几何光学课件第四章分解

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《光学》全套课件 PPT

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τ
cosΔ
dt =0
τ0
I = I1 +I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和,
无干涉现象
2、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后
I =I1 +I2 +2 I1I2 cosΔ 位相差恒定,有干涉现象
若 I1 I2
I =2I1(1+cosΔ
)
=4I 1cos2
Δ 2
Δ =±2kπ I =4I1
r2
§1-7 薄膜干涉
利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和 折射,可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。
一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉
在一均匀透明介质n1中
放入上下表面平行,厚度
为e 的均匀介质 n2(>n1),
用扩展光源照射薄膜,其
反射和透射光如图所示
a
n1
i
a1 D
B
n2
A
n1 C
2、E和H相互垂直,并且都与传播方向垂直,E、H、u三者满 足右螺旋关系,E、H各在自己的振动面内振动,具有偏振性.
3、在空间任一点处
εE = μH
4、电磁波的传播速度决定于介质的介电常量和磁导率,

u= 1 εμ
在真空中u= c =
1 ≈3×108[m ε0μ0
s 1]
5、电磁波的能量
S
=E
×H ,
只对光有些初步认识,得出一些零碎结论,没有形
成系统理论。
二、几何光学时期
•这一时期建立了反射定律和折射定律,奠定了几何光学基础。
•李普塞(1587~1619)在1608年发明了第一架望远镜。
•延森(1588~1632)和冯特纳(1580~1656)最早制作了复 合显微镜。 •1610年,伽利略用自己制造的望远镜观察星体,发现了木星 的卫星。 • 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律

教科版高中物理选择性必修第一册精品课件 第四章 本章整合

教科版高中物理选择性必修第一册精品课件 第四章 本章整合
S、T处各插一枚大头针,使S挡住Q、P的像,T挡住S
及Q、P的像。从水中取出木板,画出直线ST,量出图
sin
中的角 i、r,则水的折射率 n=

sin
(b)
3.视深法

原理:利用视深公式 h'= 。

方法:在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆,在水面上方吊一根
针,如图(c)所示。调节针的位置,直到针尖在水中的像与看
方法:如图(a)所示,在一盛满水的烧杯中,紧挨杯口竖直插一刻度尺,在刻度
尺的对面观察水面,能同时看到刻度尺在水中的部分和露出水面部分的像,
若从P点看到刻度尺在水下最低点的刻度B的像B'(折射
成像)恰好跟刻度尺在水面上刻度A的像A'(反射成像)重
合,读出AC、BC的长,量出烧杯内径
2
d,即可求出水的折射率 n=
1
面,该种材料的折射率 n= 3,AC 是一半径为 R 的4圆弧,O 为圆弧的圆
心,ABCO 构成正方形,在 O 处有一点光源。从点光源射到圆弧 AC 的光线进
入透明材料后首次射向 AB 或 BC 界面时,有一部分不能从 AB 或 BC 界面直
接射出。下面的问题只研究进入透明材料后首次射向 AB 或 BC 界面的光线,
3
光线垂直于 AB 射出,且由几何关系可得 AF= a
8
3
即出射点在 AB 边上离 A 点 a 的位置。
8
(a)

如果入射光线在法线的左侧,光路图如图(b)所示。
设折射光线与AB边的交点为D。由几何关系可知,在D点的入射角θ=60°

1
设全反射的临界角为 C,则 sin C=


由⑤式和已知条件得C=45°⑥

几何光学第四章

几何光学第四章

M
N A´
——轴外光束决定 孔径光阑的位置
M´ N´
二、渐晕光阑
(Vignetting stop)
1、渐晕现象:像平面的边缘比中间暗(离轴物点)。
(渐晕光阑)
2、渐晕系数:
K
D D
一般允许达到0.5
三、照相系统的光阑总结
孔径光阑在物镜中的位置 1、根据轴外光束的像质选择孔径光阑位置; 2、轴外点成像光束宽度取决于孔径光阑、渐晕光阑均有关; 3、感光底片边框,即视场光阑; 4、孔径光阑一般为圆形,视场光阑为圆形或者矩形。
B' A'
O'2
ω
O1
O2
P'
B
入 射 窗 A O'2 O1
出 射 光 瞳
孔 径 光 阑
入 射 光 瞳
B'
P'' ω' P
O2
P'
ω
B
A'
入射窗边缘对入瞳中心的张角为物方视场角 2 ,同时也决定 了视场边缘点。视场光阑经后面光学零件所成的像即为出射窗, 出射窗对出瞳中心的张角即为像方视场角 。 ' 2
c.在光学设计时,可以合理设置孔径光阑位置用以校正像差.
d. 各光学元件的口径匹配。
4、主光线(Chief ray)
★定义:离轴物点发出的、通过孔径光阑中心的光线。 出瞳
Q 1
L1
孔径光阑 L 2
Q1
入瞳
Q 1
B
A
Q
Q
Q2
Q
A
B
C
Q 2
Q2
★ 主光线的入射、出射部分各自通过入瞳及出瞳的中心。

