应用光学各章知识点归纳
应用光学总结
• 放大率特性曲线 • 共轴多光组组合光路计算
• 透镜与薄透镜
第四章
• 平面镜成像性质
单平面镜的成像性质
• 镜像、一致像 镜像、
双平面镜的成像性质 反射棱镜及其展开 • 平面镜与棱镜成像方向的方法 • 棱镜展开外形尺寸计算
第五章
• 光阑及其作用 • 孔径光阑、视场光阑 、渐晕光阑 、消杂光光阑 孔径光阑、 渐晕光阑 消杂光光阑
• 理想光学系统的组合与光路计算
• 双光组组合 • 焦点位置公式
f 2 f 2' x 'F = − ∆
f 1 f 1' xF = ∆
焦距公式
f 1' f 2 ' f' = − ∆
f1 f 2 f = ∆
f 1' f 2 ' f' = f 1' − f 2 − d
∆ = d − f 1' + f 2
M 250 Γ = = f' f'
显微系统
• 放大率公式
Γ = β × Γe
0.61λ 0.61λ σ= = n sin U max NA
• 最小分辨距 • 数值孔径 数值孔径NA • 有效放大率 • 线视场
500 NA < Γ < 1000 NA
照明系统： 照明系统：
• 照明系统的设计原则 • 临界、柯勒照明（远心光路） 临界、柯勒照明（远心光路）
• 可以得到下列三个重要公式
1 1 1 1 n( - ) = n' ( - ) = Q r l r l'
• 阿贝不变量，用Q表示。说明一折射球面 阿贝不变量， 表示。 表示 的物空间和像空间的Q值是相等的 的物空间和像空间的 值是相等的
应用光学重点个人整理版
23：掌握透射照明的方式
透射式照明法分中心照明和斜射照明两种形式： （1） 中心照明：这是最常用的透射式照明法，其特点是照明光束的中轴与显微镜的光轴同 在一条直线上。它又分为“临界照明”和“柯勒照明”两种。 A． 临界照明（Critical illumination）:这是普通的照明法。这种照明的特点是光源经聚光镜 后成像在被检物体上，光束狭而强，这是它的优点。但是光源的灯丝像与被检物 体的平面 重合，这样就造成被检物体的照明呈现出不均匀性，在有灯丝的部分则明亮；无灯丝的部分 则暗淡，不仅影响成像的质量，更不适合显微照相，这是临界照 明的主要缺陷。其补救的 方法是在光源的前方放置乳白和吸热滤色片，使照明变得较为均匀和避免光源的长时间的照 射而损伤被检物体。 B． 柯勒照明：柯勒是十九世纪末蔡司厂的工程师,为了纪念他在光学领域的突出贡献,后人 把他发明的二次成像叫做柯勒照明. 柯勒照明克服了临界照明的缺点，是研究用显微镜中的 理想照明法。这中照明法不仅观察效果佳，而且是成功地进行显微照相所必须的一种照明法。 光源的灯丝经聚 光镜及可变视场光阑后，灯丝像第一次落在聚光镜孔径的平面处，聚光镜 又将该处的后焦点平面处形成第二次的灯丝像。这样在被检物体的平面处没有灯丝像的形 成，不影响观察。此外照明变得均匀。观察时，可改变聚光镜孔径光阑的大小，使光源充满 不同物镜的入射光瞳，而使聚光镜的数值孔径与物镜的数值孔径匹配。同 时聚光镜又将视 场光阑成像在被检物体的平面处，改变视场光阑的大小可控制照明范围。此外，这种照明的 热焦点不在被检物体的平面处，即使长时间的照明，也不 致损伤被检物体。2004 年蔡司公 司又在传统柯勒式照明基础上推出了带有反光碗的全系统复消色差照明技术，消除照明色差， 增强光的还原性，进而提高分辨 率，同时照明均匀而光效高。
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。
眼应用光学基础
第二节 球面和共轴球面系统的理想成像 一、单折射球面的成像
单球面近轴区的物像关系
引言
由第七章的内容可知，当物体通过折射球面成像时， 除 位于近轴区内的物体外，均不能成完善像。但近轴区的 成像 范围和光束宽度均很小，实用意义不大。 即空间任意大的物体以任意宽的光束通过光学系统时均 能成 完善像，则这样的光学系统成为理想光学系统。
h -u u'
h f ' , tan u '
h f tan u
8.1 基本特性、基点和基面
8.1.2 理想光学系统的基点和基面
物方焦平面
像方焦平面
通过物方焦点F且垂直于光轴的平面。 通过像方焦点F'且垂直于光轴的平面。
物方焦 平面 像方焦 平面
光轴
8.1 基本特性、基点和基面
8.1.2 理想光学系统的基点和基面
A
F
E1 Q Q'
G1EkGkB F'样的高度，且位于光轴
的同侧（上侧），故这 两面的垂轴放大率β ＝
H H'
+1，称这对垂轴放大率
为+1共轭面为主平面。
光 轴
物方焦距：物方主点到物方焦点F的距离，以 f 表示。 像方焦距：像方主点到像方焦点F‘的距离，以 f’ 表示。
