应用光学2006(第一章)f汇总
医学课件眼应用光学 第一章
球面反射镜： 凹面镜：其作用相当于凸透镜。 凸面镜：其作用相当于凹透镜。
第一章
几何光学的基础知识
第一节 几何光学的基本定律
常用的光学元件：
P
3、棱镜
反射棱镜 折射棱镜
A B
F
C -I2
I1
-I2
I 1
E n R D
Q
折射棱镜
第一章
几何光学的基础知识
第一节 几何光学的基本定律
第一章
几何光学的基础知识
第一节 几何光学的基本定律
物、像的虚实：
4）实像与虚像的区别 实像可以由人眼或接收器件接收，而虚像却只能被人眼 所观察，不能被接收器件接收。 5）物空间和像空间 物空间：通常把物（包括虚物）所在的空间称为物空间 像空间：像（包括虚像）所在的空间称为像空间。
第一章
几何光学的基础知识
第一节 几何光学的基本定律
光的反射定律： 反射光线位于入射光线和法线所决定的平面 反射光线和入射光线位于法线的两侧 反射角=入射角 符号相反
1)求作反射光线
2)已知物像，求作镜面
3）（如图）太阳光与水平面成60°角，要用一平 面镜把 太阳光反射到竖直的井底，画出平面镜放置的位置.
60O
第一章
几何光学的基础知识
第一节 几何光学的基本定律
二、基本定律 4、光的折射定律 光的折射现象： 光由一种物质进入另一种物质时传播方向发生改变的 现象，叫做光的折射。如：插在水中的筷子变弯折了，就 是由于光的折射的缘故。
第一章
几何光学的基础知识
第一节 几何光学的基本定律
光的折射定律：
折射光线、入射光线、法线在同一平面时，折 射光线和入射光线分别位于法线两侧。
应用光学，工程光学经典习题，例题汇总
I、I ' ——由光线起转到法线；
——由光轴起转到法线。
6. 近轴光路计算公式（6 个）
答： i lru r
l'
r
ri ' u'
i'
n n'
i
u 2 u1'
u' u i i' l2 l1' d1
（1）垂轴放大倍率为多少？
（2）照相胶片离照相物镜像方焦点 F 多远？
解：根据题意，鱼先经水面成像，由公式（2-9）为
1 l'
1.33 1000mm
0
解之得
l' 751.88mm
然后再被照相物镜成像，其 x 值为
定的介质来 说，是一个和入射角无关的常数 n1 sin I1 n1 sin I 2 。
2、如何区分实物空间、虚物空间以及实像空间和虚像空间？是否可 按照空间位置来划分物空间和像空间？
答：实物空间：光学系统第一个曲面前的空间。虚物空间：光学系统第一个曲面 后的空间。实像空间：光学系统最后一个曲面后的空间。虚像空间：光学系统最 后一个曲面前的空间。物空间和像空间在空间都是可以无限扩展的，不能按照空 间进行划分。
统的组合焦距为： f ' 80mm
求像的方向有两种：
第一种方法：先对第一透镜成像，再对第二透镜成像。
图 1-23
首先对第一透镜成像，如图 1-23 所示，l1 50mm, f1' 100mm, 根据高斯成像公
式求得：
11 l1' l1
1 f1'
1 l1'
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。
理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。
青岛大学《应用光学》讲义 第一章
1应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-1 光波和光线1. . 光的本质电磁波(10nm~1mm )核心区域可见光380nm~780nm 2应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-1 光波和光线可见光单色光复色光766.50706.52656.28589.29587.57486.13435.83434.05546.07404.66单位: nm 750700650600550500450400620590570475495450红橙黄绿青蓝紫颜色分界线典型谱线A ’b C Dd e F g G ’h 及波长可见光色谱带及典型谱线C ’643.9备注: 颜色的分界线有不同定义, 也与照度有关.3应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-1 光波和光线2.波动光学的简单回顾真空中光速82.99810m sc =×介质中光速cn=v 光波在不同介质中传播，频率不变。
