｌ 昊 张 焱 （ ；９ ） ２ １ ８ 基 于线 阵 Ｃ Ｄ 反 狙 击探 测仪 的研 制 … … … … … … … … … … … … … 毕 博 瑞 ， Ｃ 薛常 佳 ， 谷 衡 ， 晓 辉 ， 风 乾 （ ；０ ） 张 侯 ２ ２ ３ 立 方棱 镜 二 向色 分 光 膜 消 倍 频 反 射 峰 的 设 计 …… … … … … 张建 付 ， 崇 民 ， 明 伟 ， 晓 云 ， 永 强 ， 万 虎 （ ；０ ） 杨 李 韩 刘 张 ２ ２ ７ 采 用 高传 导 率 银 铜 镍 网格 电极 的柔 性 聚 合 物 太 阳 能 电 池 杨 少鹏 ， 柴老 大 ， 占峰 ， 贤 豪 ， 竞 ， 晓 苇 ， 广 生 （ ；１ ） 李 刘 邹 李 傅 ２ ２ ０ 非 球 面 手机 屏 幕 放 大 镜 的 设 计 … … … … … … … … … … …… 李 翔 ， 陶育 华 ， 苏彬 彬 ， 郑 博 ， 忠 武 ， 逸 夔 （ ；１ ） 麻 张 ２ ２ ５ Ａ０Ｔ Ｆ成 像 光 谱 仪 光 机 系 统设 计 … … … … … … … … … … … … …… … 常 凌 颖 ， 葆 常 ， 跃 洪 ， 赵 邱 汶德 胜 ， 萌 源 （ ；４ ） 吴 ３ ３ ５ 长 波 红 外大 视 场 大 相 对 孔 径 光 学 系 统 设 计 … … … …… … … 陈 潇 ， 建峰 ， 小龙 ， 佶 珂 ， 建伟 ， 瑜 （ ；５ ） 杨 马 何 何 白 ３ ３ ０ 光 学 被 动式 和机 电式 组 合 消 热 差 方 法 的 研 究 …… … … … … … … … … … … … … … … … … …… 王 学 新 ， 明 印 （ ； ５ ） 焦 ３ ３ ４ 宽谱 段 光 学 系统 消 二 级 光 谱 的设 计 … … … … … … … … … …… …… … … … … … … … … 王 美钦 ， 忠厚 ， 王 白加 光 （ ；６ ） ３ ３ Ｏ 款 超 薄非 球 面手 机 镜 头 设 计 … … … … … … … … … … … … … …… …… … … … … … … 黄 航 星 ， 伟 民 ， 金 鲁 丁 （ ；６ ） ３ ３ ５ 单 色 平 面波 从 各 向 同性 介 质 入 射 到 晶体 界 面 上 折 射 波 的求 解 方 法 …… …… … … … … 王春 阳 ， 林初 善 ， 利 宏 （ ；７ ） 党 ３ ３ ０ 基 于 纯 位相 液 晶空 间光 调 制 器 的可 变 焦 透 镜 的 实 现 … … … … …… … 林培 秋 ， 朝 福 ， 展 斌 ， 应 徐 庞 辉， 楼 帆 （ ；７ ） ３ ３ ６ 球 面 壳 体上 平 面光 学 窗 Ｅ设 计 方 法 … … … … …… …… … … 崔 海 云 ， 培 国， 渝 琳 ， 勤 学 ， ｌ 陆 郭 李 王 虎， 马优 恒 （ ；８ ） ３ ３ １ 航 天 遥 感器 三反 同轴 系统 遮 光 罩 程 序 自动 化 设 计 … … … … … …… …… … … … … … … 廖 志波 ， 瑞敏 ， 文 春 （ ；８ ） 伏 焦 ３ ３ ５ 汽 车前 照灯 用 Ｌ Ｄ光 源 的光 学 设 计 … … … … … … …… …… … … … … … … … … … … 陈益 民 ， Ｅ 聂 蓉 ， 黄 杰 （ ； ９ ） ３ ３ ０ 光 电导 天线 产 生 太 赫 兹 波 的研 究 … …… … … … … … … … … … … … … … … … … …… …… … … 肖 健 ， 高爱 华 （ ；９ ） ３ ３ ５ 交 变磁 场对 电子 罗 盘 姿 态 输 出精 度 影 响 的 定 量 分 析 … … … … …… … 