焦距的正负是以相应的 主点为原点来确定，如果 由主点到相应焦点的方向 与光线传播方向一致，则 焦距为正，反之为负。如 图，f < 0， f‘> 0，且：
影子
由于光沿直线传播，在光的传 播过程中，遇到不透明的物体 时，在物体后面就形成一个光 不能到达的区域，从而形成一 块阴影，这个阴影就是物体的 影子。
日食、月食的形成
应用光学总复习
匹兹凡和：以正负光焦度分离来校正
★像质评价 几何像差（像差曲线）、波像差(最大剩余波像差为最小的离焦原则)、 点列图、分辨率、光学传递函数
1. 做完题检查结果是否有可能性 例如，摄影系统景深若干mm不可能，显微系统景深过大不可能 放映系统像面照度零点几勒克斯不可能，摄影光圈数0.08不可能 玻璃折射率低于1.4或高于2不可能 2. 注意公式的适用范围 摄影系统景深与显微镜系统景深公式不同； 2 f ' 1 适用于孔阑在 L (2 ) f ' 适用于接触薄系统 xp ' e 物镜后焦面上 望远镜正常放大率和显微镜有效放大率勿混淆 3. 利用物像关系熟悉经典光学系统的一些特点 显微镜：物镜满足齐焦条件，当L一定，高倍时，l 小，l’大，低倍反之 分辨率、出瞳、数值孔径、景深与倍率的关系（理解） 望远镜：若筒长一定，Γ大，则 fo’大，fe’小，D大 当D一定，Γ大，则D’小 相对主观亮度：当D一定时 (t / e ) 到 D’ De时，为定值 若D’ De，则 2
主光线 下光线 辅轴 子午轴外球差
T
弧矢轴外球差
宽光束像散△X’ 宽光束弧矢场曲Xs’ 1 2 3 1’ 2’ 3’ C
细光束子午场曲xt’ 宽光束子午场曲Xt’ T T0 B’(B3’ B)0’ D B2’ (S0)
A B
S B1’
A0 ’
五、光束限制——本部分应与经典光学系统相结合复习
★孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用 ★拦光，渐晕，渐晕光阑，渐晕区，无渐晕条件 ★系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线 ★对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深 ★物方（像方）远心光路——物方（像方）主光线平行于光轴
应用光学第一章
光的直线传播图例
当两束或多束光在空间相遇时，各光线的传播不会受其它光线的影响。
例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。
2．的独立传播定律
3．光的折射定律和反射定律
当一束光线由折射率为n的介质射向折射率为n′的介质时，在分界面上，一部分光线将被反射，另一部分光线将被折射，反射光线和折射光线的传播方向将遵循反射定律和折射定律。
全反射现象
TEXT
TEXT
TEXT
返 回
全反射的应用举例
全反射棱镜
全反射的应用举例
（2）光纤的全反射传光
全反射光纤
返 回
费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论。
它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。
根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射率为n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程s表示为
返 回
几何光学的基本定律决定了光线在一般情况下的传播方式，也是我们研究光学系统成像规律以及进行光学系统设计的理论依据。
几何光学的基本定律有三大定律：
二、几何光学的基本定律
的直线传播定律
各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。 用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律。
虚物和虚像
物方光线延长线交点
像方光线反像延长线交点
B’
A
返 回
物空间：即物体所在的空间；实物所在的空间为实物空间，虚物所在空间为虚物空间，无论实物空间还是虚物空间都使用实物空间介质的折射率。
像空间：即像所在的空间；实像所在的空间为实像空间，虚像所在空间为虚像空间，无论实像空间还是虚像空间都使用实像空间介质的折射率。
应用光学总复习与习题解答
总复习第一章 几何光学的基本定律 返回内容提要有关光传播路径的定律是本章的主要问题。