几何光学-第四章 光阑

几何光学-第四章 光阑

CCD偏左
2019/11/10
CCD偏右
没 有 远 心 镜 头
加 上 远 心 镜 头
20
场镜
• 在某些连续成像的组合系统中,为了使前透镜组的出射 光束都能进入后透镜组,可能要求后透镜组口径加大很 多。
• 为了不使后透镜组口径过大,常在中间的实像平面上加 入一块透镜,使前组的出射光束主光线,经透镜后,通 过后透镜组的中心,从而大大减小后组透镜的口径。
• 在大多数的计量光学仪器中,其孔径光阑(或出瞳) 常安置在显微镜物镜或投影物镜像方焦平面上以形成 物方远心光路以提高观测精度。
• 在光学仪器中常采用另一种光路→像方远心光路 • 它是孔径光阑(或入瞳)安置在整个光组的物方焦平
面上形成的
2019/11/10
15
这种光学系统因为出瞳位于像方无限远处,平行于光 轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心,因此称 为像方远心光路。
2019/11/10
21
后组
前组
B'
B ''
A
B
A' A ''
(a)
前组
场镜
后组
A ''
A
B
B ''
这种和像平面重合,或很靠近像平面的透镜称为场镜。
2019/11/10
22
第二节 视场光阑
• 光学系统的成像范围是有限的,能清晰成像的 范围在光学系统中称为视场。 • 照相机中底片框限制了被成像范围的大小 • 工具显微镜中分划板的直径决定成像物体的 大小
物平面 入窗
• 入射窗和物平面相重合 出瞳 • 或者把视场光阑设置在
像平面上
• 视场具有清晰的界限

4.几何光学讲解

4.几何光学讲解

4.3.2 孔径光栏、入瞳和出瞳
物面中心点 A经系统成像于 A‘,其成像光束受限制的最小的圆 为 P,称为“孔径光栏”
P经系统前部的像为 P‘,称为入瞳,经后部的像为 P“,称为出瞳, 显然所有通过孔径光栏的光线必定都通过入瞳和出瞳。入瞳和出瞳互 为物像关系。
对于边缘的物点 B,通过入瞳的光线可能不能完全通过孔径光 栏和出瞳,称为有“渐晕”(见下文讨论),但对于一个设计得较好 的光学系统,渐晕不应该很大。
远心光路的一个用途是控制光束粗细,以适应光学元件的大小(如用在 有双折射滤光器的光路);另一个用途是当存在失焦时,像点的中心距(A"-
B")将不会改变,因此适合某些测量仪器。
4.4 近轴光路和理想光路的计算公式
4.4.1 同轴光路、近轴光路和理想光路
同轴光路是一种应用最广的光学系统,望远镜系统多属于同轴光 路。
实际的同轴光路计算要用三角函数。但如将孔径角和视场角均限 制得很小时,角度的正弦值或正切值可以用弧度值代替,于是光路计 算就大为简化,这样的光路称为“近轴光路”。
近轴光路对于光路的方案设计、外部参数计算(如焦距、截距、 像的高度、放大率、组合光学系统参数等)非常有利。
至于实际光路对于近轴光路在计算结果上的差异则可以归为光学 设计的"像差修正"的程度。
对于由多圈子镜组合起来的大型主镜,除中间一块子镜外,多数子 镜的对称轴与理论曲面的旋转轴是不重合的,称为“偏轴”曲面。
天文望远镜反射式光路常见的曲面及其组成的系 统
4.3 视场和孔径
如将光学系统看成一块没有厚度的透镜,则很容易区分“视场” 和“孔径”的不同概念。其区别在于:视场是从“镜头中心”出发向 观测物张开的角度,它表示可以观测的范围;而孔径是从物面(或像 面)上的一点出发向“镜头”张开的角度,它表示成像光束的粗细 (即反映光能量的集中程度)。

第四章 光现象(单元解读课件)八年级物理上册(人教版2024)

