幾何光學(xué)成像PPT課件

1、2021-12-141第1頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1421. 物像共軛性第2頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1431.3 等光程面 （1） 反射等光程面n給定兩點(diǎn)Q和Q，若有這樣的一個(gè)曲面，凡是從Q出發(fā)經(jīng)它反射或折射后達(dá)到Q的光線都是等光程的曲面。平面鏡對(duì)任何物點(diǎn)都是等光程面第3頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-144(2) 其他的反射等光程面都是 旋轉(zhuǎn)二次曲面旋轉(zhuǎn)橢球面：兩焦點(diǎn)共軛，皆實(shí)或皆虛。 可用于聚光，極特殊情況用于成像。旋轉(zhuǎn)雙曲面：兩焦點(diǎn)共軛，一實(shí)一虛。旋轉(zhuǎn)拋物面：焦點(diǎn)和軸上無限遠(yuǎn)點(diǎn)共軛，可實(shí)可虛。 廣泛使用（發(fā)射或接收）。第4頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-145nn( n n )笛

2、卡爾卵形面：四次曲面，給定后只有一對(duì)共軛點(diǎn)。折射球面，有一對(duì)共軛點(diǎn)，稱為 齊明點(diǎn)(不暈點(diǎn))。C.Q.Q.Mr nQCrn，nQ Crn 實(shí)際使用的折射面幾乎全是 球面 (加工，照顧多點(diǎn) )近來個(gè)別照相機(jī)用了非球面透鏡第5頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-146共軸球面組：由球心在同一直線上的一系列折射或反射球面組成的光具組叫做共軸球面光具組。光軸：各球心的聯(lián)線叫做它的光軸。傍軸光線：參加成像的光線限制在光軸附近。第6頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1472.1 2.1 光在單球面上的折射光在單球面上的折射 ssr nn、由 推導(dǎo)成像公式 sinsinininsinsinirspirspsinsin

3、和 sinsin)(irsp)( )(rsnprsnp222( )2 ( )cospsrrr srirspsinsin， irsnnpsinsin)( ， 222()2 ()cospsrrr sr， ssQQAHMiippuunnCrh第7頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-148利用cos1)2/(sin22)2/(sin)(4222rsrsp)2/(sin)(4222rsrsp可得：)(1)(1)2/(sin4)()(222222222rsnrsnrrsnsrsns這就是準(zhǔn)確的物像關(guān)系式或成像公式第8頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-149 后 （2） 為了保持出射光束的同心性，必須近似處理討論：令

4、 1)2/()2/(sin22則有)( )(rsnsrsns可得：rnnsnsnrnn、 已知時(shí)，給定同心光束的 s s 隨 變化， 出射光束喪失了同心性。（1）高斯公式第9頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14101.平行于主軸的入射光線折射后與主軸相交的位置稱為球面界面的像方焦點(diǎn) ，從球面頂點(diǎn)A到像方焦點(diǎn)的距離稱為像方焦距 fF2.軸上無窮遠(yuǎn)像點(diǎn)的共軛點(diǎn)稱為物方焦點(diǎn)，記著F，從球面頂點(diǎn)A到物方焦點(diǎn) 的距離稱為像方焦距 f F2.2 2.2 軸上物點(diǎn)成像焦距、物像距公軸上物點(diǎn)成像焦距、物像距公式式,ssf （2.19）式中令:得物、像方焦距公式:和,ssf ，物方焦距：f物方焦點(diǎn)：F，有nnnr

5、f，像方焦距：f 像方焦點(diǎn)：F，有nnrnf第10頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1411，物方焦距：f物方焦點(diǎn)：F，有nnnrf，像方焦距：f 像方焦點(diǎn)：F，有nnrnf（2.20）nnff（2.21）物像距公式的另一個(gè)表達(dá)式：1sfsf（2.22）第11頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14122.3 2.3 單球折射面成像的符號(hào)法則單球折射面成像的符號(hào)法則 3）若入射光由右向左傳播時(shí)，符號(hào)法則與上述規(guī)定相反 4）各個(gè)量在繪圖中均用絕對(duì)值標(biāo)示，實(shí)物（像）距均大于零，虛物（像）距均小于零。 入射光從左向右傳播時(shí) 1）若 Q和 F點(diǎn)在A點(diǎn)的左方， 則 0s，0f 若 Q和 F點(diǎn)在A點(diǎn)的右方， 則 0