折射定律(光学不变量)及其矢量形式反射定律(是折射定律当时的特殊情况)费马原理(极端光程定律)，由费马原理导出折射定律和反射定律(实、虚)物空间、像空间概念 完善成像条件(等光程条件)及特例第二章 球面与球面系统 返回内容提要球面系统仅对细小平面以细光束成完善像基本公式：阿贝不变量放大率及其关系：拉氏不变量反射球面的有关公式由可得。
第三章 平面与平面系统返回内容提要平面镜成镜像夹角为 α 的双平面镜的二次像特征 平行平板引起的轴向位移反射棱镜的展开，结构常数，棱镜转像系统折射棱镜的最小偏角，光楔与双光楔关键问题：坐标系判断，奇次反射成像像，偶次反射成一致像，并考虑屋脊的作用。
第四章 理想光学系统返回内容提要主点、主平面，焦点、焦平面，节点、节平面的概念高斯公式与牛顿公式：当时化为，并有三种放大率，，拉氏不变量，，厚透镜：看成两光组组合。
＋＋组合：间隔小时为正光焦度，增大后可变成望远镜，间隔更大时为负光焦度。
－－组合：总是负光焦度 ＋－组合：可得到长焦距短工作距离、短焦距长工作距离系统，其中负弯月形透镜可在间隔增大时变 成望远镜，间隔更大时为正光焦度。
第五章 光学系统中的光束限制 返回内容提要本部分应与典型光学系统部分相结合进行复习。
孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用 拦光，渐晕，渐晕光阑 系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线 对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深 物方（像方）远心光路——物方（像方）主光线平行于光轴第六章 光能及其计算 返回内容提要本章重点在于光能有关概念、单位和像面照度计算。
辐射能通量，光通量，光谱光视效率，发光效率 发光强度，光照度，光出射度，光亮度的概念、单位及其关系 光束经反射、折射后亮度的变化，经光学系统的光能损失， 通过光学系统的光通量，像面照度总之,第七章 典型光学系统 返回内容提要本章需要熟练掌握各类典型光学系统的成像原理、放大倍率、光束限制、分辨本领以及显微镜与照明 系统、望远镜与转像系统的光瞳匹配关系，光学系统的外形尺寸计算。
应用光学【第二章】复习
第二章共轴球面系统的物像关系本章内容：共轴球面系统求像。
由物的位置和大小求像的位置和大小。
φ U ˊ - UO C A A ˊ n n ˊ P- LrL’II’Q1. 符号规则反射情形看成是折射的一种特殊情形：n’= －n把反射看成是n’= －n 时的折射。
往后推导公式时，只讲折射的公式；对于反射情形，只需将n’用－n代入即可，无需另行推导。
（1） 物像位置关系式rn n l n l n -=-'''2. 近轴光学的基本公式（2） 物像大小关系式这就是物像大小的关系式。
利用公式就可以由任意位置和大小的物体，求得单个折射球面所成的近轴像的大小和位置。
对由若干个透镜组成的共轴球面系统，逐面应用公式就可以求得任意共轴系统所成的近轴像的位置和大小。
l n nl y y '''==β3. 共轴理想光学系统的基点——主平面和焦点近轴光学基本公式的缺点：物面位置改变时，需重新计算，若要求知道整个空间的物像对应关系，势必要计算许多不同的物平面。
已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面的位置和放大率，以及轴上的两对共轭点的位置，则其任意物点的像点就可以根据这些已知的共轭面和共轭点来求得。
光学系统的成像性质可用这些基面和基点求得最常用的是一对共轭面和轴上的两对共轭点。
（1） 放大率β=1的一对共轭面——主平面rn n l n l n -=-'''l n nl y y '''==β不同位置的共轭面对应着不同的放大率。
放大率β=1的一对共轭面称为主平面。
物平面称为物方主平面，像平面称为像方主平面。
两主平面和光轴的交点分别称为物方主点和像方主点，用H 、H’表示，H 和H’显然也是一对共轭点。
主平面性质：任意一条入射光线与物方主平面的交点高度和出射光线与像方主平面的交点高度相同（2）无限远轴上物点和它所对应的像点F’——像方焦点rn n l n l n -=-''' 当轴上物点位于无限远时，它的像点位于F’处。
应用光学知识
F
● -ω H H’
●
F’
§2.2理想光学系统的物像关系 IBe
2.2.1图解法求像
④自物方焦平面上一点发出的光束经系统后成倾斜于 光轴的平行光束；
F
●
●
H H’ ω’
F’
§2.2理想光学系统的物像关系 IBe
2.2.1图解法求像
⑤共轭光线在主面上的投射高度相等，即一对主平面 的横向放大率为＋1。
