《应用光学总复习》PPT课件.ppt

一、基本定律一、基本定律折射定律（光学不变量）折射定律（光学不变量）反射定律反射定律费马原理费马原理完善成像条件完善成像条件二、球面系统二、球面系统细小平面以细光束成像细小平面以细光束成像基本公式基本公式放大率及其关系放大率及其关系阿贝不变量阿贝不变量拉氏不变量拉氏不变量反射球面的有关公式由反射球面的有关公式由 n=n可得可得注意符号规则注意符号规则三、平面系统三、平面系统坐标系判断坐标系判断偶次反射成一致像，奇次反射成镜像，并考虑屋脊棱镜的作用偶次反射成一致像，奇次反射成镜像，并考虑屋脊棱镜的作用夹角为夹角为的双平面镜的二次像特征的双平面镜的二次像特征平行平板引起的轴向位移平行平板引起的轴向位移反射棱镜的展开，结构常数，棱镜转像系统反射棱镜的展开，结构常数，棱镜转像系统折射棱镜的最小偏角，光楔与双光楔折射棱镜的最小偏角，光楔与双光楔四、理想光学系统四、理想光学系统主点、主平面；焦点、焦平面；节点、节平面的概念主点、主平面；焦点、焦平面；节点、节平面的概念高斯公式与牛顿公式高斯公式与牛顿公式当当 n=n 时，化为时，化为并有并有三种放大率及其关系三种放大率及其关系拉氏不变量拉氏不变量光组组合光组组合二光组二光组多光组多光组正切计算法正切计算法截距计算法截距计算法厚透镜厚透镜看成二光组组合：看成二光组组合：组合：等效系统为正光焦度组合：等效系统为正光焦度望远镜望远镜负光焦度负光焦度 组合组合 组合：得到长焦距短工作距离、短焦距长工作距离系统组合：得到长焦距短工作距离、短焦距长工作距离系统 负弯月形透镜的特点负弯月形透镜的特点五、光束限制五、光束限制本部分应与经典光学系统相结合复习本部分应与经典光学系统相结合复习孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用孔阑，入瞳，出瞳；视阑，入窗，出窗；孔径角、视场角及其作用拦光，渐晕，渐晕光阑，渐晕区，无渐晕条件拦光，渐晕，渐晕光阑，渐晕区，无渐晕条件系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线系统可能存在二个渐晕光阑，一个拦下光线，一个拦上光线对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深对准平面，景像平面，远景平面，近景平面，景深物方（像方）远心光路物方（像方）远心光路物方（像方）主光线平行于光轴物方（像方）主光线平行于光轴六、光能六、光能辐射能通量，光通量，光谱光视效率，发光效率辐射能通量，光通量，光谱光视效率，发光效率发光强度，光照度，光出射度，光亮度的概念、单位及其关系发光强度，光照度，光出射度，光亮度的概念、单位及其关系光束经反射、折射后亮度的变化，经光学系统的光能损失光束经反射、折射后亮度的变化，经光学系统的光能损失通过光学系统的光通量，像面照度通过光学系统的光通量，像面照度总之总之七、经典光学系统七、经典光学系统眼睛的调节（眼睛的调节（r,p)，体视，怎样增大体视圈半径、减小体视阈值，体视，怎样增大体视圈半径、减小体视阈值放大镜的视觉放大率，放大镜的视觉放大率，显微镜的原理，显微镜的原理，Mo、Me与与M，放大镜的光束限制，视场与渐晕放大镜的光束限制，视场与渐晕光束限制，出瞳大小、景深与光束限制，出瞳大小、景深与M关系，分辨率与有效放大率，关系，分辨率与有效放大率，临界照明和柯拉照明临界照明和柯拉照明望远镜的原理，放大率望远镜的原理，放大率分辨率与正常放大率，瞄准精度分辨率与正常放大率，瞄准精度主观亮度，光束限制，目镜视度调节，转像系统主观亮度，光束限制，目镜视度调节，转像系统光学系统外形尺寸计算光学系统外形尺寸计算以望远镜为例以望远镜为例摄影系统特点，光束限制，景深与几何焦深，分辨率摄影系统特点，光束限制，景深与几何焦深，分辨率 （根据拍摄要求选择焦距、光圈数、摄影距离、速度）（根据拍摄要求选择焦距、光圈数、摄影距离、速度）放映系统及其照明系统，聚光镜条件，像面照度放映系统及其照明系统，聚光镜条件，像面照度八、像差概论八、像差概论预备知识：预备知识：第一近轴光线：轴上物点第一近轴光线：轴上物点A发出的通过入瞳边缘点的发出的通过入瞳边缘点的“近轴近轴”光线光线第二近轴光线：轴外某视场点发出的通过入瞳中心的第二近轴光线：轴外某视场点发出的通过入瞳中心的“近轴近轴”光线光线主光线：轴外某视场点发出的通过入瞳中心的实际光线主光线：轴外某视场点发出的通过入瞳中心的实际光线子午平面：包含物点和光轴的平面称子午平面子午平面：包含物点和光轴的平面称子午平面弧矢平面：包含主光线并与子午平面垂直的平面称弧矢平面弧矢平面：包含主光线并与子午平面垂直的平面称弧矢平面辅轴：轴外点和球心的连线称为该折射球面的辅轴辅轴：轴外点和球心的连线称为该折射球面的辅轴上光线：轴外点发出通过某孔