张 威 ， 卫 红 ， 利 锋 ， 晓 东， 汤 郝 梁 江 涛 （ ； Ｏ ） ３ ４ Ｏ 三 光路 共 轴 望 远 系 统 的研 制 … … … …… …… … … … … … … 汪光 骐 ， 朱 军 ， 江 超， 金 迪， 徐 峰， 俞本 立 （ ；１ ） ４ ５ ７ 连续 变 焦 距 镜 头 结 构 设 计 及 焦 距 实 时 输 出 分 析 … … … … …… …… … 乔 健 ， 曹立 华 ， 崔 爽， 施 龙， 张 磊 （ ；２ ） ４ ５ １ 大 视场 大相 对 孔 径 双 波 段 夜 视 Ｒ ｃ 系 统 设 计 … … … … … … … … … … … … … 蔡 占恩 ， — 刘朝 晖 ， 黄 静， 牛金 星 （ ；２ ） ４ ５ ５ 新 型强 度 检 测 型 表 面 等 离 子 共 振 传 感 器 的研 究 … … … … … … … … … … … … 刘 瑾 ， 海 珊 ， 海 马 ， 刘 杨 陈 军 （ ；２ ） ４ ５ ９
应用光学课件-PPT
4)若视阑为长方形或正方形,其线视场按对角线计算。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。
应用光学【第二章】第四部分
应用光学讲稿
平行光管：能够产生人造无限远目标的仪器
例：一平行光管焦距为550毫米，分划板上一对间隔为 13.75毫米的刻线经被测透镜后，所成像的大小为2.4毫 米，求被测透镜的焦距 。 解：
y0 f tg '0
' 0
y' f tg '0
' 测
yo y' ' ' fo f测
13.75 2.4 ' 550 f测
' y2 f ' tg 375tg (1.2) 7.853mm
分划板直径为：
' D分 2 ymax 2[375tg (2.5)] 32.75mm
应用光学讲稿
无限远的像所对应的物高计算公式 无限远的轴外像点对应一束与光轴有一定夹角的平行 光线，我们用光束与光轴的夹角ω'来表示无限远轴外 像点的位置。ω'的符号规则同ω。 根据光路可逆定理，很容易得到
l
2.轴向放大率：
l '2 l2
3.角放大率：公式形式不变。
应用光学讲稿
三种放大率之间的关系 前面已经得到，三种放大率之间存在以下关系：
.
由物像空间不变式还可以得到垂轴放大率和角放 大率之间的下列关系 y ' nu n 1 . y n' u ' n '
或者
n . n'
n' 1 f ' r (50) 100 n'n 1 1.5 f' n' f n f 150
xJ f ' , F J，距离 100，可找出 J与球心C重合 xJ ' f , F ' J '，距离 150，可找出 J ' 与球心C重合
第一章应用光学
22
Applied Optics
第一章
几何光学基本原理
Applied Optics
23
第一章 几何光学基本原理
光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统
24
Applied Optics
1-1
光波和光线
在工农业,科学技术以及人类生活的各个领域,使 用着种类繁多的的光学仪器,如望远镜,显微镜, 投影仪等. 光学系统:千差万别 但是其基本功能是共同的:传输光能或对所研究的 目标成像. 研究光的传播和光学成像的规律对于设计 光学仪器具有本质的意义!
12 Applied Optics
光的本质
1678年惠更斯从声和光某些现象的相似 性出发,认为光是在一种特殊弹性媒质中传 播的机械波.这个理论也能解释光的反射和 折射等现象.但惠更斯没有把波动过程的特 性给予足够的说明,也没有指出光现象的周 期性,没有提到波长的概念,而且认为光是 纵波.因而他的理论是很不完善的.
