光学成像基础
光学成像的基本原理及应用
光学成像的基本原理及应用
光学成像是指利用光的传播、折射和反射等物理现象，对物体进行观
察和表征的技术手段。
它是现代光学领域的基础，并被广泛应用于医学、
天文学、地质学、生物学等领域。
光学成像的基本原理包括：光的传播、折射和反射。
当光线通过介质
传播时，会发生折射和反射。
折射是光线在不同介质边界处由于介质光速
不同而产生的偏折现象，反射则是光线碰到物体表面而反射回来。
光的传播、折射和反射都对物体的成像有重要影响。
光学成像的应用包括：光学显微镜、成像望远镜、放大镜、眼镜等。
其中，光学显微镜是通过聚焦光线，使物体放大，使人眼能够清晰观察到
微小细胞、组织等；成像望远镜是通过凸透镜或反射镜使远处物体放大，
用于观察天体等；放大镜是利用透镜的放大原理，使近距离物体能够放大，被广泛应用于观察细小物体；眼镜则是用于矫正近视、远视等眼睛问题的
光学设备。
此外，光学成像还有许多特殊应用。
例如，医学中的光学相干断层扫
描（OCT）技术利用光的干涉现象对组织进行断层成像，可实现对眼底、
皮肤、血管等的无损观察；激光雷达则是利用激光束的反射原理进行成像，被广泛应用于测距、遥感、无人驾驶等领域；液晶屏幕则利用光的传播、
折射和反射，通过液晶分子的旋转和排列来实现图像的显示。
总体而言，光学成像的基本原理是利用光线的传播、折射和反射等物
理现象来对物体进行观察和表征，应用广泛。
随着光学技术的不断发展和
进步，光学成像技术在各个领域的应用也会越来越广泛，为人们提供更多
便利和成像质量。
光学透镜成像知识点总结
光学透镜成像知识点总结1. 透镜的基本原理透镜是由具有一定曲率的两面透明介质表面组成的光学器件，主要用于对光线的折射和聚焦。
根据透镜的形状可以分为凸透镜和凹透镜两种类型。
凸透镜会使经过透镜的平行光线会汇聚于一点，称为焦点；凹透镜则会使经过透镜的平行光线会分散开。
焦点是透镜成像的关键概念，分为主焦点和副焦点。
其中主焦点是指经过透镜的平行光线在透镜后聚焦的点，而副焦点是指光线倒向透镜后再延伸出去会聚焦的点。
2. 成像的性质透镜成像有一些重要的性质，包括实像和虚像、放大和缩小以及直立和倒立等。
实像是指透镜后形成的光线交汇的点实际上是有光线通过的，可以在透镜后方投影出来；虚像是指在透镜后方形成的光线交汇的点实际上是没有光线通过的，不能在透镜后方投影出来。
放大是指成像比实物大的现象，缩小则是指成像比实物小的现象；直立是指成像比实物方位一致，倒立则是指成像与实物方位相反。
3. 光学畸变透镜成像中存在一些光学畸变现象，包括球面畸差、色差和像差。
球面畸差是指透镜由于表面曲率不均匀而引起的成像失真现象，可以通过透镜设计和加工工艺来减小；色差是指透镜对不同波长光线的聚焦能力不同而引起的色差现象，可以通过双凸透镜设计和使用特殊材料来减小；像差则是指透镜对焦频度不同的光线聚焦位置不同而引起的像差现象，可以通过透镜组合设计和全息透镜技术来减小。
4. 透镜的品质透镜的品质直接影响到透镜成像的质量，主要包括透过率、透镜表面质量和物理性能等。
透过率是指透镜对光线透过的比率，直接影响到透镜的透光性能；透镜表面质量是指透镜表面的平整度和光洁度，主要影响到透镜的抛光质量和成像的清晰度；物理性能是指透镜的机械强度和耐用性，主要影响到透镜的使用寿命和稳定性。
5. 光学成像系统光学透镜成像通常不是单个透镜完成的，而是通过多个透镜或透镜组合来完成的，形成了光学成像系统。
光学成像系统可以通过透镜的不同组合来实现不同的成像效果，包括放大成像、缩小成像、复合成像等。
光学体系知识点梳理总结
光学体系知识点梳理总结一、光学基础知识1. 光的本质光是电磁波的一种，是一种由电场和磁场交替而成的波动现象。
光是由光源发出，经过介质传播，最终影响我们的视觉系统。
2. 光的特性（1）波动特性：光具有波动性，可以表现为干涉、衍射、偏振等现象。
（2）微粒特性：光也具有微粒性，可以用光子模型解释光电效应、康普顿效应等现象。
3. 光的传播（1）直线传播：在均匀介质中，光沿着直线传播，遵循光的直线传播定律。
（2）折射现象：当光线从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，遵循折射定律。
（3）反射现象：当光线从介质表面反射时，遵循反射定律。
4. 光的颜色白光是由所有可见光波长组成的，当光通过色散介质时，不同波长的光会按不同程度发生偏折，从而产生色散现象。
5. 光学仪器（1）凸透镜：透镜是一种光学元件，可以将平行入射的光线聚焦或发散。
（2）凹透镜：凹透镜同样可以将平行入射的光线聚焦或发散，与凸透镜形成对称。
（3）棱镜：通过对光的折射和衍射，可以实现光的分光和复合。
二、光学成像1. 成像原理成像是光学系统中非常重要的一部分，成像原理是指当物体放在一定位置时，通过透镜、镜面等光学元件可以在另一位置产生与实物相似的像。
2. 透镜成像透镜成像是指通过透镜实现对物体的成像，分为凸透镜和凹透镜成像。
3. 成像公式成像公式是描述透镜成像的数学关系式，可以根据物距、像距、焦距等参数计算成像的位置和大小。
4. 像的性质像的性质包括实像与虚像、正像与负像、放大与缩小等，是成像过程中需要了解的重要内容。
5. 透镜组成像透镜组成像是指通过不同透镜的组合实现对物体的成像，常见的透镜组包括双凸透镜组、凹凸透镜组等。
6. 成像畸变（1）球差：由于透镜的非理想性，会出现球差现象，导致成像的模糊和色差。