ν频率与波长和光速的关系cνλ=波面、波前与波线*4应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-1 光波和光线3. 从波动光学到几何光学波线→光线λ→光线表示光波的传播方向, 在各向同性、均匀的介质中, 光线总垂直于波面. (马吕斯定律)*5应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-1 光波和光线波面和光束的类型球面波同心光束S会聚光束S发散光束平面波平行光束6应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-1 光波和光线非球面波像散光束7应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-2 几何光学基本定律1.直线传播定律光在均匀透明的介质中按直线传播.2.反射定律折射定律光在两种均匀介质分界面上的规律.8应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-2 几何光学基本定律I I ′R −角度正负的规定由光线转到法线：顺时针为正逆时针为负光路图中一律标正值. O 入射光线介质1介质2折射率n 折射率n ′N N ′折射光线反射光线sin sin n I n I ′′=I R=−入射光线、反射光线、折射光线与入射点处界面法线在同一平面内.反射可视为折射的特例：n n′=−9应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-4 光路可逆和全反射一、光路可逆二、全反射三、费马原理四、马吕斯定律10应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-5 基本定律的向量形式I I ′R −O 入射光线介质1介质2折射率n 折射率n ′N N ′折射光线反射光线单位矢量0Q 单位矢量′′Q 0′Q 单位矢量单位法线0N n n ′′×=×0000Q N Q N 即()00n n ′′−×=00Q Q N sin , sin , I I ′′×=×=∴0000Q N Q N ∵上式数值成立矢乘等式表明三个矢量和它们代表的三条光线共面.1.折射定律的向量形式11应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-5 基本定律的向量形式折射定律的向量形式n n ′′×=×0000Q N Q N 令, n n ′′′==00Q Q Q Q ′×=×00Q N Q N 得()0′−×=0Q Q N 即表明与方向一致:()′−Q Q 0N 偏向系数Γ′−=0Q Q N ()cos cos n I n I Γ′′′=−=−0Q Q N i ()2222222222222cos sin sin cos n I n n I n n I n n n In n ′′′′′=−′=−′=−+′=−+0N Q ∵i ()222n n Γ′∴=−+−00N Q N Qi i Γ′=+0Q Q N 12应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-5 基本定律的向量形式反射定律的向量形式cos cos n I n I Γ′′=−Γ′=+0Q Q N 2.直线传播定律的向量形式直线传播定律可视为折射定律的特例.n n ′=3.反射定律的向量形式′=Q Q反射定律可视为折射定律的特例.n n ′=−I I′=−()cos cos 2cos =2n I n I n I Γ∴=−−−=−−0N Qi ()2′=−00N Q N Q Q i ()222n n Γ′=−+−00N Q N Qi i13应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-6 光学系统类别和成像的概念光轴共轴系统非共轴(离轴)系统光学系统各元件表面曲率中心在一条直线上.