6、s，0f則 0s ，0r0f ，F(xiàn)、 2）若 Q和 C點(diǎn)在A點(diǎn)的左方， 則 0s ，0r0f ，F(xiàn)、 若 Q和 C點(diǎn)在A點(diǎn)的右方， 第12頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14132.4 2.4 單球反射面成像的符號(hào)法則單球反射面成像的符號(hào)法則 入射光從左向右傳播時(shí) 1）若 Q和 F點(diǎn)在A點(diǎn)的左方， 則 0 s，0 f2）其余規(guī)定與單球折射面成像的符號(hào)法則相同 若 Q和 F點(diǎn)在A點(diǎn)的右方， 則 0 s，0 f第13頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14142.5 2.5 單球反射面成像公式單球反射面成像公式 rss2112rff此時(shí) 和 兩個(gè)焦點(diǎn)重合 FFd srsPPMCOnhQPy符號(hào)規(guī)則，修改一

7、條：像距 s 及焦距 f 也以在A之左為正（實(shí)為正）。在折射的公式中，將s 和 f 分別換成s 和 f 即得現(xiàn)在的公式。也可僅讓 n = n 即可。第14頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14152.6 2.6 傍軸物點(diǎn)成像傍軸物點(diǎn)成像 物高和像高的符號(hào)法則：0y0y或 若 或 P點(diǎn)在光軸上方，則 PQPs siiQPyyAnnC0y0y或 若 或 P點(diǎn)在光軸下方，則 P軸外共軛點(diǎn)的旁軸條件：22222,yyssr第15頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14162.7 2.7 橫向放大率公式橫向放大率公式 定義： yyV橫向放大率公式的推導(dǎo)：syi ，syi， inni snnsyyV用類似方法可以得

8、到反射球面的橫向放大率公式：ssV第16頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1417討論：討論：（3）0s若，則為實(shí)像。 若 1V，則為放大像。 （1）若 0V ，則為正立像。 （2）若 1V，則為縮小像。 若 0V ，則為倒立像。 0s若，則為虛像。 第17頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14182.8 2.8 逐次成像方法逐次成像方法 將 1122 sds推廣 可得過渡關(guān)系： nnnnsds)1(1第18頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1419逐次成像的步驟：1）繪圖，并確定第一次成像的入射光線 方向及計(jì)算起點(diǎn)；2）確定第一次成像的各個(gè)已知量的正負(fù)和大小；3）代入相應(yīng)成像公式計(jì)算；4）檢查結(jié)果是否合

9、理；5）利用過渡關(guān)系求出下次成像的物距， 重復(fù)上述步驟逐次成像。第19頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1420注意：（1）光線反向時(shí)過渡關(guān)系不變；（2）多次成像的總放大率等于各次放大率的積， 321VVVV證明，以三次成像為例：yyyyyyyVVVV21yy 32,yy 第20頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14212.9 拉格朗日-亥姆霍茲定理 1.從光軸到光線的的方向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí)交角u為正，順時(shí)針時(shí)交角u為負(fù)。 ssQQAHMiippuunnCrhhhuQAshhuAQsusus 有snnsyyV又ynuynuy n u最后：拉格朗日-亥姆霍茲定理第21頁(yè)/共108頁(yè)2

10、021-12-14222.10 2.10 例例 題題 如圖所示，玻璃球的曲率半徑為 mm100， 折射率為 53. 1n觀看此玻璃球時(shí)發(fā)現(xiàn)球內(nèi)有一個(gè)氣泡位于球心C和頂點(diǎn)A，連線的中點(diǎn)，求氣泡距頂點(diǎn)A的距離？解：入射光線從左向右傳播，計(jì)算起點(diǎn)為頂點(diǎn)A 已知： mms50mmr100，53. 1n，求: 代入公式 ,10053. 1150153. 1s得 mms47.60是實(shí)物成虛像， 實(shí)物位于頂點(diǎn)A左方 mm47.60處 A C Q Q ?s第22頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14233 3 薄透鏡薄透鏡3.1 薄透鏡的焦距公式 1）薄透鏡定義：2）光心：O2s2s1 s1snLn2P1PPPd