第四章 光现象(单元解读课件)八年级物理上册(人教版2024)

内容分析
第4节 光的折射
光的折射是生活中很常见的光学现象,在本节之前,学生 已经对光现象有了一定的认识。在教学过程中可以稍作铺垫就 直奔主题,带领学生探究光折射的相关规律,并在得出规律后 进一步深入讲解光的折射特点的广泛应用。
本节的教学要以物理实验为基础,让学生在观察现象的过 程中发现问题、提出问题并开展探究、解决问题。
本章主要内容是光的传播和色散,而彩虹现 象中蕴含了以上两方面知识。
内容分析
第1节 光的直线传播
本节是学生学习光学知识的第一课。光的直线传播是几何光学的基 础,又是研究光的反射、折射现象的必备知识。建议教师设计一系列 的实验,引导学生得出光的直线传播的规律。在教学过程中要结合实 验和日常生活中的应用,用光的直线传播解释影子、日食和月食等生 活中和自然界中的重要现象。使学生对光的直线传播规律有更全面、 更深刻的认识,激发学生学习光学知识的兴趣。应当向学生指出:人 们之所以能看到物体是由于有光进入眼睛而引起的一种感觉;眼睛是 人类感知物质世界的五种感觉器官之一(眼睛—视觉、皮肤—触觉、 鼻子—嗅觉、耳朵—听觉、舌头—味觉)。要注意纠正学生认识上的 一个误区:人的眼睛会发光。
八年级上册 •人教版
第四章 光现象
单元解读
雨过天晴,一道彩虹挂在天空,它的美丽和神奇曾引起人 们无限的遐想。是谁在天空架起了这样色彩缤纷的桥梁?在我国 神话中,女娲炼五色石补天,彩虹即五色石发出的彩光。
当通过实验在阳光中找到这些色彩时,人们才逐渐揭开了彩 虹的神秘面纱。现在我们也一起来探索绚丽多彩的光背后的奥 秘吧!
学习目标
节次
学习目标
第5节 光的色散
1. 通过观察生活中的一些现象,知 道太阳光是由色光组成的。
2. 通过实验了解太阳光是由红、橙、 黄、绿、蓝、靛、紫七色光组成的。

《几何光学》PPT课件

《几何光学》PPT课件

0
sin 1
r
sin 1
sin(
cos1
z)
r0
sin( Az )
29
表明光线在光纤中是弯曲的,正弦振荡 其Z向空间周期为:
L cos1 2
若考虑近轴光线(与光纤轴夹角很小)cos1 1, 在轴上一点所发出的近轴光线都聚焦在z 2 点。
有自聚焦效应,可用来成像等
30
其数值孔径也定义为光纤端面处介质折射率与最大 接光角正弦的乘积。
Outline of Geometric optics
几何光学的三个基本定律 费马原理 近轴成像理论
1
几何光学
以光线概念为基础研究光的传播和成像规律,光线 传播的路径和方向代表光能传播的路径和方向。
作为实验规律,三定律是近似的,几何光学研究 的是光在障碍物尺度比光波大得多情况下的传播 规律。这种情况下,相对而言可认为波长趋近于 零,几何光学是波动光学在一定条件下的近似。
n(0) cos1 n(r) cos n(rmax )
1
n2 (r)
cos2 n2 (0) cos2 1
28
路径光线在某点的斜率
dr dz
tg
1
(cos2
1
1) 2
dz
n(0) cos1
dr
[n2 (r) n2 (0) cos2 1]1 2
z r dr cos1 arcsin( r )
光在介质中走过的光程,等于以相同的时间在真空中走过的
距离。光在不同介质中传播所需时间等于各自光程除以光速
C
s s L t l
V cn c
c
32
n1 S1 n2
S2
Av
v2