n' n n'n n' n
l' l r r
l' l
IBe
nl' n' n
n'l l' l
1
❖ ①物像等距离分布在平面镜两侧；
❖ ②物像大小相等、形状相同；
❖ ③像与物各对应点的连线与平面镜垂直；
❖ ④物像虚实相反。
IBe ※ 3.平面镜旋3.转1平面镜与平行平 板I1'' (I '')
※ 1.焦点、焦面 ❖ ②物方焦面、像方焦面
IBe
F
F’
❖ 物焦面方实焦 上际面 一上： 点是发过许出F点多的作不所垂同有直方光于向，光光经轴的系的会统平聚后面点一；的定集成合斜。
❖ 像平焦方 行 点焦 光 则面 束 是： ； 焦面过 当上F斜’点的平作最行垂特光直殊入于的射光点时轴，，的它一平是定面平会。行聚于于光像 方轴焦 的面 光上 的一 会点 聚。点。
I1 I
N N’ (I ) I
2
α
I1
θ -I’’1
I -I’’ P’
P
α
Q
Q’
❖ 平面镜旋转α角，则反射光线方向改变了2α角。
应用光学
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。
应用光学复习提纲-超详细
《应用光学》总复习提纲第一章★1、光的反射定律、折射定律I1 = R1；n1sinI1=n2sinI22、绝对折射率介质对真空的折射率。
通常把空气的绝对折射率取作1，而把介质对空气的折射率作为“绝对折射率”。
★3、光路可逆定理假定某一条光线，沿着一定的路线，由A传播到B。
反过来，如果在B点沿着相反的方向投射一条光线，则此反向光线仍沿原路返回，从B传播到A。
★4、全反射光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射与反射。
但在一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，没有折射光产生，这种现象称为光的全反射现象。
发生全反射的条件可归结为:（1）光线从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于临界角。
(什么是临界角？)★5、正、负透镜的形状及其作用正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用。
负透镜：中心比边缘厚度小，起发散作用。
★7、物、像共轭对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应的位置成一个清晰的像，物与像是一一对应的，这种关系称为物与像的共轭。
例1：一束光由玻璃（n=1.5）进入水中(n=l.33)，若以45°角入射，试求折射角。
解：n1sinI1=n2sinI2n1=1.5; n2=l.33; I1=45°代入上式得I2=52.6°折射角为52.6°第二章★1、符号规则；2、大L公式和小l公式★3、单个折射球面物像位置公式例：一凹球面反射镜浸没在水中，物在镜前300mm 处，像在镜前90mm 处，求球面反射镜的曲率半径。
n ′l ′－n l=n ′－n r l =-300mm ，l ′=-90mm求得r=-138.46mm由公式解：由于凹球镜浸没在水中，因此有n ′=-n=n 水★4、单个球面物像大小关系例：已知一个光学系统的结构参数：r = 36.48mm ；n=1；n ′=1.5163；l = -240mm ；y=20mm ；可求出：l ′=151.838mm ，求垂轴放大率β与像的大小y ′。
应用光学总结复习1
R 2
1 r 0.5m R
1 f 0.5m 2
1 1 1 (n 1)( ) f r1 r2
r 750m m 1 r2 187.5m m
一个人的近视程度是－2D，调节范围是8D， 求：远点距离，近点距离，配戴 100度的近 视镜求该镜的焦距及戴上后看清的远点距离 和近点距离。
设h1=10
h1 tanu1 0.2857143 f1
h2 h1 d tanu1 14.28571
h2 tanu2 tanu1 0.2857143 f2
h1 h2 f 35 lF 50 tanu2 tanu2
7 理想光学系统的组合
250 200 250 8 10 200
f 望远镜 f 显微镜
§3-4 眼睛缺陷和目视光学仪器的视度调节
objective eyepiece Fe’
f ’o
-f e
Fe’
Fe’
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
10 mm，投影物高为40 mm，要求光源像等于投影物高； 反光镜离投影物平面距离为600 mm，求该反光镜r ?
