应用光学chapter 5

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应用光学习题

应用光学习题

应用光学习题应用光学习题.第一章 : 几何光学基本原理 ( 理论学时: 4 学时 )讨论题:几何光学和物理光学有什么区别它们研究什么内容思考题:汽车驾驶室两侧和马路转弯处安装的反光镜为什么要做成凸面,而不做成平面一束光由玻璃( n= )进入水( n= ),若以45 ° 角入射,试求折射角。

证明光线通过二表面平行的玻璃板时,出射光线与入射光线永远平行。

为了从坦克内部观察外界目标,需要在坦克壁上开一个孔。

假定坦克壁厚为 200mm ,孔宽为 120mm ,在孔内部安装一块折射率为n= 的玻璃,厚度与装甲厚度相同,问在允许观察者眼睛左右移动的条件下,能看到外界多大的角度范围一个等边三角棱镜,若入射光线和出射光线对棱镜对称,出射光线对入射光线的偏转角为40 °,求该棱镜材料的折射率。

构成透镜的两表面的球心相互重合的透镜称为同心透镜,同心透镜对光束起发散作用还是会聚作用?共轴理想光学系统具有哪些成像性质第二章 : 共轴球面系统的物像关系 ( 理论学时: 10 学时,实验学时: 2 学时 )讨论题:对于一个共轴理想光学系统,如果物平面倾斜于光轴,问其像的几何形状是否与物相似为什么思考题:符合规则有什么用处为什么应用光学要定义符合规则有一放映机,使用一个凹面反光镜进行聚光照明,光源经过反光镜以后成像在投影物平面上。

光源高为 10mm ,投影物高为 40mm ,要求光源像高等于物高,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。

试用作图法对位于空气中的正透镜()分别对下列物距:求像平面位置。

试用作图法对位于空气中的负透镜()分别对下列物距:求像平面位置。

已知照相物镜的焦距毫米,被摄景物位于距离米处,试求照相底片应放在离物镜的像方焦面多远的地方?设一物体对正透镜成像,其垂轴放大率等于-1 ,试求物平面与像平面的位置,并用作图法验证。

应用光学 第五章

应用光学 第五章

5)入瞳、孔阑、出瞳之间的相互共轭关系。 6)光学特性: 相对孔径 D f (望远、照相系统): 入射光瞳直径D和整个系统焦距f′之比称为该系统的相对孔径 。 数值孔径NA(显微系统): 当物体在很近的距离时,常用物方孔径角正弦和物空间介质折 射率乘积来取代相对孔径,称为数值孔径,即
NA n 1 sin U 1
z 1 2
p1 p p1
, z 2 2
p p2 p2
pz 1 2 a z1
p1
2 ap 2 a z1
, p2
2 ap 2a z2
1 p1 p
, 2 p p2
pz
2
2a z2
3. 正确透视条件:(正确透视距离下看照片) 1)像方:景象平面上的斑点对人眼张角不超过人眼极限分辨角ε , ε 取1′~2′; 2)物方:对准面上的斑点对入瞳中心张角不超过人眼极限分辨角 ε ,Z1=Z2=p ε ;
§ 5-3 视场光阑
视场光阑通过前面光组在光学系统的物空间所成的像称为入射窗。 视场光阑通过后面光组在光学系统的像空间所成的像称为出射窗。 1.作用:限制物、像面上的成像范围。 2.视场表示方法: 物方线视场2y 长度度量: 像方线视场2y′
角度度量:
物方视场角2ω
像方线视场2ω ′
3.确定视场光阑的方法:
例:有一光学系统,透镜O1、O2的口径D1=D2=50mm,焦 距f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置 一光孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光 孔O4,口径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。 求该系统的孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、 出窗的位置和大小。

