光学基础知识66196知识讲解
光学基础知识详细版.pptx
2. 物像关系基础公式
• 高斯公式：
p 为物距，q 为像距，f 为焦距
在一般摄影时像距其实与焦距非常接近， 但是在微距摄影时，像距则可能大于焦距，此 时放大率会超过 1。利用高斯公式其实也可以 导出放大率公式：
放大率 M﹦p/q
2. 色差
• 透镜最主要像差一般为色差，大家都知道三棱 镜会将白光分散为光谱，透镜的侧面看来其实 也像棱镜，所以会有色差，红光波长较长，结 果红光焦点就比蓝光焦点长，因此焦点不在同 一平面上，所以目镜看红光影像清晰，蓝光影 像就不清晰，反之亦然，用没有消色差的透镜 当物镜就会看到物体镶了红边或蓝边，不够清 晰。
称轴线 今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、
二、成像基本概念 1、透镜类型 正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜
会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转
负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜
发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转
2、透镜作用－－－成像
1. 焦距
在单透镜而言，如果窗外景物够远，那么透镜到倒立影像之距离 可视为焦距。如要更确实的量测，可以对着太阳在地面呈像，再 量测透镜到影像的距离。
• 要知道真正的焦距，还有一个方法，就是用物距与像距来计算， 因为物距与像距的比与物高与像高的比值是一样的，物高可以找 一个已知高度的物体，像高可以量测，物距可以量测，像距就可 以计算出来，而物距超过焦距五十倍以上时，算出来的像距已经 极接近焦距的数值。
第五节 光学系统类别和成像的概念
各种各样的光学仪器 显微镜:观察细小的物体 望远镜:观察远距离的物体
各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜
光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求
光学体系知识点梳理总结
光学体系知识点梳理总结一、光学基础知识1. 光的本质光是电磁波的一种，是一种由电场和磁场交替而成的波动现象。
光是由光源发出，经过介质传播，最终影响我们的视觉系统。
2. 光的特性（1）波动特性：光具有波动性，可以表现为干涉、衍射、偏振等现象。
（2）微粒特性：光也具有微粒性，可以用光子模型解释光电效应、康普顿效应等现象。
3. 光的传播（1）直线传播：在均匀介质中，光沿着直线传播，遵循光的直线传播定律。
（2）折射现象：当光线从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，遵循折射定律。
（3）反射现象：当光线从介质表面反射时，遵循反射定律。
4. 光的颜色白光是由所有可见光波长组成的，当光通过色散介质时，不同波长的光会按不同程度发生偏折，从而产生色散现象。
5. 光学仪器（1）凸透镜：透镜是一种光学元件，可以将平行入射的光线聚焦或发散。
（2）凹透镜：凹透镜同样可以将平行入射的光线聚焦或发散，与凸透镜形成对称。
（3）棱镜：通过对光的折射和衍射，可以实现光的分光和复合。
二、光学成像1. 成像原理成像是光学系统中非常重要的一部分，成像原理是指当物体放在一定位置时，通过透镜、镜面等光学元件可以在另一位置产生与实物相似的像。
2. 透镜成像透镜成像是指通过透镜实现对物体的成像，分为凸透镜和凹透镜成像。
3. 成像公式成像公式是描述透镜成像的数学关系式，可以根据物距、像距、焦距等参数计算成像的位置和大小。
4. 像的性质像的性质包括实像与虚像、正像与负像、放大与缩小等，是成像过程中需要了解的重要内容。
5. 透镜组成像透镜组成像是指通过不同透镜的组合实现对物体的成像，常见的透镜组包括双凸透镜组、凹凸透镜组等。
6. 成像畸变（1）球差：由于透镜的非理想性，会出现球差现象，导致成像的模糊和色差。
（2）色差：不同波长的光经过透镜时折射角度不同，会导致色差现象，影响成像的清晰度。
三、光学仪器1. 望远镜望远镜是一种基于透镜或镜面的光学仪器，可以放大远处物体的像，包括折射望远镜和反射望远镜。