光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统
43
Applied Optics
1-4
光路可逆和全反射
一,光路的可逆性原理 光的直线传播定律,独立传播定律,折射和反 射定律是几何光学的基本定律,是研究光线传 播和成像问题的基础. ※从上述定律可以得到光线传播的一个重要原 理—光路的可逆性原理.利用这一原理,可以 由物求像,也可以由像求物.
34 Applied Optics
第一章 几何光学基本原理
光波和光线 几何光学基本定律 光路可逆和全反射 光学系统类别和成像的概念 理想像和理想光学系统
35
西安应用光学研究所光学校准检测实验室认可的检测能力范围
Transmittance
transmittanc
Glass
e
No. CNAS L0794
第 5 页 共 21 页
ISO/IEC 17025 认可证书
CNAS-PD19/06-A/1
Products， №
Materials
Items, Parameter,
№
Name
Code of Name，Code of Specification, Restriction
or
Note
Field
Standard or Method Used
Limitation
Infrared 1 Imaging
System
Optical 2
System
1
NETD
2
SiTF
3
MTF
GJB3965 -2000 General Specification of
Targeting Pod FLIR Q/AG J087-2006
Curvature
1
1601 National Standard Optical only for
Radius
Plate
concave
1
Resolution
Brightness 2
Gain
Equivalent 162205 3 Background
Illuminance
Ratio of Signal 4
or
Note
Field
Standard or Method Used
Limitation
10 Filter Glass 1
Spectral Property
第1章 应用光学 赵存华 著
1.2.1 光线和光束
镜头（lens）系统又称为光学系 统(optical system)，在理想成像时 其波前要么是平面，要么是球面。 如图1.7所示，第一张图为平行光 会聚于像方焦点处，第二张图为有 限远物点成像于有限远像点，第三 张图为物方焦点发出的光线平行于 光轴射出。
1.2.2 光速
光波在透明均匀介质中是沿常用英文字母v表示
1.1.2 电磁波谱
400～760nm
380～760nm 390～780nm
1nm 103 μm 106 mm 109 m
1.1.2 电磁波谱
在电磁波谱里，可见光大约在380～760nm之间，按波长从长到 短依次分别呈现红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色。这七种 色光其实分界并不完全准确，因为两种色光之间的界限本身就不明 显，过渡是一种渐进的过程。
标识 h G F’ F e d D C’ C r
光谱线 Hg（紫外） Hg（蓝）
Cd（蓝） H（蓝） Hg（绿） He（黄） Na（黄） Cd（红） H（红） He（红）
1.1.4 视见函数
人的眼睛对可见光波段每一个波长的敏感度是不一样的，人眼 对中间555nm的黄绿光最敏感，波长向两边扩展时，人眼的敏感度 会迅速降低。如果定义555nm的敏感度为1的话，那么其他光线的敏
光具有波粒二相性
1.1.1 光是什么
图1.3 光的波粒二相性
1.1.2 电磁波谱
1865年，麦克斯韦总结了电磁学理论，提出了麦克斯韦方程组。 从方程组出发可以推导出电磁波传播方程。在传播方程中，真空中 电磁波的速率为
c 1
0 0
这与1850年傅科测得的光速v=298000km/s非常接近。所以麦克斯 韦预言：光是一种电磁波。
应用光学第七章理想光学系统的分辨率
球差－系统对轴上物点单色粗光束，成像时所产生的 像差，分两种：
1、轴向球差 2、垂轴球差
L'L'l' T'L'taun '
下面讨论：球差的表示方法及一般特性
LLl
轴向球差
说明
(1) 球差是轴上点唯一 的单色象差。
