光学教程(第四版)Chap.4
合集下载
光学教程第四版答案word版
1 dy = 1 (r - r ') tan α = 1 (r - r ') 2 = d (r 0 - r ') 1 0 1 01 2 2 2 (r + r ') (r + r ') 0 02 = 2(1500 - 400) = 1.16mm 1500 + 400y = y 2 - y 1 = 3.46 - 1.16 = 2.30mmy=∆y∴ N 暗（3） 劳埃镜干涉存在半波损失现象 7. 试求能产生红光(λ=700nm)的二级反射干涉条纹的肥皂膜厚度.已知肥皂膜折射率 为 1.33,且平行光与发向成 30°角入射.解：根据题意2d n 2 - n 2 sin 2(2 j +10) λ 2 2 1 ∴d === 710nm2 ⨯ 2 n 2- n 2 sin 24 1.332- sin 230218. 透镜表面通常镀一层如 MgF 2（n=1.38）一类的透明物质薄膜，目的是利用干涉来降低玻璃表面的反射．为了使透镜在可见光谱的中心波长（550nm ）处产生极小的反射,则镀 层必须有多厚?解：可以认为光是沿垂直方向入射的。
即i 1 = i 2 = 0︒由于上下表面的反射都由光密介质反射到光疏介质，所以无额外光程差。
因此光程差δ = 2nh cos i 2 = 2nh∆r = (2 j + 1) λ2 如果光程差等于半波长的奇数倍即公式 ，则满足反射相消的条件2nh = (2 j + 1) λ2因此有h = (2 j + 1)λ ( = 0,1,2 )4n所以λ 550 = 99.64nm ≈ 10 -5 cm h = = 当 j = 0 时厚度最小min4n 4 ⨯ 1.389. 在两块玻璃片之间一边放一条厚纸,另一边相互压紧.玻璃片 l 长 10cm,纸厚为0.05mm,从 60°的反射角进行观察,问在玻璃片单位长度内看到的干涉条纹数目是多少?设 单色光源波长为 500nm.解：由课本 49 页公式（1-35）可知斜面上每一条纹的宽度所对应的空气尖劈的厚度的λ∆h = h j + - h j =1 2 n 2 - n 2 sin 2i 2 1 1变化量为λ= = λ2⎛ 3 ⎫2 1 - ⎪ ⎪ 2 ⎝ ⎭如果认为玻璃片的厚度可以忽略不记的情况下，则上式中n 2 = n 2 = 1,i 1 = 60︒ 。
光学教程第四版_姚启钧著_讲义第四章.4
43
入射窗：
视场光阑通过它前面的系统所成的像。
出射窗：
视场光阑通过它后面的系统所成的像。
对于同一系统，入射窗、视场光阑 和出射窗三者共轭。
详见：南开 母、战《光学》P91-93
P253 L4.1
44
4.7 光度学概要——光能量的传播
光度学：是对可见光的能量的计量研究。 辐射量度学：红外光、紫外光、X光以及其 它电磁辐射能量的计量研究。 在光度学中，把光看作是沿光线进行的能 量流，并且遵从能量守恒定律，即光束的任一 截面在单位时间内所通过的能量为一常数。 但光度学并不是几何光学的一部分，只是 因为在许多实际情况下，几何光学的模型可以 作为研究光度学的基础。
36
⑵ 若物点 P 不在 F 处 ，方法同前
此时 u 仍以 PM 和 PN 为边缘，而光阑的 像仍在 PM 和 PN 的延长线上。 若 D1 < D ， 且 P 点在焦点 F 以内，则 u u L ， ∴AB仍是有效光阑。
37
总之，寻找有效光阑的方法是： 先求出每一个给定光阑或透镜边缘 由其前面（向着物空间方向）那一部分 光具组所成的像，找出所有这些像和第 一个透镜边缘对指定的物点所张的角， 在这些张角中找出最小的那一个，和这 最小的张角所对应的光阑就是对于该物 点的有效光阑。 确定了有效光阑，便可求得入射光 瞳和出射光瞳。
4.3
一、目镜的作用 1. 作用：
目 镜
用来放大其它光具组（物镜）所成的像。
2. 构成：
由不相接触的两个薄透镜组成。
场镜：面向物体的透镜 视镜：接近眼睛者
13
3. 设计：
① 放大本领；
② 矫正像差；
入射窗：
视场光阑通过它前面的系统所成的像。
出射窗：
视场光阑通过它后面的系统所成的像。
对于同一系统，入射窗、视场光阑 和出射窗三者共轭。
详见：南开 母、战《光学》P91-93
P253 L4.1
44
4.7 光度学概要——光能量的传播