完善成像(点成像为点)的条件入射光是同心光束(球面波)时，出射光也是同心光束(球面波).共轴光学系统等价描述：共轭物像点间所有光线光程相等.14应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-7 理想像和理想光学系统理想像对光学系统成像的要求清晰成像(视场内)所有物点都完善成像, 每一个物点都对应唯一的像点.理想光学系统的性质(1) 直线成像为直线.O O A QQA ’理想光学系统成理想像的光学系统.15应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-7 理想像和理想光学系统理想光学系统的性质(2) 平面成像为平面.平面P A A’B’C’B C 平面P’F E E’F’16应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-7 理想像和理想光学系统子午面共轴理想光学系统的性质(1) 由系统的对称性决定的性质:共轴光学系统O O’光轴上物点的共轭像点也在光轴上.A A’子午面过光轴的某一截面, 它的共轭像平面也必过光轴. 各子午面成像性质相同. 可用一个子午面代表一个共轴系统.共轭的子午面共面.17应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-7 理想像和理想光学系统共轴光学系统O A B O’A’B’垂直于光轴的物平面，它的像平面也必然垂直于光轴.18应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-7 理想像和理想光学系统共轴理想光学系统的性质(2) 垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像,其几何形状完全与物相似.即垂直于光轴的同一平面上各部分放大率相同.共轴光学系统注意一般来说，共轴理想成像系统的物像空间中的物与像并不一定相似.O’P’Q’Q P O A B E’G H A’B’G’H’E19应用光学与设计第一章几何光学基本原理1-7 理想像和理想光学系统共轴理想光学系统的性质(3) 如果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, 以及轴上两对共轭点的位置, 则其他一切物点的像点都可以确定.基面基点共轴光学系统O ’P ’P O D D ’A A ’B B ’共轴光学系统D D ’OA B Q P Q ’P ’O ’A ’B ’。
第1章 应用光学 赵存华 著
1.2.1 光线和光束
镜头（lens）系统又称为光学系 统(optical system)，在理想成像时 其波前要么是平面，要么是球面。 如图1.7所示，第一张图为平行光 会聚于像方焦点处，第二张图为有 限远物点成像于有限远像点，第三 张图为物方焦点发出的光线平行于 光轴射出。
1.2.2 光速
光波在透明均匀介质中是沿常用英文字母v表示
1.1.2 电磁波谱
400～760nm
380～760nm 390～780nm
1nm 103 μm 106 mm 109 m
1.1.2 电磁波谱
在电磁波谱里，可见光大约在380～760nm之间，按波长从长到 短依次分别呈现红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色。这七种 色光其实分界并不完全准确，因为两种色光之间的界限本身就不明 显，过渡是一种渐进的过程。
标识 h G F’ F e d D C’ C r
光谱线 Hg（紫外） Hg（蓝）
Cd（蓝） H（蓝） Hg（绿） He（黄） Na（黄） Cd（红） H（红） He（红）
1.1.4 视见函数
人的眼睛对可见光波段每一个波长的敏感度是不一样的，人眼 对中间555nm的黄绿光最敏感，波长向两边扩展时，人眼的敏感度 会迅速降低。如果定义555nm的敏感度为1的话，那么其他光线的敏
光具有波粒二相性
1.1.1 光是什么
图1.3 光的波粒二相性
1.1.2 电磁波谱