应用光学 赵存华著 I 1-21章精选ppt课件

应用光学 赵存华著 I 1-21章精选ppt课件
感度称为视见函数(vision function),用 V( ) 表示,所以
V(55n5m )1
V( ) 1
图1.5 视见函数
1.2.1 光线和光束
人眼睛可以感受的光称为“可见光” 相同波长(或频率)的光颜色相同,称为“单色光” 不同波长光波的混合称为“复色光” 光在透明介质中行进的速度称为“光速” 光波传播时抽象的能传递能量的几何线称为“光线” 一束光线的集合称“光束”
当光线遇到障碍物时会发生光的衍射现象,从而偏离光线的直线 传播。
衍射
双折射
梯度折射率
2.2 光的独立传播定律
在光相交的区域可能发生叠加,甚至发生干涉。不管是哪一种情 况,在光离开相交区域后,光波继续沿着既定的方向向前传播,该 光波身上找不到其他光波对其产生的任何影响,此现象称为光的独 立传播定律。
德国科学家夫琅禾费 (Joseph von Fraunhofer)在研 究太阳光光谱时,把太阳光光 谱中在可见光区域内,某些明 显的线型用英文字母命名,称 为夫琅和费波长,列于右表。
波长/nm 404.6 435.8 480.0 486.1 546.1 587.6 589.3 643.8 656.3 706.5
由折射率定义
n' 1 n 2
sin I 1 sin I ' 2
nsiInn'siIn'
2.6.3 Snell定律的讨论
讨论:
nsiInn'siIn'
1. 如果 nn' 那么 sinIsinI'
所以 I I'
结论: 折射率小的一边相对法线夹角大.
2. 假定: 入射角很小
nIn'I'
如果光波在某种透明介质中的电容率(capacitivity)为ε,磁导率 (magnetoconductivity)为μ,该介质中的光速为

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, 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: 在各向冋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(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。

全反射临界角:C = arcsin 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兀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。

每一个物之比,即sin Isin In' n简称波面。

光的传播即 光路可逆:光沿着原来的反射 费马原理: 光总是沿光程为极小,极大,或常量的路径传播。

n2ni点都对应唯一的像点。

应用光学各章知识点归纳

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。

应光习题库(第五章)

应光习题库(第五章)

1, 10000
I 级 3 空(建议每空 1 分)
1、光能损失主要体现在透明介质分界面的
损失、反射面的
失和透明介质材料的
损失。
反射、光能、吸收
2、在辐射能中,能引起人眼光刺激的那一部分辐射通量称为
损 ,其单位
2

,单位符号用
表示。
光通量、流明、lm
3、单位时间内发射、传输或接收的辐射能称为
,其单位是
7、亮度为 L,面积为 dS 的单面发光体,向外发出的总的光通量为

若其双面发光,则向外发出的总的光通量为

πLdS, 2πLdS
II 级 3 空(建议每空 1.5 分)
1、一个 40W 的钨丝灯发出的总光通量为 500lm,设各向发光强度相等,则以灯
丝为中心,半径为 1m、2m、3m 时球面上的光照度分别为


7000 cd/ m2
2、直径为 17cm 的磨砂球形灯,辐射出的光通量为 2000lm,在灯泡的正下方 1m
处的水平面 dS 上产生的光照度是 159lx,则该灯泡的光亮度为

7000 cd/ m2
3、在理想成像时,物、像方的介质折射率分别为 n 和 nˊ,则物像方光亮度 L
和 Lˊ之间的关系为:
常数。
16、阿贝常数通常被用来表示光学材料的 色散
特性。
17、在表示可见光波段的 F、D、C 谱线中,用来校正单色光像差的谱线是 光。
D 18、通常情况下,冕牌玻璃的阿贝常数要 高
(高/低)于火石玻璃的阿贝常数。
1
19、朗伯辐射体是指在各方向的发光
相同的辐射体。
亮度
20、平方反比定律表面,当用点光源垂直照明时,受光面的光照度与光源的发光