(2) L是孔径的函数，即由轴上一点发出的光线，角U不 同，通过系统后有不同的 L 值 由此可见：有许多的 L 值
应用光学
Applied Optics
像差与像质评价
➢理想光学系统的分辨率
1、光学系统成像：
n -u A
2、衍射成像：
n’
umax’
A’
➢成像质量评价
分辨率检验 使用密集线条的图案作为物平面，经过系统成像后， 在像平面上检查所分辨的最小间隔作为该系统分 辨率的指标。
星点检验
检验时使用带有微孔的星点板，一般用眼睛直接观 察星点板的星点像，对于显微物镜等小像差系统主 要看星点像的大小和形状
由两部分组成：一部分是折射面本身所产生的球差 L ；另
一部分是折射面的物方球差乘以该面的转面倍率或者轴向放
大率。
L L L
nusinU
LnsuiU nLL
nusiU n
nusinU
n u 1 2 Ss U n uL i s in n U ns LU u L i n n u s U L i n 12 S
象散
它是轴外斜光束缩到无限细以后，虽然由于光束不对称 引起的彗差不存在了，但象散和象面弯曲是存在的。
入射光瞳
A
a z
B t
•
B s
S s1 •
•
•B s 2
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二、光学系统景深。 条件：入瞳大小确定，位置确定，确定的接收器（如成像后为人眼观 察） 。 定义：景深---空间清晰成像的深度。 远景：能成清晰像的最远平面。远景距离 P1，从入瞳算起； 远景深度为 1 ，由对准平面到远景。 近景：能成清晰像的最近平面。近景距离 P2，由入瞳算起； 近景深度为 2 ，由对准平面到近景。 景深可表示为： 1 2 物斑： （ab）z1，z2 2 像斑： ( ab) z1 , z 由于对准平面与景像平面共轭，则有：
D tg1 tg
遮光罩入射孔径： D1
D
tg 1 tg tg 1 tg
ω：系统的视场半角； ω1：通过系统入瞳边缘的光线和 光轴间最大的夹角 D：入瞳直径 2、在镜简内设置消杂光光阑。
物方孔径角： 轴上物点和入瞳边缘的连线与光轴的夹角U。 像方孔径角： 轴上像点和出瞳边缘的连线和光轴的夹角 U′。 相对孔径： D 入瞳直径与焦距的比
y ，要求 y
准确， ，
l l
一般调整 l ，保证 l 固定。 但实际中，调整 l 保证 l ，但使物体的像落在分划板 上是很困难的，这就使物的像与分划板不重合，当不重合 时，便会产生读数误差。 如图所示情形是不重合时，使读数（标尺面上）值大于 真实像高值。
消除“视差”产生的测量误差，即由于物体放置位置不精确，使 像偏离分划板，不与分划板重合的方法： 设计成物方远心光路！ 具体设计方案： 在物镜像方焦点处设置孔径光阑， P133 之图 5-21。 如 这样，孔径光阑成为该系统的出射光瞳，由共轭关系则入射光瞳在物 方无限远处。由此可控制经物镜后主光线的方向，使主光线总成为分 划板上弥散斑的中心。 物方主光线平行于光轴，主光线的会聚中心在物方无穷远，故称 物方远心光路。而像方的主光线则必经过物镜的像方焦点。 这样，在物方远心光路中，主光线的 方向不随物体位置而变化。由于控制了 像方主光线的方向，虽然像距稍有误差， 使像与分划不重合，而存在视差，但由于 读出的是弥散斑中心的数值，因而读数仍 不变化。即读的是投影像的中心。
A p ：入瞳面积
D
几何渐晕系数：
k A Ap
五、举例： 不同系统中，渐晕情况不同 显微系统中无渐晕； 望远镜中，允许 50%渐晕； 放大镜中无视场光阑。
§ 消杂光光阑 5-5 一、杂散光的产生及其影响 杂散光产生的原因： 1）非成像光束通过仪器内壁及元件折、反射后进入像面； 2）成像光束在仪器内、元件上的折、反射形成杂散光； 3）光学元件不符合标准而引起的杂散光。 杂散光的分类：一、二次，高次杂散光 由仪器内壁，元件等一次折、反射射向像面的、且在视场角以内 的非成像光线——一次杂散光。 一次杂散光再经历一次上述过程即二次杂散光。 以次类推——高 次杂散光。 危害：减小图像的对比度，淹没了图像的细节，降低了成像质量。 减少杂散光的方法： 1）设计光学系统时，在满足成像要求的前提下尽可能减少折射面以 减少折射面产生反射的机会； 2）可使透镜的口径大一些以减少透镜边缘产生的散射； 3）镜筒设计中应增加消杂光光阑或加工内螺纹；