1865年，麦克斯韦总结了电磁学理论，提出了麦克斯韦方程组。 从方程组出发可以推导出电磁波传播方程。在传播方程中，真空中 电磁波的速率为
c 1
0 0
这与1850年傅科测得的光速v=298000km/s非常接近。所以麦克斯 韦预言：光是一种电磁波。
应用光学第五版第一章章末总结
应用光学第五版第一章章末总结咱得说说这应用光学第五版第一章啊。
我翻开这一章的时候，就感觉像是走进了一个满是奇妙光学现象的大屋子。
那里面的知识啊，就像屋子里各种各样的小物件儿，每个都有自己的门道。
我瞅着那些光线传播的原理啥的，就好像看见一群调皮的小光精灵，在不同的介质里穿梭。
有时候它们跑得直直的，那模样就像纪律严明的小士兵，这就是在均匀介质里的情况呗。
我就想啊，这光可真听话，规规矩矩的。
可一旦到了非均匀介质里，哟呵，这些小光精灵就像喝醉了酒似的，歪歪扭扭地跑，那路径啊，弯弯曲曲的，可把我折腾得够呛，得费好大劲儿去理解。
再说说那些光学系统的基本概念吧。
就像在认识一群性格各异的新朋友。
什么薄透镜啦，厚透镜啦，我感觉它们就像一群形状奇特的小怪物。
薄透镜呢，瘦瘦的，看起来简单，可内里的学问一点都不少。
厚透镜呢，胖胖的，感觉藏着更多的秘密，像是一个装满宝藏的大箱子，我得一点点去挖掘里面的知识宝藏。
我在看这一章的时候啊，还时不时跟旁边的同学唠几句。
我说：“你看这光线折射，咋就这么神奇呢？”同学就撇撇嘴说：“这有啥，你再往后看，更复杂的还多着呢。
”我一听，心里就有点发毛，可又有点不服气，就想着一定要把这些知识都搞明白。
这第一章里那些个成像的原理啊，就像一场魔术表演。
物体的光通过光学系统，然后就像变戏法一样，在另外一个地方形成了像。
我就琢磨着，这要是我也能像光这么神奇，一下子从一个地方变到另一个地方就好了。
可我知道这是光学的奇妙之处，不是我这凡人能轻易做到的。
我看着那些公式，有时候感觉像是看天书，那些字母和符号在我眼前晃悠，我就皱着眉头，心里有点烦。
可又想啊，这是打开光学大门的钥匙啊，咬咬牙还得继续琢磨。
这里面还提到了很多关于光学仪器的初步知识。
我就想象着那些精密的光学仪器，就像一个个神秘的小城堡。
每一个零件都像是城堡里的小卫士，各司其职，共同协作才能让仪器发挥作用。
我感觉自己就像一个探险家，要一点点探索这些城堡的秘密。
应用光学-总结
• 第一章 几何光学的基本定律
• 概念：研究光的传播规律和传播现象— —称为“几何光学” • 四个基本定律：光的直线传播定律；光的独
立传播定律；光的反射定律和折射定律
两大推论：马吕斯定律；费马原理（极值）
全反射现象
• 第二章
共轴球面系统
• 符号规则：与入射光线传播方向比较， 正向光路（作图），反向光路 • 完善成像的概念和条件 • 近轴光的成像及光路计算 • 近轴光线的光路追迹公式，也称小l计算公式
• 共线成像理论 • 物、像空间的共轭点； • 物、像两空间的共轭线 • 物空间的任意一点位于直线上，在像空 间内的共轭点必在该直线的共轭线上。 • 面对面
理想光学系统的基点、基面（求基点、面； • 节点的含义 性质、定义）
• 理想光学系统的图解法（正、负光组） • 理想光学系统的解析法 • 物像位置公式
小l公式 lr i u r n i' i n' u' u i i'
i' l ' r( 1 ) u'
物象位置公式
n' n n' n l' l r
l2 l'1 d1 ,l3 l'2 d2 ......lk l'k 1 dk 1
u2 u'1 ,u3 u'2 , u'k 1 l2 l'1 d1 ,l3 l'2 d 2 ......lk l'k 1 d k 1
• 轴向放大率
• 角放大率
dl' dl n' l 2
nl' 2
u' u
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。
应用光学第一章
几何光学：以光线为基础，用几何的 方法来研究光在介质中的传播规律及 光学系统的成像特性。
• 点：光源、焦点、物点、像点 • 线：光线、法线、光轴 • 面：物面、像面、反射面、折射面
由于光具有波动性，因此这种只考虑粒子 性的研究方法只是一种对真实情况的近似 处理方法。必要时要辅以波动光学理论。