(应用光学)第五章-光学系统中成像光束的选择

(应用光学)第五章-光学系统中成像光束的选择
将像平面上允许的最大光斑直径作为景深的标准b1b2a1a2a2?a1?l2l2?l1l1?远景平面对准平面近景平面景像平面应用光学第四版光学系统中成像光束的选择b1b2a1a2a2?a1?l2l2?l1l1?应用光学第四版光学系统中成像光束的选择两式相减通分得应用光学第四版光学系统中成像光束的选择应用光学第四版光学系统中成像光束的选择因为l远大于f?定义相对孔径d光学系统中成像光束的选择例2
——物方视场(能够清晰成像的物面范围) ★出射视场角:主光线出射部分与光轴的夹角ω0´
——像方视场
应用光学(第四版)
5 光学系统中成像光束的选择 2. 渐晕:像平面上,视场的边缘比中间暗。
解决办法:
★ 视场光阑设在物平面上,其在像方的共轭落在像平面上。
★ 视场光阑设在像平面上,其在物方的共轭落在物平面上。
应用光学(第四版)
5 光学系统中成像光束的选择 例2:如果使用相机,要求最远的清晰范围知道无 穷远,求最近的基准平面和总的成像深度。
解:当l1=-∞,代入公式
解得 近景景深:
应用光学(第四版)
5 光学系统中成像光束的选择 解得
总景深:由无穷远处到l2距离即为总景深。
应用光学(第四版)
5 光学系统中成像光束的选择 例3:已知照相机的物镜的焦距f'=50 mm,像平面上 容许的光斑直径为0.5mm,物镜的相对孔径为1:10, 要求最远处的清晰范围知道无穷远,求最近你出的 基准平面的位置和总的成像深度。
应用光学(第四版)
视5场光光学阑的系判统断中—成—像入光瞳中束心的的选成择像张角比较法判断
除孔径光阑以外,求系统其他光孔在物空间的像,各像边缘与 入瞳中心的连线(主光线)中,张角最小的为入射窗,最能限制 物空间的成像范围。对应的光孔即为视场光阑。

应用光学第五章

应用光学第五章
现象叫透视失真。 S1 对准 平面 S2 A 图(a ) P0
入瞳 出瞳
景像 平面
S1 A S2 S1
对准 平面 S2
入瞳
出瞳
景像 平面
P0
A
图(b)
P
P
A S1 (S2 )
' ' 如上图所示,同样的景物在图(a)中 s1 是分开的,而图(b)中由于入射光瞳位置的变 和s2
' ' 化,s1 重合在一起 和s2
制系统像方空间中到达像点的光束的孔径角。简称出瞳。
出瞳 孔阑 入瞳A1源自A2A 2 A
1
5.2光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳
判断入瞳、出瞳的方法: 将光学系统中所有的光学元件的通光口径分别对其前(后)面的光学系统成 像到系统的物(像)空间去,并根据各像的位置及大小求出它们对轴上物(像) 点的张角,其中张角最小者为入瞳(出瞳)。
5.6远心光路
在测量显微镜中,分划板(场阑)与物镜固定以保证设计的放大倍率。孔阑设置为 物镜框,调焦不准,像面与分划板不重合,产生测量误差。
场阑 孔 物 阑 镜
B B1
A C C1 A C
C1
y y 1
B
B1
5.6远心光路
1.物方远心光路
为减小测量误差,将孔阑设置在物镜的像方焦平面上,主光线平行光轴入射,不同位置物点 的出射主光线方向不变。尽管成像光束在分划板上为一弥散斑,但其中心位置不变,故不会 产生测量误差。
P 1 P 1 2a
z2
A
P P
P2
A
B1 p 1 p p 2 z 1
z2
B2
P 2
1
2
-p -p1

