應(yīng)用光學(xué)總復(fù)習(xí)

<<應(yīng)用光學(xué)>>總復(fù)習(xí)注意：這只是一個(gè)提綱，各位同學(xué)一定要對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展預(yù)祝各位：復(fù)習(xí)愉快！課程學(xué)習(xí)概要直線傳播是根本；單球面折射公式是基礎(chǔ)；物像有虛實(shí)；前像后物來轉(zhuǎn)換；過渡公式是橋梁；符號(hào)法則記心間幾何光學(xué)的基本定律（直線傳播定律、立傳播定律、折射和反射定律、全反射定律、光路可逆原理）、費(fèi)馬原理和馬呂斯定律是幾何光學(xué)的基本定律，是研究光線傳播和成像問題的基礎(chǔ)?？傇瓌t：a、像方參量符號(hào)與其對(duì)應(yīng)的物方參量符號(hào)表示字母相同，像方參量用右上撇加以區(qū)別；b、自左向右定義為正方向c、光路圖中各參量均為幾何量，用絕對(duì)值表示1、沿軸線段（沿軸線，頂為原，左為負(fù)，右為正）2、垂軸線段（垂軸線，軸為基，上為正，下為負(fù)）3、光線與光軸的夾角4、光線與法線的夾角5、光軸與法線的夾角（軸線法，繞交點(diǎn)，順次轉(zhuǎn)，順時(shí)正，逆時(shí)反）6、相鄰兩折射面間隔（前頂?shù)胶箜?，左向右為正）符?hào)規(guī)則近軸光線的光路計(jì)算單個(gè)折射面的物、像位置關(guān)系（一）垂軸放大率β（二）軸向放大率α（三）角放大率γ單個(gè)折射面成像像的放大與縮小，虛和實(shí)，倒立與正立a、若β>0，即y’與y同號(hào)，表示成正立像；反之，成倒立像b、若β>0，即l’與l同號(hào)，表示物象虛實(shí)相反；反之，虛實(shí)相同c、若|β|>1，則|y’|>|y|，表示成放大的像；反之，成縮小的像反射面三、共軸球面系統(tǒng)物像轉(zhuǎn)換：前像后物（一）過渡公式空間轉(zhuǎn)換：前一折射面的像空間就是后一折射面的物空間物像轉(zhuǎn)換拉赫不變量J光線入射高度轉(zhuǎn)換理想光學(xué)系統(tǒng)最常用的理想共軸系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面：一對(duì)主點(diǎn)，一對(duì)主平面一對(duì)焦點(diǎn)，一對(duì)焦平面一對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)的點(diǎn)，一對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)的平面一對(duì)節(jié)點(diǎn)一、圖解法求像理想光學(xué)系統(tǒng)的物象關(guān)系①平行于光軸入射的光線，經(jīng)過系統(tǒng)后過像方焦點(diǎn)；②過物方焦點(diǎn)的光線，經(jīng)過系統(tǒng)后平行于光軸；③傾斜于光軸入射的平行光束，經(jīng)過系統(tǒng)后會(huì)交于像方焦平面上的一點(diǎn)；④自物方焦平面上一點(diǎn)發(fā)出的光束，經(jīng)過系統(tǒng)后成傾斜于光軸的平行光束；⑤共軛光線在主面上的投射高度相等。⑥過節(jié)點(diǎn)的入射光線經(jīng)過系統(tǒng)后出射方向不變注意：沒有特殊說明，主點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是重合的二、解析法求像物像位置計(jì)算坐標(biāo)原點(diǎn)不同（牛焦高主）：牛頓公式：物像坐標(biāo)原點(diǎn)為光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)高斯公式：物像坐標(biāo)原點(diǎn)為光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)理想光學(xué)系統(tǒng)過渡公式，前像后物實(shí)物虛物實(shí)物求等效系統(tǒng)的一對(duì)主面和焦點(diǎn)位置F2’F1F2F1’由焦點(diǎn)的性質(zhì)求像方焦點(diǎn)F’的位置平行于光軸入射的光線，它經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后過像方焦點(diǎn)一、平面鏡成像特征B,像與物完全對(duì)稱于平面鏡A，平面鏡是唯一能夠成完善像的最簡(jiǎn)單的光學(xué)元件，即物體上任意一點(diǎn)發(fā)出的同心光束經(jīng)過平面鏡以后仍然為同心光束C,正立、虛實(shí)相反、等大的像D,鏡像變換E,鏡像中物像旋轉(zhuǎn)相反（平面鏡固定）鏡像：奇數(shù)次反射一致像：偶數(shù)次反射二、平面鏡旋轉(zhuǎn)特性（物體不動(dòng)）入射光線方向不變而轉(zhuǎn)動(dòng)平面鏡時(shí)，反射光線的方向?qū)⑼较蚋淖儍杀镀矫骁R的轉(zhuǎn)動(dòng)角度三、雙平面鏡成像在雙面鏡的夾角不變，當(dāng)入射光線方向一定時(shí)，雙平面鏡繞其棱邊旋轉(zhuǎn)時(shí)，出射光線方向始終不變。只要雙平面鏡的夾角不變，雙面鏡繞其棱邊旋轉(zhuǎn)時(shí)，雙面鏡中的一個(gè)物點(diǎn)的連續(xù)一次像的位置不變近軸區(qū)域內(nèi)，平行平板的軸向位移只是其厚度和折射率的函數(shù)，能成完善像點(diǎn)第二節(jié)平行平板二、棱鏡系統(tǒng)的成像方向判斷沿光軸,恒一致。垂直主截面，屋脊面，偶一致，奇相反。（方向）平行主截面，反射面，偶一致，奇相反。（坐標(biāo)系）注：1、一個(gè)屋脊面按兩個(gè)反射面計(jì)算2、復(fù)合棱鏡：在各自光軸面內(nèi)判斷成像的坐標(biāo)方向（分解判斷）3、透鏡成像的正倒特性折射棱鏡的偏向角δ：折射棱鏡的出射線與入射線的夾角其符號(hào)規(guī)則為：由入射線以銳角轉(zhuǎn)向出射線，順時(shí)為正，逆時(shí)為負(fù)最小偏向角二、光楔及其應(yīng)用光楔：折射棱鏡的折射角非常小的情況下的特例當(dāng)光線垂直入射或者接近垂直入射的時(shí)候，光楔偏向角為A和B、當(dāng)兩個(gè)光楔同向平行放置的時(shí)候，產(chǎn)生的偏向角最大；C當(dāng)兩個(gè)光楔反向平行放置的時(shí)候，產(chǎn)生的偏向角為零三、棱鏡色散同一個(gè)折射棱鏡對(duì)于不同波長(zhǎng)的單色光來說具有不同的最小偏向角。也就是說以同一角度入射到折射棱鏡上不同顏色的光，經(jīng)過棱鏡后分解開來，形成一個(gè)色帶，這就是色散作用：A、保證近軸條件，改善成像質(zhì)量（像的清晰度），控制景深；B、控制成像物空間的光束寬度、位置和成像范圍；C、控制像面的亮度．光闌：限制成像光束和成像范圍的透光孔基本形式：孔徑光闌、視場(chǎng)光闌、漸暈光闌表示方式