光学基础知识详细版
光学基础知识详细版一、光的本质光是一种电磁波，是自然界中的一种能量传递形式。
光的本质可以通过波动理论和粒子理论来解释。
波动理论认为光是一种波动现象，具有波长、频率、振幅等特性；粒子理论则认为光是由光子组成的，光子是光的能量载体。
二、光的传播光在真空中的传播速度是恒定的，约为299,792,458米/秒。
光在不同介质中的传播速度不同，这是由于介质的折射率不同所致。
当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，即光线方向发生改变。
三、光的反射和折射光的反射是指光线在遇到界面时，按照一定规律返回原介质的现象。
光的折射是指光线在通过两种不同介质的界面时，传播方向发生改变的现象。
光的反射和折射遵循斯涅尔定律，即入射角和折射角满足一定的关系。
四、光的干涉和衍射光的干涉是指两束或多束相干光波相遇时，由于光波的叠加，形成新的光强分布的现象。
光的衍射是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，发生弯曲并绕过障碍物传播的现象。
五、光的偏振光的偏振是指光波的振动方向具有一定的规律性。
自然光是由无数个振动方向不同的光波组成的，因此不具有偏振性。
当光波通过某些特殊材料或经过反射、折射等过程后，可以形成具有一定偏振性的光波。
六、光的吸收和发射光的吸收是指光波在传播过程中，能量被物质吸收的现象。
光的发射是指物质在吸收光能后，以光波的形式释放能量的现象。
光的吸收和发射遵循一定的规律，如光的吸收强度与光的频率有关，光的发射强度与物质的性质有关。
七、光的成像光的成像是指利用光学系统（如透镜、反射镜等）使物体发出的光波或反射的光波在另一位置形成实像或虚像的过程。
光的成像原理是光的折射和反射现象，通过光学系统可以实现对物体形状、大小、位置的观察和研究。
八、光的测量光的测量是光学研究中的重要内容，主要包括光强、光强分布、波长、频率、相位等参数的测量。
光的测量方法有直接测量和间接测量两种，直接测量是通过光学仪器直接测量光波参数，间接测量是通过测量光波与物质相互作用的结果来推算光波参数。
光学基础知识点总结
光学基础知识点总结一、光的基本特性光是电磁波的一种，具有波粒二象性，既具有波动性，也具有粒子性。
光的波长决定了它的颜色，波长越短，频率越高，颜色就越偏向紫色；波长越长，频率越低，颜色就越偏向红色。
媒质对光的传播起到了阻碍的作用，阻碍的程度由折射率决定。
在真空中，光速是最高的，为3.0×10^8m/s。
二、光的传播光在真空中的传播速度是最快的，当光通过不同介质时，光速会减慢，并且折射。
光的折射是由于光速在不同介质中的差异导致的，根据折射定律，入射角和折射角之比等于两种介质的折射率之比。
当光从光密介质射向光疏介质时，入射角大于折射角；反之，当光从光疏介质射向光密介质时，入射角小于折射角。
这就是为什么水池里的东西看上去都有些歪的原因。
三、光的反射和折射光的反射是指光线从一种介质透过到另一种介质时，遇到界面时发生的现象。
根据反射定律，光线的入射角等于反射角，反射定律表明入射角和反射角是相等的。
光的折射是指光在通过两种介质的分界面时，由于介质折射率的不同，在两种介质中的传播方向发生改变的现象。
四、光的干涉和衍射光的干涉是光波相互叠加，在波峰与波谷相遇时叠加会增强，而在波峰与波峰相遇时叠加会减弱。
光的干涉现象有两种：一种是菲涅尔干涉，一种是朗伯干涉。
光的衍射是指光波通过一道障碍物，由于波的直线传播受到限制，在障碍物边缘处波前发生变形，这种现象就是衍射。
光的干涉和衍射是光学中非常重要的现象，也是很多光学仪器（如干涉仪、衍射光栅等）的原理基础。
五、光学成像光学成像是指通过光学器件将物体的形象投射到屏幕或者成像器件上的过程。
根据成像光学器件的不同，光学成像可以分为透镜成像和反射镜成像。
在透镜成像中，成像的原理是由于透镜对光的折射性质，使得光线汇聚或发散从而产生物体的形象。
在反射镜成像中，成像的原理是由于反射镜对光的反射性质，使得光线经过反射后，同样能够形成物体的形象。
光学成像技术在医学、军事、天文学、摄影等领域都有着非常重要的应用。
光学教程知识点总结
光学教程知识点总结光学是物理学的一个分支，研究光的产生、传播、探测和应用。
