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第一章:几何光学基本原理 5DkEJk7a
1-1 光线何波线 7[K3kUm[
光线:在几何光学中,把能够传送能量的几何线成为光线。 @6aJh< c
光的頻率: 5j0 Ib>\
1-2 几何光学基本定律 a"t~K
光线直线传播定律:光在均匀透明介质中传播的规律。 wa`c3PQGu
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: 6R$Yh0%
.j>MsQP#\C
1-3 折射率和光速 c^puz2
1-4 光路可逆和全反射 wf\7sz
光线从高折射率介质射向低折射率介质,当入射角 O,vC:av
(n1> n2) S;D]ym
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。 #N~1Ye
1-6光学系统类别和成像的概念 Qgv g*KX
共轴光学系统、非共轴光学系统 j+q)
球面系统、非球面系统 0*oavY*
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"。 \d]Y#j<
第二章、共轴球面光学系统的物像关系 DO+~
2-1 共轴球面系统中的光路计算公式 Aho*E9VW
{{>,c}O /
公式1 单球面入射角计算公式: 19pFNg'kA
V[WLS ?-)
公式2 MA}}w&
公式2 n\<7`,
2-2 符号规则 #`K {vj
1.线段:由左向向右为正,反之为负。 ZitmvcMk
物像距L、L'--由球面顶点算起光线到光轴的交点。 2Qh)/=8lM
球面半径r--由球面顶点算起到球心。 qdmAkYUC
中心厚度d--由上一顶点到下一顶点。 &
BY\h:
2.角度:一律以锐角计算,顺时针为正,逆时针为负。 $/@
L
夹角U U'从光轴到光线; .}Ys+d1b9c
入射角、折射角II'以光线转到法线。 uqa
pj("
法线到光轴夹角ψ从光轴到法线。 jAv3qMQA
2-3 球面近轴范围内的成像性质和近轴光路计算公式 _Ex<VF u
将公式1~3角度全部以弧度代替。 :PY6J}:
2-4近轴光学的基本公式和它的意义 v ;Q*0%~
1.物像位置关系式 7'Hh^0<
xO<%lq`
2.物像大小关系 ^q0`eS
JP5en
近轴光学意义: R$A%Zh6
1. 作为衡量实际光学系统成像质量的标准。 KK4e'[Wf
2. 2.用它近似地表示实际光学系统所成像的位置和大小。 i_l{#*t
2-5共轴理想光学系统的基点--主平面和焦点 ~x+'-2A46
1.放大率β=1的一对共轭面--主平面 .O(9\3q\
主平面与光轴交点为主点,主点位置公式? 8bs' Ek{'o
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。 %g89eaEZ
2.无限远的轴上物点和它所对应的像点F′--像方焦点 a#[gNT~[
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。 >&R@L KP
像方焦点于像方焦平面具有以下性质: J7%rPJ
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′。 \/gf_R_GN
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。 j6$@vA)
#w \x-i|
3. 无限远的轴上像点和它所对应的物点F--物方焦点。 t%5bDdo
物方焦点和物方焦平面具有以下性质: *O @Zn
第一:通过物方焦点入射的光线,通过光学系统后平行于光轴出射。 Y6hV
;[\F
第二:由物方焦平面上轴外任意一点发出的所有光线,通过光学系统后,对应一束和光轴成一定夹角的平行光线。 I.|b:c
xN
焦距:主平面和焦点之间的距离。 v@8SMOe%
2-6 单个折射球面的主平面和焦点 02tN=}Cj)
1.球面的主点位置:单个球面的两个主点与球面顶点重合。 -MsL>F.]
2.球面焦距公式: `k8j FB C
像方焦距: 2Q@Jp`#,4
物方焦距: h6<i,1gQ1
球面反射: |8[!`T*s
2-7 共轴球面系统主平面和交点 bj 8pqw|;
Nge@8
第三章:眼睛和目视光学系统
f<nK;
3-1 人眼的光学特性 nnE'zk<"
3-2 人眼的调节 |22vNt_
1.视度调节 指水晶体的变化引起焦距的变化。 /L@o.[H
视度:表示人眼的调节程度 【l单位为米】 KLVYWZib
视度绝对值越大,,调节量越大。 61&{I>~1
SD=-4时【此时l为250mm】。为明视距离。远点距离和近点距离二者视度之差为人眼最大调节范围。 0kls/^ 0,
2.瞳孔调节:指光阑孔的变化。 }lhk;#r
3.人眼的分辨率 Xo[cpcV
人眼视角分辨率:60″。 O'#;Ge/,
人眼线分辨率:10″。 4${3e
Sg_
3-3 放大镜和显微镜的工作原理 9mv0} I
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。 T"C.>G'[B
5M #',(X
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。 0pW;H|h
1. 放大镜的工作原理 AFvv+
ss
工作原理:目标在物方焦距上。 }U5$~,*p
视放大率: 。 XkoPN]0n
上式表明,焦距越小,放大作用就越明显。 {}iS5[H]
2. 显微镜的工作原理 9,\AAISi
工作原理:物镜成像在目镜的物方焦平面上。 Cc`-34/%
m?Cb^WgcF
上式表明,显微镜的放大率等于物镜的垂直放大率与目镜的视放大率的乘积。 0c!^=(
3-4 望远镜的工作原理 L\c3D|
工作原理:将物镜像方焦平面与目镜物方焦平面重合,使得无限远目标透过物镜后成像在目镜焦平面上。 (e!Yu#-
B^zg#x#8
上式表明:望远镜视放大率等于物镜焦距与目镜焦距之比。 vSoG] :1
望远镜的角放大率与视放大率相等 \pTC[Ry1
3-4 眼睛的缺陷和目视光学仪器的视度调节 5[)#3vY
通常采用近视眼的远点距离表示近视的程度,例如:当远点距离为0.5mm时,近视为-2视度,相当于医学上的近视200。 i!3*)-a\~`
3-5空间深度感觉和双眼立体视觉 0]MD?6-
体锐视度Δаmin极限值正常约10″。当物点对应的视差角а等于Δ时,人眼刚刚能分辨出他和无限远物点之间的距离差别 ;qbK[3.