应用光学课件

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KD = Dω D S KS = ω S
应用光学讲稿
给渐晕的原因 1. 为了减小元件的口径 2. 为了去处某些像差较大 的光线
在某些望远镜中,渐晕系数可以达到 在某些望远镜中,渐晕系数可以达到0.5 孔径光阑: 孔径光阑:限制轴上点或视场中央部分 无渐晕)成像光束口径的光阑。 (无渐晕)成像光束口径的光阑。
10 (1) tg ω = ,所以 240
(2)
1 ω = arctg 即为物方视角。 24
1 ω ′ = arctg 即为像方视角。 3
10 tg ω ′ = ,所以 30
(3)出瞳是孔径光阑在系统像空间所成的像,对目镜来说:
l = −240 mm − 30 mm = − 270 mm
应用光学讲稿
引入
F
H
H’
F’
应用光学讲稿
问题: 透镜口径与什么有关? 1. 成像光束的大小
D
2. 成像光束的位置
D1 D2
应用光学讲稿
本章要解决的问题: 本章要解决的问题:
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
应用光学讲稿
§5-1 光阑及其作用 一 照相机的构造 镜头: 镜头:起成像作用 底片: 底片:感光部分 光阑:限制成像光束, 光阑:限制成像光束,可 变光阑 光学系统中, 光学系统中,不论是限制成像光束口径大小还是 限制成像范围的孔或框都称为“光阑” 限制成像范围的孔或框都称为“光阑”。
应用光学讲稿
出瞳:是光能最集中的地方, 出瞳:是光能最集中的地方,为了看清整个视场 眼睛的瞳孔应该和出瞳重合。 ,眼睛的瞳孔应该和出瞳重合。 对出瞳距离必须有一定的要求,一般仪器大于6毫米, 对出瞳距离必须有一定的要求,一般仪器大于 毫米, 毫米 对于军用仪器,要大一些,可能大于20毫米 毫米。 对于军用仪器,要大一些,可能大于 毫米。 出瞳直径的大小,直接与像的亮暗有关 出瞳直径的大小, 问题:是否出瞳直径越大越好,出瞳距离越长越好? 问题:是否出瞳直径越大越好,出瞳距离越长越好?

应用光学第五章光度学

应用光学第五章光度学

光在同一介质中传播,忽略散射及吸收,则在传播中的任 一截面上,光通量与亮度不变。光束的亮度就是光源的亮度
d1 d2
L1 L2
折射情形 dA位于n1介质内。入射光束的光亮度L1,在O点附近 取一微元dA,则过dA输出的光通量:
d1 L1dAcos I1d1 L1dAcos I1 sin I1dI1d
Ω
r dΦ

光出射度-光源上不同位置的发光特性
• 用单位面积所发射的光通量描写光源上某点的发光本领 • M=dΦ/ds,面光源上A附近的面积元ds辐射的光通量 • 单位:勒克斯,1lx=1lm/m2 dΦ A ds
透射面或反射面接受光通量,又可作为二次光源发出光 通量。M= ρE,ρ为透射率或反射率,与波长有关,因而物体呈 现彩色 。 对所有波长ρ 趋于0的物体,黑体
n1 sin I1 n2 sin I 2 n1 cos I1dI1 n2 cos I 2 dI2
L2 n 2 2 L1 n1

2
L2 L1 2 2 n2 n1
当光线处于同一介质,同前L2=L1
反射情形,L2=L1 综上,光束在均匀介质中传播,或在两种介质分界面 上的反射时的光亮度变化,都看成折射时的特例
dΦ=683VλdΦe=683×0.24×10×10-3=1.6152流明
d Ω=πθ2=3.14× (10-3)2 L=dΦ/(ds· dΩ)=6.553×107st L太阳=1.5×105st LHe-Ne=440L太阳 “勿对着眼睛照射” “激光致盲武器”
§5.2朗伯余弦定律及朗伯源

发光强度空间分布可用式Iθ= INcosθ表示的的发光表面 只有绝对黑体是理想的余弦 辐射体,具有粗糙表面的发 光体与余弦发光体接近 对朗伯源,发光强度向量Iθ端 点轨迹是一个与发光面相切 的球面 余弦辐射体在和法线成任意 I I cos I L n n Const dA cos dA cos dA 角度方向的光亮度 朗伯源的光亮度Lθ与方向无关,只是I随θ变化而变化