光度学：是对可见光的能量的计量研究。 辐射量度学：红外光、紫外光、X光以及其 它电磁辐射能量的计量研究。 在光度学中，把光看作是沿光线进行的能 量流，并且遵从能量守恒定律，即光束的任一 截面在单位时间内所通过的能量为一常数。 但光度学并不是几何光学的一部分，只是 因为在许多实际情况下，几何光学的模型可以 作为研究光度学的基础。
36
⑵ 若物点 P 不在 F 处 ，方法同前
此时 u 仍以 PM 和 PN 为边缘，而光阑的 像仍在 PM 和 PN 的延长线上。 若 D1 < D ， 且 P 点在焦点 F 以内，则 u u L ， ∴AB仍是有效光阑。
37
总之，寻找有效光阑的方法是： 先求出每一个给定光阑或透镜边缘 由其前面（向着物空间方向）那一部分 光具组所成的像，找出所有这些像和第 一个透镜边缘对指定的物点所张的角， 在这些张角中找出最小的那一个，和这 最小的张角所对应的光阑就是对于该物 点的有效光阑。 确定了有效光阑，便可求得入射光 瞳和出射光瞳。
4.3
一、目镜的作用 1. 作用：
目 镜
用来放大其它光具组（物镜）所成的像。
2. 构成：
由不相接触的两个薄透镜组成。
场镜：面向物体的透镜 视镜：接近眼睛者
13
3. 设计：
① 放大本领；
② 矫正像差；
光学教程第四版
同时，对传统教学内容进行精选和整合
2.0 内 容 的 框 架
立足经典，加强近代，面向未来
光学
经典光学 干涉 衍射 几何光学
偏振
近代光学 光子学 激 光
双 多 菲 夫 基薄光 干 衍 偏 光 康 激 激 信
光 束
光 束 干
涅 耳
琅 禾
本透学 原镜 仪
涉
射
干涉衍费理 器
涉
射衍
振
电普
效顿
应
效 应
光 原 理
声学劳厄衍射-衍射斑方向模型图
在 120晶体平面上的反射光束
激光光导管
镜面
平行光束
120晶体平面
声学劳厄衍射-（112）面上劳厄斑
[112] z
z 感光胶片平面
入射X射线 x
[112] 晶格平面峰值位置 100
y
[112]晶格平面峰值位置
[112]
声学劳厄衍射- 劳厄斑衍射模型
c 203平面
方向垂直于 （ 203）晶格平面（立方系）
b
屏幕
激光束
平面镜 相当于 203晶格平面
a 垂直（ 100）晶格平面的平行光束 激光
声光变换
光声变换
提纲
1.光学课程资源建设 2.光学教学内容及改革 3.以教材建设为核心，打
造光学课程资源平台
4.光学教学评价 5.光学课程建设特色 6.光学素材库
2.光学教学内容及改革
2.0内容的框架 2.1严谨的科学性 2.2内容的现代化 2.3教材的立体化 2.4科学、技术、社会和环境 2.5普适性 2.6在注重基本规律、基本概念和基本知识的
MOOCs在我国教育领域中的局限性
（1）MOOCs对网络环境有很高的要求 （2）MOOCs要求主动、自觉性的学习 （3）MOOCs要求一个高效的公共平台 MOOCs在选课实施中的实际考虑
2.0 内 容 的 框 架
立足经典，加强近代，面向未来
光学
经典光学 干涉 衍射 几何光学
偏振
近代光学 光子学 激 光
双 多 菲 夫 基薄光 干 衍 偏 光 康 激 激 信
光 束
光 束 干
涅 耳
琅 禾
本透学 原镜 仪
涉
射
干涉衍费理 器
涉
射衍
振
电普
效顿
应
效 应
光 原 理
声学劳厄衍射-衍射斑方向模型图
在 120晶体平面上的反射光束
激光光导管
镜面
平行光束
120晶体平面
声学劳厄衍射-（112）面上劳厄斑
[112] z
z 感光胶片平面
入射X射线 x
[112] 晶格平面峰值位置 100
y
[112]晶格平面峰值位置
[112]
声学劳厄衍射- 劳厄斑衍射模型
c 203平面
方向垂直于 （ 203）晶格平面（立方系）
b
屏幕
激光束
平面镜 相当于 203晶格平面
a 垂直（ 100）晶格平面的平行光束 激光
声光变换
光声变换
提纲
1.光学课程资源建设 2.光学教学内容及改革 3.以教材建设为核心，打
造光学课程资源平台
4.光学教学评价 5.光学课程建设特色 6.光学素材库
2.光学教学内容及改革
2.0内容的框架 2.1严谨的科学性 2.2内容的现代化 2.3教材的立体化 2.4科学、技术、社会和环境 2.5普适性 2.6在注重基本规律、基本概念和基本知识的
MOOCs在我国教育领域中的局限性
（1）MOOCs对网络环境有很高的要求 （2）MOOCs要求主动、自觉性的学习 （3）MOOCs要求一个高效的公共平台 MOOCs在选课实施中的实际考虑
光学教程四章节New-
惠更斯－－菲涅耳原理（1818）