（2）色差：不同波长的光经过透镜时折射角度不同，会导致色差现象，影响成像的清晰度。
三、光学仪器1. 望远镜望远镜是一种基于透镜或镜面的光学仪器，可以放大远处物体的像，包括折射望远镜和反射望远镜。
照相机成像知识点总结
照相机成像知识点总结照相机是人们用来记录生活和瞬间的工具，随着科技的发展，照相机的成像原理也不断得到改进和完善。
照相机成像是通过光学、电子、机械等多种原理相互配合完成的，了解照相机成像知识对于摄影爱好者来说是非常重要的。
在本文中，我们将对照相机成像的原理做一些总结和介绍。
1. 光学成像原理光学成像原理是照相机成像最基本也是最重要的一个环节。
照相机通过镜头将外界景物的光线聚焦到感光材料上，形成像差。
在照相机中，主要使用的是透镜组来实现光学成像。
透镜组分为凸透镜和凹透镜两种，当光线垂直射入凸透镜时，凸透镜将光线聚焦到焦点上，形成一个倒立和缩小的实像。
而当光线垂直射入凹透镜时，凹透镜将光线发散，无法形成实像。
而在照相机镜头中，通常由多个透镜组合而成，通过这种方式使光线聚焦于感光材料上，形成清晰的像差。
2. 曝光原理曝光是指相机感光材料所接受的光线的量。
在照相机成像的过程中，曝光是非常重要的一个环节。
曝光过度会导致图像过曝，而曝光不足会导致图像暗淡。
曝光的控制需要通过快门速度和光圈大小来完成。
快门速度指的是相机感光材料感光的时间长短，快门速度越快，感光时间越短，适合拍摄运动或者快速动作。
光圈大小指的是透镜孔径的大小，光圈越大，进入镜头的光线越多，适合在光线较暗的环境下拍摄。
通过调整快门速度和光圈大小，可以控制曝光的量，保证图像的亮度适中。
3. 感光原理感光原理是照相机成像中非常重要的一个环节。
感光材料通常是以银盐晶体为基础的胶片或者数字传感器。
银盐晶体感光材料在受到光线的照射后，会发生化学反应，形成暗影和明影，通过显影和定影的方式将暗影和明影固定在感光材料上。
而数字传感器则是通过像素单元对光信号进行捕捉和转化，形成数字图像。
不同的感光材料对于光线的反应速度和敏感度都有所不同，因此在拍摄的时候需要根据环境光线的情况选择合适的感光材料。
4. 色彩成像原理色彩成像是照相机成像中非常重要的一个环节。
色彩成像原理是通过透镜组和感光材料的组合来实现的。
成像光学基础
成像光學基礎Gaussian Optics and Paraxial OpticsConventional geometrical optics and optical system design deal with refraction or reflection at interfaces between two media, which is governed by Snell’s Law n sinθ= n’sinθ’, which is a verynon-linear relationship.Paraxial Optics:for rays close to optical axis, or when θis small,sin(θ) ≅θ, Snell’s Law becomes n θ= n’θ’.Gaussian Optics: n θ= n’θ’relationship is extended to all regions of a optical system.Both paraxial and Gaussian optics are first-order optics.front focal point frontprinciple pointRearprinciple point rearfocalpoint EFL EFLBFLFFLfront and rear nodal pointsFocal Length and Magnification照相機: 焦距愈長，放大率愈大，視場愈小投影機: 焦距愈長，投影倍率愈小照相機投影機Sagittal and Tangential Planes子午面(Tangential)：通過光軸和物高之單一平面弧矢面(Sagittal)：通過主光線且垂直子午面之平面組通常只分析子午及弧矢面之成像特性RingTangential SagittalAperture and Field StopIn an optical system, the element, be it the rim of a lens or a separate diaphragm, which determine the amount of light reaching the image is known as the aperture stop.In an optical system, the element limiting the size or angular breadth of the object that can be imaged by the system is called field stop.Aperture stopField stopStop, Chief Ray and Marginal Ray光欄(光圈, stop)控制入光量大小控制像差邊緣光(Marginal Ray)通過光欄邊緣定義孔徑角主光線(Chief Ray)通過光欄中心定義視場角, 定義軸外光束之參考線Entrance and Exit Pupil物像空間無法看到光圈入瞳(Entrance pupil):光欄對物空間之成像出瞳(Exit