10 -600
-40
y ' l 'r nl ' n n y l r n' l
(2.10)
h2 h1 d1u1
(2.14)
3 近轴单球面物象基本公式
n' n n'n 位置关系式： ( 2.12 ) l' l r
h lu l u
h n' u' nu n'n ( 2.11) r
应用光学课件完整版
物象都有虚实之分： 实物— 物方实际光线直接相交而成的点。 虚物— 物方实际光线不能相交，延长线相交而成的点。 实象— 象方实际光线直接相交的点。 虚象— 象方实际光线不能直接相交，反向延长相交。 物空间— 构成物的光线所处的空间。（实物、虚物） 象空间— 构成象的光线所处的空间。（实象、虚象）
由一点A发出的光线经过光学系统后聚交或近似的聚 交在一点A′，则A为物点， A′为物点A通过光学系统 所成的像点。物与象之间的对应关系称为“共轭”。
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
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
2. 转面公式
原则：前一折射面的象为后一面的物 ，前一面的象空间为后一面的物空间
n2 ＝ n1′， n3 ＝ n2′ …… nk ＝ nk-1′
3）在光学设计中有重要作用。为了设计出一定垂 轴倍率的光学系统，在物方参数nuy固定的条件下，常通 过改变像方孔径角u′的大小来改变y′的数值，使得y′与y 的比值满足系统设计的要求。
§ 2－3 共轴球面系统
探讨方法— 将光线的光路计算公式及放大率公式反复应 用于各个折射面，分别求出各面的u、 u′、l 、 l′、 β、α、γ、y、y′J、J′、Q、 Q′。 转面公式— 前后相邻面之间的基本量的转化关系。
反射定律可表示为 I I ''
光学知识要点总结
光学知识要点总结一、光的的直线传播条件：光在同种均匀介质（或真空）中沿直线传播。
例证：影的形成、小孔成像、日食、月食。
光速：s m C /1038⨯=真，在其它介质中，C V <，随介质而不同。
二、光的反射1、定律：反射光线、入射光线、法线在同一平面，反射光线、入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。
2、两种反射：（1）镜面反射：反射面很平滑，入射平行光，反射后仍平行。
（2）漫反射：反射面不平，入射平行光，反射后射向各方向。
3、光在反射中光路可逆。
4、平面镜对光的作用：平行光反射后仍平行。
成像规律：成虚像，物、像相对镜面对称——正立、等大、等远。
平面镜应用：控制光路、成像。
5、凸面镜和凹面镜凸面镜对光有会聚作用，凹面镜对光有发散作用。
三、光的折射1. 光的折射规律；折射光线、入射光线和法线在同一平面上；折射光线和入射光线分居法线两侧；光从空气斜射入某透明介质时，折射角小于入射角，光从某透明介质斜射入空气中时，折射角大于入射角，当光线垂直射向介质表面时，传播方向不变。
生活中由岸边向水中看，虚像比实际池底线高，由水中向岸上看虚像比实际物体高等成同都是光的折射现象。
2. 透镜：① 焦点是凸透镜成实像和虚像的分界点，f u =时不成像，f u >成实像，f u <成虚像。
② 二倍焦距处是像大小的分界点，f u 2=时，成等大实像，f u 2>时，成缩小的实像，f u 2<时，成放大实像或放大虚像。
③ 成实像特点：成实像时，物、像在镜的两侧且倒立，同时↑u ↓v 像变小，↑↓v u 像变大，物像移动方向一致。
④ 成虚像的特点：成虚像时，物、像在镜同侧，且正立、放大，同时，↑↑v u ，像变大，↓↓v u 像变小，像物移动方向也一致。
⑤ 成实像时，物、像距离最小值为4倍焦距（即f 4）。
口诀：一焦分虚实，分正倒；二焦分大小；物近（与焦点的距离）像远大，物远（与焦点的距离）像近小；实像异侧倒，虚像同侧正；像距大（于物距）像放大，像距小（于物距）像缩小。
初中物理光学应用知识点
初中物理光学应用知识点光学是物理学中的一个重要分支，主要研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象。