11、2O1O21n第23頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1424 1）焦距公式的推導(dǎo)11111sfsf，12222sfsf消去 2s和 ，1 s可得： 212121ffsffsff有： 2121fffff，2121fffff112ssds2ss 1ss ，2s2s1 s1snLn2P1PPPd2O1O21n第24頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1425LLLnnrnfnnrnf2222nnrnfnnnrfLLL1111； 可得：1212LLLLnfnnnnrrnfnnnnrr第25頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1426nnff若 nn 則： )11)(1(121rrnnffL若 1 nn則： )11)

12、(1(121rrnffL第26頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1427 ff、2）正（會(huì)聚）透鏡和負(fù)（發(fā)散）透鏡由的正負(fù)確定3）凸透鏡和凹透鏡由中央和邊緣的厚薄比較確定 4）注意：（1）應(yīng)根據(jù)入射光的傳播方向正確選擇 21rr、的取值 （2） Lnnn,時(shí)： 凸即為正（會(huì)聚），凹即為負(fù)（發(fā)散） Lnnn,時(shí)則相反 )11)(1(121rrnnffL第27頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1428 判斷透鏡會(huì)聚光束還是發(fā)散光束，不能單看透鏡的形狀，還要看透鏡兩側(cè)的介質(zhì)。12nnnnn若，則當(dāng)時(shí)，凸透鏡是會(huì)聚透鏡(a)，凹透鏡是發(fā)散透鏡(c)；nn當(dāng)時(shí)，凹透鏡是會(huì)聚透鏡(d)，凸透鏡是發(fā)散透鏡(b)。顯

13、然，當(dāng)透鏡放在空氣中時(shí)，薄凸透鏡會(huì)聚光束，薄凹透鏡發(fā)散光束。 nnnnnnnnnnnn為什么？課下思考(從像方焦距公式考慮)第28頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14293.2 3.2 薄透鏡成像的高斯公式薄透鏡成像的高斯公式 由焦距公式可得： 1sfsfff 時(shí)， 111 ssf第29頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1430在 之左， 物點(diǎn) FQ在 之左， 3.3 3.3 薄透鏡成像的符號(hào)法則薄透鏡成像的符號(hào)法則 1）計(jì)算起點(diǎn)是光心O時(shí)，符號(hào)法則與單球折射面的相同 2）計(jì)算起點(diǎn)分別是 FF、，且當(dāng)入射光從左向右傳播時(shí)， 則 0 x；3）其它方面與單球折射面的符號(hào)法則相同 FQ在 之右， 則 0

14、x；像點(diǎn) FQ則 0 x；FQ在 之右， 則 0 x；第30頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14311fxffxf3.4 3.4 薄透鏡成像的牛頓公式薄透鏡成像的牛頓公式 如圖： fxsfxs代入高斯公式可得： fxxfxf， xffxffxx 薄透鏡成像的物像關(guān)系圖 nOFPFPf fxxssn第31頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14323.5 3.5 薄透鏡成像的橫向放大率公式薄透鏡成像的橫向放大率公式由： ，111snnsVL222snsnVL得： 21VVV 由于， ，12 ss，1ss 2ss 即得： fxxfsffssnnsV若 ， ff 則有： ssV第32頁(yè)/共108頁(yè)2021-

15、12-1433 定義： 求密接薄透鏡組的焦距： 2ss 21111fff1ss ， fffss1111121， 12 ss， 222111fss; 111111fss， 第33頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1434光焦度光焦度 定義： f1P 光焦度的單位是屈光度（diopter，記為D）例如： cmf50D.m.P002501這個(gè)眼鏡的度數(shù)為200度 21111fff由：21PPP得：第34頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14353.7 3.7 焦面焦面 物方焦面； 像方焦面； 主光軸與副光軸焦面性質(zhì)：1)從物方焦面上一點(diǎn)發(fā)出的同心光束經(jīng)過薄透鏡后出射光束為平行光束 2)入射的平行光束經(jīng)薄透鏡