1. 子波球面次波的频率与初波相同； 2. 子波源的初相与初波到达Q点时同相； 3. 次波在P点的振幅与初波在Q点的振幅成 正比；
2019/9/12
9
光 学 第四章 光的衍射
Fresnel衍射积分公式 由上所述，dS在P点的振幅为：
dE ~(P)cE ~(Q)1eikF r()dS
4
光 学 第四章 光的衍射
菲涅耳衍射和夫琅和费衍射
2019/9/12
5
光 学 第四章 光的衍射
2019/9/12
菲涅 耳衍 射和 夫琅 和费 衍射 图样
6
光 学 第四章 光的衍射
§1.2 惠更斯－－菲涅耳原理
惠更斯原理及其困难
1. 子波元的概念； 2. 子波的包迹形 成波面；
困难：与波的物理 量无关，不能计算振幅 和位相；不能定量解释 衍射和干涉。
为n
dS · Q
E~(P) dE~(P)
· r dE(p) p
S
0, f fmax
S(波前)
倾斜因子f ( ): f()
/2, f()0
A(Q)f()
dEp r dS
•表征子波传播并非各向同性
A(Q)取决于波前上Q点处的强度
无后退波
2019/9/12
8
光 学 第四章 光的衍射
这正是惠更斯――菲涅耳原理的缺点之一。
2019/9/12
29
光 学 第四章 光的衍射
小圆孔衍射
首先计算小孔露出的波面部
分对P点所包含的半波带数n 。
r0>>，
h
r0KK22
/
4
2(Rr0)
h r0n
1. 子波球面次波的频率与初波相同； 2. 子波源的初相与初波到达Q点时同相； 3. 次波在P点的振幅与初波在Q点的振幅成 正比；
2019/9/12
9
光 学 第四章 光的衍射
Fresnel衍射积分公式 由上所述，dS在P点的振幅为：
dE ~(P)cE ~(Q)1eikF r()dS
4
光 学 第四章 光的衍射
菲涅耳衍射和夫琅和费衍射
2019/9/12
5
光 学 第四章 光的衍射
2019/9/12
菲涅 耳衍 射和 夫琅 和费 衍射 图样
6
光 学 第四章 光的衍射
§1.2 惠更斯－－菲涅耳原理
惠更斯原理及其困难
1. 子波元的概念； 2. 子波的包迹形 成波面；
困难：与波的物理 量无关，不能计算振幅 和位相；不能定量解释 衍射和干涉。
为n
dS · Q
E~(P) dE~(P)
· r dE(p) p
S
0, f fmax
S(波前)
倾斜因子f ( ): f()
/2, f()0
A(Q)f()
dEp r dS
•表征子波传播并非各向同性
A(Q)取决于波前上Q点处的强度
无后退波
2019/9/12
8
光 学 第四章 光的衍射
这正是惠更斯――菲涅耳原理的缺点之一。
2019/9/12
29
光 学 第四章 光的衍射
小圆孔衍射
首先计算小孔露出的波面部
分对P点所包含的半波带数n 。
r0>>，
h
r0KK22
/
4
2(Rr0)
h r0n
《光学教程》姚启钧原著_第四章
U 0 1 0.61 (物间距) R
当一个中央亮斑的最大值恰和另一个中央亮斑的最小值 位置重合时，两个像点刚好能分辨开。
2、分辨极限角：
刚好能分辨时，两物点对光具组入瞳中心的夹角(或两像点 对出瞳的夹角)为夫琅和费圆孔衍射中中央亮斑的角半径：
U 1 0 610
R
( R 入瞳半径, 入射光波长) 1 分辨极限角
41
牛顿反射式
几种望远镜光路图
椭球面
F ''
F1
F’
抛物面
F ''
牛顿反射物镜
格雷戈里反射物镜
抛物面
F’
双曲面
F ''
抛物面
42
卡斯格伦反射物镜
五、激光扩束器
1、定义： 激光扩束器——将激光束横截面扩大的光学仪器。 2、装置 —倒用的折射式望远镜是很好的激光扩束器 。
开氏 伽氏
F1` F2
F1` F2
要求：A、放大本领高；
B、能校正像差、色差。 2、结构：场镜+视镜+分划板（刻度尺） • 场镜： 面向物体的透镜（或透镜组） • 视镜： 接近人眼的透镜（或透镜组） • 分划板：包含透明刻度尺，用于提高测量精度。
27
二、两种目镜 1)惠更斯（Huygens）目镜
’
二镜凸面向物镜
F’2 F’1
f1 ': f 2 ': d 3 : 1 : 2
22
二、放大本领
Q’
U’ Q
l U' M l U
说明：
'
P‘
Q P U
P H H’
O
l'
当一个中央亮斑的最大值恰和另一个中央亮斑的最小值 位置重合时，两个像点刚好能分辨开。
2、分辨极限角：
刚好能分辨时，两物点对光具组入瞳中心的夹角(或两像点 对出瞳的夹角)为夫琅和费圆孔衍射中中央亮斑的角半径：
U 1 0 610
