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应用光学课件 (7)[41页]

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应用光学课件-PPT

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4)若视阑为长方形或正方形,其线视场按对角线计算。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径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 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。

应用光学_非球面ppt课件

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03.06.2020
.
17
2.1 两镜系统的理论基础
➢ 为便于对两反射镜系统有个完整的了解，从三级像差理论出 发，选择合理的参数，推导出各种消像差条件，从而使设计 两镜系统有全球应用的理论指导。
➢2.1.1 基本结构形式
➢主镜与次镜都是二次曲 面，表达式为：
h1
h2
y22R0x-(1-e2)x2
l2
y2 = 2REx -(1-E2)x2
➢ 与上式比较，得：
RE(1-e2R )01-e2 ,
2Eee22-1
➢ 由于0< e2 <1，故E2一定是负值。
➢ 写以上方程中，以y2+z2代替y2，即得扁椭球面方程。
03.06.2020
.
14
1.3 二次曲面的非球面度
➢ 非球面度 指非球面表面和一个比较球面在沿光轴方向的 偏差。一般希望非球面度尽可能小, 因此, 要选择一个最佳 比较球面：一个与非球面在顶点与边缘接触的球面。
03.06.2020
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4
二、二次曲面（圆锥曲面）
➢ 实际光学系统在很多情况下用到二次曲面即能满足要求，且 其检验相对方便，故从工艺角度考虑，应尽量采用之。
➢ 二次曲线方程有四种表达形式：
y
➢形式 1
x2 a2
y2 b2
1
(椭圆及双曲)线
o
x
y2 2px (抛物线)
➢ 参数a、b为椭圆或双曲线的长半轴和短半轴，p为抛物线的 焦点到的距离，也是抛物线顶点的曲率半径。
➢ 将顶点移到新位置O，有：
x=x-a, y=b-y，或：x=x+a, y=b-y
代入原方程，并将y与x对换，得：
(x-b)2=2R0(y+a)-(1-e2)(y+a)2

应用光学 ppt课件

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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。
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。
色光 红 橙 黄 绿
范围/nm 640-760 600-640 550-600 480-550
色光 蓝 靛 紫
范围/nm 450-480 430-450 380-430
1.1.3 可见光
可见光（Visible light）是波 长大约在380～760nm之间的波 段范围，由于人眼对此波段的 光线敏感，可以引起视网膜的 感光，传递到大脑后，经过大 脑处理后可以分辨出光线的颜 色及与光线相关的物体。
则光的折射定律（Snell law， refraction law of light）可以表示为
1.折射光线也在入射面内； 2.入射角和折射角正弦之比为一个常数，与入射角大小无关。
sin I sin I ' n12
其中为 n12 比例常数
2.4 光的折射定律
海市蜃楼的形成
2.5 光路可逆
光的反射定律和折射定律一个直接的应用就是光路可逆。光在空 间传播时，在光学系统中行进，无外乎有三种情况：

《应用光学》全套PPT48页

《应用光学》全套PPT48页

《应用光学》全套
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
6、律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯

应用光学课件新

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n1, 2
n2 n1
有
•通常所说的介质的折射率实际上是该介质对于 空气 的相对折射率 •光密介质和光疏介质
应用光学讲稿
课堂练习：判断光线如何折射
I1 空气 n=1 水 n=1.33 I2
I1
玻璃 n=1.5
空气 n=1
应用光学讲稿
I1
c 空气 n小 玻璃 n大 空气 n小 玻璃 n大
应用光学讲稿
c n v
应用光学讲稿
相对折射率与绝对折射率之间的关系 相对折射率：
n 1, 2 =
υ1 υ2
C
第一种介质的绝对折射率： 第二种介质的绝对折射率：
所以
n1 =
n2 =
υ1
C
υ2
n 1, 2 =
n2
n1
应用光学讲稿
用绝对折射率表示的折射定律
由
sin I1 n2 v1 sin I 2 n1 v2 sin I1 v1 n2 n1, 2 sin I 2 v2 n1
n2 sin I 0 n1
应用光学讲稿
2、发生全反射的条件
必要条件： n1>n2 由光密介质进入光
疏介质 充分条件： I1>I0 入射角大于全反射角
n2 sin I 0 n1
1870年，英国科学家丁达尔全反射实验
应用光学讲稿
当光线从玻璃射向与空气接触的表面时，玻 璃的折射率不同、对应的临界角不同。
条对称轴线 C2 C1
C4 C3 光轴
应用光学讲稿
名词概念
• 物点：入射光线的交点 • • 实物点：实际入射光线的交点 虚物点：入射光线延长线的交点
• 像点：出射光线的交点
• • 实像点：出射光线的实际交点 虚像点：出射光线延长线的交点