16、后出射光束會(huì)聚在像方焦面上一點(diǎn) 第35頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14363.8 3.8 特殊光線和任意光線作圖法特殊光線和任意光線作圖法 （1）特殊光線作圖法：利用三條特殊光線作圖 QFFLQ321321122LOQQFF3131凸透鏡凹透鏡FFQLQO321321LOQFF33122Q第36頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1437（2）一般光線作圖法：利用一條特殊光線和焦面 性質(zhì)，找到任意入射光線的出射共軛線。作圖法求軸上物點(diǎn)的像第37頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14383.93.9薄透鏡逐次成像的計(jì)算法和作圖法薄透鏡逐次成像的計(jì)算法和作圖法1）計(jì)算法與單球折射面逐次成像的計(jì)算方法相同

17、2）作圖法的步驟如下： （2）第一次利用特殊光線作圖法做圖 （3）以后各次均利用任意光線作圖法做圖 （4）按比例測(cè)量成像后的各個(gè)待求量的值 （5）每次均應(yīng)檢驗(yàn)，再進(jìn)行下一次做圖 （1）按比例繪出初始光路圖，在圖中標(biāo)出 F、FQ、等已知點(diǎn)和已知光線 第38頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1439小物放在 20厘米和40厘米， 3.10 3.10 例題例題 1 1 1LPQ2L1L2F2F1F1F如圖，凸透鏡 2L1L和凹透鏡 的焦距分別為 在 右面40厘米處，傍軸 1L左面30厘米處， 求它的像。 2L第39頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1440計(jì)算法：計(jì)算法：第一次成像： 2,111ssV倒立、

18、放大的實(shí)像第二次成像：40112012s2,222ssV正立、放大的實(shí)像 總放大率： 421VVV最后成像為倒立、放大的實(shí)像，右方40厘米處。 2L位于，2012sds402f40,2s301s201f601s，20113011s第40頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1441作圖法：作圖法：第一次利用特殊光線作圖第二次利用任意光線作圖 1F1Q1PQP2L1L22111F2P1F1Q1PQP2L1L22111F2Q第41頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1442在制作氦氖激光管的過程中，往往采用內(nèi)調(diào)焦平行光管粘貼凹面反射鏡，其光學(xué)系統(tǒng)如圖所示，圖中 是目鏡 的焦點(diǎn)， 是物鏡 的焦點(diǎn)。已知目鏡和物鏡的

19、焦距均為2cm，凹面鏡 的曲率半徑為8cm。1L2L3L1F2F（1）調(diào)節(jié) ，使 與 之間的距離為5cm， 與 之間的距離為10cm，試求位于 前1cm的叉絲P經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后所成像的位置。2L1L2L2L3L2L（2）當(dāng) 與 之間的距離仍為5cm時(shí)，若人眼通過目鏡能觀察到一個(gè)清晰的叉絲像， 與 之間的距離應(yīng)為多少？1L2L3L2L3LP1L2LC2F1F2P5()P4P1P3P2()P(6cm)(-4cm、2cm 可觀察到兩個(gè)像) 例題 11 第42頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1443【解】 （1）P 對(duì)L1直接成像；1124sfcm111ssf14scm 成像于L1前4cm處 其次P依次對(duì)L

20、2、L3、L2、L1成像，最后成像于L1后2cm處故從目鏡中可看到兩個(gè)像（2）要想觀察到一個(gè)清晰的像必須滿足：上述P依次對(duì)L2、L3、L2、L1所成的像與P 對(duì)L1直接成的像重合，即P依次對(duì)L2、L3、L2所成的像與P重合第43頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14444.1 理想成像：擴(kuò)展物的每一點(diǎn)都嚴(yán)格成像 (物方的每個(gè)同心光束轉(zhuǎn)化為像方的一個(gè)同心光束)。滿足這種要求的成像系統(tǒng)稱為理想系統(tǒng)。 (共軸球面 ) 理想系統(tǒng)的基本性質(zhì) (麥克斯韋條件)：(1) 物方每個(gè)點(diǎn)、線、面對(duì)應(yīng)像方一個(gè)點(diǎn)、線、面（共軛點(diǎn)、線、面）。(2) 垂直于光軸的平面的共軛面也是垂直于光軸的平面。(3） 一對(duì)共軛平面上的橫向