3-6 双眼观察仪器 "zTy_0[;
体视放大率: :)B1|1
opN4@a7l
第四章 平面棱镜系统 iCh8e>+
4-1 平面镜棱镜系统在光学仪器中的应用 t>*(v#WeZ
1.折叠光路,缩小仪器的体积和重量 M}CxCEdDB]
2.改变像的方向--倒像 es%py~m)
3.改变共轴系统中光轴的位置和方向--即形成潜望高或使光轴转一定的角度。 iTO Y
4.利用平面镜或棱镜的转动,可连续改变系统光轴的方向,以扩大观察范围 l=Pw
yJ
4-2 平面镜的成像性质 F Qk
1.平面镜能使整个空间理想成像,物点和像点对平面镜镜像对称。 wS&D-!8v
2.物和像大小相等,但形状不同,物空间的右手坐标在像空间为左手坐标 d=uGB"
反射次数为奇数时,成像为镜像,反射次数为偶数时,成像与物完全相同。 w{*V8S3h9
4-3 平面镜的旋转及其应用 `D=`xSEYl
/Qef[$!(
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。 aE3eYl9u
7w8UnPuM
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。 (RG "2I3
4-4 棱镜和棱镜的展开 )flm3G2u
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。 !hS)W7!ik
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"】。 '!?t+L%gO
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: Wc!]X.|9*
1. 棱镜展开后玻璃板的两个表面必须平行。 l`:u5\ rM
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。 A8ef=ljM?
棱镜类型 34k>O
1. 直角棱镜:作用使光轴改变90°。 *vIP\NL?H
2. 五角棱镜:使光轴转角恒等于90°。 %N(>B_t\
3. 靴型棱镜: K`<HZK
4. 立方棱镜 vx' ] ;
4-5 屋脊面和屋脊棱镜 1-PlRQs.1
形式:用两个相互垂直的平面代替一个平面。 aot2F60J,
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。 >#l:]T
要求:屋脊面必须严格遵守90°,否则容易形成双像。 _~C1M&b(X3
4-6 平行平板的成像性质和棱镜的外形尺寸计算 }gt)cOaY
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 r%ebC
[L代表平行玻璃板厚度,n为折射率] x{K"z4xbI
4-7 确定平面镜棱镜系统成像方向的方法 Q^3{L\6_
1.具有单一主截面的平面镜棱镜系统 2]5Li/
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。 l Ib
d9F
9y5JV3
第五章 光学系统中成像光束的选择 KfZb=v;-l
5-1 光阑及其作用 ]o0]i<:
光阑:限制成像光束的圆孔 5kQ@]n:<k
可变光阑:孔径可以改变光阑。 >G%oWRk
孔径光阑:限制进入光学系统的成像光束口径。 !.t D.(XP
视场光阑:限制成像范围的口径。 8Lx1XbwK
消杂光光阑:限制进入光学系统中杂光的口径。 FkuD Gg~a
渐晕系数: 6<QC|>p
5-2 望远系统中成像光束的选择 y06**f)
1.入射口径、出射口径关系: /BQqg08@L
Γ=D/D′ *l"CIG'
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 { gs$pBu
(EosLn
h0
4.物镜框的口径为孔径光阑。 |:x,|>/
5-3 显微镜的光束闲置与远心光路 #ley3rJW]
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。 oD\t4]?E
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。 @H4]Gp ]
3.一般显微镜视场光阑的直径约20mm,它决定了物镜的视场。 ;s3\Z^h4kd
4.显微镜的最大线视场公式: |W=-/~X
>1Hv c7DP
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。 W}3%BWn
5. 物方孔径角nu称为数值孔径,用NA表示: 。 vxC];nCC#
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。 _kMHF
7. 远心光路[显微镜的成像光束的选择] D&o\q68W
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。 QKq4kAaJ!
5-4 场镜的特性及其应用 6S_mfWsi
作用:降低出射光束在目镜的投射高度,减小目镜组的口径。 Y*\h?p[,
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。 %g@\SR.
5-5 空间物体成像的清晰深度--景深 "9QZX[J|*
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。 6m(? (6+;K
性质: $%"hhju
1. 容许的光斑越大,景深越大。 UQ;2g\([
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。 4
?PB
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第六章 辐射度学和光照度学
3F!)7
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。 5Ww,vSCV)
6-1 立体角的意义和在光度学中应用 h^Yh~84T
定义:一个任意形状的封闭锥面所包含的空间称为立体角,用Ω表示。 |nnFjGC`~
立体角的单位:假定以锥顶为球心,以r为半径作一圆球,如果锥面在圆球上所截出的面积等于r2,则该立体角为1个"球面度(sr)。 %W7%] Z@j
6-2 辐射度学重的基本量 c*E7nc)u
辐射通量,辐射体在单位时间内该辐射体所辐射的总能量,单位用瓦特(W),实际上就视辐射体的辐射功率。 ~?fl8RF\
辐射强度:辐射体在不同方向的辐射特性,我们在给定方向上立体角dΩ与dΩ范围内的辐射通量, w6X:39d
L?j<KW
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