pupil):光欄對像空間之成像Vignetting•可以降低大角度的像差,使MTF提昇,但會降低周邊亮度•眼睛可接受之vignetting為30-40%•背投系統最好是沒有漸暈Departures of a real optical system from the idealizedGeometrical Aberrations像差:光線或光束距離理想位置之偏差研究像差的分類及行為模式垂軸像差:光線在成像面截點和理想像高之差(dx’,dy’) 軸向像差:光線對交點距理想點之軸向距離色差:不同波長成像差異Types of AberrationsChromatic aberrations¾Axial chromatic aberration (axial color)¾Lateral chromatic (lateral color)Mono-chromatic aberration¾Spherical¾Coma¾Astigmatism¾Field curvature¾DistortionAxial (longitudinal) chromatic aberration (Spherical Aberration (球差)•Spherical aberration is an axialaberration. It can be defined asvariation of focus with aperture.•For a given simple lens, sphericalaberration generally increaseswith aperture height, i.e., it canbe reduced by stopping down theaperture.•For a given aperture and focallength, the amount of sphericalaberration in a simple lens is afunction of object position andthe shape, or bending of the lens.•Spherical aberration can also be controlled by splitting the lens •Spherical aberration reduces the contrast of an image Effect of lens bending on spherical aberrationParaxial focusSpherical AberrationSPD and Ray Fan PlotUnder-corrected Spherical Aber. at best focusUnder-corrected Spherical Aber. atparaxial focusComa (慧差)coma•Coma can be defined as the variationof magnification with aperture height•Coma can be controlled by shiftingthe aperture stop or selectively addinglenses•An astigmatic image results when light in oneplane (yz) is focused differently in anotherplane (xz)•Astigmatism is essentially a cylindricaldeparture of the wavefront from its ideaspherical shape•Astigmatism can be controlled by selectivelylocating and bending the lensesAstigmatism (像散)Where Does Astigmatism ComeFrom?•When a cone of light enters a lens surfaceobliquely, it extends over more surface inthe “y”direction than in “x”direction•This will introduce more power in the “y”direction than in “x”direction•The result is that the “y”or tangential rayfan will focus closer than the “x”orsagittal ray fan•A tilted plate in a converging beam willintroduce astigmatismField Curvature•In the absence of astigmatism, the image is formed on a curved surface called “Petzval”surface•The curvature of the “Petzval”surface is σ= 1/(radius of Petzval surface) = sum{1/(nf’) } of all elements in the system •n is refractive