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1、应用光学复习,课程内容 第一章 几何光学基本原理 第二章 共轴球面系统的物像关系 第三章 眼睛和目视光学系统 第四章 平面镜棱镜系统 第五章 光学系统中成像光束的选择 第八章 光学系统成像质量评价,对成像的要求,第一章 几何光学基本原理,像与成像的概念,光是怎么走的？光的传播规律,光是什么？光的本性问题,1. 光波与光线,光的本质是电磁波 频率和光速，波长的关系 在透明介质中，波长和光速同时改变，频率不变 光线的概念 能够传输能量的几何线，具有方向 波面：波动在某一瞬间到达的各点组成的面 光线是波面的法线 波面是所有光线的垂直曲面,2.几何光学基本定律,直线传播定律 反射定律 折射定律,3.折
2、射率和光速：,相对折射率： 一种介质对另一种介质的折射率,4、发生全反射的条件,（1）由光密介质进入光疏介质,（2）I1I0 入射角大于全反射角,5、光学系统分类 透镜：正透镜、负透镜 问题：正透镜是否一定成实像？ 负透镜是否一定成虚像？ 像：实像、虚像 物：实物、虚物 问题：望远镜的目镜成什么像？,虚物实像,虚物 未经光学系统变换的会聚同心光束的心，称为虚物,虚像 经光学系统变换后的发散同心光束的心，称为虚像,实物实像,实物 未经光学系统变换的发散同心光束的心，称为实物,实像 经光学系统变换后的会聚同心光束的心，称为实像,会聚同 心光束,发散同 心光束,会聚同 心光束,会聚同 心光束,理想像
3、与理想光学系统 点成点像、线成线像、面成面像,例:如图所示，一圆柱形容器，底面直径和高度相等，当在S处沿容器边缘的A点方向观察空筒时，刚好看到筒底圆周上的B点。保持观察点位置不变，将筒中注满某种液体，可看到筒底的中心点，试求这种未知液体的折射率是多大？,2-1 共轴球面系统中的光路计算公式 2-2 符号规则 2-3 球面近轴范围内的成像性质和近轴光 路计算公式 2-4 近轴光学的基本公式和它的实际意义 2-5 共轴理想光学系统的基点主平面 2-6 单个折射球面的主平面和焦点 2-7 共轴球面系统主平面和焦点 2-8 用作图法求光学系统的理想像 2-9 理想光学系统的物像关系式,第二章共轴球面系
4、统的物像关系,2-10 光学系统的放大率 2-11 物像空间不变式 2-12 物方焦距和像方焦距的关系 2-13 节平面和节点 2-14 无限远物体理想像高的计算公式 2-15 理想光学系统的组合 2-16 理想光学系统中的光路计算公式 2-17 单透镜的主平面和焦点位置的计算 公式,概念,符号规则 焦点 主平面、主点 节平面、节点 轴向放大率、垂轴放大率、角放大率 求理想像作图法 成像公式,本章研究共轴球面系统求像的问题 1.已知光学系统的结构参数,由物求像 （1）只求某一共轭面的物像关系，可由该物平面上 的轴上点出发，利用公式（2-6）（2-10）计算一 条近轴光线。 转面公式： 再由2-
5、4公式（2-15）求像高,（2）由2-4中近轴光学基本公式求像 （2-12） （2-14） （2-15）,（3）如要求若干共轭面上的物像关系， 可先使用公式 （2-20）和(2-7) (2-10)计算两条平行于光轴的光线， 求出系统的焦点位置，再使用公式（2-21）计算出主平 面位置，然后使用共轭点方程式牛顿公式或高斯公 式，求出各个像平面的位置和放大率。 （2-20） （2-21） （4）由单透镜的结构参数，使用公式 (2-63) (2-65) 求出该单透镜的主平面和焦点位置，然后使用共轭点方 程式牛顿公式或高斯公式，求出各个像平面的位置 和放大率。,2.光学系统结构参数（r, d）未知,而