入射角 外面介质 芯层 包层
nab
n ab :介质 b 对介质 a 的相对折射率，如果 a
为真空，则介质 b 对真空的折射率也称为
绝对折射率，用 nb 表示
也可表述为：
nb
c vb
C：真空中光速， v b ：介质 b 中光速
两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示
nab
va vb
对上式变换：
nab
va vb
C C
na nb
nb na
两种介质的相对折射率等于两介质的绝对 折射率之比。
将上式代入
sin I sin I '
nab
并设
na n, nb n
有： n sin I n' sin I '
真空折射率为1，在标准压力下，20摄氏度时空 气折射率为1.00028，
通常认为空气的折射率也为1，把其他介质相对 于空气的折射率作为该介质的绝对折射率。
提示：在设计高精度的太空中的光学仪器时， 就必须考虑空气和真空折射率的不同。
（二）反射定律
（1）反射光线在由入射光线和法线所决定的平 面内
A
N
B
i i”
n
O
（2）入射角 i和反射角i’’的绝对值相同，可表示为
应用光学公式
辐射源dS 为余弦辐射体，各个方向光亮度L，物方孔径角U = L sin 2 U dS ' = L ' sin 2 U ' dS ' ' K ' 1 E KL sin 2 U 2 dS '
第十三章
1. 眼睛
典型光学系统
16.70mm 物方焦距： 22.26mm 像方焦距： 光焦度： 59.88屈光度
轴上点光束边缘，针对固定物距 孔径光阑 被前镜组在物空间成像：入射光瞳-入瞳边缘：物方孔径角 被后镜组在像空间成像：出射光瞳-出瞳边缘：像方孔径角 对无穷远成像：系统中在物空间直径最小为入瞳 成实像或有中间实像面才有 视场光阑 被前镜组在物空间成像：入射窗-边缘到入瞳中心：物方视场角 被后镜组在像空间成像：出射窗-边缘到出瞳中心：像方视场角 没有视阑必有渐晕 渐晕光阑 渐晕可能有两个：分立入瞳两侧，分别拦去光束上下边 没有视阑，渐晕对应入射窗出射窗 瞳对瞳，窗对窗：均匀光源到均匀表面 光瞳匹配 瞳对窗，窗对瞳：不均匀光源到均匀表面
f '
反射定律：
n' r n ' n
P 2( N A)
A '' A 2 N ( N A)
4. 费马原理：光程 s=nl，光沿极大、极小、常量光程的路径传播。
第二章 球面和球面系统
1. 结构参数：n，n’，r 物方参数：U(物方倾斜角)，L(物方截距) 像方参数：U’(像方倾斜角)，L’(像方截距) 夹角：光轴>光线>法线：顺正逆负 2. 单个折射球面
x x1 f2 ' f1 ' 空气中 2 1
应用光学第1章3
1. 近轴范围和近轴光线
一个普通照相机镜头的结构
近轴范围
1 2 z = ch 2
近轴光线
入射到近轴球面上并与光轴(z轴)的夹角很小的 光线称为近轴光线。设近轴光线与光轴的夹角 为θ，θ值足够小的限定是允许采取sinθ≈θ， tanθ≈θ，cosθ≈1的近似。
一、基本概念与符号规则
1. 概念
2. 符号规则
2.单个近轴球面的性质
2.单个近轴球面的性质
1 1 n( − ) = n( − ) = n(u + i − u) = ni r l r l 1 1 h h n' ( − ) = n( − ) = n(u'+i'−u' ) = n' i' r l' r l' 因 ni = n' i' 为 1 1 1 1 所 , n( − ) = n' ( − ); 以 r l r l' 等 变 后 得 式 换 可 ： n n' n − n' − = l l' r n'−n h = (n'−n)(u + i) r = n' u − nu + n' i − ni = n' u − nu + n' i − n' i' = n' (u + i − i' ) − nu = n' u'−nu
n' n n'−n 1.75 1 1.75 −1 − = 有 − = l' l r l' − 50 25 1.75 0.75 1 0.5 1 则 = − = = ; l' 25 50 50 100 ' 则 =175mm l ; 若 2 = −55mm 则 ' =148.1mm l ; l
