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华中科技大学《应用光学》课程PPT——第十四章典型光学系统

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华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第九章 光学系统的像差

华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第九章 光学系统的像差
轴外弧矢球差：表示轴外点弧矢宽光束交点与弧矢
细光束交点沿光轴方向的偏离的量度；
§ 9－4 畸变
1. 主光线和高斯象面交点的高 度不等于理想象高，其差别就 是系统的畸变。
Yz Yz y
当孔阑位置移动，主光线与高斯像面交点 高度 变化，引起像的变形。
2. 畸变的影响： 畸变与所有的其它像 差不同，它仅由主光线的 光路决定，仅引起像的变 形，使像对物产生失真， 对成像的清晰度并无影响。
§ 9－1 轴上点的球差
1. 定义：轴上点发出的不同孔径角的光线经系统后的象方截距和 其近轴光象方截距之差称为球差。 轴向球差： L L l 垂轴球差： y LtgU 2.产因：由轴上点发出的同心光束，经光学系统各个折射面折射后， 不同孔径角U的光线交光轴于不同点上，相对于理想象点的位置有 不同的偏离。
主光线与辅助一致
4. 弧矢彗差：点BS′到主光线的垂直于光轴方向的距离为弧矢彗 差，以KS′表示。
空间光线追踪的方法计算Ys’
Xs′为宽光束的弧矢场曲。
彗差的存在和消除。
§ 9－3 象散和像面弯曲
一、宽光束的象散和场曲
XT′为宽光束的子午场曲。
宽光束的象散
XT XS X TS
实际像高比理想像高大，称正畸变，反之称负畸变。根据畸变的正负，等距的同心圆 将会变成不同形状的不等距的同心圆，正方网格也会变成枕形或桶形。
3. 相对畸变： 在光学设计中常用上述象高差 δ YZ′相对于理想象高 y′的百 分比q′表示，称相对畸变。
Yz y q 100% y
q
只有匹兹万曲面才能对平面 物体呈清晰像
单个折射面匹兹万象面弯曲的表示式 :
1 n n x p J 2 nnr 2nu

应用光学课件-PPT

应用光学课件-PPT
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。

典型光学系统PPT课件

典型光学系统PPT课件

• 相对孔径：D/F ’。 F ’为物镜焦距，
第67页D/共为94页入 瞳 直 径
【例题】 经纬仪望远镜满足视觉放大率，使用夹线瞄 准形式，求望远镜的瞄准精度。
近点距 (cm)
-7 -10 -14 -22 -40 -200 100 40
远点距 （cm)
200 80 40
A=R-P (屈光度)
14
107ຫໍສະໝຸດ 4.5 2.510.2 5
0
第7页/共94页
人眼的适应
眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适应。
适应可分为明适应和暗适应。前者发生在由暗 处到亮处时，适应时间大约几分钟；后者发生在 由亮处到暗处时，适应时间大约30-60分钟。
• 人眼的生理结构 • 人眼的光学结构——简约眼 • 人眼相当于照相机
第1页/共94页
第2页/共94页
简约眼
眼睛简化成一个折射球面的模型，即简约眼
折射面的曲率半径 像方介质的折射率 网膜的曲率半径 物方焦距 像方焦距 光焦度
第3页/共94页
5.56mm 1.333 9.7 mm -16.70mm 22.26 mm 59.88D
第22页/共94页
• 定义：通过目视光学仪器观察物体时，其像 对眼睛张角的正切与直接看物体时物体对眼 睛张角的正切之比
• 视放大率是一种主观放大率，不同于前面介 绍的三种客观放大率。
第23页/共94页
放大镜的视放大率
• 当人眼直接观察物体时
通常D=250mm
• 当人眼通过放大镜观察物体时
• 视放大率
近视眼
-r
第10页/共94页
远视眼：
r
第11页/共94页
散光眼
-r -r

