应用光学chapter 3
应用光学 英文版 chapter 3
Example 1, If we want to discern a 200mm interval at the distance of 5kilometers, Γ=？ solution： 200 mm 5 4 10 rad By the naked eye， 6 5 10 mm
s
d
Q
PY
Q
y e P
Y
l0 250mm
l0
y tan i s d
y tan e l0
the normal reading distance/明视距离
1. s f s
tan i 250 tan e f
1 l 250mm SD 4( D) 0.25
•Near point/近点: a closest point at which the eye can see an object.
The least distinct distance or near point distance/近点距离
1. Types of telescopes
a) Kepler Telescope:
f o tan tan f e
fo ' fe 1 Positive objective + Positive eyepiece
inverted real image,
0
For a normal relaxed eye: the infinite object images on the retina (视网膜).
The eye muscles are most relaxed when the eye is looking at distant objects (“at infinity”).
物理光学与应用光学第三章
4）平面镜的转动具有光放大作用。
P
A
P 由 O1O2M外角定理：
三 、
I1
O1
双
I1
平
面
O2
I2
的
I2
成
像
q
M
2(I1 I2 )
由 O1O2N 外角定理：
q (I1 I2 ) q N β =2θ
β≤90
P
1）β角与入射角无关，只取决于两平面镜夹角θ 。 2）当双平面镜绕棱线转动时，只要保持θ角不变，二次 反射像是不动的， 即出射光线的方向不变，但光线位 置要产生平行位移。
例：屋脊半五角棱镜 x
x z
y
Y
X
Z
X
Z
Y
Z'
Y'
X' (a)
Y'
Z'
X' (b)
Y
OZ
X
O'
Y'
Z' X'
（六）棱镜的组合——复合棱镜（倒像作用）
有的光学系统，如望远镜，为了测量，要有中 间实像平面，但得到倒像，要使该倒像再倒过来， 需要棱镜组合系统
F2 F1
2、分光棱镜
3、分色棱镜
（五）棱镜系统的成像方向判断
（z’）光轴方向z’不变 （y’）垂直于主截面的坐标y’ 视屋脊个数而定
没有屋脊面或屋脊面为偶数时，y’ 不改变方向； 屋脊面为奇数时， y’改变方向 （x’）坐标根据总反射次数而定（屋脊面按两个反 射面计算）
若总反射次数为奇数，成镜像； 若总反射次数为偶数，成一致像；
y
斜方棱镜使光轴平移，多用于双目镜仪器 中，调节目距。
应用光学各章知识点归纳
应用光学各章知识点归纳第一章几何光学基本定律与成像概念波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。
光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。
波前：某一瞬间波动所到达的位置。
光线的四个传播定律：1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。
2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。
3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。
4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即nn I I ''sin sin = 光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。
光程：光在介质中传播的几何路程S 和介质折射率n 的乘积。
各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。
各向异性介质：单晶体（双折射现象）马吕斯定律：光束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。
全反射临界角：12arcsinn n C = 全反射条件：1）光线从光密介质向光疏介质入射。
2）入射角大于临界角。
共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。