应用光学课件

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O1 O2
I2
θ
M β
N B
θ
应用: 应用:测距机中用双平面镜代替单个平面镜 角镜, 角镜,棱镜
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§4 - 4
棱镜和棱镜的展开
一、用棱镜代替平面镜的优缺点
棱镜: 棱镜:利用光线在介质内部的反射来改变光线方向的光学零件 优点:光能损失少 优点: 坚固耐久, 坚固耐久,不易损坏 易于安装固定 缺点: 缺点:体积重量较大 对材料要求高 受环境影响较大
y P o z 物像大小相等, 物像大小相等,形状不同 物空间右手坐标对应像空间左手坐标 x x’ z’
y’ o’
分别迎着z 坐标面时, 分别迎着 、 z ’看xy、x’y’坐标面时,当x按逆时针方向转到 看 坐标面时 按逆时针方向转到 y,x’按顺时针方向转到 ;物像这种对应关系称为“镜像” 按顺时针方向转到y’ 物像这种对应关系称为“镜像” , 按顺时针方向转到
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三、对棱镜的要求 1、棱镜展开后应该是一块平行玻璃板 、 2、如果棱镜位于会聚光束中,光轴必须和棱 、如果棱镜位于会聚光束中, 镜的入射及出射表面相垂直。 镜的入射及出射表面相垂直。
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四、典型棱镜展开举例
B 1、直角棱镜 、 在平行光路中使用
在平行光路中只需满平第一个条件: 展开开后成平行玻璃板即 AB//AC′ 则∠ ABC = ∠ A′CB Q ∠ A′CB 是∠ ACB 折过过去的,二者相等 ∴ ∠ ABC = ∠ ACB 只要两要两角相等就能 AB//AC′,不一定 为45°, ∠ A 也不一定为直角。
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结论: 结论:
A
物像位置相对平面镜对称, 物像位置相对平面镜对称,物像 大小相等 实物成虚像,虚物成实像。 实物成虚像,虚物成实像。 D 单个平面镜对物点能成理想像, 单个平面镜对物点能成理想像, O O’

应用光学

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第一章 几何光学的基本定律§ 1-1 发光点、波面、光线、光束 返回本章要点 发光点 ---- 本身发光或被照明的物点。

既无大小又无体积但能辐射能量的几何点。

对于光学系统来说, 把一个物体看成由许多物点组成,把这些物点都看成几何点 ( 发光点 ) 。

把不论多大的物体均看作许多 几何点组成。

研究每一个几何点的成像。

进而得到物体的成像规律。

当然这种点是不存在的,是简化了的概念。

一个实际的光源总有一定大小才能携带能量,但在计算时,一 个光源按其大小与作用距离相比很小便可认为是几何点。

今后如需回到光的本质的讨论将特别指出。

波面 --- 发光点在某一时刻发出的光形成波面 如果周围是各向同性均匀介质,将形成以发光点为中心的球面波或平面波 第二章 球面和球面系统§ 2-1 什么是球面系统?由球面组成的系统称为球面系统。