课件工程光学-08典型光学系统.ppt

课件工程光学-08典型光学系统.ppt

1.0
0.8
光谱光效率
为什么暗环境下能
0.6
做饭、洗衣，但不
0.4
能描龙绣凤？
0.2
2024/10/8
0.0 400 500 600 700 800
l(nm)
光谱光效率函数曲线
第七章 光度学基础
7
§8.1.5 眼睛的分辨率
眼睛刚能分辨开二个很靠近点的能力称为眼睛的分辨率。 二者成反 比
刚能分辨的二个点对眼睛物方节点的张角称为极限分辨角。
瞄准精度和前面讲到的分辨率是不是一个概念？
瞄准精度随所选取的瞄准标志而异，最高精度可达人眼分辨率的1/6到1/10。
二实线重合 60
2024/10/8
二直线端部对准 叉线对准单线
（10～20）
10
第七章 光度学基础
双线对称夹单线 （5～10）
9
§8.1.7 眼睛的立体视觉
眼睛观察空间物体时，能区别它们的相对远近而具有立体视觉。简称体视。 C
若以50％渐晕点为界来决定线视场2 y
F
2 y 2B2F
f tanW2
f h d
250 f
2 y 500h d
W F
f 眼瞳
W3W2 W1 2a 2h
眼瞳
d
2024/10/8
第七章 光度学基础
14
讨论：
逢年过节，要买放大镜孝敬老人， 该如何选择其放大倍率？
2y h
2y 1
2y 1 d
（2）与照明光谱成份有关：单色光分辨率高（眼睛有色差）； （3）与视网膜上成像位置有关，黄斑处分辨率最高。
对眼睛张角小物体的要借助望远镜或显微镜等仪器，仪器 应有适当的放大率，使能被仪器分辨的也能被眼睛分辨。

华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第四章 平面镜与平面系统

华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第四章 平面镜与平面系统
第四章 平面镜与平面系统
平面镜
平行平板
反射棱镜
折射棱镜
平面镜、棱镜在光学系统中的作用：
● 倒像变为正像 ● 改变光轴位置和方向 ● 分光作用 ● 折叠系统、缩小体积、减轻重量 ● 通过旋转改变光路方向，扩大观察范围
§ 4－1 平面镜成像特性
1. 成完善像： 物点发出的同心光束经反 射镜反射后仍成同心光束。
3）表示方法：
规定：物为左手坐标系，oz轴为光轴方向，yoz面和主截面重合， ox轴垂直于主截面，并和所有的反射面平行，通过棱镜组后的坐 标为x′y′z′ 。 原则：①光轴方向 z' 不变 ②垂直于主截面的坐标 x' 视屋脊个数而 定 ③ y‘ 坐标根据总反射次数而定, （一个屋 脊棱算两次反射）而定。奇数次反射，改 变坐标系，偶数次反射坐标系不变。
作业：
4.1，4.2，4.6，4.7，4.10，4.11，4.12
1）光线经平行板折射后，虽然方向不变，但要产生位移。 2）从点A发出的具有不同入射角的各条光线经平行板折射后，具有 不同的轴向位移值，平行板成象是不完善的。
3. 近轴光成像：
sin I1 cos I1 sin I1 1 tgI1 lim I1 0 tgI sin I1 cos I1 sin I1 n 1
2
4

6
A4

8
A5
波长一般以nm为单位。
二、玻璃的选择： 1、可用性 2、透射性 3、双折射性 4、化学稳定性 5、热特性
三、塑料光学材料： 优点：较低的质量、较高的抗冲击性，能提供更多 的形状，可塑造非球面透镜和其他复杂的形状。 缺点：较低的耐温性、耐磨性，抗化学性较差，镀 膜的附着性低，膜层的耐用性也低。

华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第十四章 典型光学系统

华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第十四章 典型光学系统

作业：某年轻人的远点距离为-0.5m，眼睛的调节范 围为10D（视度，折光度），问，他的近点距离是多 少？他应配什么的合适眼睛，带上眼镜后，他的远点 和近点距离各是多少？
远点：眼睛自动调焦所可能看清最远的点 (r) 。其倒数(R)是远 点会聚度的屈光度数。
近点：眼睛自动调焦所可能看清最近的点 (p) 。其倒数(P) 是近点会聚度的屈光度数。
下表是正常眼在不同年龄时的调节能力
4. 眼睛的缺陷及校正
正常眼：远点在无限远，水晶体的像方焦点F′在视网膜上。
近视眼：F′在视网膜前，远点在有限远处，通常采用近视眼的 远点距离所对应的视度表示近视的程度；可戴负透镜校正。 远视眼：F′在视网膜后，远点为一虚像点，位于视网膜之后； 可戴正透镜校正。 眼镜片的像方焦点正好和近视（远视）眼的远点重合。 散光：折射面曲率异常，两个互相垂直的方向有不同的焦距，矫 正应配戴柱面透镜 斜视：水晶体位置不正或折射面曲率异常，矫正应配戴光楔
四、显微物镜
主要光学特性参数有：
1. 放大率
物
： 物
NA 2. 数值孔径NA：NA决定了物镜的分辨能力 f 3. 线视场： 2 y 1 20 201 4. 工作距离：从物镜的第一个面顶点到物面的距离。
5. 物镜的通光口径：
f 1
n sin U
NA n sin U
一、放大镜的放大率
物AB在F后很近处 人眼瞳孔在F’或其附近 直接观察时物在明视距离处
250m m 0 f
正常眼，物在物方焦面上，成像于无穷远，则 M 仅被 f’所决定。
注：目视光学仪器目镜的工作原理和视角放大率的计算与放大镜完
全相同。
二、放大镜的光束限制和视场
一般情况下，眼瞳为孔阑也是出瞳，放大镜是渐晕光阑。系统 没有实像面，因此没有视场光阑。