21、放大率是一常數(shù) (這面上物、像保持幾何相似)。 單球面，在傍軸近似下滿足上述條件。共軸球面系統(tǒng)傍軸光線光學(xué) 高斯光學(xué) 理想光具組理論第44頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1445主面和主點(diǎn)：橫向放大率為 +1 的一對(duì)共軛平面叫做系統(tǒng)的主平面，它們與光軸的交點(diǎn) H、H 稱為主點(diǎn)。 焦點(diǎn)和焦面：與無窮遠(yuǎn)像平面共軛的物方焦面（軸上交點(diǎn)為物方焦點(diǎn)）；與無窮遠(yuǎn)物平面共軛的像方焦面（軸上交點(diǎn)為像方焦點(diǎn)）；4.2 共軸理想光具組的基點(diǎn)和基面第45頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1446節(jié)點(diǎn)定義：光軸上光線角放大率W1 的兩個(gè)共軛點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)，記為 N 和 N 。通過兩個(gè)節(jié)點(diǎn)且垂直于主光軸的平面分別叫做物方節(jié)平面和

22、像方節(jié)平面。從物方節(jié)點(diǎn)到物方主焦點(diǎn)之距離，稱為物方焦節(jié)距，用SN表示。從像方節(jié)點(diǎn)到像方主焦點(diǎn)之距離，稱為像方焦節(jié)距，用SN表示。第46頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1447為了弄清節(jié)點(diǎn)和焦點(diǎn)、主點(diǎn)的關(guān)系，我們看下圖中的兩條平行入射光線，一條MN指向物方節(jié)點(diǎn)N，另一條通過物方焦點(diǎn)F。第47頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14484.3 物像關(guān)系1ffss111ssfxxf f高斯公式牛頓公式橫向放大率 光線角放大率yffsVyxf s tantanuWufVWftantanynuynu亥姆霍茲公式第48頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1449例題3. （1）作圖法 （2）公式計(jì)算22 ,3 ,da

23、ha fa由得222dffa 代入（2.62）式和（2.64）式，得3 /2,3 ,HHffaXa Xa 第49頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14505 5 光學(xué)儀器光學(xué)儀器sfsf5.1 投影儀器放大率yssVysf 成放大、倒立、實(shí)像 特點(diǎn)：畫片在物方焦面外附近， 物距 像距第50頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1451sf 特點(diǎn)：物在遠(yuǎn)處，感光底片在像方焦面附近，像距5.2 照相機(jī)成縮小、倒立、實(shí)像景深22/xxfx x第51頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14525.3 5.3 眼睛眼睛 作為接收器，感覺約390nm760nm 只能辨別和比較，不能測(cè)量光強(qiáng)大小 視覺暫留時(shí)間：1/16秒第5

24、2頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1453一、人眼的結(jié)構(gòu)一、人眼的結(jié)構(gòu) 瞳孔第53頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1454簡(jiǎn)化眼：從幾何光學(xué)的觀點(diǎn)來看，人眼是一個(gè)有不同介質(zhì)構(gòu)成的共軸光具組，這一光具組能在視網(wǎng)膜上形成清晰的像。由于這一共軸光具組結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因此在許多情況下，往往將人眼簡(jiǎn)化為只有一個(gè)折射球面的簡(jiǎn)化眼。正常的眼睛在適當(dāng)?shù)恼彰飨?，觀察眼前 處的物體是不費(fèi)力的，而且能看清楚物體的細(xì)節(jié)，稱這個(gè)距離為明視距離。25cm明視距離：QOlUy25cmP第54頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1455（1）眼睛的特點(diǎn)：像距基本不變，通過焦距變化 來實(shí)現(xiàn)清楚成像 （2）遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)： 眼睛肌肉完全松弛和最緊