index, f’is the focal length of lens element •For single element lens, the Petzval radius is approximately 1.5 times the focal length, assuming the refractive index is 1.5Method of Reducing Field Curvature•The contribution a lens element makes to the system power is proportional to y φ, where “y”is the ray height above the optical axis and “φ”is the optical power of the element•The contribution a lens element makes to the Petzval sum is proportional to φonly•Thus, negatively powered elements with small values of y can effectively reduce the Petzval sum and flatten the field•For example, consider the Cooke triplet and the petzval lensshown below, the smaller ray heights on the negative lenses help to reduce the Petzval sumCooke triplet Lens with field flattener(Petzval Lens)Distortion•Distortion is a change in magnification asa function of field of view (field angle)Zero distortion Positive orpincushiondistortion Negative or barrel distortionDistortion ≠0TV distortion = 0objectimageIdeal CaseP y h y h yP yMTF v.s. Frequency橫軸表空間頻率Diffraction Limit表示無像差之最佳曲線不同視場之曲線不同典型情況視場愈大曲線值愈差子午比弧矢差。
成像的原理
成像的原理成像原理是指通过光学系统将物体的形象传递到感光介质上，从而得到清晰和真实的图像的过程。
成像技术在摄影、电影、望远镜、显微镜等领域都有广泛的应用。
光线的传播是成像的基础，它遵循光的弯折、反射、散射、吸收等规律。
在相机和眼睛等成像设备中，通过透镜的折射、反射等过程将光线聚焦到感光介质上，形成逆向的、与实际物体相似的图像。
光线一旦通过物体上的一个点，就可以看成是从该点上的各个方向上照射出去的，只有光线通过透镜后，才能成为可直接观察的图像。
因此，光线的传播路径和聚焦过程是成像的关键。
首先，我们来看透镜的作用。
透镜是由两个球面构成的，其中至少一个球面是曲面的，也可以是平面。
透镜的中心厚度和曲率半径决定了透镜的成像特性。
透镜的主轴是透镜的竖直中心线，与透镜的中心面垂直。
透镜的两个面分别为凸透镜面和凹透镜面。
光线从空气等折射率较小的介质进入透镜时，会根据折射定律发生折射，折射定律可以描述光线在两个介质之间的传播规律。
折射定律定义了入射角和折射角之间的关系，即n₁sinθ₁ =n₂sinθ₂，其中n₁和n₂分别是两个介质的折射率，θ₁和θ₂为入射角和折射角。
透镜的厚度选择和曲率半径的选取决定了光线通过透镜的路径。
例如，在凸透镜中心区域光线的折射率会随着光线的斜入射角增大而变小，因此光线将会向中心线方向弯曲。
而在凸透镜边缘区域，光线的斜入射角相对较小，折射率会相应增大，导致光线向中心线方向偏离。
经过透镜折射后的光线会在对焦平面上汇聚成图像。
对焦平面是透镜的焦点所在的平面，透镜的焦距决定了对焦平面的位置。
当物体距离透镜焦点的距离等于透镜焦点与对焦平面之间的距离时，成像会在对焦平面上得到清晰的图像。
但是，在实际应用中，我们会发现透镜在成像过程中会产生一些畸变，影响成像的清晰度和准确性。
其中主要有球面畸变、彗差畸变、散光畸变等。
球面畸变是由于透镜的球面形状所致，使得透镜中心和边缘的光线汇聚到不同的焦点上，导致图像的中心线和边缘出现形变。
物距与像距关系及成像应用
物距与像距关系及成像应用物距与像距的关系可以通过光学成像原理来解释。
根据光的传播规律，当光线从空气中穿过透镜并焦距到达成像平面时，物体与光学中心之间的距离被称为物距(P)；而成像平面上的像与光学中心之间的距离则被称为像距(Q)。
这两者之间存在着一定的关系。
根据光学成像原理，可以得出物距与像距的关系式为：1/P + 1/Q = 1/f，其中f是透镜的焦距。
这个关系式被称为透镜的薄透镜公式。
根据薄透镜公式，可以推导出物距和像距之间的具体关系。
当物距为无穷大时，也就是物体离透镜很远的时候，可以认为入射光线是平行的。
根据薄透镜公式可以得知，当物距为无穷大时，像距等于焦距。
当物距为有限的正值时，也就是物体离透镜较近的时候，入射光线会发生折射，成为焦距为f的凸透镜，根据薄透镜公式可以得出，当物距为有限的正值时，像距为正值，也就是实像。