包括折射球面和反射球面反射面:n ' =-n.平面是半径为无穷大的球面,故讨论球面系统具有普遍意义折射系统折反系统§ 2-2 概念与符号规则•概念① 子午平面 —— 包含光轴的平面② 截距:物方截距 —— 物方光线与光轴的交点到顶点的距离像方截距 —— 像方光线与光轴的交点到顶点的距离③ 倾斜角:物方倾斜角 —— 物方光线与光轴的夹角像方倾斜角 —— 像方光线与光轴的夹角返回本章要点•符号规则返回本章要点因为分界面有左右、球面有凹凸、交点可能在光轴上或下,为使推导的公式具有普遍性,参量具有确切意 义,规定下列规则:a. 光线传播方向:从左向右b. 线段:沿轴线段 ( L,L',r ) 以顶点 O 为基准,左“ - ”右“ + ” 垂轴线段 ( h ) 以光轴为准,上“ + ”下“ - ” 间隔 d(O1O2) 以前一个面为基准,左“ - ”右“ + ” c. 角度:光轴与光线组成角度 ( U,U' ) 以光轴为起始边,以锐角方向转到光线,顺时针“ + ”逆时针“ - ”光线与法线组成角度 ( I,I' ) 以光线为起始边,以锐角方向转到法线,顺“ + ”逆“ - ”光轴与法线组成角度 ( φ ) 以光轴为起始边,以锐角方向转到法线,顺“ + ”逆“ - ”§ 2-3 折射球面返回本章要点•由折射球面的入射光线求出射光线已知: r, n, n',L, U 求: L', U',由 以上几个公式可得出 L' 是 U 的 函数这一结论, 不同 U 的光线经 折射后不能相交于一点点-》斑,不完善成像•近轴光线经折射球面折射并成像.1 .近轴光线:与光轴很靠近的光线,即 -U 很小 , sin(-U) ≈ -U ,此时用小写:sin(-U)= - usinI=iL=l 返回本章要点近轴光线所在的区域叫近轴区2 .对近轴光,已知入射光线求折射球面的出射光线:即由 l , u —> l ',u' , 以上公式组变为:当 u 改变时, l ' 不变!点 —— 》点,完善成像 此时 A , A' 互为物像,称共轭点近轴光所成像称为高斯像,仅考虑近轴光的光学叫高斯光学返回本章要点近轴光线经折射球面计算的其他形式(为计算方便,根据不同情况可使用不同公式)利用:可导出返回本章要点4 .(近轴区)折射球面的光焦度,焦点和焦距可见,当( n'-n )/r 一定时, l ' 仅与 l 有关。

应用光学 英文版 chapter 5

应用光学 英文版 chapter 5

Object telecentric system: It is often used in the measuring microscope. Its effect is to eliminate the measuring error caused by the position errors of the image plane.
Depth of Field: the distance between the farthest and the nearest object planes which can still be formed clearly on the image plane. The size of the acceptable blur is a subjective concept.
2. Selection of Image Rays in Microscope and Telecentric System .
P121
Telecentric System


Object telecentric system: The aperture stop is on the second focal plane; the entrance pupil is at infinity.
D0 C0 B0 A0 A
B C D
Exit pupil Exit window
The vignetting will increase as the field angle of view increases. Effect of the vignetting: If a system has the vignetting, there will be a transition area in the image plane, changing from bright to dim, without a clear borderline. Reducing the vignetting: The field stop must coincide with or be near the real image plane of the system.

应用光学实验指导书

应用光学实验指导书

应用光学实验指导书刘冬梅、王文生等主编长春理工大学光电工程学院2005年目录[实验一]透镜焦距的测量[实验二]望远系统特性参数的测量[实验三]显微系统特性参数的测量[实验四]几何象差的现象及规律[实验五]立体判释仪[实验六]自组显微镜[实验七]自组望远镜[实验八]验证透镜成像及光线传播规律的实验[实验九]色度学实验[实验十]激光光学系统(演示型实验)[实验十一]傅立叶光学系统(演示型实验)[实验一] 透镜焦距的测量一、实验目的1、掌握放大倍率法测量焦距的原理、和步骤;2、熟悉焦距仪的基本结构并掌握焦距的测量技术。

二、实验内容测量正透镜的焦距,并给出正确的测量结果三、实验仪器550型焦距仪(或光具座)及相应附件,待测的正透镜四、放大倍率法测焦距的原理放大倍率法测量正透镜焦距的原理如图1-1所示。

将待测物镜置于平行光管物镜之前,并在平行光管物镜焦面处放置彼罗板。

彼罗板上刻有若干已知间距的刻线对(根据不同的彼罗板其刻线对数也稍有不同,线对从中心往外数依次为mm8,2)。

任取一刻线对作为物,设其间距为y,4,mmmm则经待测透镜成像后在待测透镜焦面上成象为y',如测量显''β(式中β为显微物镜的微镜测量则测得y'的象y''为:yy'=放大率),则待测物镜的焦距可由下式求得:c f y y f '''='β(1-1) 式中c f '为平行光管物镜焦距。