光学在日常生活中有着广泛的应用，影响着人们的生活和各种科学技术领域。
下面将介绍一些光学的应用知识点。
1.镜子与光学成像镜子是光学的应用中最常见的工具之一、我们常用的平面镜、凸透镜、凹透镜等都能够将光线反射或折射从而形成图像。
镜面反射成像是指通过平面镜，光线的入射角等于反射角，从而形成逆立的虚像。
球面镜反射成像的特点是与球心连线与入射光线的入射角等于反射角。
2.折射与透镜成像当光线在由一种介质射向另一种介质时，会因为折射现象而改变方向。
透明材料如玻璃等可以用来制作透镜，透镜是一种能够通过折射调节光线路径的设备。
凸透镜会使得光线汇聚，而凹透镜会使得光线发散。
基于透镜成像的原理，我们可以制作出望远镜、显微镜、眼镜等设备。
3.光的干涉现象干涉现象是指两束或多束光线相遇时会产生明暗相间的交叉条纹。
干涉现象在日常生活中有着广泛的应用，比如可见光的干涉咖啡特效、反光镜的工作原理等。
我们可以通过调节光路和控制干涉条纹的形态来测量物体的形状、厚度和折射率。
4.光的衍射现象光的衍射现象是指光通过一条缝隙或物体边缘时会发生弯曲和扩散的现象。
利用衍射，我们可以制作出衍射光栅，通过测量衍射条纹的位置和间距来确定光的波长。
此外，光的衍射现象也广泛应用于显微镜、望远镜、激光等技术中。
5.光的偏振现象光波的振动方向决定了光的偏振状态。
光的偏振现象在光学领域和显示技术中有着重要的应用。
比如偏振墨镜可以过滤掉透射光中的一部分，只保留一个方向的振动。
光的偏振现象也广泛应用于液晶显示屏、光学通信等技术中。
6.光学仪器与设备光学仪器与设备包括望远镜、显微镜、光谱仪、激光等。
望远镜可以用来观察远处的天体，显微镜可以放大微观物体的细节。
光谱仪可以将光分解成不同波长的组成，通过分析光谱，我们可以了解物质的组成和性质。
激光是一种具有高度聚焦性、定向性和单色性的光源，广泛应用于医学、通信、材料加工等领域。
中北大学应用光学知识点汇总
中北大学应用光学知识点汇总第一章几何光学基本定律第一节几何光学的基本概念1、研究光的意义: 90%信息由视觉获得,光波是视觉的载体2、光是什么？弹性粒子（牛顿）－弹性波（惠更斯）－电磁波（麦克斯韦）－波粒二象性 1905年：爱因斯坦提出光子假设3、光的本质是电磁波光的传播实际上是波动的传播4、物理光学：研究光的本性，并由此来研究各种光学现象（干涉、衍射等）几何光学：研究光的传播规律和传播现象，把光当做光线。
5、可见光：波长在400-760nm 范围红外波段：波长比可见光长紫外波段：波长比可见光短6、单色光：同一种波长复色光：由不同波长的光波混合而成7、频率和光速，波长的关系在透明介质中，波长和光速同时改变，频率不变8、实际被成像物体都是由无数发光点组成。
包括线光源和面光源。
9、在某一时刻，同一光源辐射场的位相相同的点构成的曲面。
波面的法线即为几何光学中所指的光线。
10、同心光束：由一点发出或交于一点的光束；对应的波面为球面第二节几何光学的基本定律1、光的直线传播定律：光在各项同性的均匀介质中沿着直线传播。
两个条件：均匀介质，无阻拦。
2、光的独立传播定律：以不同路径传播的两条光线同时在空间某点相遇时，彼此互不影响，独立传播。
相遇处的光强度只是简单的相加，总是增强的。
（对不同发光点的发出的光）3、反射定律：入射光线、反射光线和投射点法线三者在同一平面内。
入射角= —反射角（光线转向法线，顺时针方向旋转形成的角度为正，反之为负。
）4、折射定律：入射光线、折射光线和投射点法线三者在同一平面内。
入射角与折射角的正弦之比（一定压力和温度条件下为定值）与入射角无关，而与两个介质的性质有关。
sinθ1 * n1 =sinθ2 * n2 5、相对折射率：一种介质对另一种介质的折射率绝对折射率：介质对真空或空气的折射率6、全反射：光从光密介质射入到光疏介质n1>n2，并且当入射角大于全反射角I 0时，在二种介质的分界面上光全部返回到原介质中的现象。
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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。