几何光学完整PPT课件

几何光学完整PPT课件
3. 物空间(不论是实物还是虚物)介质的折射率是指实际入射光 线所在空间介质折射率,像空间(不论是实像还是虚像)介质的 折射率是指实际出射光线所在空间介质的折射率。
4. 物和像都是相对某一系统而言的,前一系统的像则是后一系统 的物。物空间和像空间不仅一一对应,而且根据光的可逆性,若 将物点移到像点位置,使光沿反方向入射光学系统,则像在原来 物点上。这样一对相应的点称为“共轭点”。
1. 共轴球面系统的结构参量: 各球面半径:r1 、 r2 …… rk-1 、 rk 相邻球面顶点间隔:d1 、 d2 …… dk-1 各球面间介质折射率:n1 、 n2 …… nk-1 、 nk n 、 k+1
精选
31
2. 转面公式
原则:前一折射面的象为后一面的物 ,前一面的象空间为后一面的物空间
4. C-球心 r-球面曲率半径 I 、I′-入、折射角
5. A 、A′-物点、象点 L、L′-物距、象距
精选
20
2. 符号法则(便于统一计算) 规定光线从左向右传播
a)沿轴线段 L、L′、r 以O为原点, 与光线传播方向相同,为“+” 与光线传播方向相反,为“-”
b)垂轴线段 h 在光轴之上,为“+” 在光轴之下,为“-”
例:某物体通过一透镜成像后在透镜内部,透镜材 料为玻璃,透镜两侧均为空气。问该像所处的空间 介质是玻璃还是空气?
4 5
6
3 2 1
位标器动平衡调试系统光源
第二章 球面与共轴球面系统
§ 2-1 光线光路计算与共轴光学系统
共轴球面系统— 光学系统一般由球面和平面组成, 各球面球心在一条直线(光轴)上。
精选
28
2. 轴向放大率:光轴上一对共轭点沿轴移动量之间的比值
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Df' 756.82mm F 11
l2
Mp2 Df'Mp
0.6m
l1
Mp2 Df'Mp
1.48m
p1p l13.4m 8
p2p l21.4m
l l1 l22 .0m 8
Df' 7513.4mm F 5.6
l2
Mp2 Df'Mp
0.36m
l1
Mp2 Df'Mp
0.55m
p1p l12.5m 5
• 这种测量方法的测量精度在很大程度上取决于像平面与刻尺平面的重合 程度。
物镜 A
分划板
y
B’
B y’
A’
• 由于景深及调焦误差,不可能做到真正的重合,会引起一些误差。
• 像平面与分划板不重合的现象称为视差。
• 由于视差而引起长度测量误差可由下图来说明。
出瞳 P1’
物体像
B1’
M1
-Uz’ Z’
P2’

• 如果入瞳位置对于物

准 平
S1

入出 射射 光光 瞳瞳
像 平 面
方空间点(即景物)
A S2
A’
位置发生变化,则景
P
象也随之变化
• 投影中心作前后移动
时,投影像的变化和
景物是不成比例的, 这种现象称为景象畸 A
P’ P
A’
变,也称为透视失真

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视见函数
§5-2 光传播过程中光学量的 变化规律
三、余弦辐射体 • 特点
1 发光强度空间分布为余弦分布 2 在各方向的光亮度相同
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§5-3 成像系统像面的光照度
• 一、轴上像点的光照度
p2p l21.6m 4
l l1 l20 .9m 1
谢谢观赏!
2020/11/5
30
• 如:照相制版物镜和电影放映物镜
• 实际上有很多光学仪器需要把空间中的物点成像 在一个像平面上(称为平面上的空间像),如望 远镜和照相物镜等就属于这一类。
AB—对准平面
B
B1
B01
a
b
A
B02
B03
B3
B2
B4
B04
A’B’—景像平面
入瞳 出瞳
P P’
B4”
B4’
B2”
B3”
B3’ B2’
A’
• 讨论: • ① 光学系统孔经越大,像面照度越大
• ② 系统放大倍率越小,像面照度越大(若β大
,为了保证像面足够的像面照度,更要求照明好 ,U要大)
三 光通过光学系统时能量的损失


反射损失:光学零件与空气接触面
• 能量损失 吸收损失:在空气中的吸收 在光学零件中的吸收


反射面不完全反射的损失:镀膜
a’
B1”
B1’
b’
B’
• ab和a’ b’ 的大小和入射光瞳的直径有关,入 射光瞳直径减少,弥散斑也随之减少
• 物空间各空间点的成像,相当于以入射光瞳 中心为投影中心,以主光线为投影线,将各 点投影到对准平面上后,再成像到景象平面 上。
• 或者在像空间以出射光瞳中心为投影 中心,各空间像点沿主光线投影到景 象平面上,即是空间物点的平面像。
一个光学系统是能对空间物体 成一个清晰的平面像
能在像平面上获得清晰像并沿光轴 方向的物空间深度称为成像空间深
度(景深)
B1
z1
A
z2
B2

△1
△2
p2
P
p1
P1 P1’ D D’
P2 P2’
z2’
B2’