五、测量方法1、首先将已知刻线对的彼罗板放置于平行光管的物镜焦平面上,并用测量显微镜对该彼罗板的线对进行调焦,直至视场中出现清晰的像,选择彼罗板的其中一对刻线作为物y ,测量出物的像的大小y ',则得到测量显微镜的物镜放大率:y y /'=β。

2、将待测物镜放置于透镜夹持器中,并调整透镜、平行光管及测量显微镜三者光轴共轴。

图 1-13、微调显微镜,使刻线象清晰无视差的成在测微目镜的分划板上,再次测量象的大小y ''。

应用光学(applied5

应用光学(applied5

应用光学(applied51、光阑(stop ):中心在光轴上,垂于光轴放置的开孔屏。

An opening aperture whose center is at the optic axis.2、分类:孔径光阑(aperture stop )和视场光阑(field stop ):用于限制光学系统中的光束。

(limit the imaging rays in system.)1)孔径光阑:用于限制轴上物点入射光束大小的光阑定义为孔径光阑。

(the opening inan optical system that limits the amount of light that can be collected . )入瞳:孔径光阑通过它前方的光学系统所成的像。

(从物空间看)Entrance pupil:the aperture stop’s image formed by its front optical system.出瞳:孔径光阑经由它后方的光学系统所成的像。

(从像空间看)Exit pupil: the aperture stop’s image formed by its back optica l system. Or the aperture stop ’s image in the image space.性质:入瞳、孔径光阑、出瞳三者之间两两共轭。

意义:轴上物点A 发出的光束,先被入瞳限制,然后充满整个孔径光阑,最后从出瞳边缘出射,会聚到像点A ’。

在一个系统中,孔径光阑不是绝对的,而是事物的相对位置。

The location of the aperture stop is determined by optical structure of the system and the location of the object.主光线(chief ray ):由轴外一物点发出,并通过孔径光阑中心的光线。

应用光学内容

应用光学内容

镜观测天体四百周年。

TMT:Thirty Meter Telescope宇宙喷泉遥远星系哈勃望远镜(主镜口径2.4米)光是电磁波的一种,覆盖特定的波长范围。

图1-1 电磁波按波长的分类图1-2 球面波和平面波图1-3 光线的反射入射光线、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;反射角等于入射角图1-4 光线的折射入射光线、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;入射角与折射角的正弦之比与入射角无关,是一个与介质与光的波长有关的常数:n′=−n,折射定律可推导出反射定律图1-5 光线在玻璃块中的折射和反射45°§1.1.3 光学材料及色散光的色散、典型玻璃的色散曲线516.7491Fe K393.3666Ca图1-8 透镜对光线的作用与透镜成像图1-7 透镜对波面的作用与透镜成像图1-10 光程图1-9 光线与波面的正交关系光线从P到P',经历时间:图1-11 遵守反射定律的光线图1-12 回转椭球面凹面反射镜图1-13 内切于回转椭球面的凹面反射镜图1-14 由费马原理导出折射定律22()z z d +−=('')('') d d−•−aδaδl'(u')l'(0)图1-15 完善成像(等光程)=Δ=−=[LMP'][OO'P'] [PP'][PP'][PP']0球面顶点图1-16 球面方程中所用的坐标系图1-17 入射光线与球面的两个交点211()ch z −−==22z r r h =±−图1-18 回转椭球面z 在许多商用光学设计程序中zOlympus手机摄像头透镜组富瑞丰公司头盔式显示器。