R
( R 入瞳半径, 入射光波长) 1 分辨极限角
41
牛顿反射式
几种望远镜光路图
椭球面
F ''
F1
F’
抛物面
F ''
牛顿反射物镜
格雷戈里反射物镜
抛物面
F’
双曲面
F ''
抛物面
42
卡斯格伦反射物镜
五、激光扩束器
1、定义： 激光扩束器——将激光束横截面扩大的光学仪器。 2、装置 —倒用的折射式望远镜是很好的激光扩束器 。
开氏 伽氏
F1` F2
F1` F2
要求：A、放大本领高；
B、能校正像差、色差。 2、结构：场镜+视镜+分划板（刻度尺） • 场镜： 面向物体的透镜（或透镜组） • 视镜： 接近人眼的透镜（或透镜组） • 分划板：包含透明刻度尺，用于提高测量精度。
27
二、两种目镜 1)惠更斯（Huygens）目镜
’
二镜凸面向物镜
F’2 F’1
f1 ': f 2 ': d 3 : 1 : 2
22
二、放大本领
Q’
U’ Q
l U' M l U
说明：
'
P‘
Q P U
P H H’
O
l'
光学教程第四章复习
U y 25cm
P
f
s
Q
y
U
O l
凸透镜的放大本领：
U 25cm M U f
P
25cm
11:15
7
3.两种主要目镜的介绍
• 作用：放大其它光具组的像，从而增大视角。
Q
3
Q
3.1 惠更斯目镜
1
2
3
O1 F2
F
2 1
O2 F2 F1
3 2 1
场镜
视镜
3.2 冉斯登目镜
1 2 3
d
jN
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
sin
11:15
21
近点
O
F‘
矫正前
明视距离 F‘
O
近点
明视距离
O
F‘
矫正后
11:15
5
二.助视仪器的放大本领 1.放大本领的定义
在眼睛前配备助视仪器 时，若线状物体通过光 学仪器和眼睛构成的光 具组在视网膜上面形成 的像长度为 l 。而没有 配备这种仪器时，通过 眼睛观察放在助视仪器 原来所成虚像平面上的 同一物，在视网膜上面 所成像的长度为 l 。那 么 l 与 l 之比称为助视 仪器的放大本领。
11:15
{
远物 E
'
' 4 f 2 L0 d ' ' 近物 E 16 f
L0 d
2
16
四、分辨本领
4.1助视仪器的分辨本领
U 1
Q
P
U
P
f
s
Q
y
U
O l
凸透镜的放大本领：
U 25cm M U f
P
25cm
11:15
7
3.两种主要目镜的介绍
• 作用：放大其它光具组的像，从而增大视角。
Q
3
Q
3.1 惠更斯目镜
1
2
3
O1 F2
F
2 1
O2 F2 F1
3 2 1
场镜
视镜
3.2 冉斯登目镜
1 2 3
d
jN
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
sin
11:15
21
近点
O
F‘
矫正前
明视距离 F‘
O
近点
明视距离
O
F‘
矫正后
11:15
5
二.助视仪器的放大本领 1.放大本领的定义
在眼睛前配备助视仪器 时，若线状物体通过光 学仪器和眼睛构成的光 具组在视网膜上面形成 的像长度为 l 。而没有 配备这种仪器时，通过 眼睛观察放在助视仪器 原来所成虚像平面上的 同一物，在视网膜上面 所成像的长度为 l 。那 么 l 与 l 之比称为助视 仪器的放大本领。
11:15
{
远物 E
'
' 4 f 2 L0 d ' ' 近物 E 16 f
L0 d
2
16
四、分辨本领
4.1助视仪器的分辨本领
U 1
Q
P
U
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Chap.4 Basic Principles of Optical Instrument
主讲人：shifengliang
主 要 内 容
• • • • • • • • • • • • • • 4.1 人的眼睛 4.2 助视仪器的放大本领 4.3 目镜 4.4 显微镜的放大本领 4.5 望远镜的放大本领 4.6 光阑 光瞳 4.7 光度学概要——光能量的传播 4.8 物镜的聚光本领 4.9 幻灯机的聚光和成像 4.10 单色像差概述 4.11 正弦定理和正弦条件 4.12 近轴物近轴光线成像的色差 4.13 助视仪器的分辨本领 4.14 分光仪器的分辨本领
•
设计：
场镜：面向物体的透镜 视镜：接近眼睛者
• • • •