光学的研究对象包括光的发射和吸收、光的传播、光与物质的相互作用等。
光学在现代科学技术领域中具有非常重要的地位，并且在日常生活中也有着广泛的应用。
下面将对光学的一些基本知识点进行总结。
一、光的波动特性1. 光的波动模型光是一种电磁波，具有波动特性。
光的电场与磁场互相垂直并在空间中传播，这两个相互垂直的场构成了横波。
光的波动模型可以用来解释光的干涉、衍射等现象。
2. 光的波长和频率光的波长是指在空间中波峰到波峰（或波谷到波谷）之间的距离，通常用λ表示。
光的频率是指单位时间内波峰通过的次数，通常用ν表示。
光的波长和频率之间有着确定的关系，即λν=c，其中c是光速。
3. 光的干涉和衍射当光通过两个或多个狭缝时会产生干涉现象，即光的波峰和波谷相遇，会相互叠加和抵消。
光的衍射是指光在通过狭缝或物体边缘时发生偏离直线传播的现象。
4. 光的相位和相速光的波动模型中，相位是指光波在空间中的位置，可以用来描述光波的相对位移；相速是指光波传播的速度，是光波正弦波前进速度的大小。
二、光的粒子特性1. 光的光子理论20世纪初，爱因斯坦提出了光子的概念，认为光呈现出波粒二象性，既可以看作是波动，也可以看作是微粒。
光子是光的能量的量子，具有一定的能量和动量。
2. 光的光电效应光的光电效应是指当光照射到金属表面时，会引起电子的逸出现象。
如果光的波长小于一定值，金属才会发生光电效应。
光电效应的现象可以用光子理论来解释。
3. 光的康普顿散射康普顿散射是指X射线或γ射线与物质发生散射的现象。
康普顿发现，X射线与物质发生散射时，散射光子的波长发生变化，这一现象可以用光子理论来解释。
三、光学成像1. 光学成像理论光学成像是指利用光的传播特性，通过光学系统将物体的信息传递到感光介质上，形成物体的像。
根据成像原理，可以分为点成像和像差的理论。
根据成像方向，又可以分为远成像和近成像。
光学必备知识点总结图解
光学必备知识点总结图解光学是研究光的传播、反射、折射以及与物质相互作用的一门学科。
在现代科技中，光学应用广泛，包括光纤通信、激光技术、光学显微镜、望远镜、光学测量等方面。
因此，了解光学的基本知识对于我们理解现代科技、发展科学技术至关重要。
在本文中，将对光学的基本知识点进行总结，包括光的性质、光的传播、折射、反射、色散、光学仪器等方面的知识点，希望对读者有所帮助。
一、光的性质1. 光的波动性光具有波动性质，即光是以波的形式传播的。
光波的传播方式可以用波长、频率、波速来描述。
光的波长决定了光的颜色，不同波长的光对应不同的颜色。
波长和频率之间有着一定的关系，即速度等于波长乘以频率。
在真空中，光的波速是一个恒定值，即光速等于约299，792，458米/秒，记作c。
2. 光的粒子性光也具有粒子性质，即光是由一些微小的粒子组成的。
这些粒子被称为光子，是光的一个基本单位。
光的粒子性质可以用来解释一些光学现象，如光电效应、康普顿散射等。
3. 光的干涉和衍射干涉是指两束相干光叠加在一起时会产生明暗条纹的现象。
衍射是指光通过狭缝或物体边缘时会发生偏折的现象。
这两个现象是光的波动性质的重要体现。
二、光的传播1. 光的直线传播在均匀介质中，光沿着一条直线传播。
这是光学的一个基本原理，也是光学成像的基础。
2. 光的折射当光线从一种介质射入到另一种介质中时，光线会发生折射。
折射定律表明了入射角、折射角和介质折射率之间的关系。
这个定律对于理解光在介质中的传播有着重要的意义。
3. 光的反射当光线与界面垂直入射时，光线会发生反射。
反射定律规定了入射角和反射角之间的关系。
反射还可以产生镜面反射和漫反射两种形式。
三、光的折射1. 透镜透镜是一种光学器件，主要分为凸透镜和凹透镜两种。
透镜可以将平行光线汇聚成一个点，也可以将一点光源产生的光线汇聚成一个点。
透镜的焦距决定了透镜的成像性能。
2. 成像原理成像原理是指由透镜成像的规律。
通过透镜，可以将物体成像到焦平面上，形成实物像或虚物像。
1.光学基础知识
1.光学基础知识光，作为一种自然现象，对我们的生活至关重要。
它不仅是生物视觉的基础，也是我们周围许多事物的存在方式。
了解光学基础知识是理解我们周围世界的关键。
1、光的基本性质波动性：光作为一种电磁波，具有波动的性质。
这意味着光在传播时会像其他波一样，在空间中传播振荡的能量。
粒子性：尽管光具有波动性，但它也表现出粒子（或量子）的性质。
这种粒子被称为光子，是光的能量单位。