25、張時(shí)所能清楚看到的點(diǎn)（3）明視距離： 025scm（4）視角：物體對(duì)眼睛中心的張角稱為視角，記為： ys第55頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1456（5）最大視角： 00ys（6）人眼的最小分辨角： rad4109 . 2 1定義視角的意義：ys tgs能夠分辨的最近兩點(diǎn)對(duì)眼睛所張視角第56頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14575.4 5.4 放大鏡的視角放大率放大鏡的視角放大率 放大鏡：放大鏡的特點(diǎn)： 0fs*放大鏡的焦深： xfsfx022,)(,02fsx02ss1s1,x0,1x第57頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1458fsfxxx02210202sffsfx可知： fsffx0是一

26、個(gè)很小的值 0sf ，第58頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1459放大鏡的視角放大率：025scmMffyysf0ys第59頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1460 5.5 5.5 顯微鏡的視角放大率顯微鏡的視角放大率1）定義： 2）結(jié)構(gòu)和光路： 特點(diǎn)：0,oEffs,oEff 為光學(xué)筒長(zhǎng) 第60頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1461視角放大率： 順時(shí)針取正值，逆時(shí)針取負(fù)值，均為銳角 M視角正負(fù)的規(guī)定： 1Eyf0sy， 1 0OEEy sMV Myf顯微鏡的放大本領(lǐng)等于物鏡的橫向放大率和目鏡放大本領(lǐng)的乘積。第61頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14620EEsMf負(fù)號(hào)表示像是倒立的 0oEsMf

27、 f OoysVysf 120.2,1.5,18fcm fcmcm251815000.21.5cmcmMcmcm例第62頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14635.6 5.6 望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡1）定義：2）結(jié)構(gòu)和光路：特點(diǎn)： Eoff0,oO1Q1yeFoLeL,0FeO第63頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1464望遠(yuǎn)鏡的視角放大率：M1oyf1,Eyf負(fù)號(hào)表示像是倒立的 開普勒和伽利略望遠(yuǎn)鏡：若 0,0Eoff，稱為開普勒望遠(yuǎn)鏡； 若 0,0Eoff，稱為伽利略望遠(yuǎn)鏡。 oEfMf 第64頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1465開普勒望遠(yuǎn)鏡所成的像為倒像，伽利略望遠(yuǎn)鏡所成的像為正像。開普勒望遠(yuǎn)鏡伽利

28、略望遠(yuǎn)鏡第65頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1466反射式大型天文望遠(yuǎn)鏡主鏡：拋物面鏡。第66頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1467望遠(yuǎn)系統(tǒng)的用途：(1) 給出足夠的視角放大率 M ，以便分辨遠(yuǎn)處物體的細(xì)節(jié)。(2) 大孔徑。這有兩方面的作用： (a) 接收足夠多的光能量，使遙遠(yuǎn)的、較暗的 物點(diǎn)也能被看到或拍照; (b) 提高受衍射限制的分辨本領(lǐng)。(孔徑與M有效 )(3) 由轉(zhuǎn)動(dòng)角度測(cè)二方向間的夾角 (大地測(cè)量?jī)x器， 光譜儀器中的觀察裝置等)。( 以上的放大鏡、顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡都屬于助視儀器。)第67頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1468哈勃望遠(yuǎn)鏡其主體為長(zhǎng)13米、直徑4.3米的圓筒，望遠(yuǎn)鏡主鏡口

29、徑2.4米，總重量為12.5噸，研制歷時(shí)13年，耗資21億美元，第68頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14695.7 5.7 棱鏡光譜儀棱鏡光譜儀 1）定義：2）結(jié)構(gòu)與光路：3）角色散本領(lǐng)： ddnddnddndndddDmmm1)(2L1Ls白光 紫 紅 ddD ，第69頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1470ddnDm2cos2sin221122222coscos1 sin21sin1sin2miininddn/稱為色散率，它由棱鏡材料的性質(zhì)確定。 ddnnD2sin12sin2222sin2sinmn第70頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14716 6 光光 闌闌1） 光闌定義： 光具組內(nèi)光學(xué)