① 放大本领； ② 矫正像差； ③ 配备分划板（提高测量精度）； ④ 使倒立像变成正立像。
4.3 目镜
二、 两种目镜 （ 2U 30） （1）惠更斯目镜： 两个同种玻璃的平凸透镜组成，凸面都向着物镜。
4.3 目镜
（2）冉斯登目镜： 两个同种玻璃的平凸透镜组成，凸面相向，平面向外。
四、视场光阑、入射窗和出射窗
• 以上讨论的是对轴上物点的限制，一般情况下， 物体并不在轴上，此时可用一种遮挡轴外光束的光 阑来限制。 视场：给定的光学系统只能让物空间一定范围内的 物体成像的区域。 视场光阑：对限制视场大小特别起作用的光阑。 入射窗：视场光阑通过它前面的系统所成的像。 出射窗：视场光阑通过它后面的系统所成的像。 对于同一系统，入射窗、视场光阑和出射窗三者 共轭。 P253 L4.1
三、有效光阑和光瞳的计算
• 2、如果有效光阑是在整个光具组的前面，则它和入射光瞳重合； • 如果有效光阑是在整个光具组的后面，则它和出射光瞳重合。 • [AB有效、出射，Aˊ Bˊ入射] • 任何一个光瞳可能是虚像，也可能是实像。出射光瞳的位置可 能在入射光瞳的前面，也可能在后面。 • 3、入射孔径角（孔径角）： • 由物平面与主轴的交点对入射 • 光瞳半径两端所张的角u。 • 出射孔径角（投射角）： • 由像平面与主轴的交点对出射 • 光瞳半径两端所张的角uˊ 。 • 主光线： • 通过有效光阑中心的光线。 • 它也通过两个光瞳的中心。
d
三、光通量 Φ
• 光通量表示光源表面的客观辐射通量对人眼所引起 的视觉强度，它正比于辐射通量和视觉函数。 • 在某一波长附近对于波长间隔为dλ的单色光来讲， 其光通量为： d ( )d • • 式中 k ( ) k m v( ) 。 • k ( ) 称为光谱光视效能 ，k m 为最大光视效能，也称最 大光效率。 • 光通量的单位是流明（lumen），简称流，符号：lm。
1.人的感觉：视觉、听觉、嗅觉、味觉、平衡、运动、机体感觉等。 I 2.感觉的规律性： I k 布格尔 韦伯比，常数 ， I :此时的差别感觉阈 限， : 最初刺激物的强度，原刺激量。 I 重量感觉：k=0.03=3%,即只有当重量增加到3g以上时，才能感 觉到100g的变化。听觉：k=0.1，味觉：k=0.25，视觉：k=0.01. 如：电视机的灰度：8种，实际256种；可见光：7种颜色，实 际 3.9 1014 ~ 7.5 1014 HZ ,即 390~760nm 。 3.人的视觉：人类从客观世界获得的信息90%来自于视觉。但人的视 觉是有限的。空间分辨能力、时间分辨能力、光谱响应范围、强 度感受能力。 4.光学仪器：为了提高人的视觉能力，借助于光学仪器：平面镜、球 面镜、透镜等组成。其基本概念前面已用过,条件限制（近轴物、 近轴光线）。此时遇到两类矛盾： a.成像放大后的清晰度与像场能量聚集程度之间的关系、色差、 像差等。 b.成像清晰度与细节分辨程度的关系。如衍射与像差等。 • 放大本领、聚光本领、分辨本领。
二、视见函数（光见度函数） ( )
• 设任一波长为λ的光和 波长为5550Å的光， 产生相 同的亮暗视觉所需的辐射通 量分别为 和 5550 ，则比 值： 5550 v ( ) 称为视见函数。 在光照充分条件下得到 的人眼的视见函数曲线称为 明视觉曲线；在光照较弱条 件下得到的人眼的视见函数 曲线称为暗视觉曲线。 ∴为产生同等强度的视 觉， v( ) 1 。
• • • • •
• •
• •
讨论： 1.共同点: ①.望远光具组: 光学间隔 d f f 0.(d f f ).无焦系统 特点：平行光束通过时，透射出来的仍是平行光，但方 向改变。整个光具组的焦点和主平面都是在无限远处。 ②二者的横向放大率β都小于1（像是缩小的）.可见M 与β不同。 2.不同点： ①开氏的视场较大，而伽氏的视场较小（∵伽氏的目镜 是发散的）。 ②开氏的目镜物方焦平面上可放叉丝或刻度尺，伽氏则 不能（∵前者在镜筒内）。 ③开氏的镜筒较长，而伽氏的镜筒较短（ ∵两个焦距 的加与减）。
三、有效光阑和光瞳的计算
• • • • • • ⑵若物点P不在F处 ，方法同前 此时u仍以PM和PN为边缘， 而光阑的像仍在PM 和 PN的延 长线上。 若 D1< D，且P点在焦点F 以内，则 u u L ，∴AB仍是有效光阑。 总之,寻找有效光阑的方法是：先求出每一个给定光阑或 透镜边缘由其前面（向着物空间方向）那一部分光具组 所成的像，找出所有这些像和第一个透镜边缘对指定的 物点所张的角，在这些张角中找出最小的那一个，和这 最小的张角所对应的光阑就是对于该物点的有效光阑。 • 确定了有效光阑，便可求得入射光瞳和出射光瞳。