理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。
第二章高斯光学子午线：通过物点和光轴的截面物方截距L :顶点0到入射光线与光轴的交点的距离。
物方孔径角U ：入射光线与光轴的夹角 光线经过单个折射球面的实际光路计算公式由折射定律得方孔径角：U I U - I' (2-3) 像方截距： -r si nl'L=rsinU'(2-4)U 2 =U1' (2-5)L 2^L 1—d 1近轴光路计算公式：当孔径角U 很小时，在（2-1）至（2-4）中，将角度的正弦值用相应弧度代替，则有I -ri = ---- U （2-6），r n . i i（2-7） n'u^u i -i'(2-8)I 、r （I 》（2-9）1 1 1 1 阿贝不变量： 将式2-6和2-7中i 和i'代入式2-8和2-9得n '（—— — ） = n （_—_）= Q,r I'rI其中Q 为阿贝不变量，对于单个折射球面，物空间与像空间的阿贝不变量 Q 相等，随共轭点的位置而异。
近轴区球面光学成像系统：y' nI'垂轴放大率3 :卩取决于共轭面的位置，在一对共轭面上，3为常数，大小y n'I和物与像的位置有关，故物与像相似。
dI' n I'2 n '轴向放大率a : a =一 =—2 ,与垂轴放大率关系：a = —32dIn'I 2n给定单个折射球面的结构参量 线的坐标L 和U'。
n ，n ' r 时，由已知入射光线的坐标 L 和U ,求出出射光sinlL一 sinU (2-1)rsinlsin I (2-2)转面公式:5u' l角放大率丫 ： Y ，为一对共轭光线与光轴的夹角之比值，和物体位置有关，与U l'孔径角无关。
三个放大率之间关系：口丫二n -^2— Bn n'B拉赫不变量：J 二nuy=n'u' y',在近轴区成像时，在物像共轭面内，物体大小像光束孔径角u 与物体所在介质的折射率 n 的乘积为常数Jo J 越大，光学系统传递的能量 和信息量越多。
光学系统的基点和基面：焦点：过焦点F 入射的任意光线，经过光学系统后，平行光轴射出 ° f 面任意点发出的光线，经系统后为斜平行光线出射。
主平面：放大率为3 =+1的一对共轭面，假定物空间任意一条光线和物方主平面交点为 I ,它的共轭光线和像方主平面交于I'点，则I 和I'距离光轴的距离相等。
主点：即主平面与光轴的交点， 延长平行入射光线，使之与出射光线相交， 即为像方主点H',将光学系统倒转，作反向光路计算，可得物方主点H o光焦度：G =卫~n，处于空气中时，.=-—。
表征光学系统的会聚或发散本领。
f' ff正的光焦度能汇聚光束。
单位： 屈光度。
屈光度：以米为单位的焦距的倒数，眼睛度数 =屈光度数X100。
利用基点，基面求理想像方法：作图法，解析法。
教材 P35双光组组合系统：焦点公式：x F 二空，X F '二-丄土 其中△为以F i '为起点计算到F 2。
焦距公式：彳二狂「丨_主_©。
A A光焦度：事：①1 • G 2-d ：T ：」2，当光组紧密接触，事：匹n节点：系统光轴上，放大率为1的一对共轭点，当处于同一种介质时， 节点和主点重合。
过物方节点入射的光线，从像方节点平行入射光线射出。
单个折射球面的主点和焦距 ：n'r n'- n nr n'_ ny ,成焦距：主平面到焦点的距离，公式:h tgu'HFh tguoa对于薄透镜:1 1 1 1灯-1)(厂，l H第三章平面零件成像平行平板公式:侧向位移量DG =dsin h(1 _如1 )n cos 11'轴向位移：.丄'= d(1 -虬)tgi等效空气平板：d =d -厶l' = dn折射棱镜公式:1 1. nsin^a cos^(l 1'+l 2)偏向角：sin —("亠寂)二 --------- 2-，其中当光线的光路对称于棱镜时,2 1 2 cos2(l I ')偏向角：取极小值、打，1,a最小偏向角表达式：sin -^6m^^sin -。
