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第一章:几何光学基本原理 (zsv!U
1-1 光线何波线 *BdH
&U
光线:在几何光学中,把能够传送能量的几何线成为光线。 40pz <-B
光的頻率: U3Z=X TB
1-2 几何光学基本定律 0Q`v#$?":
光线直线传播定律:光在均匀透明介质中传播的规律。 L!lmy&1
反射定律和折射定律:光线在两种均匀介质分界面上的传播定律。【反射定律可以视作为折射定律的特殊表现方式】。入射角与反射角的正弦之比为一常数,定义为n1.2,表示为第二种介质对第一种介质的折射率,称为"相对折射率"。表达式: `;J`O02
\~"Ub"~I
1-3 折射率和光速 {:|3V 7X
1-4 光路可逆和全反射 fBj)HoHQW
光线从高折射率介质射向低折射率介质,当入射角 `Z8k#z'bN
(n1> n2) BdF/(Pg
时折射光线不再存在,入射光线全部转为反射光线,成为"全反射"现象。 w.a9}GC
1-6光学系统类别和成像的概念 !*Eu(abD
共轴光学系统、非共轴光学系统 .
ump?
M
球面系统、非球面系统 r9Ogez ER
通常把物、像空间符合"点对应点,直线对应直线,平面对应平面"关系的像成为"理想像",光学系统称为"理想光学系统"。 _p*8ke
第二章、共轴球面光学系统的物像关系 *LU/3H|}
2-1 共轴球面系统中的光路计算公式 C5 Q!_x(
)c{>@WM~
公式1 单球面入射角计算公式: )38%E;T{X
e-`.Ht
公式2 {;u,04OVK
公式2 .8u@/f%pV
2-2 符号规则 XFvl
1.线段:由左向向右为正,反之为负。 BEvY&3%l
物像距L、L'--由球面顶点算起光线到光轴的交点。 5dI=;L>D
球面半径r--由球面顶点算起到球心。 HyVV,q^E
中心厚度d--由上一顶点到下一顶点。 H8FvI"J
2.角度:一律以锐角计算,顺时针为正,逆时针为负。 ]i$y;]f
夹角U U'从光轴到光线; R`Z"ey@C
入射角、折射角II'以光线转到法线。 +tT"
法线到光轴夹角ψ从光轴到法线。 d\l{tmte
2-3 球面近轴范围内的成像性质和近轴光路计算公式 hdHz", )
将公式1~3角度全部以弧度代替。 q.`<q
2-4近轴光学的基本公式和它的意义 ~TEn +
1.物像位置关系式 $R/@8qnP
W
|HD>m'e
2.物像大小关系 hm! J@
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'wRGMP
近轴光学意义: in<.0v9w
1. 作为衡量实际光学系统成像质量的标准。 )>:~XA|?
2. 2.用它近似地表示实际光学系统所成像的位置和大小。 jRU:un4
2-5共轴理想光学系统的基点--主平面和焦点 `\62 iUN
1.放大率β=1的一对共轭面--主平面 W~;Jsd=f
主平面与光轴交点为主点,主点位置公式? !SW0iq[7j
主平面具有以下性质:假定物空间的一条光线与物方主平面的交点为B,他的共轭光线和像方主平面交于B′,则B和B′距光轴距离相等。 Y
b3ckktY
2.无限远的轴上物点和它所对应的像点F′--像方焦点 P'lnS&yA
通过像方焦点垂直于光轴的平面称作像方焦平面。它的共轭面为位于垂直于光轴的无限远的物平面。 z&amYwQcI
像方焦点于像方焦平面具有以下性质: j'z#V_S
第一:平行于光轴入射的任意一条光线,其共轭光线一定通过交点F′。 f?Zjd&|Ch
第二:和光轴成一定夹角的平行光束,通过光学系统后,必相交于像方焦平面的同一点。 ,%*UF6B
M
eV|N@
3. 无限远的轴上像点和它所对应的物点F--物方焦点。 Lc{arhN
物方焦点和物方焦平面具有以下性质: ES&u*X:
第一:通过物方焦点入射的光线,通过光学系统后平行于光轴出射。 0N$7(.