物点/像点：物/像光束的交点。
实物/实像点：实际光线的汇聚点。
虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。
共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。
（A ，A ’的对称性）完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。
每一个物点都对应唯一的像点。
眼视光学应用光学
眼视光学应用光学第一篇：眼视光学应用光学刘陇黔和张益珍主编的《眼视光学应用光学》试图为眼视光学专业学生学习专业课程奠定相关光学基础。
其内容包括：几何光学的基本原理、平面镜和棱镜系统、球面系统、理想光学系统、光度学和色度学基础知识、光学系统的光阑和景深、光学系统的像差和典型光学系统。
通过对本教材的学习，可为生理光学、视光学器械学、眼镜光学、接触镜学等专业课程打下基础。
编辑本段目录编辑本段目录第一章几何光学的基本原理第一节几何光学的基本概念和基本定律一、发光点和光束二、几何光学的基本定律三、全反射四、光的可逆性原理第二节光波和惠更斯原理一、波面和波线二、惠更斯原理三、波的衍射第三节光程与费马原理一、光程二、费马原理第四节成像一、实像和虚像与实物和虚物二、物与像的共轭性三、物像之间的等光程性习题第二章平面镜和棱镜系统第一节平面镜系统一、平面镜成像二、双平面镜系统成像第二节平行平板系统第三节反射棱镜第四节折射棱镜习题第三章球面系统第一节单球面折射成像一、单球面折射的光路基本公式二、单球面近轴区域折射成像三、单球面折射的光焦度和焦距第二节单折射球面近轴区域的放大率一、横向放大率二、纵向放大率三、角放大率四、物像方不变式第三节共轴球面系统一、共轴球面系统的结构参量二、共轴球面系统过渡公式三、共轴球面系统的拉赫不变量四、共轴球面系统的放大率第四节球面反射镜一、反射镜的物像关系二、放大率习题第四章理想光学系统第一节理想光学系统的性质第二节共轴理想光学系统的基点和基面一、焦点和焦平面二、主点和主平面三、点和节平面节第三节理想光学系统的物像关系一、图解法求物像关系二、解析法求物像关系第四节理想光学系统的放大率一、横向放大率二、纵向放大率三、角放大率四、几对特殊共轭面的放大率第五节理想光学系统的光焦度一、光束的聚散度二、光焦度第六节理想光学系统的组合一、组合光学系统的参数二、组合光学系统的主点和焦点三、组合光学系统的焦点位置公式和焦距公式四、组合光学系统的主点位置公式五、组合光学系统处于空气中的光焦度第七节透镜的基点和焦距一、单折射球面的基点和焦距二、透镜的焦距和基点位置三、位于空气中的透镜的焦距和基点位置第八节厚透镜一、双凸透镜二、双凹透镜三、平凸透镜四、平凹透镜五、正弯月形透镜六、负弯月形透镜七、等厚透镜八、几种玻璃厚透镜的主点第九节薄透镜一、薄透镜的基点和焦距二、薄透镜成像公式三、薄透镜组习题第五章光度学和色度学基础知识第一节光度学的基本概念一、辐射通量二、光通量三、光照度四、光亮度第二节光照度的计算一、被直接照明的物面光照度二、光学系统中像平面的光照度第三节光学系统中的光能损失计算一、透射面的反射损失二、光学材料的吸收损失三、镀金属层反射面的吸收损失第四节色度学基本知识一、光源的颜色特性和物体的光谱特性二、颜色的分类和特性三、颜色的匹配四、格拉斯曼颜色混合定律习题第六章光学系统的光阑和景深第一节光学系统的光阑一、孔径光阑二、视场光阑三、渐晕光阑四、消杂光光阑五、光阑的位置第二节光学系统的景深和焦深一、光学系统的景深二、光学系统的焦深第三节远心光学系统一、物方远心光学系统二、像方远心光学系统习题第七章光学系统的像差第一节几何像差一、球差二、彗差三、像散四、像面弯曲五、畸变六、色差第二节波前像差一、波前像差及其与几何像差的关系二、泽尼克多项式第三节像质评价一、中心点亮度二、分辨率三、几何像差曲线四、星点检验五、瑞利判断六、点列图七、点扩散函数和光学传递函数第四节非球面成像一、非球面的表示方法二、非球面的光学性质三、非球面光学应用的发展习题第八章典型的光学系统第一节光学仪器的照明系统一、照明系统的类型二、照明系统的聚光形式第二节放大镜一、放大镜的放大率二、放大镜的光束限制和视场三、放大率和视场的关系四、目镜第三节显微镜一、显微镜的成像原理二、显微镜的分辨率三、显微镜的有效放大率第四节望远镜一、望远镜的光学原理二、望远镜的放大率三、望远镜的分类四、常见光学望远镜的类型及其特点第五节摄影系统一、摄影物镜二、照相机第六节放（投）影系统一、投影物镜二、照明系统习题第二篇：眼视光学眼视光学乖--笑！发表于2009年11月14日 18:22 阅读(1)评论(0)分类：个人日记举报眼视光学是一门以保护人眼视觉健康为主要内容的医学领域学科，是以眼科学和视光学为主，结合现代医学、生理光学、应用光学、生物医学工程等知识所构成的一门专业性强、涉及面广的交叉学科。