z 2 a 2
p 2 近景深度： 2 2 a p
景深即为 ： 1 2
4 ap 2 4 a 2 p 2 2
讨论： （1）若 为任一接收器分辨率，则为相应接收系统的景深； （2）入瞳直径为 2a，换算为孔径角 U（2a=2ptgU） 则：
四、渐晕系数 实质说明有多大宽度的轴外光束参与成像 通常用线渐晕系数。
k 2b 2h
2b:子午面内斜光束宽度。
2h：子午面内轴上点光束宽度。 （理想情况下出瞳面上的光束宽度之比！ ） 如在入射光瞳平面时，
k D D
D
：斜光束在入瞳处的垂轴宽度 ：入瞳直径
A ：斜光束在入瞳面上的截面积
§ 5-4 渐晕光阑 一、轴外点光束渐晕 渐晕光阑：产生渐晕的光阑（结果拦截轴外点光束，使其小于轴上物 点成像光束） 。 入射窗：渐晕光阑被前面光学元件在物空间所成的像； 出射窗：渐晕光阑被后面光学元件在像空间所成的像； 分析： （1）三者共轭 （2）入、出射窗分别在物、像空间拦截轴外点成像光束。 （3） 可能有多个渐晕光阑 （光学系统中， 渐晕光阑多为透镜框） 。
[例题]P131，之例题，由题目的分析可得到如下的两条结论： 结论：1）在正确透视距离，观察照片时（讨论问题） ，则景深与透镜 焦距无关，只与孔径有关； 2）但多数情况下所允许的景像平面上的弥散斑不能超过某一 数值 （对确定的对准平面） 此时景深与焦距、 ， 孔径都有关。 ——这在实际应用中要注意！ 因为：
4 p tgU 4tg 2U
2
（3）若想远景深度 1 ，即对准平面以远都能成清晰像。
2a p 此时： p2 a ,即从 p2 a 都能成清晰像。
则需 2 a p
0,
景深则是： 则： p2
2a
a
， （大）（景深很大）
（4）若 p ，即对准平面在无穷远处。
tg y p y y y D
则有：
D
pp
此时要分辨两点，允许的散斑直径： （以下不考虑符号）
z ( z1 z 2 ) D p z ( z1 z 2 ) z p
像面上人眼分辨弥散斑允许直径 对准平面上人眼分辨弥散斑允许直径
P114，图 5-8 的说明： 1）透镜 L1 边框拦截光束下半部 该系统有两个渐晕光阑， （第一、 透镜 L2 边框拦截光束上半部 第二渐晕光阑） 。 2）透镜 L1 本身在物空间，应为第一入窗，在物空间限制下边缘光束； 透镜 L1 被后面元件成像应为第一出窗， 在像空间限制下边缘光束； 3） L2 本身在像空间，应为第二出窗，在像空间限制上边缘光束； L2 被前面元件成像应为第二入窗，在物空间限制上边缘光束。
§ 5-8 远心光路 ――指主光线的会聚中心在无穷远的光路 用于测量仪器，消除视差引起的测量误差，提高测量精度。 视差：在测量仪器中，用来读数的分划板与目标的像不重合， （如指 针和表盘不重合）引起读数误差。 在进行尺度测量的光学仪器中，其原理基本有两种情况： （1）通过测量像高，求其物高，工具显微镜等。 （2）测量已知长度的物体（像高） ，求物体所在的距离， 如大地测量仪器，经纬仪。 一、物方远心光路 （轴外点的光束中心是相同的） 用于对物体大小 y 的测量，途径是测量像高。
结论：1）当系统存在渐晕时，视场没有确定的界线；只能是对确定 的渐晕，有确定的视场大小； 2）存在渐晕时，轴上物点像亮，边缘像点逐渐变暗； 3）渐晕产生的原因多是透镜框； 4）透镜横向尺寸 渐晕小，渐晕越大 透镜横向尺寸越小； 5）可利用渐晕拦截像差大的成像光束——提高成像质量。 6）当一个系统的入瞳入窗的位置与大小确定后，物体上各点 的成像光束情况也就确定了！ 三、消除渐晕的条件 如图：由几何关系， B1 B3 M 2 ~ P2 P1M 2
z1 z1 z z2 2
根据几何原理：
z1 2 a p1 p p1 p1 p p1
（1）
z1 2 a
z2 2a
同理可知：
p p2 p2
p p2 z 2 a 2 p2
(2)
ห้องสมุดไป่ตู้
已知， z1 , z 2 为点时，方可清晰成像。 根据光学系统及其用途不同， z1 , z 2 的大小也可不同。 研究：在正确透视距离时 D（ω=ω 眍）,用人眼进行观察时。 正确透视距离的理解:使照片上图像各点对眼睛的张角与用眼睛直接 观察该空间物体时各对应点对眼睛的张角相等,符合该条件 的距离。 设:眼睛的分辨率为 1 ( 眼 1) 而对不同接收器 不同.