王文生——应用光学习题集答案
王⽂⽣——应⽤光学习题集答案习题第⼀章1、游泳者在⽔中向上仰望，能否感觉整个⽔⾯都是明亮的？(不能，只能感觉到⼀个明亮的圆，圆的⼤⼩与游泳都所在的⽔深有关，设⽔深H ，则明亮圆半径HtgIc R =）2、有时看到窗户玻璃上映射的太阳光特别耀眼，这是否是由于窗玻璃表⾯发⽣了全反射现象？答：是。
3、⼀束在空⽓中波长为nm 3.589=λ的钠黄光从空⽓射⼊⽔中时，它的波长将变为多少？在⽔中观察这束光时其颜⾊会改变吗？答：'λλ=n ，nm 442'=λ不变 4、⼀⾼度为m 7.1的⼈⽴于路灯边（设灯为点光源）m 5.1远处，路灯⾼度为m 5，求⼈的影⼦长度。
答：设影⼦长x ，有：57.15.1=+x x ∴x=0.773m 5、为什么⾦钢⽯⽐磨成相同形状的玻璃仿制品显得更加光彩夺⽬？答：由于⾦钢⽯折射率⼤，所以其临界⾓⼩，⼊射到其中的光线⼤部分都能产⽣全反射。
6、为什么⽇出或⽇落时太阳看起来稍微有些发扁？（300例P1）答：⽇出或⽇落时，太阳位于地平线附近，来⾃太阳顶部、中部和底部的光线射向地球⼤⽓层的⼊射⾓依次增⼤（如图）。
同时，⼤⽓层密度不均匀，折射率⽔接近地⾯⽽逐渐增⼤。
当光线穿过⼤⽓层射向地⾯时，由于n 逐渐增⼤，使其折射⾓逐渐减⼩，光线的传播路径就发⽣了弯曲。
我们沿着光线去看，看到的发光点位置会⽐其实际位置⾼。
另⼀⽅⾯，折射光线的弯曲程度还与⼊射⾓有关。
⼊射⾓越⼤的光线，弯曲越厉害，视觉位置就被抬得越⾼，因为从太阳上部到下部发出的光线，⼊射⾓依次增⼤，下部的视觉位置就依次⽐上部抬⾼的更多。
第⼆章1、如图2－65所⽰，请采⽤作图法求解物体AB的像，设物像位于同⼀种介质空间。
图2－652、如图2－66所⽰，'MM为⼀薄透镜的光轴，B为物点，'B为像点，试采⽤作图法求解薄透镜的主点及焦点的位置。
BMB 'M ′ BM M ′B' ●●●●(a) (b)图2－663、如图2－67所⽰，已知物、像的⼤⼩及位置，试利⽤图解法求解出焦点的位置，设物、像位于同⼀种介质空间。
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 ''
应用光学第一章总结知识点
应用光学第一章总结知识点一、基本概念1. 光的本质光是一种电磁波，具有双重性质，既能像波一样传播，又能像粒子一样照射。
2. 光的特性光具有波长、频率、速度和偏振等特性，光的波长决定了它的颜色，频率决定了它的亮度，速度取决于介质的折射率，偏振决定了光的方向性。
3. 光的传播光在真空中的传播速度是光速，而在不同介质中传播的速度和方向都会发生变化。
光的传播遵循光线理论和波动理论。
4. 光的干涉和衍射光的干涉和衍射是光学现象的重要表现形式，它们揭示了光的波动性。
干涉是指两束波相遇时相互干扰的现象，衍射是指波通过孔隙或物体边缘时发生的扩散和弯曲。
5. 光的吸收和发射光与物质相互作用时会发生吸收和发射，物质的吸收和发射特性与光的波长有关。
二、光学元件1. 透镜透镜是光学系统的重要组成部分，它能够折射光线，使光线汇聚或发散。
透镜有凸透镜和凹透镜之分，可以用在光学仪器中进行成像。
2. 镜面镜面是能够反射光线的表面，具有平面镜、球面镜等形式。
镜面的反射特性与入射角和反射角有关，根据镜子的曲率不同，反射出的光线会发生聚焦或发散。
3. 棱镜棱镜是一种类似透镜的光学元件，它能够使光线发生色散，将不同波长的光线分散成不同的方向。
4. 光栅光栅是一种利用周期性的结构使光发生衍射的光学元件，它可以分解光线，用于光谱仪等领域。
5. 波片波片是一种能够改变光线偏振状态的光学元件，常用于偏振光学和激光器件中。
6. 光阑光阑是一种用于控制光线传播的光学元件，它能够限制光线的传播范围，提高光学系统的分辨率。
7. 光学滤波器光学滤波器是一种通过选择性吸收或透射特定波长光线的光学元件，它可以应用于激光器件、摄像头和光学测量中。
8. 光学偏振元件光学偏振元件是一种能够改变光线偏振状态的光学元件，包括偏振片、偏光镜和偏振棱镜等。
三、光学系统1. 成像系统成像系统是由透镜、镜面和光学滤波器等组成，它能够将物体上的信息投影到成像平面上，形成清晰的图像。
应用光学第一章.