应用光学(第三章)
2f ' 2x f' h
h
面反射镜的旋转特性。
Applied Optics
授课：任秀云
平面镜的平移效应
A B
A ′A ″=2h
P
Q
h
A” A’
2h
Applied Optics
授课：任秀云
综上所述， 单个平面镜的成像特性可归纳为：
①具有折转光路的作用，是唯一能成完善像的光学元件 ②β=1,物像虚实相反,具有对称性，故不影响光学系统 放大率和成像清晰度。 ③奇数次反射成镜像， 偶数次反射成一致像。
Applied Optics
授课：任秀云
这种系统就是原始的军用观察望远镜的光学系统，其体积、重 量都比较大，不能满足军用观察望远镜的要求，故早已被淘汰 了。目前使用的军用观察望远镜，由于在系统中使用了棱镜， 如图(b)所示，所以它不需要加入倒像透镜组即可获得正像，同 时又可大大地缩小仪器的体积和重量。
Applied Optics
授课：任秀云
此外，在很多仪器中，根据实际使用的要求，往往需要 改变共轴系统光轴的位置和方向。例如在迫击炮瞄准镜 中，为了观察方便，需要使光轴倾斜一定的角度，如图 所示：
Applied Optics
授课：任秀云
平面镜棱镜系统主要作用有： (1)将共轴系统折叠以缩小仪器的体积和减轻仪器 的重量； (2)改变像的方向——起倒像使用； (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； (4)利用平面镜或棱镜的旋转，可连续改变系统光 轴的方向，以扩大观察范围。 (5)利用平面镜转动作用扩大仪器的放大率 (6)实现分光、合像和微位移
3、当角锥棱镜绕其顶点旋转 时，出射方向不变仅产生一 个平移。
应用光学第三章
o
x'
直角棱镜使光线折转90°
等腰棱镜使光线折转任意角度。
二者的特点是：入射面、出射面与光轴垂 直。
道威棱镜，入射面、出射面与光轴不垂 直。
道威棱镜90°旋转后，像旋转180°。
道威棱镜: 绕光轴旋转角，其对应的反射像同 方向2旋转角。
一次反射特点：
成镜像；
在主截面内坐标方向改 变，垂直于光轴截面内坐标方 向不变。
五角棱镜
第二节 平行平板
由两个相互平行的折射平面构成的光学元件
称为平行平面板。
用棱镜来代替平面镜，就相当于在光学系统 中多加了一块平行平面板。 如标尺、刻有标志的分划板、补偿板、滤光 镜、保护玻璃等等 下面讨论光线经过平行平面板的折射情况 假定平行平面板位于空气中
应用折射定律
sin I1 n sin I1'
即物空间为右手坐标
先看几个普通棱镜：
这主要看棱镜的反射次数
偶次反射成一致像，由右手 坐标确定其成像方向；
奇次反射成镜像，由左手坐 标确定其成像方向。
y
（ 一
x
）
一
z
次
y′
反
射
z′
x′
棱
（a）等腰直角棱镜
镜
y x
z
(b)等腰棱镜
x′ z′
y′
y
o
x z
y
o
x z
（c）道威棱镜
o
x' z' y'
把棱镜的光轴截面沿着它 的反射面展开，取消棱镜的 反射，以平行玻璃板的折射 代替棱镜折射的方法称为
“棱镜的展开”
(1).为了使棱镜和共轴球面系统组合后， 仍能保持共轴球面系统的特性，必须对棱 镜的结构提出一定的要求：
应用光学【第三章】第一部分（ＰＤＦ）
第三章光学仪器目视光学仪器：和人眼配合使用的仪器本章主要解决的问题：•眼睛的构造•望远镜、显微镜的工作原理•眼睛与目视光学仪器配合的问题、眼睛缺陷及调整•如何选择成像光束的位置•选择成像光束的原则•限制光束的方法§3-1人眼的光学特性•人眼的构造从光学角度看，主要有三部分：－－－－镜头－－－－底片－－－－光阑人眼相当于一架照相机，能够自动调节角膜：透明球面，光线首先通过角膜进入眼睛前室：角膜后面的空间部分，充满水液，n=1.3374,对光线起会聚作用水晶体：双凸透镜，借助周围肌肉的收缩及松弛，前表面半径可减小或加大，改变焦距。
角膜，前室和水晶体相当于镜头部分。
视网膜：视神经细胞和神经纤维，相当于感光底片黄斑：视网膜上视觉最灵敏的地方这两项相当于感光部分虹膜：水晶体前面的薄膜，中心有一圆孔，成为瞳孔，随着入射光能量的多少，瞳孔直径可放大或缩小。
相当于可变光阑盲点：视神经纤维的出口，没有感光细胞，不产生视觉盲点实验视觉的产生外界的光线进入人眼成像在视网膜上，产生视神经脉冲通过视神经传向大脑，经过高级的中枢神经活动，形成视觉物理过程，生理过程，心理过程人眼的光学特性视轴：黄斑中心与眼睛光学系统的像方节点连线人眼视场：观察范围可达150º头不动，能看清视轴中心6º－8º要看清旁边物体，眼睛在眼窝内转动，头也动人眼的调节：视度调节、瞳孔调节1、视度调节定义：随着物体距离改变，人眼自动改变焦距，使像落在视网膜上的过程。