• ①天文望远镜：射电、红外、 紫外、 x光望远镜等; ②普通望远镜：读数(实验用)、棱镜(双筒、军事、
观剧、旅游、球赛等)；
• ③特殊望远镜：天文、遥感、宇航、导弹跟踪、高
空摄影、激光测距等。
一、开普勒望远镜
• 两个会聚透镜（物镜、目镜），折射式。 • 物镜像方焦点F1ˊ和目镜物方焦点F2重合。
三、有效光阑和光瞳的计算
• 讨论： • ① 有效光阑总是对某一个指定的参考点而言的。因 为光阑不变，其像的位置亦不变，但物与主轴的交点可 变，u 亦变。 • ② 若光具组仅是一个单独的薄透镜，则有效光阑、 入射光瞳、出射光瞳都与透镜的边缘重合，而与物点的 位置无关。 • ③ 在实际作图中，重点是找入射光瞳和出射光瞳。 • ④ 确定像点pˊ的位置，仍用基点基面作图法。此时 光束顶角的大小是任意的，基点基面图和光瞳图都是抽 象的，用简化方法不必划出光具组的实际结构，但其结 果和实际情况完全相符。
1 2 2
三、反射式望远镜
四、激光扩束器
使激光器发出的光束实现扩束的仪器称为激光扩束器。 通常是将望远镜倒过来使用，也可用显微镜的物镜等。 我国人造卫星激光测距仪，测量精度已达±5cm。
一、光阑的概念 所有光学元件的边缘和特加的有一定形状的 开孔的屏统称为光阑，它们在光学系统中起限制 光束的作用。 二、有效光阑和光瞳 • 在所有各光阑中，限制入射光束最起作用的 光阑称为有效光阑（孔径光阑 B） 。
•
• • • • •
4.7 光度学概要——光能量的传播
• • 光度学：是对可见光的能量的计量研究。 辐射量度学：红外光、紫外光、X光以及其 它电磁辐射能量的计量研究。 • 在光度学中，把光看作是沿光线进行的能 量流，并且遵从能量守恒定律，即光束的任一 截面在单位时间内所通过的能量为一常数。 • 但光度学并不是几何光学的一部分，只是 因为在许多实际情况下，几何光学的模型可以 作为研究光度学的基础。
• • •
可见: ① f , f M , ② M 0 ,像是倒立的 。
1 2
二、伽利略望远镜
物镜是会聚透镜，目镜是发散透镜，1和F2 重合。 F
和 重合。
PQ y PQ y U , U . f 2 f2 f1 f1 U y f 2 f1 f1 M . U y f1 f 2 f 2 f1 0, f 0, M 0, 象是正立的。
主 要 内 容
• • • • • • • 一、辐射通量（辐射功率） 二、视见函数（光见度函数） 三、光通量 四、发光强度 五、照度 六、亮度 七、三原色原理
一、辐射通量（辐射功率）ε
• • • • • • • • ⒈面积元ds的辐射通量： 单位时间内面积元ds辐射出 来的所有波长的光能量。 ⒉分布函数（谱辐射通量密度）： 在单位时间内通过光源面积元的某一波长附近 的单位波长间隔内的光能量。用e(λ)表示，∵是波 长的函数。 ⒊总辐射通量： ∵ 从光源面积元ds辐射出来的波长在λ ～ λ +d λ间的辐射通量为：
4.1 人的眼睛
• 一、人眼的结构
瞳孔→
4.1 人的眼睛
二、简化眼. （睛珠） 共轴光具组——只有一个折射球面的简化，只能感觉约390nm～760nm波长的光，而不 能判别复色光的成分。眼的调节、远点、近点、眼 的自调节、明视距离25cm、非正常眼（近视眼、远 视眼、散光眼、老花眼）。 四、眼镜 远视眼、老花眼—凸透镜；近视眼—凹透镜；散光 眼—柱透镜。
d , d e( )d
∴从光源面积元ds发出的各种波长光的总辐 射通量为：
二、视见函数（光见度函数） ( )
• 因为人眼对不同波长的光有不同的灵敏 度，并且，不同人的眼睛对各种波长的光亦 有不同的灵敏度。所以要根据对许多正常人 眼的研究，求出对各种波长的平均相对灵敏 度。表征此平均相对灵敏度的函数就称为视 见函数。 • 平均来说：人眼对黄绿色光最灵敏，对 红色光和紫色光较差，而对红外光和紫外光 则无视觉反应。这说明：人眼对黄绿色光的 视见函数值大，对红光和紫光的视见函数值 小，而对红外光和紫外光的视见函数为0。
4.6 光阑 光瞳
•
入射光瞳(Bˊ)：有效光阑被它自己前面部分的光具 组所成的像。 • 出射光瞳(Bˊˊ )：有效光阑被它自己后面部分的光 具组所成的像。 • 入射光瞳与出射光瞳统称为光瞳。 • 对同一系统，入射光瞳、有效光阑和出射光瞳三者共轭.