第二:由物方焦平面上轴外任意一点发出的所有光线,通过光学系统后,对应一束和光轴成一定夹角的平行光线。 k8+J7(_c
焦距:主平面和焦点之间的距离。 id1cZig
2-6 单个折射球面的主平面和焦点 S@HC$
1.球面的主点位置:单个球面的两个主点与球面顶点重合。 C!*!n^qA
2.球面焦距公式: UJI2L-;Ul
像方焦距: 5p[}<I{
物方焦距: 0vm> *M*p
球面反射: V2Vr7v=Y"
2-7 共轴球面系统主平面和交点 #XDgvX >
CvY+b^ ;
第三章:眼睛和目视光学系统 P[
:_"4U
3-1 人眼的光学特性 noxJr/A]
3-2 人眼的调节 `|ie#L(:7/
1.视度调节 指水晶体的变化引起焦距的变化。 gM3:J:N
视度:表示人眼的调节程度 【l单位为米】 VO|ECB2e
视度绝对值越大,,调节量越大。 ~i5YqH0
SD=-4时【此时l为250mm】。为明视距离。远点距离和近点距离二者视度之差为人眼最大调节范围。 kL*P 3
0
2.瞳孔调节:指光阑孔的变化。 <u!cdYo@
3.人眼的分辨率 u[b |QR=5
人眼视角分辨率:60″。 sE% $]Jp
人眼线分辨率:10″。 n^4R]9U
3-3 放大镜和显微镜的工作原理 :snO*Zg
对于目视仪器来讲,所谓的放大指得是视角的放大。放大率用Γ表示。 0hemXvv1
nnv|GnQST
为了在使用仪器过程中人眼不至于疲劳,目标通过仪器后应成像在无限远,或者说要射出平行光线。这是对目视光学的第二个要求。 &W@2n&U.q
1. 放大镜的工作原理 QM0B6F
工作原理:目标在物方焦距上。 d&j
视放大率: 。 ,0W^"f.g{m
上式表明,焦距越小,放大作用就越明显。 ^<CVQ8R7
2. 显微镜的工作原理 7Bp7d/R-
工作原理:物镜成像在目镜的物方焦平面上。 'E_~|C
AEyvljv
上式表明,显微镜的放大率等于物镜的垂直放大率与目镜的视放大率的乘积。 uAn}qrqE9
3-4 望远镜的工作原理 CQ!pt@|d
工作原理:将物镜像方焦平面与目镜物方焦平面重合,使得无限远目标透过物镜后成像在目镜焦平面上。 SndR:{
q Q\j
上式表明:望远镜视放大率等于物镜焦距与目镜焦距之比。 t%lat./yT
望远镜的角放大率与视放大率相等 ?R)]D:`
3-4 眼睛的缺陷和目视光学仪器的视度调节 U
g "W6`
通常采用近视眼的远点距离表示近视的程度,例如:当远点距离为0.5mm时,近视为-2视度,相当于医学上的近视200。 M|*YeVs9#
3-5空间深度感觉和双眼立体视觉 ]3_b3@k
体锐视度Δаmin极限值正常约10″。当物点对应的视差角а等于Δ时,人眼刚刚能分辨出他和无限远物点之间的距离差别 *S.U8;*Xj
3-6 双眼观察仪器 MUrPr
体视放大率: WoEK #,I;
;,&cWz
第四章 平面棱镜系统 }D#:NlMp
4-1 平面镜棱镜系统在光学仪器中的应用 gg/`{
1.折叠光路,缩小仪器的体积和重量 !T`oHs
2.改变像的方向--倒像 1F@j?)(
3.改变共轴系统中光轴的位置和方向--即形成潜望高或使光轴转一定的角度。 L'= \|r
4.利用平面镜或棱镜的转动,可连续改变系统光轴的方向,以扩大观察范围 4Z)s8sD KW
4-2 平面镜的成像性质 $'J3
/C7
1.平面镜能使整个空间理想成像,物点和像点对平面镜镜像对称。 QKG3>lU
2.物和像大小相等,但形状不同,物空间的右手坐标在像空间为左手坐标 ;g|Vt}a&4
反射次数为奇数时,成像为镜像,反射次数为偶数时,成像与物完全相同。 n=.P46|
4-3 平面镜的旋转及其应用 928_e)V
Fv$tl)p*
旋转平面镜a角度时,入射光线方向不变的情况下,入射角增加a,反射角偏转2a。 |bY@HpMp
oW3"J6,S
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之间的夹角的二倍。根据以上结论推知:当两平面镜一起转动时,出射光线的方向不变,但光线位置可能会发生平移。这就是采用棱镜代替平面镜的理由。 w'
7sh5
4-4 棱镜和棱镜的展开 |b
主截面:各个棱镜垂直的截面。位于主截面内的光线通过棱镜之后仍然还在一个面。 Pxlc RF