F’•调节量的表示：视度与网膜共轭的物面到眼睛的距离的倒数1SD=l 单位为米l•明视距离和近点、远点明视距离：眼睛前方250mm，SD=(1 / (-0.25))= -4 近点：眼睛通过调节能看清物体的最短距离远点：眼睛能看清物体的最远距离最大调节范围＝近点视度－远点视度年龄最大调节范围/视度近点距离/mm10 15 20 25 30 35 40 45 50-14-12-10-7.8-7.0-5.5-4.5-3.5-2.57083100130140180220290400 不同年龄正常人眼的调节能力2、瞳孔调节外界物体的亮暗随物体，天气，时间而不同。
应用光学课件完整版
一个物点，总是发出同心光束，与球面波相对应； 一个像点，理想情况应该由球面波对应的同心光束汇交 而成，称这种像点为完善像点。
3. 成完善象的条件 发光体每一物点发出球面波，通过光学系统后仍为
反射定律可表示为 I I ''
4. 光的折射定律
折射定律可归结为：入射光线、折射光线和投射点
的法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角正弦
之比与入射角大小无关，而与两介质性质有关。对一定 波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该比值为一
常数，等于折射光线所在介质的折射率与入射光线所在
介质折射率之比。
0 i arcsin n12 n2 2 n0
n0 ＝1
n0 sin i n1 cos ic n12 n22
5. 费马原理（光程极值原理）
1）光程— 光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。
s=n • l
均匀介质
m层均匀介质
连续变化的非均匀介质
s=n • l=c • t
m
s
波面可分为：平面波、球面波、任意曲面波。 波面法线方向即为光传播方向。
光源
光线
波面
5. 光束— 与波面对应的法线集合。
同心光束— 波面为球面，聚于一点。 发散光束— 光线在前进方向上无相交趋势。 会聚光束— 光线在前进方向上有相交趋势。
平行光束— 波面为平面。 象散光束— 波面为曲面，不聚于一点。
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
应用光学第三章
#
第一节 理想光学系统的共线理论
• 理想光学系统理论又称之为高斯光学，其基本核心 是共线成像。所谓共线成像，就是指在理想光学系 统中的一一对应关系： 1、任一物点在像空间都有一个和它唯一对应的像点； 2、物空间任一条直线，则在像空间也有对应的唯一 直线； 3、物空间任一平面，像空间也有唯一的对应平面。 • 这种点对应点、直线对应直线、平面对应平面的成 像变换即称之共线成像，这种物像一一对应的关系 称之为共轭关系。
M
P A F N H H′ F′ A′ M′ N′
#
1、作图法求像
• 方法二：利用物方平行光线交于后焦面 上一点的性质。
M′ N′ H H′ F F′ A′ P′
M
N A
#
1、作图法求像
• 例题3-4：负光组求像 • 原则上同例题3-2，但要注意，负光组物 像方焦点的位置！
A
A′ H
H′ P′ Q′ F
Q′ H′ Q F′
F
H
#
第二节 理想光学系统的基点与基面
#
第二节 理想光学系统的基点与基面
4、光学系统的焦距
• 焦面到主面的距离定义为光学系统的焦距，像方主点 H′到像方焦点F′的距离称为像方焦距，用f′表示，物方 主点H到物方焦点F的距离称之为物方焦距，用f表示。 由图3-7，有
f ' h 1 h (3-1a） f （3-1b） （3-2） tgU ' f ' tgU
F′
B′ B Q
P
#
1、作图法求像
•例题3-5：虚物求像
M M′
B B′
A′ F′ A
N
H H′ F
N′
#
1、作图法求像
应用光学【第三章】习题第四部分答案
33.33 0.26664 150 25
由于 tgw3 最小，所以光阑 3 是视场光阑
2．解：1）由于透镜 1 的前面没有任何光组，所以它本身就是在物空间的像。
2）先求透镜 2 被透镜 1 所成的像。也就是已知像求物 利用高斯公式：
1 1 1 1 1 1 ；可得： l1 ' l1 f1 ' 20 l1 100
15 y ' l1 ' 20 0.8 ； y 18.75mm y l1 25 0.8
应用光学第三章习题第四部分答案应用光学课后习题答案应用光学习题应用光学例题与习题集应用光学第四版答案应用光学李林答案数据库第三章习题答案应用光学西安应用光学研究所物理光学与应用光学