共轴球面光学系统：如果各光学元件均由球面组成，所 有的球心均位于同一条直线上，这样的光学系统就叫做 共轴球面光学系统。该直线就是整个系统的对称轴线， 为光轴。
第一章
透镜——光学系统的基本元件
正的像
方焦距
正透镜：双凸，平凸，正月牙 透 镜 负透镜：双凹，平凹，负月牙
沿轴厚度比 边缘厚度大
第一章
第一章
◆晶体
不可能有紫外到 红外都具有良好 的光学性质
晶体：具有晶格结构的固体。即构成晶体的 内部质子以点阵的形式在三维空间作 有规律的重复排列。例如：石英、岩 盐、萤石和其他碱金属卤化物的 块单晶体。
优点： 大部分的光学玻璃仅局限与紫外和可见 光波段，但有些晶体的透过范围看以从 紫外到红外，因此可以用来制作传播宽 波段电磁辐射的元件
意义：物 简单证明：
像
A：同介质：光的直线传播定律或费马原理
B：不同介质：光的折射和反射定律
sin I1 n2 sin I 2 n1
sin I 2 n1 sin I 1 n2
第一章
◆光的全反射现象
当入射光的入射角I大于某值时，两种介质的分界面 把入射光全部反射回原介质中去，这种现象称为“全 反射”或“完全内反射”。 条件：1. 光线由光密介质1（折射率n1大）射向
◆光学玻璃
由于同一玻璃对各种颜色的光具有不同的传 播速度，即不同颜色的光具有不同的折射率。 因此，光学玻璃的性质由一系列特定光谱线 的折射率来决定。具体如下表： 红
A′
766.5
颜色
黄
C
656.3
绿
d
587.6
青
F
486.1
蓝 紫
g
应用光学第一章PPT学习教案
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1.5成像的概念
➢ 完善成像条件
等光程
➢ 等光程特例
有限距离物点A反射成像于有限距离像点A’：椭球 反射面
无限距离物点A反射成像于有限距离像点A’：抛物 反射面
第18页/共20页
Thank you!
第19页/共20页
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1.2几何光学的基本定律-反射定律和折射定律
➢ 入射角大于临界角时，发生全反射 ➢ 全反射条件
入射光由光密介质进入光疏介质 入射角大于临界角
全反射优于一般镜面反射
➢ 光纤
进入光纤的光线在纤芯与包层的分界面上连续发生全发射，直至另一端出射。
第12页/共20页
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B
根据折射定律，又有： 可以得到： 当入射角 当
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1.5成像的概念
➢ 基本概念
顶点：光轴与球面的交点 共轴光学系统：所有的球心都在一条直线上 非共轴光学系统：所有的球心不全在一条直线上 实物(像)点：实际光线的交点（屏上可接收到） 虚物(像)点：光线的延长线的交点（屏上接收不到 ,
人眼可感受） 物(像)空间：物(像第1)7所页/共在20的页 空间，可从-∞到+∞
NN’：过投射点的介面法线 I：入射角，入射光线和法线的夹角 I’’：反射角，反射光线和法线的夹角 I’：折射角，折射光线和法线的夹角
➢ 光的反射定律
入射光线、反射光第8线页/共和20法页 线在同一平面内
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1.2几何光学的基本定律-反射定律和折射定律
➢ 光的折射定律
入射光线、反射光线和法线在同一平面内 折射角与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，
在各向同性节制中，光沿着波面法线方向传播
➢ 几何光学中的面
光学介面、物面、像面、焦面、主平面、截面、子 午面、弧矢面 ......