6、已知各子系统 主平面和焦点位置，由物求像 （1）利用2-15的组合公式，求出组合系统的主平 面和焦点位置，然后使用共轭点方程式牛顿公 式或高斯公式，求出各个像平面的位置和放大率。 （2）对某一特定共轭面求像时，可利用2-16的公 式（2-57）、（2-58），,【计算举例】已知两个光学系统的焦距分别为 求此组合系统的主平面和焦点位置。 （1）焦点位置的计算 由公式（2-53）、（2-49）、（2-50）得 （2）焦距的计算 根据公式（2-51）,将已知条件和计算结果表示在图2-42中。,例题5. 有一光源通过辅助正透镜和被测负透镜成像，当屏幕移动到距离负透镜100毫米处时，获得光源像，去掉负透
7、镜后，屏幕前移25毫米时，重新获得光源像，求负透镜焦距为多少？,第三章 眼睛和目视光学系统,1.眼睛 a.人眼的调节和适应 视度： 距离l 以m为单位，且有正有负; SD以m-1为单位。如观察前方2m处的目标时，l=-2, SD=-0.5; 如观察无限远目标，l=, SD= 0。 b.远点、近点、明视距离 最大调节范围近点视度远点视度 c.眼睛的视角分辨率：把刚能分辨的两物点对眼睛的张角（ 、 ）,对目视光学仪器的一般要求：,1.扩大视角 当用一视放大率为10倍的仪器进行观察时,它在网 膜上所成的像高正好等于人眼直接观察时像高的10 倍。 2.平行光出射 目标通过仪器后应成像在无限远,或者说要
8、平行光 出射,以便人眼在完全放松的自然状态下,使无限远 目标成像在网膜上。 放大镜、显微镜、望远镜都必须满足这两个要求。,3.放大镜 视放大率：,4.显微镜的工作原理,-y,显微镜的组合焦距 f ,所以，又有：,视放大率：,5.望远镜的工作原理,a.视放大率公式,b.伽利略望远镜、开普勒望远镜,c.望远镜的垂轴放大率、轴向放大率都与共轭面位置无关。,例：用望远镜观察时,要鉴别5公里处200毫米的间距，应选用多大倍率的望远镜？,6.眼睛的缺陷与校正,近视眼的特点： 近视眼的像方焦点在视网膜前方，无限远物不能成像在网膜上 近视眼远点距离所对应的视度表示近视的程度。如远点距离为-0.5m时,光学上称
9、近视为-2视度,和医学上的近视-200度相对应。 近视眼的校正：采用负透镜，焦距等于远点距离 远视眼的特点： 远视眼的远点在眼睛后方；近点距离比正常人眼增加 远视眼的校正：采用正透镜，焦距等于远点距离,第四章 平面镜棱镜系统,单平面镜对空间物体成像符合理想；物像关于平面镜对称；像的大小与物的大小相等；成镜像，不相似 当平面镜绕着和入射面垂直的轴线转动角时，入射角改变了，而反射光线将改变2，转动方向和平面镜的转动方向相同。 位于两平面镜公共垂直面内的光线，不论它的入射方向如何，出射光线的转角永远等于两平面镜间夹角的二倍，旋转方向与反射面按反射次序由P1转动到P2的方向相同。,例：欲看到人体的全身
10、像，平面反射镜尺寸至少多大？如何放置？镜中的像放大倍率为多少？为什么？,第五章 光学系统中成像光束的选择,概念 孔径光阑、视场光阑、渐晕 出射瞳孔、入射瞳孔 物方远心光路：将孔径光阑放置在像方焦平面处，入瞳在无限远 像方远心光路：将孔径光阑放置在物方焦平面处，出瞳在无限远 成像光束选择,例题:一个开普勒望远镜由焦距为240毫米，直径为40毫米的物镜和焦距为30毫米的目镜组成，孔径光阑位在物镜框上，分划板的直径为20毫米。问物方视场角为多少？出瞳距离为多少？出瞳直径为多少？,（1） ，所以 即为物方视角。 （2） ，所以 即为像方视角。 （3）出瞳是孔径光阑在系统像空间所成的像，对目镜来说： 由 可得： 解得 （4） 所以,1) 色差:,（1）轴向色差,1. 像差,（2）垂轴色差,2) 球差 轴上物点的像差,3) 轴外物点的像差:,（1）彗差,（2）像散,（3）场曲,（4）畸变,第八章 光学系统成像质量评价,色差产生的原因是什么？,2.各类光学系统分辨率的表示方法,望远镜的分辨率：以能分辨开的两物点对望远镜的张角表示 照相系统的分辨率：以像平面上每毫米内能分辨开的线对数N表示 显微镜物镜的分辨率：以物平面上刚能分辨开的两物体间的最短距离表示。,