1．限制进入光学系统的成像光束口径的光阑叫空径光阑。把孔径光阑在物空间的共轭 像称为入瞳，空径 光阑在系统像空间所成的像称为出瞳，入瞳和出瞳是物和像的对应关系。 2．限制成像范围的光阑叫视场光阑。视场光阑在物空间的像称为入射窗，在像空间所成 的像称为出射窗。 3．主要有七种：球差、彗差(正弦差)、像散、场曲、畸变、位置色差、倍率色差。 4. 光密到光疏。 5．F 数指的是物镜的相对孔径的倒数 五、计算题（共 35 分）
33.33 0.0952 可见 u2 为最小，说明光阑像 D2' 限制了物点的 350
孔径角，故透镜 2 为孔径光阑。 5）像高（D’/2）对入瞳中心的张角最小的为视场光阑 D’1 对入瞳中心的张角： tgw1
20 0.8 D’2 本身是入瞳中心 D’3 对入瞳中心的张角： 25
tgw3
求得： l1 25mm ；
3）求光阑 3 被前面光组所成的像。 a. 先求光阑 3 被透镜 2 所成的像 因为 l 2’ = 30mm，利用高斯公式得：
应用光学第三章
Hale Waihona Puke 三 棱镜的成像方向判断• 基本依据：反射定律 • 对具有单一主截面的系统
设物的坐标为oxyz,为右手坐标系，oz光轴方向，ox在主 截面内的方向，oy垂直于主截面的方向 ①o’z’光轴方向按反射定律定出 ②垂直于主截面的o’y’视屋脊面个数而定，没有或偶数个， 则同向，奇数个，方向 ③主截面内o’x’视反射系统的反射次数而定，奇数次反射 成镜像，偶数次反射物象一致。具体定时，先将光轴方 向定出，然后按是镜像还是相似像按左右手定出
β为两个光楔之间的夹角
当δ1＝δ2＝δ0时，
2
2 0
(1
cos
)
20
cos(
/
2)
2(n
1)
cos(
2
)
光楔是光学系统中对光线小角度偏折的元件，通常一对光楔配 对使用，分别旋转两个光楔，可以使出射光线位于一个以入射 光为轴线的角锥体内的任意方向上
33
几种特殊情况
34
作用：
• 折射棱镜定义
反射棱镜—— 利用表 面的反射作用
折射棱镜 —— 利用表 面的折射作用，工作面 为两个折射面
折射棱 —— 入射面与 出射面的交线
折射角 —— 顶角α
偏向角δ —— 入射光 线与出射光线的夹角从 入射光线转到出射光线， 顺正逆负
α
I1
I1´ n -I2
-I2´ δ
27
2
2
(I1'I2 )]
2
c
os[1 2
(I1
I
2
'
)]
对于给定的棱镜， 和n 为定值，所以由上式可知，偏向角
应用光学教学课件ppt作者刘晨第3章理想光学系统
应用光学第3章 理想光学系统3.1 理想光学系统的概念及性质3.2 理想光学系统的基点和基面、焦距3.3 理想光学系统的成像3.4 理想光学系统的组合3.5 透镜3.1 理想光学系统的概念及性质3.1.1 理想光学系统的概念3.1.2 理想光学系统的性质实际的光学系统要求用一定宽度的光束、对一定大小的范围成像。
在估计其成像质量时，需利用理想光学系统成像的概念。
如果光学系统对任意大的范围，以任意大的光束成像都是完善的，这样的光学系统便定义为理想光学系统。
1)物空间的每一点对应于像空间中的一点，且只有唯一的一点与之相对应，这两个对应点称为物像空间的共轭点。
2)物空间中的每一条直线对应于像空间中的一条直线，且只有唯一的一条直线与之相对应，这两条对应直线称为物像空间的共轭线。
3)物空间的任意一点位于直线上，那么其在像空间内的共轭点也必位于该直线的共轭线上。
4)物空间中的任一平面对应于像空间中的一个平面，且只有唯一的一个平面与之相对应，这两个对应平面称为物像空间的共轭面。
3.2 理想光学系统的基点和基面、焦距3.2.1 焦点、焦平面3.2.2 主点和主平面3.2.3 焦距3.2.4 节点和节平面图3-1 基点和基面图3-2 无限远轴外点和物方焦平面上点发出的光束a)无限远轴外点发出的光束 b)物方焦平面上点发出的光束如图3-1所示，延长入射光线A1E1和出射光线GkF′得交点Q′，同样延长光线A′kEk及物方的共轭光线G1F交于Q点。
根据光路的可逆性，物方光线FG1入射于光学系统后，其像方光线必沿E kA′k出射，物方光线A1E1入射于光学系统后，其像方光线必沿GkF′方向出射，显然Q和Q′是一对共轭点，分别过Q和Q′作垂直于光轴的平面QH、Q′H′交光轴于H点和H′点，此两平面同样也是共轭的。
由图可知QH=Q′H′=h，故其放大率β=+1，称这对放大率为+1的共轭面为主平面，QH称为物方主平面(前主面或第一主面)，Q′H′称为像方主平面(后主面或第二主面)。
应用光学第二,三章ppt课件
40mm，要求光源像等于投影物高；反光镜离投影物平面距离为
600mm，求该反光镜的曲率半径等于多少?
解：
y ' 40 4 y 10
l ' l ' 600 4 l 150 l 4 4
n ' n n ' n r 240 l ' l r
3. 试用作图法求位于凹的反光镜前的物体所成的像。物体分别位于球心 之外，球心和焦点之间，焦点和球面顶点之间三个不同的位置。
解：
f x ' 1 x f' x f
x ' f'
8.