30、元件的邊緣、框架或特別設(shè)置的帶孔屏障稱為光闌。2） 光闌的種類： 孔徑光闌和視場(chǎng)光闌，所謂視場(chǎng)就是能成像的物面范圍。第71頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14723） 孔徑光闌和視場(chǎng)光闌對(duì)軸上物點(diǎn)光束的口徑（立體角或者發(fā)光截面）限制得最多的光闌稱為孔徑光闌(有效光闌)。 對(duì)光具組成像的視場(chǎng)限制最多的光闌稱為視場(chǎng)光闌。第72頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14734）注意： 孔徑光闌限制成像物點(diǎn)的光束口徑，視場(chǎng)光闌限制成像的物面范圍，即物點(diǎn)個(gè)數(shù)。 第73頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14745）確定孔徑光闌的方法(1) 把光具組中所有光闌當(dāng)作物， 逐個(gè)地相對(duì)其前方系統(tǒng)成像。第74頁(yè)/共108頁(yè)202

31、1-12-1475(2)由軸上物點(diǎn)向每個(gè)像的邊緣引直 線，其中與主光軸所夾銳角最小 的即為入射孔徑角0u， 對(duì)應(yīng)的像即為入射光瞳，入射光瞳對(duì)應(yīng)的共軛物即為孔徑光闌。第75頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1476（3）將孔徑光闌向其后方系統(tǒng)成像， 即為出射光瞳。由軸上像點(diǎn)出射 光瞳邊緣連直線，與主光軸所夾 銳角即為出射孔徑角 。0u第76頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14776）注意：（1）只能向像的邊緣連線來比較誰(shuí)對(duì) 光束孔徑限制得最厲害。 （2）孔徑光闌的位置與軸上物點(diǎn)的位置有關(guān)。（3）考察的是對(duì)軸上物點(diǎn)通光孔徑的限制程度。（4）物點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處時(shí)，往往可以直接比較來確定。（5）確定孔徑光闌有兩

32、種方法：計(jì)算法和作圖法。 第77頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14787）孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳 三者之間的關(guān)系和各自的作用孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳三者之間 的關(guān)系是物像共軛關(guān)系?？讖焦怅@的作用是控制光束的入射和出射能量， 大多數(shù)情況下間接實(shí)施控制。對(duì)入射光束的直接控制由入射光瞳來承擔(dān)，對(duì)出射光束的直接控制由出射光瞳來承擔(dān)。第78頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14798）主光線和漸暈現(xiàn)象：主光線的定義：通過入射光瞳中心、有效光闌中心和出射光瞳中心的光線稱為主光線。每個(gè)物點(diǎn)僅對(duì)應(yīng)一條主光線。漸暈現(xiàn)象：像面邊緣逐漸變暗的現(xiàn)象。12341324a D1D2D2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔

33、闌像面L第79頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14809）視場(chǎng)光闌的定義對(duì)軸外物點(diǎn)的主光線限制最多的光闌稱為視場(chǎng)光闌。12341324a D1D2D2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L第80頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-148110）視場(chǎng)光闌的確定方法（1）由入射光瞳中心向由前方系統(tǒng)所成 像的邊緣引直線，其中與主光軸夾 角最小的銳角稱為入射視場(chǎng)角 0， 對(duì)應(yīng)的像為入射窗，入射窗對(duì)應(yīng)的共軛物即為視場(chǎng)光闌。12341324a D1D2D2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L第81頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1482（2）視場(chǎng)光闌經(jīng)后方系統(tǒng)所成的像稱為 出射窗。出射窗的邊緣與出射光瞳 中心的連

34、線與主光軸所夾銳角稱為 出射視場(chǎng)角 012341324a D1D2D2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L第82頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-148311）注意： 在一個(gè)完整的光學(xué)系統(tǒng)中（兩個(gè)以上光學(xué)器件組成的光學(xué)系統(tǒng)）， 孔徑光闌和視場(chǎng)光闌不能由同一個(gè)器件兼任。第83頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-148412）視場(chǎng)光闌，入射窗和出射窗 之間的關(guān)系視場(chǎng)光闌，入射窗和出射窗三者之間 的關(guān)系是物像共軛關(guān)系。 12341324a D1D2D2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L第84頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1485視場(chǎng)光闌對(duì)物面范圍和像面范圍大小都能 限制，大多數(shù)情況下間接實(shí)施控制，對(duì)物面