角色散:;=彳-「• .2 二 J 2'n 「cuI 1光楔公式：：=a( - -1)，当h 和I 1'很小时，其余弦值用cosl 11 替代，' =a(n _1)光楔常被用作光学测微器或补偿器, 光楔，旋转单光楔，旋转双光楔。
测量或补偿微小的角量或线量,常用的光楔有：移动单平面反射镜：平面镜成像：r —'的球面反射镜。
r -斗物像位于异侧。
l':二-1成正像。
l奇次反射成镜像。
对物空间均成完善像。
平面镜偏转 > 角时，反射光线转过 2〉角。
单透镜的焦距和主面:dr 2lHn( r 2 - r 1) (n _1)d.-dr il H :n(r 2 - n) (n -1)d双平面镜系统成像：可以成多个像对物成完善像出射光线与入射光线的夹角为2 :两面镜一起转动时，出射光与入射光夹角不变，只是光线位置发生平移反射棱镜：将多个反射面做在同一块玻璃上的光学零件，称为反射棱镜。
第四章光阑和光能光阑的概念及分类：光学系统中所有限制光束的孔或框，通称为光阑，用于限制成像光束或成像范围。
孔径光阑：限制进入光学系统成像光束口径的光阑，又称为有效光阑，孔径光阑在物空间的像称为入射光瞳，在像空间的像称为出射光瞳，它们三者相互共轭。
孔径光阑决定光学系统的光能量大小，控制像的亮度，并与像的分辨率有关，例如照相机的光圈即为孔径光阑。
视场光阑：限制物平面或物空间中成像范围的光阑，位置固定，设在系统的实像平面或中间实像平面上，例如照相机中的底片框。
消杂光光阑：不限制通过光学系统的成像光束，主要是拦截杂光，在光学系统中，常把镜管内壁加工成内螺纹，涂以黑色无光漆来达到目的。
求孔径光阑的方法：A）将系统中所有光阑分别对其前面光组成像。
B）确定各个像中对轴上物点张角最小者为入瞳。
C）此入瞳对应光阑即为孔径光阑。
主光线：由轴外点发出，通过光阑中心的光线。
光窗：确定成像范围，入射窗，出射窗，视场光阑互为共轭。
光学系统光阑对成像的影响：渐晕：轴外物点发出的充满入瞳的光束被其他光阑部分遮挡的现象。
景深：焦深：在冋一像平面上所成的足够清晰的像对应的一定深度空间。
即焦点深度，对于同一物平面，能够获得清晰像的像空间的深度。
场镜：工作在物镜的像平面上，不影响组合系统的成像特性，能使轴外光束偏折，所以场镜能使其后面的光组口径大大减小。
像平面的光照度：整个辐射波段内的总辐射通量:视见函数V .:人眼的光谱灵敏度。
光通量G ：能引起人眼视觉的那一部分辐射通量。
单位流明，符号Im。
发光效率：光通量与辐射通量之比。
发光强度I :某一方向上单位立体角内所辐射的光通量。
单位坎德拉，符号cd。
光照度E：单位面积上所接受的光通量。
单位勒克司，符号lx。
光出射度M :从一辐射表面的单位面积发出的光通量，与照度意义相同，单位相同。
dei特和熙提。
当I ,它代表发光面在与其法线成 二角方向的发光强度， 即L =d^cosO dS光学系统中光能的损失的计算对于有N1个反射系数为；-!透射面的光学系统，透过率： k =（1 - ?i ）Nl减少反射损失的办法：在光学零件表面镀增透膜，反射系数可降至0.02~0.01光学材料吸收损失：光束通过光学材料时，材料本身会吸收光能，引起光能损失，当光束通过N 2厘米厚的光学材料时，只考虑材料的吸收损失，其透过率为k 2二e 」N2。
金属镀层反射面的吸收损失： 光通量透过率k 3 =梟“3 总透过率：k = k ,k 2k 3色度学： 对颜色的视觉规律进行研究，将主观颜色感受和客观的物理刺激联系起来的学科。
颜色：不同波长可见光作用于人的视觉器官后产生的心里感受，在光谱上，除了572nm （黄）,503nm （绿）478nm （蓝）三点的颜色不随光强度的增加而变化，其他颜色都在光强增 加时向红色或者蓝色变化，这种变化现象称为"贝楚德-朴尔克效应”。
彩色的表观特征：明度：表示颜色明亮的程度，光源色的明度与发光体的光亮度有关。
色调：区分不同彩色的特征， 光源色的色调取决于辐射的光谱组成和能量分布， 其中色调饱和度又称为色品。
饱和度：彩色的纯洁性，一种颜色可以看成某种光谱色与白色混合的效果， 其中光谱色所占的比例越大，颜色接近光谱色的程度就越高，颜色的饱和度也就越高。