已知显微物镜物平面和像平面之间的距离为180mm， 垂轴放大率等于-5，该物镜组的焦 距和离开物平面的 距离(不考虑物镜组二主面之间的距离)。
解：
l l ' 180 l' 5 l 1 1 1 l' l f '
符号和角度单位出现混乱。
平行光入射，中间变量入射角度不能应用，要用中间变量h，使用近轴光学 公式计算，并且最好一直应用到底，中间不能再出现入射角变量。
当h给定后，也可以利用
转化中间变量，再用近轴光线光路计算。
h i1 1 r
2. 有一放映机，使用一个凹面反光镜进行聚光照明，光源经过反光 镜反射以后成像在投影 物平面上。光源长为10mm，投影物高为
前组合系统的像方焦平面上，问透镜组移动的
方向和移动距离。
解：
设第二透镜组移动量为 ，向右为正 1 1 1 ' 1 1 1 l 101 ' 1 ' ' ' l1 l1 f1 l2 l2 f 2
华中科技大学《应用光学》课程——第三章理想光学系统全解
f
h tgU
说明： 1）对于理想光学系统，不管其结构（r,d,n）如何，只 要知道其焦距值和焦点或主点的位置，其光学性质就确 定了。
f n n =n′ 2） f n
f f
h ltgU l tgU
x f tgU x f tgU
x x f f
（牛顿公式）
放大率公式为：
y f x y x f
2. 高斯公式 物和象的位置以主点 H、H′为原点来确定， 以l、l′表示。
-f f’
l HA, l H A
由图，有：
x l f , x l f
代入牛顿公式，得：
A点的像有几种方法？
H
H’ F’
例：正光组（ f′> 0 ）
物在焦面上，成像无限远 实物成实像
实物点成实像点
B F A H H’ F’
实物成虚像
虚物成实像
例：负光组（ f′<0 ）
实物成虚像
说明：
虚物成虚像
用图解法求像较为简明和直观，但精度是不高的。
上一次课
1、共线成像理论 2、焦点、焦平面 3、主点、主平面 1 4、焦距 5、节点 f n 6、两焦距关系 f n 7、画图法，物方主焦点在一起，像方主焦点在一起 y f x 8、牛顿公式 x x f f y x f f f 9、高斯1）F、F′不是一对共轭点，物 方焦平面和像方焦平面也不为共轭面。 2）由物方无限远处射来的任何 方向的平行光束，汇聚于像方焦平面上 一点。
2. 主点、主平面
定义：物象方β=+1 的共轭平面为物象方主平面。 主平面与光轴的交点为主点H、H′。 说明：
廖进昆应用光学chapter3
9
10
➢平行平板
定义：由二个互相平行的折射平面 构成的光学元件
应用：分划板、显微镜载物台上的 载波片和盖玻片、滤光片和滤色片、 补偿平板及保护玻璃片等。
反射棱镜也展开成平板，因此研究 平行平板的成像具有重要意义
11
成像特性
(n1) 37
螺旋测微
38
旋转光楔的扫描图形
39
移动旋测微
40
色散
41
42
43
➢光学材料
44
45
46
作业
习题2、3、8、10、11
47ห้องสมุดไป่ตู้
26
周视瞄准镜用等腰直角棱镜和达夫棱镜组成，怎样实现周视的？
27
•物像坐标变化
28
对具有两相互垂直的主截面系统 先求出一个主截面内的，然后再求出另一主截面内的，但要注意， 此时坐标所代表的方向（垂直、平行主截面），已发生变化，要按 变化了的求之
单镜头反光照相机，SLR（Single Lens Reflex） (P66 Pic4-16)
波罗棱镜
右手坐标
x
yz
y
x
z 右手坐标
五角棱镜
向后反射镜/
三垂面反射镜
18
•屋脊棱镜
19
两屋脊面间的夹角必须严格为90°，否则易引起双像。
垂直
非垂直
20
•组合棱镜
21
分光棱镜
22
分色棱镜
23
转像棱镜
24
双像棱镜
25
•达夫棱镜：光轴与斜面平行的棱镜
对物成镜像，光轴 方向不变，当棱镜 绕光轴转α时，像 转2α
3应用光学
n i = ' i ⇒ i ' n' = in n
'
u' = u + i − i'
' '
l 'u ' n ' − lun lun − run = l u n − ru n ⇒ ru n − run = l u n − lun ⇒ u n − un = r h h tan u ≈u ,tan u ' ≈u ' ' tan u ≈ , tan u ≈ ' → lu ≈ l 'u ' =h l l
J 物方节平面 物方节点
光学 系统
J’ 像方节点 像方节平面
节点性质：通过物方节点的光线经过光学系统后， 节点性质：通过物方节点的光线经过光学系统后，出射光线 必然通过像方节点，并且光的传播方向不变， 必然通过像方节点，并且光的传播方向不变，恒有U＝U′。