主讲人：shifengliang
主 要 内 容
• • • • • • • • • • • • • • 4.1 人的眼睛 4.2 助视仪器的放大本领 4.3 目镜 4.4 显微镜的放大本领 4.5 望远镜的放大本领 4.6 光阑 光瞳 4.7 光度学概要——光能量的传播 4.8 物镜的聚光本领 4.9 幻灯机的聚光和成像 4.10 单色像差概述 4.11 正弦定理和正弦条件 4.12 近轴物近轴光线成像的色差 4.13 助视仪器的分辨本领 4.14 分光仪器的分辨本领
•
设计：
场镜：面向物体的透镜 视镜：接近眼睛者
• • • •
① 放大本领； ② 矫正像差； ③ 配备分划板（提高测量精度）； ④ 使倒立像变成正立像。
4.3 目镜
二、 两种目镜 （ 2U 30） （1）惠更斯目镜： 两个同种玻璃的平凸透镜组成，凸面都向着物镜。
4.3 目镜
（2）冉斯登目镜： 两个同种玻璃的平凸透镜组成，凸面相向，平面向外。
四、视场光阑、入射窗和出射窗
• 以上讨论的是对轴上物点的限制，一般情况下， 物体并不在轴上，此时可用一种遮挡轴外光束的光 阑来限制。 视场：给定的光学系统只能让物空间一定范围内的 物体成像的区域。 视场光阑：对限制视场大小特别起作用的光阑。 入射窗：视场光阑通过它前面的系统所成的像。 出射窗：视场光阑通过它后面的系统所成的像。 对于同一系统，入射窗、视场光阑和出射窗三者 共轭。 P253 L4.1
三、有效光阑和光瞳的计算
• 2、如果有效光阑是在整个光具组的前面，则它和入射光瞳重合； • 如果有效光阑是在整个光具组的后面，则它和出射光瞳重合。 • [AB有效、出射，Aˊ Bˊ入射] • 任何一个光瞳可能是虚像，也可能是实像。出射光瞳的位置可 能在入射光瞳的前面，也可能在后面。 • 3、入射孔径角（孔径角）： • 由物平面与主轴的交点对入射 • 光瞳半径两端所张的角u。 • 出射孔径角（投射角）： • 由像平面与主轴的交点对出射 • 光瞳半径两端所张的角uˊ 。 • 主光线： • 通过有效光阑中心的光线。 • 它也通过两个光瞳的中心。
d
三、光通量 Φ
• 光通量表示光源表面的客观辐射通量对人眼所引起 的视觉强度，它正比于辐射通量和视觉函数。 • 在某一波长附近对于波长间隔为dλ的单色光来讲， 其光通量为： d ( )d • • 式中 k ( ) k m v( ) 。 • k ( ) 称为光谱光视效能 ，k m 为最大光视效能，也称最 大光效率。 • 光通量的单位是流明（lumen），简称流，符号：lm。
1.人的感觉：视觉、听觉、嗅觉、味觉、平衡、运动、机体感觉等。 I 2.感觉的规律性： I k 布格尔 韦伯比，常数 ， I :此时的差别感觉阈 限， : 最初刺激物的强度，原刺激量。 I 重量感觉：k=0.03=3%,即只有当重量增加到3g以上时，才能感 觉到100g的变化。听觉：k=0.1，味觉：k=0.25，视觉：k=0.01. 如：电视机的灰度：8种，实际256种；可见光：7种颜色，实 际 3.9 1014 ~ 7.5 1014 HZ ,即 390~760nm 。 3.人的视觉：人类从客观世界获得的信息90%来自于视觉。但人的视 觉是有限的。空间分辨能力、时间分辨能力、光谱响应范围、强 度感受能力。 4.光学仪器：为了提高人的视觉能力，借助于光学仪器：平面镜、球 面镜、透镜等组成。其基本概念前面已用过,条件限制（近轴物、 近轴光线）。此时遇到两类矛盾： a.成像放大后的清晰度与像场能量聚集程度之间的关系、色差、 像差等。 b.成像清晰度与细节分辨程度的关系。如衍射与像差等。 • 放大本领、聚光本领、分辨本领。
二、视见函数（光见度函数） ( )
• 设任一波长为λ的光和 波长为5550Å的光， 产生相 同的亮暗视觉所需的辐射通 量分别为 和 5550 ，则比 值： 5550 v ( ) 称为视见函数。 在光照充分条件下得到 的人眼的视见函数曲线称为 明视觉曲线；在光照较弱条 件下得到的人眼的视见函数 曲线称为暗视觉曲线。 ∴为产生同等强度的视 觉， v( ) 1 。
• • • • •
• •
• •
讨论： 1.共同点: ①.望远光具组: 光学间隔 d f f 0.(d f f ).无焦系统 特点：平行光束通过时，透射出来的仍是平行光，但方 向改变。整个光具组的焦点和主平面都是在无限远处。 ②二者的横向放大率β都小于1（像是缩小的）.可见M 与β不同。 2.不同点： ①开氏的视场较大，而伽氏的视场较小（∵伽氏的目镜 是发散的）。 ②开氏的目镜物方焦平面上可放叉丝或刻度尺，伽氏则 不能（∵前者在镜筒内）。 ③开氏的镜筒较长，而伽氏的镜筒较短（ ∵两个焦距 的加与减）。
三、有效光阑和光瞳的计算