实像的特点是可以在成像平面上投影出来。
当物距为有限的负值时，也就是物体在凸透镜的同侧时，入射光线会发生折射，成为焦距为f的凹透镜，根据薄透镜公式可以得出，当物距为有限的负值时，像距为负值，也就是虚像。
由于虚像无法落在成像平面上，所以无法在成像平面上投影出来，只能通过观察透镜的另一侧来观察到。
物距与像距的关系是光学成像原理的基础，也是许多光学成像应用的基础。
光学成像是一项重要的实践应用，广泛应用于各个领域。
以下将介绍一些与成像应用相关的例子：1. 相机与摄影：相机利用透镜将入射光线聚焦到成像平面上，形成清晰的图像。
通过调整物距和透镜的焦距，可以实现变焦、对焦等功能，从而得到各种不同的拍摄效果。
2. 显微镜：显微镜利用透镜组将被观察物体放大，使得人眼可以清晰地观察到微小的结构和细节。
物距和透镜的焦距的调节可以控制放大倍数和焦深，从而满足不同的观察需求。
3. 望远镜与双筒望远镜：望远镜利用透镜或反射镜将远处的物体聚焦到成像平面上，使得人眼可以观察到无法直接观察到的星体、天文现象等。
通过调节物距和透镜组的结构，可以实现不同的观测距离和放大倍数。
安防摄像机镜头成像几何光学基础课件
使用抛光剂对镜片表面进行精细抛光，进一步提高表面平滑度。
镜头的抗眩光处理
抗眩光涂层
在镜头表面涂覆一层特殊涂层，减少强光下的眩光和鬼影现象。
防反射涂层
通过涂覆多层不同折射率的涂层，减少光线在镜头表面的反射。
05
CATALOGUE
实际应用中的考虑因素
环境光照条件对成像的影响
光照强度
光照强度对摄像机的曝光和动态范围有影响，过强或过弱的光线 可能导致画面过曝或欠曝。
安防摄像机镜头的应用场景
01
02
03
监控
安防摄像机广泛应用于各 类公共场所和私人领域， 用于监控和记录。
侦查
公安、司法等部门使用安 防摄像机进行侦查和取证。
工业
工厂、仓库等场所使用安 防摄像机进行安全监控和 管理。
02
CATALOGUE
镜头成像几何基础
透镜成像原理
透镜对光线的作用
透镜能够使光线会聚或发散，形成实 像或虚像。
定期清洁
根据使用情况定期清洁镜头表面，避免灰尘和污渍影响成像。
防尘措施
在恶劣环境下使用时，应采取防尘措施，如加装防尘罩。
检查与维修
定期检查镜头的光学性能和机械结构，如有损坏应及时维修或更换。
THANKS
感谢观看
镜头的景深与调焦
景深
景深是指在拍摄主体前后一定范围内的清晰范围，景深越大，清晰范围越广；景 深越小，清晰范围越窄。
调焦
调焦是指通过调节镜头与拍摄主体之间的距离来改变画面的清晰度。
04
E
镜头光学材料与工艺
光学玻璃的种类与特性
冕牌玻璃
折射率适中，色散低，常用作消色差镜头的主透镜。
燧石玻璃
几何光学基础—球面透镜成像(眼镜光学技术课件)
y l r nl
y
l -r
nl
一、单球面成像放大率
y nl
y nl
• 当 β<0 时，l与l’异号，即物、像分居折射面两侧；
此时表示成倒像，像的虚实与物一致，即实物成实
像或虚物成虚像。
• 当 β>0时，l与l’同号，即物、像分居折射面同
侧；此时表示成正像，像的虚实与物相反，即实
l' l
r
n2 n1
u2 u1
l 2 l1 d
眼轴长计算
转面公式
利用转面公式，求出第一面
到最后像面之间的距离
教学目的
思政元素
专业、敬业、精益求精
教学目标
掌握单球面放大率的计算方法
掌握共轴球面系统放大率的计算方法
知识目标
单球面放大率的计算方法
共轴球面系统放大率的计算方法
2
PART
03
眼轴长度计算
一、眼睛光学结构参数
角膜
曲率半径
折射率
厚度
房水
晶体
玻璃体
前
后
前
后
7.8
6.8
10.0
-6.0
1.376
1.336
1.406
0.5
3.1
3.0
1.336
二、眼轴长度计算
• 角膜前表面成像
n角膜 1 n角膜 1
l1
r1
• 角膜后表面成像n角膜Fra bibliotekl1
n角膜 1
1 2
l2 l1
n
。
一、单球面成像放大率
光学成像原理
光学成像原理光学成像是指利用光学系统将物体的形象投射到成像面上的过程。
在现代科技中，光学成像技术被广泛应用于摄影、医学影像、天文观测等领域。
光学成像原理是指通过光的折射、反射、透射等现象，实现对物体形象的捕捉和再现的基本规律。
本文将从光学成像的基本原理、成像系统的组成和光学成像的应用等方面进行探讨。
首先，光学成像的基本原理是光的折射、反射和透射。
当光线遇到介质表面时，会发生折射现象，即光线的传播方向发生改变。
而在介质内部，光线会发生反射和透射，根据不同的介质特性和光线入射角度，光线会产生不同的反射和透射现象。
这些光学现象是光学成像的基础，也是成像系统能够捕捉物体形象的前提。
其次，成像系统通常由透镜、凸透镜、反射镜等光学元件组成。
透镜是一种光学元件，可以使光线发生折射，从而聚焦光线并形成清晰的像。
凸透镜则是一种使光线发生散射的光学元件，常用于摄影镜头。
反射镜则是利用光的反射特性进行成像的光学元件，例如望远镜中的反射镜。
这些光学元件通过组合和调节，可以实现对物体形象的捕捉和再现。
最后，光学成像技术在各个领域都有着广泛的应用。
在摄影领域，光学成像技术被应用于相机镜头，通过透镜的调节和光圈的控制，实现对景物形象的捕捉和记录。
在医学影像领域，X光成像、CT成像、核磁共振成像等技术都是基于光学成像原理实现的。
在天文观测领域，望远镜利用反射镜和透镜将天体的形象投射到观测器上，实现对宇宙的观测和研究。