单个折射球面的主点和节点
1.单个折射球面的主点位置 1.单个折射球面的主点位置 单个折射球面的主点位置
主平面性质： 主平面性质：假定物空间任意一条光线和物方主平面交点为P，它 距光轴距离相等。 的共轭光线与像方主平面交于P′点，则P和P′距光轴距离相等。
焦点和焦平面
光 学 H系 H’ f′ 统 像方焦距 像方焦点 光 学 系 H H’ 统
F’
F
f
物方焦距 物方焦点
像方焦平面
物方焦平面
像方焦点F 像方焦点 ’：光轴上负无穷远的物点对应的像点
⇒ u ' n' − un =
h ( n' − n )
r u2 = u1' ; l2 = l1' − d1
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应用光学讲稿
2、瞳孔调节 外界物体的亮暗随物体，天气，时间而不同 • 虹膜可以自动改变瞳孔大小，以控制人眼的进光量 • 强光下，白天 D=2mm; 夜晚，D=8mm • 设计光学仪器时，仪器的出射瞳孔要和人眼瞳孔大 小配合，白天使用的可以小些，夜晚使用的则要大 一些
应用光学讲稿
• 人眼的分辨率
对两物点的视角分辨率：
人眼视场：观察范围可达150º
头不动，能看清视轴中心6º －8º 要看清旁边物体，眼睛在眼窝内转动，头也动
应用光学讲稿
人眼的调节：视度调节、瞳孔调节
1、视度调节
定义：随着物体距离改变，人眼自动改变焦距，使像 落在视网膜上的过程。
F’
应用光学讲稿
• 调节量的表示：视度 与网膜共轭的物面到眼睛的距离的倒数 1 SD= l 单位为米 l • 明视距离和近点、远点 明视距离：眼睛前方250mm，SD=(1 / (-0.25))= -4 近点：眼睛通过调节能看清物体的最短距离
-y’眼=π ’ tg ω眼
-y’仪=π ’ tg ω仪
应用光学讲稿
用仪器观察时网膜上的像高和人眼直接观察时网膜上 的像高之比表示了仪器的放大作用，称为视放大率， 用Г 表示。 Г＝ y’仪 ＝ π ’ tg ω仪 π ’ tg ω眼 ＝ tg ω仪
y’眼
tg ω眼
Г越大，放大作用越大。
Г有正负之分， Г为正，正像， Г为负，倒像
第三章 眼睛和目视光学系统
目视光学仪器：和人眼配合使用的仪器
应用光学讲稿
本章主要解决的问题： • 眼睛的构造
• 望远镜、显微镜的工作原理
• 眼睛与目视光学仪器配合的问题、眼睛缺陷 及调整
应用光学讲稿
§3-1 人眼的光学特性 • 人眼的构造
从光学角度看，主要有三部分： －－－－镜头 －－－－底片
－－－－光阑
应用光学讲稿
• 显微镜的工作原理
显微镜就是一个复杂化的放大镜 y tg仪 放大镜的视角 f' 提高放大镜的视放大率的途径： 减小焦距，刚才分析，可能性不大 增大物高。 可以设想先将物体通过一个透镜放大成像，然 后再通过放大镜放大，由人眼观察。 这就是显微镜的原理
应用光学讲稿
• 显微镜的工作原理
仪 60"
0.001 眼 206000 0.824" 250
60" 72.8 0.824"
应用光学讲稿 例3：焦距仪上所采用的测微目镜的对准精度为0.001mm，采 用叉线对准，视角分辨率为10”,问应采用多大焦距的目镜？ 解：
tg仪 仪 tg眼 眼
2 眼 6 206000 0.4" 10
仪 10"
tg仪 仪 10" 25 tg眼 眼 0.4"
应用光学讲稿
§3-4 眼睛的缺陷和目视光学仪器的视度调节 一、眼睛的缺陷和校正
1、正常人眼的焦点F’、远点和近点
正常人眼在自然状态下，无限远物体成像在网膜 上，即焦点F’与网膜重合
作业：应用光学教材64页第1，2题
应用光学讲稿
§3-2 放大镜和显微镜的工作原理
被观察物体首先要成像在视网膜上，而且对人眼 的张角大于人眼的视角分辨率时，才能被看清。 对各类目视光学仪器的共同要求 1、成像在无限远
正常人眼在自然状态下，无限远物体成像在视网膜上
应用光学讲稿
2、增大视角
直接观察：
用仪器观察：
应用光学讲稿
例如： Γ=15，则焦距 焦距公式
250 f ' 16.6 15
1 1 1 ( n 1) r r f' 1 2
假设透镜为双凸对称，r1=-r2，取n=1.5 可得r1=-r2=17mm 如果第二面做成平面， r2=∞， 则r1=8.5mm 半径如此之小，不好加工，口径也小。
应用光学讲稿
• 放大镜工作原理
y
ω －y’
-l
y 物体对人眼张角 tg l ymin 要求最小视角 0.0003弧度(60" ) l
应用光学讲稿
最小视角
ymin 0.0003弧度(60" ) l