应用光学课件完整版

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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
反射定律可表示为 I I ''
4. 光的折射定律
折射定律可归结为：入射光线、折射光线和投射点
的法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角正弦
之比与入射角大小无关，而与两介质性质有关。对一定 波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该比值为一
常数，等于折射光线所在介质的折射率与入射光线所在
介质折射率之比。
0 i arcsin n12 n2 2 n0
n0 ＝1
n0 sin i n1 cos ic n12 n22
5. 费马原理（光程极值原理）
1）光程— 光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。
s=n • l
均匀介质
m层均匀介质
连续变化的非均匀介质
s=n • l=c • t
m
s
波面可分为：平面波、球面波、任意曲面波。 波面法线方向即为光传播方向。
光源
光线
波面
5. 光束— 与波面对应的法线集合。
同心光束— 波面为球面，聚于一点。 发散光束— 光线在前进方向上无相交趋势。 会聚光束— 光线在前进方向上有相交趋势。
平行光束— 波面为平面。 象散光束— 波面为曲面，不聚于一点。
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

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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
应用光学讲稿
§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
应用光学讲稿
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。
应用光学讲稿
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。
应用光学讲稿
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’

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有渐晕时，斜光束的宽度不单由孔径光阑的口径确定， 有渐晕时，斜光束的宽度不单由孔径光阑的口径确定，而且还 与其余光学零件或光阑的口径有关
应用光学讲稿
§5-2 望远系统中成像光束的选择 一、双目望远镜
1、光学系统图 、 视放大率： 视放大率： Г=6 成像范围（视场角）：2ω=8°30’ 成像范围（视场角）：2 =8° ）： 出瞳直径： 出瞳直径： 出瞳距离： 出瞳距离： 物镜焦距： 物镜焦距： 目镜焦距： 目镜焦距： D´=5mm l´z≥11mm f´物=108mm f´目=18mm
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
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？
应用光学讲稿
二 光阑概念 1、孔径光阑（Aperture Stop） 、孔径光阑（ ） 光束口径的光阑 2、视场光阑（Field Stop） 、视场光阑（ ） 限制成像范围的光阑 底片框 3、消杂光光阑（False 、消杂光光阑（ Light Stop） ）