径带上边缘的光线上光线：轴外点发出通过某孔径带上边缘的光线下光线：轴外点发出通过某孔径带下边缘的光线下光线：轴外点发出通过某孔径带下边缘的光线前光线：轴外点发出通过某孔径带前边缘的光线前光线：轴外点发出通过某孔径带前边缘的光线后光线：轴外点发出通过某孔径带后边缘的光线后光线：轴外点发出通过某孔径带后边缘的光线C入瞳折射球面像差概念像差概念球差球差子午轴外球差子午轴外球差弧矢轴外球差弧矢轴外球差子午彗差子午彗差弧矢彗差弧矢彗差宽光束子午场曲宽光束子午场曲宽光束弧矢场曲宽光束弧矢场曲宽光束像散宽光束像散细光束子午场曲细光束子午场曲细光束弧矢场曲细光束弧矢场曲细光束像散细光束像散畸变畸变位置色差位置色差倍率色差倍率色差波像差波像差宽光束像差宽光束像差细光束像差细光束像差像差现象像差现象球差球差圆形弥散斑圆形弥散斑彗差彗差彗星状弥散斑彗星状弥散斑像散场曲像散场曲椭圆形弥散斑椭圆形弥散斑（子午焦线、弧矢焦线、圆）（子午焦线、弧矢焦线、圆）畸变畸变枕形、桶形等变形枕形、桶形等变形位置色差位置色差彩色弥散圆彩色弥散圆倍率色差倍率色差一小段光谱一小段光谱宽光束、细光束都有宽光束、细光束都有细光束像差细光束像差与几何像差有关，作为一种像质评价指标与几何像差有关，作为一种像质评价指标初级像差及其与孔径、视场的关系初级像差及其与孔径、视场的关系像质评价像质评价球差：单个折射球面：三个无球差点，反常区，半反常区，齐明点球差：单个折射球面：三个无球差点，反常区，半反常区，齐明点 与透镜结构参数呈抛物线关系：正透镜负球差，负透镜正球差与透镜结构参数呈抛物线关系：正透镜负球差，负透镜正球差位置色差：正透镜负色差，负透镜正色差，平行平板正球差，正色差位置色差：正透镜负色差，负透镜正色差，平行平板正球差，正色差正弦差：等晕条件意义，正弦差：等晕条件意义，彗差、像散、倍率色差：当光阑与球心重合即彗差、像散、倍率色差：当光阑与球心重合即ip=0 时时 不产生不产生畸变：光阑与薄透镜重合时不产生畸变：光阑与薄透镜重合时不产生匹兹凡和：以正负光焦度分离来校正匹兹凡和：以正负光焦度分离来校正像差特征及其校正像差特征及其校正几何像差（像差曲线）、波像差几何像差（像差曲线）、波像差(最大剩余波像差为最小的离焦原则最大剩余波像差为最小的离焦原则)、点列图、分辨率、光学传递函数点列图、分辨率、光学传递函数1.做完题检查结果是否有可能性做完题检查结果是否有可能性例如，摄影系统景深若干例如，摄影系统景深若干mm不可能，显微系统景深过大不可能不可能，显微系统景深过大不可能 放映系统像面照度零点几勒克斯不可能，摄影光圈数不可能放映系统像面照度零点几勒克斯不可能，摄影光圈数不可能 玻璃折射率低于或高于玻璃折射率低于或高于2不可能不可能2.注意公式的适用范围注意公式的适用范围摄影系统景深与显微镜系统景深公式不同；摄影系统景深与显微镜系统景深公式不同；适用于接触薄系统适用于接触薄系统适用于孔阑在适用于孔阑在物镜后焦面上物镜后焦面上望远镜正常放大率和显微镜有效放大率勿混淆望远镜正常放大率和显微镜有效放大率勿混淆3.利用物像关系熟悉经典光学系统的一些特点利用物像关系熟悉经典光学系统的一些特点显微镜：物镜满足齐焦条件，当显微镜：物镜满足齐焦条件，当L一定，高倍时，一定，高倍时，l 小，小，l大，低倍反之大，低倍反之 分辨率、出瞳、数值孔径、景深与倍率的关系（理解）分辨率、出瞳、数值孔径、景深与倍率的关系（理解）望远镜：望远镜：若筒长一定，若筒长一定，大，则大，则 fo大，大，fe小，小，D大大当当D一定，一定，大，则大，则D小小相对主观亮度：当相对主观亮度：当D一定时一定时到到 D De时，为定值时，为定值若若D De，则，则摄影系统：景深与摄影系统：景深与p，F，f 的关系，要求像大的关系，要求像大f 大大放映系统：共轭距一定，要求像大放映系统：共轭距一定，要求像大f 小小4.几个重要的图几个重要的图显微镜与照明系统显微镜与照明系统Fo孔阑孔阑物镜物镜聚光镜聚光镜AFsS可变光阑可变光阑FsASFo孔阑孔阑物镜物镜聚光镜聚光镜J2前置物镜前置物镜 LJ1A开氏望远镜与转像系统开氏望远镜与转像系统O1O2F1F2OKO1PabdK应使所有光孔处于同一空间应使所有光孔处于同一空间A1PP1P2AAQQ1Q2O1O2P1PP2-U放映物镜及照明系统放映物镜及照明系统聚光镜聚光镜放映物镜放映物镜光源光源图片图片子午彗差子午彗差KtTT0SS0BB0D弧矢彗差弧矢彗差Ks子午轴外球差子午轴外球差弧矢轴外球差弧矢轴外球差宽光束子午场曲宽光束子午场曲Xt细光束子午场曲细光束子午场曲xt宽光束弧矢场曲宽光束弧矢场曲Xs细光束弧矢场曲细光束弧矢场曲xs宽光束像散宽光束像散X细光束像散细光束像散x畸变畸变y上光线上光线下光线下光线主光线主光线辅轴辅轴ABA0B0C1231B(B3)D23TT0SB2(S0)B1像差概念像差概念