提高视角的途径： 提高y，不行 减小物距L，但不能无限的减小，否则， 就不能成像在视网膜上 我们希望物体位在无限远处，因此可以在 人眼前加一个正透镜，把物体放在透镜 的物方焦点处，成像在无限远，供人有感光细胞， 不产生视觉
盲点实验
应用光学讲稿
视觉的产生 外界的光线进入人眼
成像在视网膜上，产生视神经脉冲
通过视神经传向大脑，经过高级的中枢神经 活动，形成视觉 物理过程，生理过程，心理过程 倒像实验
应用光学讲稿
人眼的光学特性
视轴：黄斑中心与眼睛光学系统的像方节点连线
y’
应用光学讲稿
视神经细胞直径约为0.001-0.003mm，取0.006为 眼睛的分辨率。
此距离在物空间对应的张角，称为视角分辨率。
刚刚能被人眼分辨开的两物点之间的最小视角称为视角分 辨率
y' f tg
而 y’min=-0.006mm，f=-16.68mm
所以
min
y
' min
f
远点：眼睛能看清物体的最远距离
最大调节范围＝近点视度－远点视度
应用光学讲稿
不同年龄正常人眼的调节能力 年龄 最大调节范围/视度 近点距离/mm
10 15 20 25 30 35 40 45 50
-14 -12 -10 -7.8 -7.0 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5
70 83 100 130 140 180 220 290 400
应用光学讲稿
和显微镜一样，对着物方的透 镜称为物镜，对着人眼的透镜 称为目镜。
物镜的像方焦点和目镜的物方 焦点重合 组合系统的Δ=0，有时，将Δ=0 定义为望远镜，将Δ不等于0定 义为显微镜
应用光学讲稿
望远镜的视放大率
y’ -ω f’物 视放大率公式
tg仪 tg眼
F’物 F目
ω’
－f目
应用光学讲稿
F
-f=f ’
ω仪
－y’
tg ω仪 =
y
f’
=
tg ω眼 = 250 f’
y -l
=
y
250
Г＝
tg ω仪 tg ω眼
注意：250为明视距离，物体可以移动到明视距离
应用光学讲稿
放大镜的视放大率
250 f'
如果要Γ>1，则要求透镜焦距f’<250
要提高放大镜的视放大率，必须减小透镜的焦距， 但对于一个简单的单正透镜，其焦距不可能很小 为什么？
仪 10"
0.001 眼 206000 0.824" 250
10" 12.1 0.824" 250 250 f 20.6mm 12.1
' 目
应用光学讲稿
§3-3 望远镜的工作原理
望远镜用来观察无限远 或远距离处的物体。
对于单个放大镜，物体应位在 其物方焦平面处，因此，必须 在前面加上一个透镜，将无限 远的物体首先成像在其像方焦 平面处，并且使第一个透镜的 像方焦平面和放大镜的物方焦 平面重合。
目镜
物镜
y’ -y
f’物
F’物
Δ
F目
-f目
ω仪
显微镜由两组透镜组成，对着物体的透镜 称为物镜，对着人眼的透镜称为目镜
应用光学讲稿
目镜
物镜
y’ -y
f’物
F’物
Δ
F目
-f目
ω仪
tg ω眼 =
y 250
tg ω仪 =
y’ f’目
=
-Δ f’物 f’目
y
β物
y’ -Δ = = y f’物
Г＝
tg ω仪 tg ω眼 =
应用光学讲稿
望远镜的放大率 tgu' tg ' tgu tg
望远镜的角放大率不随共轭面的位置变化而变化， 数值上等于视放大率
平行于光轴入射的光线仍然平行于光轴出射 ' f目 y ' f目 1 ' ' y f物 f物
D D' 1
应用光学讲稿
望远镜的类型
伽里略望远镜：物镜焦距为正，目镜焦距为负 Г>0，成正像 不须加倒像系统 体积较短 系统中不存在实像 ，不能安装分划板 ，无法进行测量和 瞄准 常用于观察
应用光学讲稿
望远镜的类型
开卜勒望远镜：物镜和目镜的焦距均为正 Г<0，成倒像 通常须加倒像系统 体积较长 系统中存在实像， 可安装分划板，进 行测量和瞄准 军用光学仪器
0.006 206000 " 60" 16.68
应用光学讲稿
对线的分辨率：分辨率可以提高到10’’
在很多仪器中需要瞄准 ，瞄准的方式有
对线的分辨率称为对准 精度，右图的对准精度 都是10”
应用光学讲稿
看得清楚的条件 必要条件：成像在视网膜上
充分条件：对二点，视角大于或等于60” 对二线，视角大于或等于10”
应用光学讲稿 求物镜的倍率
显 物 目 58 物 5.8 10
求目镜焦距
250 目 ' 10 f目
' f目 25 mm
应用光学讲稿 例2：若显微镜的对准精度为0.001mm，采用压线对准，视角 分辨率为60”,问显微镜的视放大率为多少？ 解：
tg仪 仪 tg眼 眼
-250Δ f’物 f’目
应用光学讲稿
目镜
物镜 y’ -y
f’物
F’物