应用光学教学课件完整

※从上述定律可以得到光线传播的一 个重要原理—光路的可逆性原理。利 用这一原理，可以由物求像，也可以 由像求物。
• 图1-9
※光学系统 的作用之一是对物体成像，因此必须搞 清物像的基本概念和它们的关系。
※物体通过光学系统（光组）成像，光学系统(各 种光学仪器)由一系列光学零件 组成。。
※光学系统一般是轴对称的，有一条公共轴线，
全反射现象
当
一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发 生反射和折射现象。
光 由
由公式 n sin I n' sin I ' 可知
光
密
sin I sin I '
介 质
射
即折射光线较入射光线偏离法线
向
光
疏
sin I ' 不可能大于1，此时入射光线将不能射入
另一介质。
按照反射定律在介面上全部被反射回原介质
原点
+
-
原点
※ 原点规定：
（1）曲率半径 r ,以球面顶点O为原点，球
心C在右为正，在左为负。
E
A
C
O +r
E
A
C
-r O
（2）物方截距L 和像方截距L’ 也以顶点O为原点，到光线
与光轴交点，向右为正，向左为负。
E
A
A’
O
C
-L
+L’
E
A
A’
O
C
-L’
-L
（3）球面间隔 d 以前一个球面的顶点为原点， 向右为正，向左为负。
（在折射系统中总为正，在反射和折反系统中才有为负的情况）
O1
O2
+d
O1
O2
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§4.5 本章小结
掌握光阑定义。 掌握孔径光阑，入射光瞳，出射光瞳定义，三者之间关系。 掌握视场光阑，入射窗，出射窗定义，三者之间关系。 了解渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的 关系 掌握物方远心光路的工作原理。 了解光瞳衔接原则及其作用。
图4-2 孔径光阑对轴上点光束的限制
§4.1.1 照相系统的基本结构
图4-1 照相机系统简图
§4.1.2 概念
一、光阑：
限制成像光束的光孔或限制成像范围的光孔或框。
二、孔径光阑：
限制进入光学系统的成像光束的光孔口径的光阑。
三、视场光阑：
限制成像范围的光阑。
§4.1.3 孔径光阑的作用
1、孔径光阑对轴上点光束的限制：（图4-2） 2、孔径光阑对轴外点光束的限制（图4-3） 3、渐晕、渐晕光阑以及渐晕系数：（图4-4) 4、入瞳和出瞳：（图4-5）
图4-12a
三、物方远心光路及其特点
图4-12b
§4.3.3 场镜的应用
图4-13
一、场镜：
和像平面重合或者很靠近的透镜。
二、场镜的作用：
压低光线减小后续光路通光口径。
§4.3.4 显微镜光学系统小结
1）一般显微镜系统中，孔径光阑置于显微物镜上；一 次实像面处安装系统的视场光阑。
2）当显微镜系统用于测量长度时，为了消除误差，孔 径光阑安装在显微物镜的像方焦面处，称为“物方远心 光路”。 3）在长光路系统中，往往利用场镜达到前后系统的光 瞳衔接，以减小光学零件的口径。
4）孔径光阑的形状一般为圆形，而视场光阑的形状 为圆形或矩形等。
§4.2 望远系统中成像光束的选择
§4.2.1 望远系统的基本结构和光学数据 §4.2.2 望远系统中的光束限制 §4.2.3 望远光学系统小结
§4.2.1 望远系统中成像光束的选择
一、光学结构：（图4-7） 二、光学数据：
视角放大率：Γ 视场角：2W 出瞳直径：D’ 出瞳距离：lz’ 物镜焦距：f物’ 目镜焦距：f目’
➢ 主要内容：
§4.1 照相系统和光阑 §4.2 望远镜系统成像光束的选择 §4.3 显微镜系统中的光束限制与分析 §4.4 光学系统的景深 §4.5 本章小结
§4.1 照相系统和光阑
§4.1.1 照相系统的基本结构 §4.1.2 概念 §4.1.3 孔径光阑的作用 §4.1.4 视场光阑及入射窗、出射窗 §4.1.5 照相光学系统小结
思考题：
显微系统中，孔径光阑位于不同位置对成像和系统 结构尺寸有哪些影响？
§4.4 光学系统的景深
§4.4.1 光学系统的空间像 §4.4.2 光学系统的景深 §4.4.3 例题
§4.4.1 光学系统的空间像
一、空间的物点成像：
图4-15
二、光瞳对成像的影响：
图4-16
三、视场对成像的影响：
图4-17
§4.3 显微镜系统中的光束限制与分析
§4.3.1 简单显微镜系统的光束限制 §4.3.2 远心光路 §4.3.3 场镜的应用 §4.3.4 显微镜光学系统小结
§4.3.1 简单显微镜系统的光束限制
图4-11 显微镜系统光路
§4.3.2 远心光路
一、显微镜测长原理 二、孔径光阑的位置对测量误差的影响
当把对准平面调焦在无限远时，求其近景位置；若使远 景平面在无限远，求对准2a p
P2
2ap
2a p
例二：设ε=l’=0.00029rad，入射光瞳直径2a=10mm，
若使物镜调焦在10m处，即P=1000mm，求远景、近景深 度和位置。
1
p2 2a p
2
p2 2a p
§4.1.4 视场光阑及入射窗、出射窗
注意其共轭关系
§4.1.5 照相光学系统小结
1）照相系统根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的 位置，大致在物镜的某个空气间隔中。（图4-6）
2）在有渐晕的情形下，轴外点光束宽度不仅由孔径 光阑的口径确定，而且还和渐晕光阑的口径有关。
3）照相光学系统中，感光底片的框子就是视场光阑。
工程光学上篇 几何光学
目录
第一章 几何光学基本定律与成像概念 第二章 理想光学系统 第三章 平面与平面系统 第四章 光学系统中的光束限制 第六章 光线的光路计算及相差理论 第七章 典型光学系统 第九章 光学系统的像质评价和像差公差
第四章 光学系统中的光速限制
实际光学系统不是理想光学系统，必须限制参与 成像的光束宽度和成像范围，以保证成像质量。
图4-7 双目望远镜系统
图4-10 光阑位置对轴外光束位置的选择
1）光阑位于（1）时， 光束上半部分参与成像。 2）光阑位于（2）时， 光束中间部分参与成像。
3）光阑位于（3）时， 光束中间部分参与成像。
图4-8 望远镜系统简化图
图4-12a 显微镜测长原理
L为测量物镜，当物镜框为孔径光阑时，由于调焦不 准，其测量存在误差。
§4.4.2 光学系统的景深
（图4-18）
一、概念：
景深Δ：成清晰像的空间深度
远景深度：远景平面距对准平面的距离
近景平面：近景平面距对准平面的距离
二、景深公式：
=1
2
4ap2 4a2 p2 2
三、正确透视条件（图4-19）：
§4.4.3 例题
例一：设ε=l’=0.00029rad，入射光瞳直径2a=10mm，
§4.2.2 望远系统中的光束限制
图4-8 望远系统简化图
一、光瞳衔接原则：
前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合。
二、孔径光阑在不同位置处的计算：
1）物镜左侧10mm； 2）物镜上； 3）物镜右侧10mm。
三、孔径光阑处于不同位置时的成像光束：
图4-10
§4.2.3 望远光学系统小结
1）两个光学系统连用时，一般应满足光瞳衔接原则； 2）目视光学系统的出瞳一般在外，且lz’>6mm； 3）望远系统的孔径光阑大致在物镜左右； 4）若放分划板，则分划板框为望远系统的视场光阑。
就限制轴上点的光束宽度而言，孔径光阑处于什么 位置，成像并没有区别。
图4-3 孔径光阑对轴外点光束的限制
就限制轴外点的光束宽度而言，孔径光阑位置对成 像产生较大影响。
图4-4 轴外光束的渐晕
透镜的边框起到“拦光”的作用（渐晕光阑）。
渐晕系数：
K Dw D
图4-5 光阑与光阑的像
图4-6 光阑位置示意
图4-12b 显微镜测长原理（远心光路）
L为测量物镜，当孔径光阑位于像方焦平面时，可以 矫正由于调焦不准而带来的测量误差。（棕黄色为主光 线）