应用光学课件新


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

华中科技大学《应用光学》课程——第三章理想光学系统全解

f h tgU
f
h tgU
说明： 1）对于理想光学系统，不管其结构（r,d,n）如何，只 要知道其焦距值和焦点或主点的位置，其光学性质就确 定了。
f n n =n′ 2） f n
f f
h ltgU l tgU
x f tgU x f tgU
x x f f
（牛顿公式）
放大率公式为：
y f x y x f
2. 高斯公式 物和象的位置以主点 H、H′为原点来确定， 以l、l′表示。
-f f’
l HA, l H A
由图，有：
x l f , x l f
代入牛顿公式，得：
A点的像有几种方法？
H
H’ F’
例：正光组（ f′> 0 ）
物在焦面上，成像无限远 实物成实像
实物点成实像点
B F A H H’ F’
实物成虚像
虚物成实像
例：负光组（ f′<0 ）
实物成虚像
说明：
虚物成虚像
用图解法求像较为简明和直观，但精度是不高的。
上一次课
1、共线成像理论 2、焦点、焦平面 3、主点、主平面 1 4、焦距 5、节点 f n 6、两焦距关系 f n 7、画图法，物方主焦点在一起，像方主焦点在一起 y f x 8、牛顿公式 x x f f y x f f f 9、高斯1）F、F′不是一对共轭点，物 方焦平面和像方焦平面也不为共轭面。 2）由物方无限远处射来的任何 方向的平行光束，汇聚于像方焦平面上 一点。
2. 主点、主平面
定义：物象方β=+1 的共轭平面为物象方主平面。 主平面与光轴的交点为主点H、H′。 说明：
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15.1，有一焦距为50mm，口径为50mm的放大镜，眼睛到放大镜的距离 为125mm，1、求放大镜的视觉放大率和视场？ 2、当眼睛瞳孔2a‘为5mm时，线渐晕系数分别为0,50%，100%的视场分 别是多少？
A RP
眼镜片的像方焦点正好和近视（远视）眼的远点重合。
某年轻人的远点距离为0.5m，眼睛的调节范围 为10D（视度，折光 度），问，他的近点距 离是多少？他应配什么 的合适眼睛，带上眼镜 后，他的远点和近点距 离各是多少？
正常眼
近视眼对无限远点成像 近视眼的远点为-0.5m，-2D（折光度） R=1/r= -1/0.5=-2 D P=R-A=-2-10=-12 D 近点距离p=1/P=-83mm 采用凹透镜进行校正，使凹透镜的 像方焦点与近视眼的远点一致，所 以f’=-500mm 校正后的近点：1/(-83)-1/l=-1/500 1/l=-1/83+1/500, l=-99.5mm
一、放大镜的放大率
物AB在F后很近处 人眼瞳孔在F’或其附近 直接观察时物在明视距离处
250m m 0 f
正常眼，物在物方焦面上，成像于无穷远，则 M 仅被 f’所决定。
注：目视光学仪器目镜的工作原理和视角放大率的计算与放大镜完
全相同。
二、放大镜的光束限制和视场
一般情况下，眼瞳为孔阑也是出瞳，放大镜是渐晕光阑。系统 没有实像面，因此没有视场光阑。
采用f’=-500mm的凹透镜校正后， 远点在无穷远，近点在-99.5mm处。
正常眼
远视眼对无限远物点成像
远视眼的远点成像，远点是正值 虚物点
采用凸透镜进行校正，使凸透镜的像 方焦点与远视眼的远点一致，
5. 极限分辨角 所能辨别靠近的两个点的极限值称为分辨率。这刚能被眼睛 分辨开的两个点对眼睛的物方节点所张的角度，称为极限分辨角。 眼睛的分辨率和极限分辨角成反比。
作业：某年轻人的远点距离为-0.5m，眼睛的调节范 围为10D（视度，折光度），问，他的近点距离是多 少？他应配什么的合适眼睛，带上眼镜后，他的远点 和近点距离各是多少？
远点：眼睛自动调焦所可能看清最远的点 (r) 。其倒数(R)是远 点会聚度的屈光度数。
近点：眼睛自动调焦所可能看清最近的点 (p) 。其倒数(P) 是近点会聚度的屈光度数。
远点：眼睛自动调焦所可能看清最远的点 (r) 。其倒数(R)是远 点会聚度的屈光度数。 近点：眼睛自动调焦所可能看清最近的点 (p) 。其倒数(P) 是近点会聚度的屈光度数。
A RP
即为眼睛的调节范围。
明视距离：正常眼最方便和最习惯的工作距离，它等于-250mm。 整个眼睛犹如一个自动变焦和自动收缩光圈的照相机。
2. 眼睛的简化模型及视角
标准眼： 根据大量的测量结果，定出了眼睛的各项光学常数，包括角膜、水状液、玻状液 和水晶体的折射率、各光学表面的曲率半径、以及各有关距离。称满足这些光学常数 值的眼睛为标准眼。
简化眼：把标准眼简化为一个折射球面的模型
简化眼的主点在实际角膜顶点的后约1.35mm
物体在网膜上所成象的大小决定于 物体对人眼的张角，称之为视角。
根据物理光学理论，入瞳为 D的理想光学系统的极限分辨角
入瞳
U 1.22 D 若取λ =0.000555mm，则眼睛的极限分辨角为： 1.22 0.000555 mm 140 3600*180/ D / mm D mm
D约等于2mm，一般取眼睛的极限分辨角为1分。 在明视距离能够分辨出来的最小宽度：
h a tg 1 lz h tg lz tg h a 2 lz
2 y 2 f tg
渐晕系数 50%的视场
500h 2y 0 l z
注：放大镜的视场与放大率、放大 镜口径、观察距离有关。当lz=f’,2y=2h
§ 14－2 放大镜
视角放大率Γ 目视光学仪器是帮助人眼扩大视觉功能的，它的作用大小用 视角放大率来描述。 视网膜上像的大小和视角的正切成正比，因此，把同一目 标用仪器观察的视角ω 仪 和人眼直接观察的视角 ω 眼 二者正 切之比称为目视光学仪器的“视角放大率”。