速度：光在真空中的速度是恒定的，约为3×10^8米/秒。
在其他介质中，光的速度会降低。
2、光学基础知识反射：当光遇到物体表面时，会按照入射角等于反射角的规律反射。
这就是为什么我们能看见物体。
折射：当光从一种介质进入另一种介质时，例如从空气进入水，其传播方向会发生改变。
这是因为光的速度在不同介质中是不同的。
散射：当光遇到微小颗粒时，它可能会向各个方向散射。
这种现象解释了为什么天空是蓝色的。
干涉和衍射：当两束或多束相干光波相遇时，它们会相互加强或抵消，形成明暗相间的干涉条纹。
衍射则是光绕过障碍物边缘传播的现象，例如光通过细缝时的弯曲。
颜色：我们看到的各种颜色是由不同波长的光引起的。
可见光的波长范围大约在400纳米（蓝色）到780纳米（红色）之间。
光学仪器：望远镜、显微镜、眼镜、相机等都是利用光学原理制造的设备。
它们帮助我们更好地观察和理解世界。
视觉：人类的视觉系统通过眼睛接收并处理来自周围的光信息，使我们能够看到周围的世界。
了解视觉过程对于理解光学原理至关重要。
3、应用光学在现代生活中有着广泛的应用，不仅在科学研究和工程领域，也涉及到日常生活的方方面面。
以下是一些光学应用：通信技术：光纤通信利用光的传输性质来实现高速、大容量的数据传输。
这是现代通信网络的基础。
医学诊断和治疗：光学仪器如显微镜、内窥镜和激光治疗设备等在医学领域有广泛应用。
它们帮助医生进行精确的诊断和治疗。
环境监测：光谱分析等光学技术用于检测空气、水和土壤中的污染物，有助于环境保护和治理。
光学必学知识点总结
光学必学知识点总结导言光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射和色散等规律的科学。
它是物理学的一个重要分支，也是一门应用广泛的学科，涉及到光学仪器、光学应用、光学材料等多个领域。
光学的发展对人类的生产生活以及科学研究起到了至关重要的作用。
本文将重点总结光学的一些必学知识点，包括光的性质、光的传播、光的反射和折射、光的干涉与衍射、光学仪器以及光学应用等内容。
一、光的性质1. 光的波动性和粒子性光既具有波动性，又具有粒子性。
根据光线和波动理论，光的波动性可以解释光的干涉、衍射等现象；而根据光子理论，光的粒子性可以解释光的能量传播和光的光电效应现象。
2. 光的频率和波长光是一种电磁波，其波长和频率是其两个最基本的特征。
波长决定了光的颜色，频率决定了光的能量。
不同波长的光对应了不同的可见光谱，而不同频率的光对应了不同的光子能量。
3. 光的速度光在真空中的速度为299792458米/秒，通常简写为c。
光在介质中的速度会随着介质的折射率而变化。
根据折射定律，光在不同介质中传播时会发生折射。
二、光的传播1. 光的直线传播在一定范围内，光线可以近似地看作直线传播。
这是光学成像的基础，也是光的反射和折射规律的基础。
2. 光的散射光在遇到粒子或不均匀介质时会发生散射。
散射是导致天空呈现蓝色的主要原因之一，也是光学成像中的一种干扰。
3. 光的色散色散是指光在通过不同介质或经过光学仪器时，由于介质折射率与频率的不同，导致不同波长的光被分散开来，形成光谱。
4. 光的吸收与透射介质对于光的能量有吸收和透射两种行为。
光在经过物质时，一部分能量会被物质吸收，一部分会被物质透射，这是理解光与物质相互作用的重要基础。
三、光的反射和折射1. 光的反射规律光线在与平面镜、曲面镜等物体接触时，会发生反射。
根据反射定律，入射角等于反射角。
这是镜子成像的基础。
2. 光的折射规律光在穿过介质表面时，会发生折射。
入射光线与法线的夹角和折射光线与法线的夹角之比等于介质的折射率。
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光学基础知识66196
光学基础学习报告
一、教学内容：
光电镜头是用来作为光电接收器（CCD,CMOS）的光学传感器元件。
光学特性参数：
1、焦距EFL（学名f’）
是指主面到相应焦点的距离（如图1.1）
图1.1
每个镜片都有前后两个主面－前主面和后主面（放大率为1的共轭面）。
相应的也有两个焦点－前焦和后焦。
凸透镜：双凸；平凸；正弯月（如图1.1）
图1.2
凹透镜：双凹；平凹；负弯月
图1.3
折射率实际反映的是光在物质中传播速度与真空中速度的比值关系。
薄透镜：)]1()1[()1('12
