光学成像原理

三次反射棱镜。(斯密特棱镜)
平面与平面系统
㈡屋脊棱镜：两个相互垂直的反向面叫屋脊面，带有屋 脊面的棱镜叫~。
㈢立方角锥棱镜：由立方体切下一角形成的。特性：光 线以任意方向从底面入射，经过三个直角面依次反射后， 出射光线始终平行于入射光线。
㈣棱镜的组合——复合棱镜
分光棱镜 复
合 分色棱镜
棱
镜
转像棱镜
因此光楔在小角度和微位移测量 中有着重要的应用。
折射棱镜的工作原理
光学系统中的光束限制
光阑:通常，光学系统中用一些中心开孔的薄金属片来合理地 限制成像光束的宽度、位置和成像范围。这些限制成像光束 和成像范围的薄金属片就称为光阑。主要有两类：孔径光阑 和视场光阑。
㈠孔径光阑：限制轴上物点孔径角的大小，或者说限制轴上 物点成像光束宽度、并有选择轴外物点成像光束位置作用的 光阑。（入射光瞳和出射光瞳）
双像棱镜
平面与平面系统
光线的光路对称于折射棱镜时，折射棱镜的偏向角取得 最小值。这证明了折射棱镜的偏向角随入射角变化的过 程中存在一个最小偏向角。光学上常用测量折射棱镜最 小偏向角的方法来测玻璃折射率。
光楔：折射率很小的棱镜。
当光线垂直入射或接近垂直入射 时，所产生的偏向角仅由光楔的 楔角和折射率决定。
平面与平面系统
平面反射镜：简称平面镜，它是唯一能成完善像的最简单的光 学元件，即物体上任意一点发出的同心光束经过平面镜后仍为 同心光束。对平面镜而言，实物成虚像，虚像成实像。 平行平板：由两个相互平行的折射平面构成的光学元件，如划 分版、测微平板、保护玻璃等。平行板不能成完善像。 反射棱镜：
一次反射棱镜，例：道威（Dove）棱镜等。 ㈠简单棱镜 二次反射棱镜,例：半五角棱镜，斜方棱镜等。
㈡视场光阑：通常在物面或像面上安放一个中间开孔的光阑， 光阑孔的大小限定了物面或像面的大小，即限定了光学系统 的成像范围。这个限定成像范围的光阑称为视场光阑。
光学系统中的光束限制
照相系统中的光阑： 普通照相系统是由三个主要部分组成的，即照相镜头、可变光 阑和感光底片。 分析光阑与成像后，可总结如下几点：
理想光学系统
由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如下的性质：
㈠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图像必位于 该平面的共轭相面内；同时，过光轴的任意截面成像性质 都是相同的。
㈡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。
㈢角放大率
定义为一对共轭光线与光轴的夹角u’与u之比，即 利用l’u’=lu，得： l n 1
l' n'
u'
u
我们得到三者之间的关系：
n' 2
n
n
n'
最后得：nuy=n’，在物象共轭面内，物体大小y、成像 光束的孔径角u和物体所在介质折射率n的乘积为一常数J，称为拉赫不变量。 它是表征光学系统性能的一个重要参数。
⑴在照相光学系统中，根据轴外光束的像质来选择孔径光 阑的位置，其大致位置在照相物镜的某个空气间隔中。 ⑵在有渐晕的情形下，轴外点光束宽度不仅仅由孔径光阑 的口径确定，而且还和渐晕光阑的口径有关。（渐晕） ⑶照相光学系统中，感光底片的框子就是视场光阑。
光学系统中的光束限制
望远镜系统中成像光束的选择： 望远物镜和目镜是望远系统的基本组成部分。
光学成像原理
一、几何光学基本定律与成像概念 二、理想光学系统 三、平面与平面系统 四、光学系统中的光束限制 五、像差
朱磊
几何光学基本定律与成像概念
光就其本质而言是一种电磁波，只是光 波波长比普通无线电波的波长要短。 可见光随波长的不同而引起人眼不同的 颜色感觉。（单色光与复色光) 通常，我们把能够辐射光能量的物体称 为发光体或光源。（光线、波面、光束） 波面可分为平面波、球面波和任意曲面 波。（平行光束、同心光束）
作微小移动dl时，所引起的像点移动量dl’与物点移动量dl之比，用 表
示轴向放大率：
dl
'
，它与垂轴放大率的关系为： n ' 2
dl
n
由此得出结论：
①折射球面的轴向放大率恒为正。因此，当物体沿轴向移动时，其像点 沿光轴同向移动；
②轴向放大率与垂轴放大率不等。因此，空间物体成像时要变形。
几何光学基本定律与成像概念
⑴两个光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则（即 前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合）。 ⑵目视光学系统的出瞳一般在外，且出瞳距不能短于 6mm。（避免眼睫毛不致和目镜最后一个表面相碰） ⑶望远系统的孔径光阑大致在物镜左右，具体位置可根 据尽量减小光学零件的尺寸和体积的考虑去设定。 ⑷可放划分划板的望远系统中，分划板框是望远系统的 视场光阑。
几何光学基本定律与成像概念
光的直线传播定律。例: ：“小孔成像”
基
缺点：有局限性，会发生“衍射”
本
光的独立传播定律。
定
律
缺点：没有考虑光的波动性，“干涉”
光的折射定律与反射定律。
光的全反射现象。
条件：①光线从光密介质向光疏介质入射；
②入射角大于临界角
几何光学基本定律与成像概念
光学系统的主要作用之一是对物体成像。(完善像点，完善像) 光学系统通常是由若干个光学元件（由表面为球面、平面或非球 面，期间具有一定折射率的介质构成的）组成。 完善成像条件： 入射波面为球面波时， 出射波面也为球面波。 实像点、虚像点 实像可记录，虚像不能。
㈢如果已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面 的位置和放大率，以及轴上的两对共轭面的位置，则其他 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。
理想光学系统
在光学系统的应用中，时常将两个或两个以上的光学系统组合 在一起使用。 典型光组组合，例如：远摄型光组、反远距型光组、望远系统、 显微镜系统等。 透镜：是构成光学系统的最基本单元，由两个折射面包围一种 透明介质所形成的光学零件。按其对光线的作用可分为两类： 汇聚透镜（正透镜）和发散透镜（负透镜）。
几何光学基本定律与成像概念
㈠垂轴放大率
由 y ' nl '
y n'l
可知：
>0,y’与y同号，成正像；反之，成倒像。
>0,l’与l同号，物象虚实相反；反之，物象虚实相同。
>1, y ' y ，成放大像；反之，成缩小像。
几何光学基本定律与成像概念
㈡轴向放大率
表示光轴上一对共轭点沿轴向的移动量之间的关系，它定义为物体沿光轴