根据棱镜展开的原理,用棱镜代替平面镜相当于在系统中多加了一块平行玻璃【平行玻璃不会影响成像大小,但会改变成像位置,相当于"空气楔"】。 9bM\ (s/
为保证使棱镜与共轴球面系统组合以后,仍保持共轴球面系统特性,对棱镜结构要求如下: VXeO}>2S
1. 棱镜展开后玻璃板的两个表面必须平行。 dHnCSOM<
2. 如果棱镜位于会聚光束中,则光轴必须和棱镜的入射和出射相垂直。 'R7 \
棱镜类型 -> cL)
1. 直角棱镜:作用使光轴改变90°。 FZHA19Kb
2. 五角棱镜:使光轴转角恒等于90°。 JVc{vSa!rm
3. 靴型棱镜: jeC=s~
4. 立方棱镜 /I%z7f91O
4-5 屋脊面和屋脊棱镜 kBo:)Vej4
形式:用两个相互垂直的平面代替一个平面。 nKx)R^]k
作用:在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下,增加一次发射,使系统总的反射次数由奇数变为偶数,从而达到物像相似的要求。 -o ).<
要求:屋脊面必须严格遵守90°,否则容易形成双像。 4b;Mb
4-6 平行平板的成像性质和棱镜的外形尺寸计算 <tr]bCu}
平行玻璃板影响像的位置,并不影响光学系统特性,所以,可以认为平行玻璃板相当于一个空气层,这个空气层厚度等于 /(dP)ysc
[L代表平行玻璃板厚度,n为折射率] 02-ql
F@i
4-7 确定平面镜棱镜系统成像方向的方法 i>m%hbAk
1.具有单一主截面的平面镜棱镜系统 51|ky-
坐标确定:x与光轴同向,y轴在主截面内。z轴垂直于主截面。 #Bd]M#J17a
b($hp%+yJ
第五章 光学系统中成像光束的选择 kKX' Y+
5-1 光阑及其作用 MGg(d
光阑:限制成像光束的圆孔 :`bC3Mr
可变光阑:孔径可以改变光阑。 aO' #!k*R
孔径光阑:限制进入光学系统的成像光束口径。 }p)K6!J0
视场光阑:限制成像范围的口径。 :{7+[LcH7
消杂光光阑:限制进入光学系统中杂光的口径。 s0SzO,Vi
渐晕系数: DR#" 3
5-2 望远系统中成像光束的选择 o<G 9t6~
1.入射口径、出射口径关系: zggnDkC5
Γ=D/D′ t-\+t<;
3. 分划镜框位于望远镜物镜的像方焦平面上,其口径充当视场光阑的作用,可用计算公式 &\h7E
/fI}QY1
4.物镜框的口径为孔径光阑。 Itl8#LpLM
5-3 显微镜的光束闲置与远心光路 ]eL# bJ
1.物镜框的口径为视场光阑,而在目镜物方焦平面上的圆孔光阑或分划框为视场光阑。 %8'8XDq^8
2.在显微镜中,成像范围不用视场角表示,而是用成像物体的最大尺寸表示。 - x
3.一般显微镜视场光阑的直径约20mm,它决定了物镜的视场。 +,Eam6g{
4.显微镜的最大线视场公式: v3-/ [-XB:
DH(<{ #u
4. 孔径角:表示物镜成像光束的大小。一般用轴上点光束和光轴的最大夹角表示。 2dn^K3
5. 物方孔径角nu称为数值孔径,用NA表示: 。
WTSh#L
6. 根据上式,增加数值孔径可得到较高的视放大率。可以增加物方介质折射率,即把物体浸在高折射率液体中。 S$mv(C
7. 远心光路[显微镜的成像光束的选择] 78&|^sq
为了消除测量结果误差,在物镜的焦平面上放置一个孔径光阑,以确保入射光束的主光线都和光轴平行。孔径光阑在物镜像方焦平面上,入瞳在无穷远,成为物方远心光路。孔径光阑在物方焦平面上,称为像方远心光路。 z0 "DbZ;d
5-4 场镜的特性及其应用 8D*7{Q
作用:降低出射光束在目镜的投射高度,减小目镜组的口径。 l]*RiK2AC
1. 在物镜和目镜之间加一块正透镜,使之主平面和物镜所成的像重合。 )x.%PUA
5-5 空间物体成像的清晰深度--景深 n
Bu!2c
定义:能在像面上获得清晰像的物空间深度,就是系统的景深。在几何光学中,将像面上允许的最大光斑直径Z′作为景深的标准。 (,|,j(=]
性质: oRV}Nz7hr
1. 容许的光斑越大,景深越大。 `|t,Uc|7!
2. 照相机的相对孔径( )与景深成反比,相对孔径越小,景深越大。 Kd\0nf6
PgBEe
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第六章 辐射度学和光照度学 .;? Bni
辐射度学从功率的角度,而光照度学从人的感觉出发研究发光的相关理论。 J%&LQ