tg 仪 tg 眼
视角放大率实际表示了用仪器观察和用人眼直接观察时， 视网膜上像的大小之比，它描述了仪器放大作用的大小。

L0
D
1.22 L0 L0 1.22 * 0.000555 * 250 / 2 0.08mm D
当对比度一定时，亮度越大则分辨率越高；当对比度不同时，对比度越大则分辨 率越高。 照明光的光谱成分：单色光的分辨率要比白光为高，并以555纳米的黄光为最高。 网膜上的成像位置：成像于黄斑处时分辨率最高。
下表是正常眼在不同年龄时的调节能力
4. 眼睛的缺陷及校正
正常眼：远点在无限远，水晶体的像方焦点F′在视网膜上。
近视眼：F′在视网膜前，远点在有限远处，通常采用近视眼的 远点距离所对应的视度表示近视的程度；可戴负透镜校正。 远视眼：F′在视网膜后，远点为一虚像点，位于视网膜之后； 可戴正透镜校正。 眼镜片的像方焦点正好和近视（远视）眼的远点重合。 散光：折射面曲率异常，两个互相垂直的方向有不同的焦距，矫 正应配戴柱面透镜 斜视：水晶体位置不正或折射面曲率异常，矫正应配戴光楔
第十四章 典型光学系统
眼睛
放大镜
显微镜
望远镜
摄影系统
投影与放映系统
§ 14－1 眼睛的结构及其特性
1. 眼睛的结构
眼睛像个能自动对焦、变焦、 自动改变光圈的照相机.
眼睛通过视网膜上的锥状血细胞和杆状细胞实 现感光。对光感应最灵敏处称为黄斑(1×0.8)， 中央有中心凹(0.3×0.2)，此处仅有锥状细胞。 节点与中心凹的连线称视轴。在视神经入口处 两种距离 同一位置，不同大小的物视角不同； 像高 物高 物至节点之间距离
同一物体，不同位置视角不同；
视网膜上两个像大小的比值等于相应的两个视角正切的比值。
3. 眼睛的调节 水晶体到网膜的距离是不变的。观察不同距离的物体，水晶 体的焦距自动改变，使象清晰地成在网膜上。眼睛对不同距离的 物体的自动调焦的过程称为眼睛的调节。