A’
B1’
P’1
z1’
P’
P’2
设在B1点和B2点之间的物空间各点均能在 像平面A’成清晰像
B1
B2’
M2
分划板
为了减少视差对测量精度的影响,可以由控 制主光线的方向来达到。
分划板
孔径光阑 (出瞳)
M1 B1’
B2
B2
A2 A1
F’
M
B1
B1
B2’
M2
由于入瞳在无限远处,物方主光线平行于光轴的 光学系统,故称为物方远心光路。
• 在大多数的计量光学仪器中,其孔径光阑(或出瞳)常安置在 显微镜物镜或投影物镜像方焦平面上以形成物方远心光路以提 高观测精度。
,即p越大,景深越大。
光圈和景深的关系
• 光圈F4拍摄
光圈F16拍摄
光圈越大(F值越小)景深越小, 光圈越小(即F值越大)景深越大
第五章 光度学和色度学基础
§5-1 辐射量和光学量及其单位
一 辐射量 1.辐射能 2.辐通量3.辐出度4.辐照度 5.辐强度 6.辐亮度
二 光学量
1. 光通量 2.光出射度 3.光照度 4.发光强度 5.光亮度 三 光学量和辐射量间的关系
l1
Mp2 Df'Mp
p Df '
M
• 将p值代入前景深公式,就可得到前景深和近景距:
Df '
D'f
l2 2M
p2pl2
2M
例5-5 照相机物镜焦距为75mm,在对准平面离相机2m时,所用的光 圈指数为11和5.6;设眼睛分辨率为1.5’,求这两种情况下的景深大小 ?
• 当F=11时,其入瞳D为 当F=5.6时,其入瞳D为
几何光学课件:第四章分解
§4-2 远心光路
• 物方远心光路和像方远心光路
• 在光学仪器中,很大一部分仪器用来测量长度 • 一类仪器是光学系统有一定放大率,使被测物的像和标准刻
尺相比,求被测物体的长度,如工具显微镜等计量仪器。 • 另一类仪器是把一标尺放在不同的位置,光学系统改变放大
率,使标尺的像等于一个已知值,来求仪器到标尺间距离, 如大地测量仪器中的视距测量。
• 在光学仪器中常采用另一种光路→像方远心光路 • 它是孔径光阑(或入瞳)安置在整个光组的物方焦平面上形成

这种光学系统因为出瞳位于像方无限远处,平行于光 轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心,因此称 为像方远心光路。
B2
孔径光阑
分划板
M1 F
M M2 B2’
B1
§4-4 光学系统的景深
• 上节讨论在垂直于光轴的平面上点的成像问题。
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• 在工具显微镜光学系统的实像平面上,放置已知刻度值的透明刻尺(称 为分划板)
• 分划板上刻尺的格值已考虑了物镜的放大率
• 按此方法测量,刻尺与物镜之间的距离应保持不变,使物镜的放大率保 持常数
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• 根据理想光学系统特性,物空间一 个平面,在像空间只有一个平面与 之共轭。
• 讨论:当入射光瞳一定时,在物空间有多
大深度范围的物体能在景象平面上成清晰 像(以摄影物镜为例)
任何光接收器都不能接受到真正的几何像点,且 分辨本领也不一样,因此只要像的弥散斑足够小 并能满足接受器的分辨本领,就可人为这个弥散 斑是一个点
z1
A
z2
B2

△1
△2
p2
P
p1
P1 P1’ D D’
P2 P2’
z2’
B2’
A’
B1’
P’1
z1’
P’
P’2
A为对准平面,其对应的是景像平面A’
B1
z1
A
z2
B2

△1
△2
p2
P
p1
P1 P1’ D D’
P2 P2’
z2’
B2’
A’
B1’
P’1
z1’
P’
P’2
人在看图片时,一般是把图片放在眼前250mm
处,被称为明视距离M
B1
z1
A
z2
B2

△1
△2
p2
P
p1
P1 P1’ D D’
P2 P2’
z2’
B2’
A’
B1’
P’1
z1’
P’
P’2
若弥散斑在明视距离对眼睛的张角 小于分辨角,看上去就是一点
结论:
• 入瞳直径 D (2a):当2a越小,曝光量小,其景深越大 ,反之则相反;
• 当共轭面的β一定时, f ’ 越长,则对准平面越远
四 光学系统的总透射比
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例5-4 有一摄影物镜,若要求对准平面后的空间均能在 景像平面上成清晰像,问对准距离应为多少?近景位于
• 解何:处欲?使△l1为无限大,其公式的分母为零,就有
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