工程光学第八章知识点

⼯程光学第⼋章知识点第⼋章典型光学系统●通常把光学系统分为10个⼤类：（1）望远镜系统（2）显微镜系统（3）摄影系统（4）投影系统（5）计量光学系统（6）测绘光学系统（7）物理光学系统（8）光谱系统（9）激光光学系统（10）特殊光学系统（光电系统、光纤系统等）第⼀节眼睛的光学成像特性1.眼睛的结构⽣理学上把眼睛看作⼀个器官眼睛包括⾓膜、⽔晶体、视⽹膜等部分⼈眼的光学构造：●⾓膜：由⾓质构成的透明的球⾯薄膜，厚度为0.55mm，折射率为1.3771；●前室：⾓膜后的空间，充满折射率为1.3774的⽔状液体；●虹彩：位于前室后，中间有⼀圆孔，称为瞳孔，它限制了进⼊⼈眼的光束⼝径，可随景物的亮暗随时进⾏⼤⼩调节；●⽔晶体：由多层薄膜组成的双凸透镜，中间硬外层软，各层折射率不同，中⼼为1.42，最外层为1.373，⾃然状态下其前表⾯半径为10.2mm，后表⾯半径为6mm，⽔晶体周围肌⾁的紧张和松驰可改变前表⾯的曲率半径，从⽽改变⽔晶体焦距；2.眼睛的视觉特性●应⽤光学把眼睛看作⼀个光学系统●⼈眼对不同波长的光的敏感度不同，就形成了视觉函数●⼈眼灵敏峰值波长在555nm（黄绿光）3.眼睛的调节和适应1．调节●眼睛成像系统对任意距离的物体⾃动调焦的过程称为眼睛的调节●眼睛所能看清的最远的点称为“远点”，远点距⽤lr表⽰，正常眼lr = ∞●眼睛所能看清的最近的点称为“近点”，近点距⽤lp表⽰，正常眼的近点距随年龄⽽变化●眼睛的调节能⼒⽤“视度”来表⽰，远点视度⽤R表⽰，近点视度⽤P表⽰：●11r pR Pl l= =（8-2）●视度的单位是“屈光度”，屈光度（D）等于以⽶为单位的距离的倒数，即1D=1m-1 ●如某⼈的近点为-0.5m，则⽤视度表⽰为P=1/(-0.5)=-2D●眼睛的调节能⼒A R P=-（8-3）●在正常照明条件下，眼睛观察近物最适宜的距离为-250mm，称为“明视距离”●在明视距离下观察物体，眼睛能长时间⼯作⽽不疲劳●年龄超过45岁后，眼睛的近点远于明视距离，这时称为⽼年性远视眼即⽼花眼2．适应●眼睛能在不同亮暗条件下观察物体，这种能⼒称为“适应”●眼睛瞳孔在外界光强变化时能⾃动改变孔径，⽩天瞳孔为2mm左右，夜晚为8mm左右●当光线较暗时，杆状细胞取代锥状细胞感光，进⼀步提⾼灵敏度●从暗处到亮处称为亮适应，适应较快；从亮处到暗处称为暗适应，需较长时间3.眼睛的缺陷与矫正●正常眼的远点在⽆限远处，即眼睛光学系统的像⽅焦点位于视⽹膜上●对于⾮正常眼来说，其远点位置发⽣变化●若远点位于眼前有限远处（lr <0），只能清晰接收发散光束，眼睛的像⽅焦点位于视⽹膜之前，称为近视眼●为了使近视眼的⼈能看清⽆限远点，须在近视眼前放置⼀负透镜，负透镜的像⽅焦点F ’与远点重合● f ’= lr●即负透镜的折光度与眼睛的视度相等●φ = R●折光度的单位为屈光度（D）●同理，若远点位于眼后有限远处（lr >0），只能清晰接收会聚光束，眼睛的像⽅焦点位于视⽹膜之后，称为远视眼。

第八章 典型光学系统1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求： （1）远点距离； （2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距； （4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离； （5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。

解： ① 21-==rl R )/1(m ∴ m l r 5.0-=②P R A -= D A 8= D R 2-= ∴D A R P 1082-=--=-=m P l p 1.01011-=-== ③fD '=1∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-='m l R1-=' ⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-='D A R P 9-=-'='m l P11.091-=-=' 2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。

eye已知：放大镜 mm f 25=' mm D 18=放 mm P 50=' mm l P 250='-'%50=K求：① Γ ② 2y ③l 解：①fDP '-'-=Γ1 25501252501250-+=''-+'=f P f 92110=-+=②由%50=K 可得： 18.050*2182=='='P D tg 放ω ωωtg tg '=Γ ∴02.0918.0==ωtg Dytg =ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二：18.0='ωtg mm tg y 45*250='='ω mm l 200-=' mm fe 250='mm l 2.22-= yy l l X '==='=92.22200β mm y 102=③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='f l l '=-'11125112001=--l mm l 22.22-=3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e 25='。