综上所述，光学成像原理是通过光的折射、反射、透射等现象实现对物体形象的捕捉和再现的基本规律。
成像系统通过透镜、凸透镜、反射镜等光学元件的组合和调节，实现对物体形象的成像。
光学成像技术在摄影、医学影像、天文观测等领域有着广泛的应用，为人类认识世界、探索宇宙提供了重要的技术支持。
光学系统的成像原理
光学系统的成像原理光学系统是一种将光线聚焦成影像的设备或系统，成像原理是光学系统工作的基础。
在现代科技应用中，光学系统广泛应用于摄像机、显微镜、望远镜、光学传感器等众多领域。
本文将探讨光学系统的成像原理。
一、光的传播与折射在理解光学系统的成像原理之前，我们首先需要了解光的传播和折射。
光是电磁波，以波动的方式传播。
光在传播过程中，会受到物体的阻碍，产生折射现象。
光在从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光密度不同，光线会发生偏折。
这种偏折现象就是光的折射。
二、光学系统的构成光学系统由多个光学元件组成，如透镜、凸面镜、棱镜等。
这些光学元件的作用是将光线聚焦或发散，从而形成清晰的影像。
其中，透镜是应用最广泛的光学元件之一。
透镜可以分为凸透镜和凹透镜，凸透镜能够将经过它的光线聚焦到一个点上，称为焦点；凹透镜则相反，它会使经过它的光线发散。
凸透镜和凹透镜的焦点位置和距离是通过光学公式确定的。
三、光学系统的成像原理是指通过光学设备将物体的信息转化为影像的过程。
当光线通过一个凸透镜时，由于折射的原理，光线将会聚焦于焦点上。
如果我们将一个物体放置在凸透镜的前方，光线经过凸透镜后会聚焦于焦点，形成清晰的倒立影像。
这是因为光线在经过凸透镜后会发生折射，根据光学原理可以得出，经过凸透镜的光线聚焦于焦点处，成为一个倒立的实像。
如果我们将一个物体放置在凹透镜的前方，光线经过凹透镜后会发散，无法聚焦成影像。
因此，凹透镜无法实现物体的成像。
四、光学系统的调焦原理在实际应用中，我们需要对光学系统进行调焦。
调焦是指通过调节透镜与物体间的距离或改变透镜的形状，使影像达到最清晰的过程。
调焦是基于光学系统的成像原理进行的。
当透镜与物体的距离改变时，光线会根据折射原理发生改变，从而使焦点位置也发生改变。
通过调节透镜与物体的距离，可以达到聚焦或发散光线的目的，从而获得清晰的影像。
此外，一些现代光学系统还会采用自动调焦技术，通过利用传感器检测焦点位置的清晰度，从而实现自动调节透镜位置或形状，使影像保持清晰。
光影成像知识点总结
光影成像知识点总结光线的传播是光影成像的基础。
光是一种电磁波，它以特定的波长波动传播，当光遇到物体表面时，会发生反射、折射、散射等现象。
在光影成像中，我们需要掌握光线在不同介质中的传播规律和特性。
例如，当光线从一种介质射入另一种介质时，会发生折射现象，折射角与入射角之间有一定的关系，这就是著名的折射定律。
此外，光线在介质中传播时还会发生衍射现象，这是光波在通过孔隙或缝隙时发生波动和干涉的结果，会产生特定的光谱和干涉条纹。
光线的反射也是光影成像中的重要内容。
反射是指光线从物体表面弹射出来的现象，根据反射的性质可分为镜面反射和漫反射。
镜面反射是指光线在光滑表面上反射，根据反射角与入射角相等的规律，我们可以预测光线在镜面上的反射方向。
漫反射则是指光线在粗糙表面上反射，光线会被不同方向的微观结构散射，最终形成均匀的光影。
通过对反射规律的研究，我们可以设计出各种反射器材，比如望远镜、反光镜等，实现特定的成像功能。
光影成像中的成像形式多种多样。
我们熟知的镜像就是一种常见的成像形式，它产生在反射或折射的过程中。
光在凸透镜中会发生透镜成像，透镜成像的特点是能够将物体的实物形状和大小逐一在成像面上重现，这使得透镜成像在光学成像技术中得到了广泛的应用。
此外，散射、衍射等现象也会产生特殊的成像效果，如日常生活中常见的光晕现象就是一种衍射成像。
光影成像的原理和规律为我们提供了许多重要的技术手段。
在医学影像学中，利用X射线成像原理可以清晰地观察人体内部的结构，进行疾病诊断和治疗。
在光学显微镜中，通过调节透镜和光源的位置和强度，可以实现对微小物体的高清成像。
在航空航天领域，遥感影像技术利用卫星或飞机的摄像机采集地面目标的数据信息，为地理测绘、气象预报等提供了便利。
在工业制造中，利用光学成像设备可以对微型元器件和半导体芯片进行检测和分析。
由此可见，光影成像技术的应用范围非常广泛，成为现代科技和生产的重要支撑。
总的来说，光影成像是一门综合性强、应用广泛的学科，它涉及到光的传播、反射、折射、成像等多个方面的知识，对于理解光学原理、研究光学技术具有重要的意义。
工程光学知识点总结
工程光学知识点总结一、光学基础知识1. 光的特性光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光的波长和频率决定了它的颜色和能量。
光在介质中传播时会发生折射和反射现象，这些现象是光学设计和应用的基础。
2. 光的干涉和衍射干涉和衍射是光学中重要的现象，它们是光波相互作用的结果。
干涉是两个或多个光波叠加产生的明暗条纹，衍射是光波在通过孔隙或障碍物时发生弯曲和扩散。
这些现象在光学测量和成像中有重要应用。
3. 光的偏振偏振是光振动方向的限定，通常的光是未偏振的。
偏振光在一些光学应用中有特殊用途，比如偏振片、液晶显示器等。
4. 光的传播光的传播受其波长和介质的影响，光在不同介质中传播时会有折射和反射。
此外，介质散射、吸收等也会对光的传播产生影响。