• • • • • • ⑵若物点P不在F处 ，方法同前 此时u仍以PM和PN为边缘， 而光阑的像仍在PM 和 PN的延 长线上。 若 D1< D，且P点在焦点F 以内，则 u u L ，∴AB仍是有效光阑。 总之,寻找有效光阑的方法是：先求出每一个给定光阑或 透镜边缘由其前面（向着物空间方向）那一部分光具组 所成的像，找出所有这些像和第一个透镜边缘对指定的 物点所张的角，在这些张角中找出最小的那一个，和这 最小的张角所对应的光阑就是对于该物点的有效光阑。 • 确定了有效光阑，便可求得入射光瞳和出射光瞳。
• ①天文望远镜：射电、红外、 紫外、 x光望远镜等; ②普通望远镜：读数(实验用)、棱镜(双筒、军事、
观剧、旅游、球赛等)；
• ③特殊望远镜：天文、遥感、宇航、导弹跟踪、高
空摄影、激光测距等。
一、开普勒望远镜
• 两个会聚透镜（物镜、目镜），折射式。 • 物镜像方焦点F1ˊ和目镜物方焦点F2重合。
三、有效光阑和光瞳的计算
• 讨论： • ① 有效光阑总是对某一个指定的参考点而言的。因 为光阑不变，其像的位置亦不变，但物与主轴的交点可 变，u 亦变。 • ② 若光具组仅是一个单独的薄透镜，则有效光阑、 入射光瞳、出射光瞳都与透镜的边缘重合，而与物点的 位置无关。 • ③ 在实际作图中，重点是找入射光瞳和出射光瞳。 • ④ 确定像点pˊ的位置，仍用基点基面作图法。此时 光束顶角的大小是任意的，基点基面图和光瞳图都是抽 象的，用简化方法不必划出光具组的实际结构，但其结 果和实际情况完全相符。
1 2 2
三、反射式望远镜
四、激光扩束器
使激光器发出的光束实现扩束的仪器称为激光扩束器。 通常是将望远镜倒过来使用，也可用显微镜的物镜等。 我国人造卫星激光测距仪，测量精度已达±5cm。
一、光阑的概念 所有光学元件的边缘和特加的有一定形状的 开孔的屏统称为光阑，它们在光学系统中起限制 光束的作用。 二、有效光阑和光瞳 • 在所有各光阑中，限制入射光束最起作用的 光阑称为有效光阑（孔径光阑 B） 。
•
• • • • •
4.7 光度学概要——光能量的传播
• • 光度学：是对可见光的能量的计量研究。 辐射量度学：红外光、紫外光、X光以及其 它电磁辐射能量的计量研究。 • 在光度学中，把光看作是沿光线进行的能 量流，并且遵从能量守恒定律，即光束的任一 截面在单位时间内所通过的能量为一常数。 • 但光度学并不是几何光学的一部分，只是 因为在许多实际情况下，几何光学的模型可以 作为研究光度学的基础。
• • •
可见: ① f , f M , ② M 0 ,像是倒立的 。
1 2
二、伽利略望远镜
物镜是会聚透镜，目镜是发散透镜，1和F2 重合。 F
和 重合。
PQ y PQ y U , U . f 2 f2 f1 f1 U y f 2 f1 f1 M . U y f1 f 2 f 2 f1 0, f 0, M 0, 象是正立的。
主 要 内 容
• • • • • • • 一、辐射通量（辐射功率） 二、视见函数（光见度函数） 三、光通量 四、发光强度 五、照度 六、亮度 七、三原色原理
一、辐射通量（辐射功率）ε
• • • • • • • • ⒈面积元ds的辐射通量： 单位时间内面积元ds辐射出 来的所有波长的光能量。 ⒉分布函数（谱辐射通量密度）： 在单位时间内通过光源面积元的某一波长附近 的单位波长间隔内的光能量。用e(λ)表示，∵是波 长的函数。 ⒊总辐射通量： ∵ 从光源面积元ds辐射出来的波长在λ ～ λ +d λ间的辐射通量为：
4.1 人的眼睛
• 一、人眼的结构
瞳孔→
4.1 人的眼睛
二、简化眼. （睛珠） 共轴光具组——只有一个折射球面的简化，只能感觉约390nm～760nm波长的光，而不 能判别复色光的成分。眼的调节、远点、近点、眼 的自调节、明视距离25cm、非正常眼（近视眼、远 视眼、散光眼、老花眼）。 四、眼镜 远视眼、老花眼—凸透镜；近视眼—凹透镜；散光 眼—柱透镜。
d , d e( )d
∴从光源面积元ds发出的各种波长光的总辐 射通量为：
二、视见函数（光见度函数） ( )
• 因为人眼对不同波长的光有不同的灵敏 度，并且，不同人的眼睛对各种波长的光亦 有不同的灵敏度。所以要根据对许多正常人 眼的研究，求出对各种波长的平均相对灵敏 度。表征此平均相对灵敏度的函数就称为视 见函数。 • 平均来说：人眼对黄绿色光最灵敏，对 红色光和紫色光较差，而对红外光和紫外光 则无视觉反应。这说明：人眼对黄绿色光的 视见函数值大，对红光和紫光的视见函数值 小，而对红外光和紫外光的视见函数为0。
4.6 光阑 光瞳
•
入射光瞳(Bˊ)：有效光阑被它自己前面部分的光具 组所成的像。 • 出射光瞳(Bˊˊ )：有效光阑被它自己后面部分的光 具组所成的像。 • 入射光瞳与出射光瞳统称为光瞳。 • 对同一系统，入射光瞳、有效光阑和出射光瞳三者共轭.