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研究领域
• 生物医学图像技术
生物医学图像在生命科学研究、医学诊断、临 床治疗等方面起着重要的作用。生物医学图像 技术主要研究生物医学成像和图像处理方面的 基本原理方法和发展趋势。针对国内外的先进 技术，尤其是在射频超声等医学信号、信息提 取方法方面开展深入的研究。
x AA 四象限光
电二极管
z y
3
2 4
1
信号处理电路
L1
磁铁
线圈
O2 z
3
2 4
1
L2
B
光杠杆
l
L3
被测面
O1
数据采集卡 恒流源驱动电路
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万 工 显 视 觉 测 量 仪 器
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生活中，大自然中有关光的现象无处不在
佛光
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海市蜃楼
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日晕
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考试成绩组成：
➢期末考试卷面成绩: 70%
➢平时成绩 :
30%
• 作业成绩： 10%
• 实验成绩： 10%
• 出勤成绩： 10%
注意：
• 缺勤一次扣5分，三次和三次以上缺勤者 或缺席一次和一次以上实验的，不准参加 期末考试
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本门课程的主要参考教材
光电测控技术与装备研究室科研方向隶属 于自动化测试与控制一级学科，自建所以来， 培养博士生28人、硕士生48余人 。现承担博士 研究生学位课一门、硕士生学位课多门。
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激光焦点法多功能测量系统
LD
偏振分光 棱镜 splitter
/4 片
柱面镜 L4
分光棱镜
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研究领域
• 视觉检测技术与图像处理
是精密测试技术领域内最具有发展潜力的新技 术，它综合运用了电子学、光电探测、图象处 理和计算机技术，将机器视觉引入到工业检测 中，实现对物体(产品或零件)三维尺寸或位置 的快速测量，具有非接触、速度快、柔性好等 突出优点，在现代制造业中有着重要的应用前 景。视觉检测技术为解决在线测量问题提供了 一个理想的手段，美国国家标准局八十年代在 调查的基础上曾作过预测：今后工业检测工作 的80%将由视觉检测技术完成。经过十多年的 发展，视觉检测技术在国内外都获得了长足的 进步，应用领域已涵盖汽车、钢铁、微电子器 件等几乎所有的现代制造业领域。
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授课教师：
光电测控技术与装备研究所
庄志涛
办公电话：86402312/3-800 办公地点：制造楼604
E-mail: zhuangzt121@
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•光电测控技术与装备研究所
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几何光学发展最为迅速，荷
兰数学家斯涅尔发现的准确
的折射定律对于光学仪器的 设计和改进具有重要意义！ 为研究整个光学系统提供了 计算的可能。
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光学开始进入了一个新的时期，以致于成 为现代物理学和现代科学技术前沿的重要 组成部分。
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研究领域
• 网络化测试技术
网络的最大特点就是可以实现资源共享，使现有资 源得到充分利用，从而实现多系统、多专家的协同 测试与诊断，它解决了已有总线在仪器台数上的限 制，使一台机器为更多的用户使用，实现测量信息 的共享，实现整个测试过程的高度自动化、智能化， 同时减少了硬件的设置，有效降低了测试系统的成 本。另外，网络可以不受地域的限制，这就决定了 网络化测试系统可以实现远程测控，使测试人员不 受时间和空间的限制，随时随地获取所需信息，同 时网络化测试系统还可以实现测试设备的远距离测 试与诊断，提高测试效率。正是网络化测试系统的 这些优点，使得网络化测试技术倍受关注。
二十世纪六十年代，激光问世。
从此光学有开始了一个新的发展时期，并发展出了许 许多多新兴的光学学科，如：
傅立叶光学
全息光学
薄膜光学
纤维光学
集成光学
红外与微光技术
等等……
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• 1、《工程光学基础》 徐家骅 主编 机械工业出版社
• 2、《工程光学》李湘宁 主编 科学出版社
• 3、《计量光学》许世文 主编 哈尔滨工业大学出版社
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光-Light，是我们最熟悉 的现象之一，没有光，
人类就无法生存。
万物生长靠太阳！
地球上的主要能源都是直接或间接来 自太阳能！
主要研究光学与电子学相结合的测量与控制方法 及相应的装备，在激光测量技术和光纤测量技术 等方面取得一系列成果 。 快速、非接触式激光测 量系统在很多应用中具有其他测量手段不可比拟 的优势。随着激光技术、精密机械技术和电子技 术的发展，光、机、电三者相结合的产品如激光 干涉仪、激光跟踪仪，激光坐标测量机，激光测 距仪，全站仪等仪器在工业检测中占有举足轻重 的地位。
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师资力量
光电测控技术与装备研究所经过多年发展， 现有400平方米实验室，在编人员10人，教授四 名(浦昭邦,袁怡宝,刘宛予,张琢), 副教授二名(刘 国栋,庄志涛), 在读博士助教3人（刘炳国，任淑 燕，胡涛），高级技师1人（王文涛），陈凤东 （博士，留校工作，计算机学院）.
• Optics Instrument & Automation Lab. (OIAL)
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研究领域
• 光电测试技术与仪器
• 视觉检测技术与图像处理
• 网络化测试技术
• 生物医学图像技术
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研究领域
• 光电测试技术与仪器