⼯程光学知识点整理⼯程光学课件总结班级：姓名：学号：⽬录第⼀章⼏何光学基本原理 (1)第⼀节光学发展历史 (1)第⼆节光线和光波 (1)第三节⼏何光学基本定律 (3)第四节光学系统的物象概念 (5)第⼆章共轴球⾯光学系统 (6)第⼀节符号规则 (6)第⼆节物体经过单个折射球⾯的成像 (7)第三节近轴区域的物像放⼤率 (10)第四节共轴球⾯系统成像 (11)第⼆章理想光学系统 (13)第⼀节理想光学系统的共线理论 (13)第⼆节⽆限远轴上物点与其对应像点F’---像⽅焦点 (14)第三节理想光学系统的物像关系 1，作图法求像 (17)第四节理想光学系统的多光组成像 (21)第五节实际光学系统的基点和基⾯ (25)第六节习题 (27)第四章平⾯系统 (27)第⼀节平⾯镜 (27)第⼆节反射棱镜 (28)第三节平⾏平⾯板 (30)第四节习题 (31)第五章光学系统的光束限制 (31)第⼀节概述 (31)第⼆节孔径光栅 (33)第三节视场光栅 (34)第四节景深 (35)第五节习题 (36)第⼋章典型光学系统 (36)第⼀节眼睛的光学成像特性 (36)第⼆节放⼤镜 (39)第三节显微镜系统 (40)第四节望远镜系统 (44)第五节⽬镜 (46)第六节摄影系统 (47)第七节投影系统 (49)第⼋节光学系统外形尺⼨计算 (49)第九节光学测微原理 (52)第⼀章⼏何光学基本原理光和⼈类的⽣产活动和⽣活有着⼗分密切的关系，光学是⼈类最古⽼的科学之⼀。

对光的每⼀种描述都只是光的真实情况的⼀种近似。

研究光的科学被称为“光学”（optics），可以分为三个分⽀：⼏何光学物理光学量⼦光学第⼀节光学发展历史1，公元前300年，欧⼏⾥得论述了光的直线传播和反射定律。

2，公元前130年，托勒密列出了⼏种介质的⼊射⾓和反射⾓。

3，1100年，阿拉伯⼈发明了玻璃透镜。

4，13世纪，眼镜开始流⾏。

5，1595年，荷兰著名磨镜师姜森发明了第⼀个简陋的显微镜。

工程光学重点整理第一章第一节 ●几何光学基本定律（直线传播定律，独立传播定律，反射折射定律，全反射，光的可逆原理）1.反射折射定律：入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内。

入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反射光线位于法线的两侧，即II -=''nn I I '='sin sin2.全反射及其应用注意：光密介质、光疏介质、临界角 光密介质：分界面两边折射率较高的介质。

光疏介质：分界面两边折射率较低的介质。

临界角：折射角等于90°时的入射角。

全反射条件：①光线从光密介质进入光疏介质； ②入射角大于临界角。

● 费马原理：光是沿着光程为极植（极大、极小或常数）的路径传播的。

也可已表述为：光从一点传播到另一点，期间无论多少次折射或反射，其光程为极值。

利用费马原理可以证明：光的直线传播、折射及反射定律。

马吕斯定律：光线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。

折、反射，费马原理及马吕斯定律可互推。

第二节a)光学系统与成像概念b)1、光学系统的作用：c)对物体成像，扩展人眼的功能。

d)2、完善像点与完善像：e)若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。

完善像是完善像点的集合。

f)3、物空间、像空间：g)物所在的空间、像所在的空间。

h)4、共轴光学系统：i)j)图1-13共轴球面光学系统n '()n n 'n n 'n 若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上，则该光学系统是共轴光学系统。

k) 5、各光学元件表面的曲率中心的连线，称光轴。

l) 完善成像条件：入射光出射光均为同心光束。

C A O n O O n O O n OO n O A n A E n E E n E E n EE n E A n k k k kk k k k='''+''++++=''+''++++ 21211112121111m) 物像的虚实判断：实像真实存在且可以记录，虚像则不可以。

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。

第一章几何光学的基本定律和成像概念一．教学要求通过本章4课时的授课，应使学生掌握几何光学的基本定律（光的直线传播定律、独立传播定律、反射定律和折射定律），光的全反射性质，费马原理、马吕斯定律以及二者与几何光学基本定律之间的关系；明确完善成像概念和相关表述；会熟练应用符号规则进行单个折射球面的光线光路计算，掌握单个折射球面和反射球面的成像公式，包括物像位置、垂轴放大率β、轴向放大率α、角放大率γ、拉赫不变量等公式及其各量的物理意义，并推广到共轴球面系统的成像计算。

二．重点难点1．几何光学的基本定律光是一种电磁波，它在介质中的传播规律可概括为以下四个基本定律：直线传播定律，独立传播定律、反射定律和折射定律。

4个定律的内容、实例和适用条件。

折射率的概念。

费马原理和马吕斯定律从另外的角度描述了光在介质中的传播规律，它们与几何光学的四个基本定律是完全等价的，可以相互推导证明。

2．成像的基本概念与完善成像条件光学系统的作用之一是对物体成像。

若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。

物体上每个点经光学系统后所成完善像点的集合就是该物体经光学系统后的完善像。

物所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间，物像空间的范围均为（-∞，+∞）。

物像有虚实之分，由实际光线相交所形成的物或像为实，由光线的延长线相交所形成的物或像为虚。

【其中物像空间和物像虚实的判断是难点】光学系统成完善像应满足以下三个条件之一：1）入射波面是球面波时，出射波面也是球面波。

2）入射是同心光束时，出射光也是同心光束。

3）物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。

3．几何光学中的符号规则和单个折射球面的光线光路计算为保持几何光学公式的一致性和讨论问题的方便，特确定了如下的符号规则：1）光线的传播方向由左向右。

沿轴线段以折射面顶点为原点度量，若与光线的传播方向相同，其值为正，反之为负；2）垂轴线段以光轴为基准，在光轴以上为正，光轴以下为负；3）光线与光轴的夹角用由光轴转向光线形成的锐角度量，顺时针为正，逆时针为负；4）光线与法线的夹角用由光线转向法线形成的锐角度量，顺时针为正，逆时针为负；5）光轴与法线的夹角用由光轴转向法线形成的锐角度量，顺时针为正，逆时针为负；6）折射面间隔从前一面的顶点到后一面的顶点，与光线的传播方向相同，其值为正，反之为负。