5. 光学材料光学材料是指在光学器件中用于传播、调制或控制光的材料，包括透明材料、半透明材料、非线性光学材料等。
光学材料的性能对光学器件的设计和性能有重要影响。
二、光学元件的设计和应用1. 透镜透镜是用于聚焦和成像的光学元件。
透镜分为凸透镜和凹透镜，它们分别用于成像、矫正等不同的应用。
常见的透镜设计包括单透镜、复合透镜、非球面透镜等。
2. 棱镜棱镜是由两个或多个平面或曲面构成的光学元件，用于折射和分离光线。
棱镜广泛应用于光谱分析、成像和激光技术中。
3. 波片波片是一种具有特定光学性能的光学元件，用于调节光的偏振和相位。
波片广泛应用于激光器、光学通信、显微镜等领域。
4. 光栅光栅是一种具有周期性结构的光学元件，用于光的衍射和色散。
光栅可以用于光谱分析、光学测量、激光调制等应用。
5. 光纤光纤是一种用于传输光信号的光学元件，具有良好的光学性能和传输性能。
光纤广泛应用于通信、传感、医疗等领域。
6. 光学薄膜光学薄膜是一种具有特定光学性能的薄膜材料，用于增强、减弱或调节光的透射、反射、吸收等特性。
光学薄膜广泛应用于激光器、光学镜头、太阳能电池等领域。
三、光学成像1. 光学成像原理光学成像是利用透镜、镜片等光学元件将物体投射成像到感光介质上的技术。
光学成像的基本原理
光学成像的基本原理：
光学成像的基本原理是基于光线传播、折射和反射的基本定律，通过透镜等光学器件的组合来实现物体的成像。
具体来说，光学成像的原理如下：
1.光线传播：光线在均匀的介质中沿直线传播，当通过不同密度的介质时，会发生折射和反射。
折射是光线从一种介质
进入另一种介质时改变传播方向的现象，而反射是光线遇到介质表面时被弹回的现象。
2.成像原理：利用光的传播方式，通过透镜等光学器件的组合，在成像面上形成原物体的像或反映出的信息。
常见的成
像原理包括几何光学和物理光学。
几何光学是以物体和像的几何关系为基础进行解释的，而物理光学则考虑了光波的传播和衍射等现象。
3.凸透镜成像原理：凸透镜是光学成像中常用的透镜之一。
当物体位于凸透镜焦点的左侧时，光线经过凸透镜折射形成
的像位于凸透镜的右侧；而当物体位于凸透镜焦点的右侧时，光线经过凸透镜折射形成的像位于凸透镜的左侧。
如果物体位于凸透镜的焦位上，那么成像后光线将会平行，光路无偏移。
4.凹透镜成像原理：凹透镜也是一种常用的透镜。
由于凹透镜会发生球差，因此在实际应用中较少采用。
凹透镜成像原
理与凸透镜成像原理类似，但是由于凹透镜对光线的发散作用，使得成像位置有所不同。
5.光路的传播：在光学系统中，影响光路的因素还包括成像光学器件的折射率、光线通过光学器件时可能发生的散射等
等。
我们可以通过经典的几何光学或辐射计量学来预测光线在光学器件中的传播和成像情况。
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n sin i n sin i i u i u
P sr r sin sin i sin u P s r r sin sin i sin u
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正弦定律
3.2.1 单个折射球面成像
将以上公式进行改写整理，可以得到：
f n f n
二者之比为：
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3.2.1 单个折射球面成像
这样，物像距公式可以用焦距表示为：
f f 1 s s
（3-3）
式中各量的正负号与具体的约定有关。P13 公式 3-3 是单个折射球面 轴上物点 的物像距计算公 式（也就是物像沿光轴方向的距离约束关系），如 果要考虑 轴外物点 的成像，还有一个放大率的问 题…
所谓同心光束，是指各光线本身或其延长线交 于同一点的光束。 理想光具组：一个能使任何同心光束保持同 心性的光具组。换句话说，就是满足理想成 像要求的光具组。
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3.1 物像基本概念
可以证明，理想光具组具有以下性质： 物方每个点对应像方一个点（共轭点）； 物方每条直线对应像方一条直线（共轭线）； 物方每个平面对应像方一个平面（共轭面）。 物方和像方之间的这种点点、线线、面面的一一 对应关系，称为共线变换。
注：除个别特殊的共轭点外，球面是不能成像的， 但是若将参加成像的光线限制在光轴附近，即所谓 “傍轴光线”，则近似成像是可能的。 11
3.2.1 单个折射球面成像
折射球面 球半径 r 折射率n，n’
任务：寻求任 意 入 射 线 QM 经球面折射后 的出射线MQ’ 单个球面的折射
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3.2.1 单个折射球面成像
（3-2）
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3.2.1 单个折射球面成像
3-2式表明，对于任意一个 s，有一个 s ，它与 角无关。
也就是说，在傍轴条件下，轴上任意物点Q 皆可成像于
某个 Q点。 s称为物距，s’称为像距。 物像距公式也可以利用物方焦距 f ，像方焦距 f 来表示。轴上无穷远像点（s ）的共轭点称 为物方焦点 F （第一焦点或前焦点）；它到顶点O 的距离是物方焦距 f（第一焦距或前焦距）。