35、范圍的直接限制由入射窗來承擔(dān)，對(duì)像面范圍的直接限制由出射窗來承擔(dān)。12341324a D1D2D2D1物面入窗視闌入瞳出窗出瞳孔闌像面L第85頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1486例題：孔徑都等于4cm的兩個(gè)薄透鏡組成同軸光具組，一個(gè)透鏡是會(huì)聚的，其焦距為5cm；另一個(gè)是發(fā)散的，其焦距為10cm。兩個(gè)透鏡中心的距離為4cm。對(duì)于會(huì)聚透鏡前面6cm處的物點(diǎn)，試問：(1)哪一個(gè)透鏡是有效光闌？(2)入射光瞳和出射光瞳的位置在哪里？其大小各等于多少？第86頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1487（1）將發(fā)散透鏡作為物對(duì)凸透鏡成像：4,5scm fcm 111ssf20scm代入高斯公式20syycms

36、像高發(fā)散透鏡經(jīng)會(huì)聚透鏡所成的像對(duì)物點(diǎn)所張的孔徑角為210221 230626oLyuarctgarctgscm第87頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14884( 10)2.857,4102.85742.8574sfcmcmscmsfcmcmscmyycmscm （2）L1為入射光瞳，其直徑為4cm。12218 2666oLyuarctgarctgcm會(huì)聚透鏡對(duì)物點(diǎn)所張的孔徑角為所以會(huì)聚透鏡為同軸光具組的有效光闌L1經(jīng)L2成的像為出射光瞳，其位置和大小分別為：第88頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14891）光度學(xué)和輻射度學(xué)光度學(xué)：研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科輻射度學(xué)：研究各種電磁輻射強(qiáng)弱的學(xué)科第89頁(yè)/共1

37、08頁(yè)2021-12-14902）輻射能通量（輻射功率）和輻射 能通量的譜密度單位時(shí)間內(nèi)光源發(fā)出或通過一定接收截面的輻射能 單位：瓦 輻射能通量的譜密度： dd)(d0)(輻射能通量 的定義：第90頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14913) 3) 視見函數(shù)視見函數(shù)定義： 5550( )VV=1 實(shí)驗(yàn)表明： 要引起與1mw的5550A的綠光相同亮暗感覺的 4000A紫光需要2.5w.0004. 05 . 2103WWV時(shí)， 05550A， 04000A在4000A-7600A范圍以外，V實(shí)際上已趨于0第91頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14924) 4) 適光性和適暗性視見函數(shù)適光性和適暗性視見

38、函數(shù) 由于眼睛里的圓錐和圓柱視神經(jīng)細(xì)胞 在分別起作用，形成了適光性和適暗性 視見函數(shù)。在昏暗的環(huán)境中，視見函數(shù)的極大值朝短波方向移動(dòng)。所以在月光朦朧的夜晚，總感到周圍的一切籠罩了一層藍(lán)綠的色彩。第92頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14935) 光通量定義： 光源發(fā)出的輻射能通量通過視見函數(shù)的權(quán)重因子折合成對(duì)人眼起作用的有效視覺強(qiáng)度稱為光通量。單位：流明， 記作： lm有： )(V或者： dVKdm)()(dVKm)()(最大光功當(dāng)量， WlmKm/683第93頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-14946) 6) 發(fā)光強(qiáng)度和輻射強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度和輻射強(qiáng)度（1）點(diǎn)光源和面光源：（2）發(fā)光強(qiáng)度 I ：?jiǎn)挝涣Ⅲw角內(nèi)發(fā)出的光通量ddI， 單位：坎德拉， srlmcd111其中 2RdSd， 點(diǎn)光源dr第94頁(yè)/共108頁(yè)2021-12-1495（3）注意：（a）發(fā)光強(qiáng)度的符號(hào)與光強(qiáng)的符號(hào)雖然相同， 但與光強(qiáng)不是一個(gè)概念。（b）發(fā)光強(qiáng)度與方向有關(guān)，方向不同 發(fā)光強(qiáng)度不同。（4）輻射強(qiáng)度：?jiǎn)挝涣Ⅲw角內(nèi)發(fā)出的輻射通量ddI， 其中 2RdSd， srWsrW11/1單位： s