2a
即从 p2
都能成清晰像，景深
2a
（景深比（3）略小）
实际应用中： a)景深是成清晰像的范围，成像供眼睛观察（ 1 ） ； b)对探测系统，探测的是像时，同样有景深问题；要对相应的接收器 讨论景深，ε则为接收器的分辨率； c)CCD 图像传感器，通常在测量中作为接收器，要求光学系统的像质 与 CCD 匹配。 （指二者的分辨率） 2 ap p 2 p2 1 2a z2 2 a p
由（1） （2）可得：远景距离： p1
z1 2 a p1 p p1 p1 p p1 z1 2 a
2 ap 2 a z1
近景距离： p2 远景深度： 1
2 ap 2a z2
p 2 2 a p
（A）
z2 2a
p p2 p2 p p2 p2
B1 B3 P ( q ) q q p q .2 a
B1 B3 2 a
当 q=p 时，则 B1 B3 =0 即 B1 B3 渐晕区为零，物面上 AB1 内无渐晕，相当于入窗在物平面上， 出射窗与像面重合，像面上有清晰的边界。
讨论：1）系统没有渐晕光阑，只有视场光阑；B1 点以外对成像无贡 献。 2）系统内的渐晕（视场）光阑通过其前面光组成像在物面上， 通过后面光组成像在像面上。 3）入窗不与物面重合（q≠p） ，就存在渐晕，存在 B1 点以外 的轴外光束参与成像。 分析： 视场光阑在像平面无渐晕时， （1） 视场光阑严格限制视场大小； （2）有视场光阑，但也有渐晕光阑，必先确定渐晕大小，再确 定相应视场； （3）没有视场光阑，渐晕光阑限制视场，但亦应先确定渐晕， 再确定相应视场。
f
物方视场角： 入窗边缘对入瞳中心的张角。 当物体在无限远时，常用视场角表示系统的视场，以2ω表示。 当物体在有限远时，常用物高表示视场，称为线视场， 以2y表示。 像方视场角： 出窗边缘对出瞳中心的张角。
§ 5-7 光学系统的景深（——可成清晰像的范围） 一、光学系统的空间像 以前研究共轭像，一个物点对应一个像点，一个物面对应一个像面。 如放映物镜及照相制版物镜。 实际中是空间物成像，立体——平面，如望远镜，照相物镜。 把空间一定范围内的物体成像在一个平面上， 称为平面上的空间 像（投影像） 。 对准平面与景像平面共轭。 （景像平面的共轭面称为对准平面） 。 （1） p, p 为透视中心（投影中心） 。 （2）主光线为投影线 （3）投影在物平面上。 （4）再成像在景像平面上 B1 B0 （ B0 实际为物小斑的像斑） 。 （空间成像）特点：物为弥散圆斑、 像为弥散圆斑、且都以主光线为中心。 接收器（感光器件） ，如人眼等有一定的分辨极限，因而就允许 有一定的弥散存在，只要在允许范围内就认为是一个清晰像。