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3.1 物像基本概念
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3.1 物像基本概念
实物与虚物： 如果入射的是发散同心光 束，则相应的发散中心Q称为实物；如果 入射的是会聚的同心光束，则相应的会 聚中心Q称为虚物。
实像与虚像：若经过光具组出射的光束 是会聚的，称像点Q’为实像；若出射同 心光束是发散的，称像点Q’为虚像。
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3.1 物像基本概念
3.1 物像基本概念
为什么会出现不同的成像效果？
以水为镜的物像倒影
非平面镜的物像关系
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3.1 物像基本概念
成像过程
光具组映射
理想
物方
非理想
像方
光具组 ：由若干反射面或折射面组成的光学系统。如平 面镜（一个反射面）、透镜（两个折射球面）以及更复 杂的光学仪器。
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3.1 物像基本概念
理想成像：理想成像要求空间每一点都 能严格成像，即物方的每个同心光束转 化为像方的一个同心光束。
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3.2.1 单个折射球面成像
傍轴物点P点的成像问题
如果将物点绕球心 C转过一个很小的角度 Φ，Q和 Q’将分 别转到P和P’，由于球对称性，P和P’必然也是共轭点。小角 度是任意的，所以可以看作平面∏上的点都成像在（只限于 傍轴区域）上。∏和∏’这样一对由共轭点组成的平面叫做共 轭平面。其中∏ 叫物平面， ∏’ 叫像平面 。
实际中几乎不存在理想光具组，但是，共轴球面 组在傍轴条件下近似满足理想成像要求，理想光具 组的概念正是以此为原型，经抽象概括和理想化而 得来的。
平面反射镜是个特例，但 是由于其放大率恒等于 1 ， 实际价值不太大。
平面镜严格的实物成虚像
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3.2 共轴球面组傍轴成像
大多数光学仪器是由球心在同一直线上的一系列 折射或反射球面组成的，这种光具组叫做 共轴球面 光具组，各球心的连线叫做它的光轴。
垂直于光轴的不同平面内，横向放大率一般不等。
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3.1 物像基本概念
物点与像点： 如果一个以 Q 点为中心的同心光束经光具 组的反射或折射后转化为另一以 Q’ 点为中心的同心光束， 我们说光具组使QBiblioteka 像于Q’ 。称Q为物点，称Q’为像点。
物点
像点
物方与像方：由物点组成的空间叫做物方（物空间）， 由像点组成的空间叫做像方（像空间）。
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3.2.1 单个折射球面成像
用公式表示傍轴条件为： h2 s 2 , s2 , r 2
这样，在傍轴条件下，公式可以化简为：
s2 s 2 2 2 2 2 n (s r ) n (s r )
（3-1）
上式开方取倒数后除以r，可以得到单个折射球面的 物像距公式：
n n n n s s r
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3.2.1 单个折射球面成像
相应地，轴上无穷远物点（ s ）的共轭点称 为像方焦点 F ’（第二焦点或后焦点）；它到顶点 O的距离是像方焦距 f’（第二焦距或后焦距）。 将 s 和 s 分别代入3-2式，可以得到物方 焦距 f和像方焦距f’的表达式为：
nr nr f , f n n n n
虚物如何理解？来自真实发光点的光束当然不会是会聚的，
虚物一般出现在几个光聚组联合成像的问题中。
中间像Q1’是透镜L2的虚物
由于实物、虚物，实像、虚像的存在，物方和像方两个空 间实际上是重叠在一起的。所以，区分是物方还是像方，不 是看它在光具组的前后，关键是看它与入射光束联系还是出 射光束联系。
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3.1 物像基本概念
s2 s2 1 1 2 2 4r sin ( )[ 2 2 ] 2 2 2 n (s r ) n (s r ) 2 n (s r ) n (s r )
可见，给定s 和 ，可以计算出s’。由于s’与 有关，所以不能保持同心光束的同心性。只有 把光束限制在傍轴范围内，s’与 才无关。
物方和像方的点不仅一一对应，而且根据光的可逆性原理， 将发光点移到原来的像点位置，并使光线沿反方向射入光具组， 则像会出现在原来的物点位置。这样一对互相对应的点称为共 轭点。
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3.1 物像基本概念
如果理想光具组是轴对称的，除上述三点外，还 具有下列性质： 光轴上任何一点的共轭点仍在光轴上； 任何垂直于光轴的平面，共轭面仍与光轴垂直； 在垂直于光轴的同一平面内横向放大率相同；