1R R n f -⨯-==
Φ Φ—透镜光焦距； f ’—焦距； n —折射率；
R 1,R 2－两球面曲率半径
厚透镜：2
1221)1()]1()1[()1('1R nR d
n R R n f -+
-⨯-==Φ d －中心厚度
干涉仪与光距座可以量测f ’,R1,R2,d →利用上述的公式可以计算出n 值，从而来确定所用材料。
A 、 EFL 增加，TOTR （光学总长）增加；要降低TOTR 就必须降低EFL ，但EFL 降低，像高就要降低
B 、 EFL 与某些象差相关
C 、 EFL 上升将使F/NO 增大
D 、 EFL ，FOV （视场角）和IMA （像高）三者间有关系
tanFOV ⨯=EFL IMA －铁三角关系
EFL 的增大（减小）会使像高变大（小），为了保持像高，就必须要增大（减小）FOV ，然而FOV 的增大会使得REL （相对照度）的数值增大。
2、BFL 后焦距（学名后截距）
图2.1
3、F 数（F/NO ）
D
f NO F '/=
f ’－FEL D 入－入瞳直径
入瞳为光阑经其前方光学镜片所成的像，反映进入光学系统的光线 A 、 与MTF 相关，F/NO ↑，则MTF ↑；反之下降 B 、 与景深相关，F/NO ↑，则景深↑，反之下降 C 、 与象差相关，F/NO ↑，则象差↓，反之增加 D 、 与光通量相关，F/NO ↑，则光通量↓，反之增加
对于光电镜头，F/NO 最大在2.8～3.5之间（经验值）允许有±5%的误差，在物方有照明时，F 数可根据照明的照度情况来增大 4、视场角FOV （2ω），半视场角FOC/2（ω）
物镜在其接收元件上成像的空间范围称为视场角。
其一半为半视角，最佳
在55°（经验值）左右。
y’＝f’×tanω
A、FOV与象差相关，FOV↑，轴外象差↑，MTF↓（变得很差）
B、FOV与相对照度REL相关，FOV↑，相对照度REL↓
C、FOV与主光线角度相关，FOV↑，主光线角度要变大
D、FOV与EFL,TOTR和IMA相关
E、FOV与DIST畸变相关，FOV↑，畸变迅速增大
像高由sensor对角线的长度来决定（如图5.1）
OA=OB=IMA/2
AB=IMA
A、像高与EFL,FOV有关；sensor确定之后，IMA
就确定了，根据铁三角关系公式EFL和FOV只
能给定一个，如果SPEC图给定的数值不符合
铁三角关系，工程师不可能按SPEC完成设计工作，即使勉强完成结果
也不理想。
B、IMA与光线角度相关
C、IMA与TOTR相关
6、光学总长TOTR:
图6.1
光学系统的最佳光学总长：TOTR=25~35mm,TOTR越短越难控制，相差越大
手机：TOTR<7mm
DSC：TOTR<10~12mm
7、相对照度：
E=E轴×cos4ω=E轴×cos4（FOV/2）
A、REL与FOV相关
B、REL与主光线角度相关
C、REL与EFL,TOTR和IMA间接相关
要提高E就要增大轴外相差从而使得光照均衡
主光线角：主光线是物发出经过孔径光阑轴心的光线，有无数条。
此光线与光轴的夹角即为主光线角。
如图7.1中是两条边缘主光线，θ为主光线角。
要求物边缘在象场与光轴夹角θ越小，为了达到这种目的，要将光学系统设计成为象方远心光路，即光阑前面是负透镜组，后面正透镜。
为了平衡正组的相差光阑放置在正组透镜的前焦点上。
8、光学透镜结构（图8.1）
图8.1
孔径光阑：限制进入光学系统的光通量，
低通滤波片：低频光完全通过，高频光截止
IR：红外截止，一般采用晶体制作
需要指出的就是：对于非球面
1)通过调节解决球差
2)在一定条件下，解决象散
一定条件是指和光阑位置配合地好，近光阑解决轴上象差，远处光阑解决轴外象差
9、新技术－技术发展趋势
1)二元光学：可以消除色差和球差，相对照度在视场重100％，MTF值也提
高，不过制造的成本比较高
2)液体透镜：
通过对特殊材料做成地液体通电，使得液体外型发生改变，效果就实现类似眼睛的调节方式。
二、心得体会：
温故而知新，通过张教授生动的授课强化了我在学校中学习的光学基础知识，加上张教授联系实际深入浅出的解释，让我了解到了光学知识与现实之间的关系。
我本身虽学习过整个光学体系，但比较理论化，加上张教授的写实版授课，能帮助我更快的进入工作角色，更快地学以致用。
我的工作发展方向是模具设计，但光学理论可以帮助我更好地完成平时的工作。