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P” ( virtual image )
Exit pupil
In image space the aperture stop and lens is replaced by the exit pupil.
Entrance Pupil
conjugate The whole system
Exit Pupil
The chief ray passes through the center of the aperture stop, entrance pupil, exit pupil
Exit pupil Entrance pupil
Aperture stop
§5.2 The field stop( 视场光阑 )
2ymax
Angular field of view
Vignetting (渐晕 )
Aper.stop Field Stop A0
B
Clear aperture of Aper.stop
Common aperture of two stops
Clear aperture of Field.stop
Vignetting coefficient/factor ( 渐晕系数 ): linear vignetting coefficient
KD = Dω Daxial
Daxial Dω
Area vignetting coefficient
5.3 Selection of Imaging Rays in a Apparatus
reticule
Second focal plane
Image telecentric system:
P122
It is widely used in geodetic measurement. Its effect is to eliminate the measuring error caused by the position errors of the object plane.
2. Selection of Image Rays in Microscope and Telecentric System .
P121
Telecentric System
{
Object telecentric system: The aperture stop is on the : second focal plane; the entrance pupil is at infinity. Image telecentric system: The aperture stop is on : the first focal plane; the exit pupil is at infinity.
2 ymax
Exit window (出射窗 简称出窗 ) 出射窗,
Exit window
Field stop
Angular field of view(视场角) : the angle which the entrance window subtends from the center of entrance pupil.
D0 C0 B0 A0 A B C D
Exit pupil Exit window
The vignetting will increase as the field angle of view increases. Effect of the vignetting: If a system has the vignetting, there will be a transition area in the image plane, changing from bright to dim, without a clear borderline. Reducing the vignetting: The field stop must coincide with or be near the real image plane of the system.
Ent.pup. Ex.pup. Eye-pup.
1. For a visual apparatus, the exit pupil should coincide with the eye pupil.
Example, telescope: eye pupil is a stop in system.
aperture stop
F’
a. Object telecentric system
F
b. Image telecentric system
P121
Object telecentric system: It is often used in the measuring microscope. Its effect is to eliminate the measuring error caused by the position errors of the image plane.
Depth of Field: the distance between the farthest and the nearest object planes which can still be formed clearly on the image plane. The size of the acceptable blur is a subjective concept.
field stop: It limits the imaging range. Entrance window (入射窗 简称“入窗”) 入射窗, 简称“入窗” Exit window (出射窗 简称出窗 ) 出射窗,
Object plane
Field stop and entrance window
First focal plane
§5.4 Field Lens
1)The function of a field lens
If the field lens is placed exactly at the internal image, it has no effect on the power of the telescope, but it bends the ray bundles (which would otherwise miss the eyepiece) back toward the axis so that they pass through the eyepiece. In this way the field of view may be increased without increasing the diameter of the eyepiece.
Chapter 5 Selection of Image Rays in Optical Systems
Stop: 光阑 field of view: 视场 vigetting: 渐晕 Telecentric system: 远心光路系统
lens
film
stop Lens: limits the amount of light which can pass through the system Film: limits the imaging range. Stop:an opening aperture whose center is at : the optic axis. Aperture Stop
•Aperture Stop: the opening in an optical system that limits the amount of light through the system sent out from axial point on the object. •Entrance Pupil: the aperture stop’s image in object space. •Exit Pupil : the aperture stop’s image in image space.
2). The focal length of the field lens
Field lens Front group Rear group
1 1 1 ′ − = , l ′ = − l 2 , l = − l1 l′ l f′
1 1 1 = '− ' f l1 l2
§5-5 Depth of Field
Exam.1 locating the aperture stop and pupils.
Aperture stop
Aperture stop
P’ Entrance pupil ( virtual image )
The aperture stop can be replaced by a hole located at the entrance pupil.
Field stop Stops, Pupils, and Windows
}
limit the imaging rays in system.
§5.1 Aperture Stop
1. Aperture Stop, Entrance Pupil, Exit Pupil
( 孔径光阑 入瞳 出瞳 ) 孔径光阑, 入瞳,
discussion: 1. Z’ , △
∆ = ∆1 + ∆ 2 =
2 Dl β z ' D 2 β 2 − z '2
2. For the photographic objective,
1 1 2z' 2z' − ≈ = ' l1 l2 Df D '2 f'f
D Relative aperture: f'
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