孔徑光闌限制軸上物點(diǎn)孔徑角的大小，或者限制軸上物點(diǎn)成像光束寬度，并且有選擇軸外物點(diǎn)成像光束位置的光闌對(duì)于不同確定口徑的光學(xué)元件組成的光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)某一個(gè)軸上確定的物點(diǎn)，在分析那個(gè)透鏡邊框是孔徑光闌，通常用如下計(jì)算或者畫圖方式：將每一個(gè)光學(xué)元件經(jīng)其前面的所有光學(xué)元件成像，并求出像的大小，在這些像中，對(duì)給定的軸上物點(diǎn)的孔徑角絕對(duì)值最小者，其相應(yīng)的元件邊框就是這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌。注意：孔徑光闌與光軸上某一個(gè)確定的物點(diǎn)位置有關(guān)，欲確定孔徑光闌，必須首先明確是對(duì)光軸上哪個(gè)物點(diǎn)入射光瞳（入瞳）孔徑光闌經(jīng)過其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像出射光瞳（出瞳）孔徑光闌經(jīng)過其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像光瞳：孔徑光闌的像表示方式

入射窗：視場(chǎng)光闌經(jīng)過其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像出射窗：視場(chǎng)光闌經(jīng)過其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像視場(chǎng)光闌：限定光學(xué)系統(tǒng)成像范圍的光闌入瞳（入窗）整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)共軛出瞳（出窗）孔徑光闌（視場(chǎng)光闌）孔闌前的光學(xué)系統(tǒng)共軛孔闌后的光學(xué)系統(tǒng)共軛入瞳是物面上所有點(diǎn)發(fā)出的光束的共同入口出瞳是物面上各點(diǎn)發(fā)出光束經(jīng)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)以后從最后一個(gè)光孔出射的共同出口物方主光線（BP’）：物點(diǎn)和入瞳中心的連線。像方主光線（PB’）：像點(diǎn)和出瞳中心的連線。A孔徑光闌L1L2A’BB’入瞳出瞳PP’視場(chǎng)光闌的判斷對(duì)于給定光學(xué)系統(tǒng)：第一步，首先確定孔徑光闌，找出入瞳位置，確定入瞳中心。第二步，將除孔徑光闌以外的所有光闌通過各自前面光學(xué)系統(tǒng)成像到同一個(gè)空間。第三步，連接入瞳中心與各個(gè)光闌像的邊緣，其中與光軸夾角絕對(duì)值最小者為入射窗口，它對(duì)應(yīng)的光闌就是視場(chǎng)光闌。這個(gè)視場(chǎng)光闌經(jīng)過它后面的光學(xué)系統(tǒng)所成的像就是出射窗。視場(chǎng)光闌一定是對(duì)于確定的軸上物點(diǎn)和確定的孔徑光闌而言的對(duì)于確定的虛物A點(diǎn)，求系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳、出瞳求系統(tǒng)的視場(chǎng)光闌、入窗、出窗.F1’F1光闌F2’F2AL1L2攔光：軸外物點(diǎn)發(fā)出并充滿入瞳的光束不一定能全部通過系統(tǒng)，還可能受到遠(yuǎn)離孔徑光闌的光孔的阻攔，這就是攔光。A孔徑光闌L1L2A’BB’入瞳出瞳漸暈：由軸外發(fā)出的充滿入瞳的光被部分遮攔的現(xiàn)象漸暈光闌：引起漸暈的光闌漸暈系數(shù)：表示漸暈嚴(yán)重的程度軸外光束通過光學(xué)系統(tǒng)的寬度和軸向光束通過光學(xué)系統(tǒng)的寬度之比A孔徑光闌L1L2A’BB’入瞳出瞳漸暈系數(shù)越大，攔光越小空間點(diǎn)的平面像當(dāng)入射光瞳的直徑一定時(shí)，不在對(duì)準(zhǔn)平面上的空間點(diǎn)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)以后會(huì)在景像平面上產(chǎn)生一個(gè)彌散斑，這就是空間點(diǎn)在景象平面上對(duì)應(yīng)的像。對(duì)準(zhǔn)平面清晰像當(dāng)入射光瞳的直徑減小到一定程度時(shí)，物點(diǎn)在景像平面上的彌散斑就會(huì)隨之減小到足夠小。當(dāng)其對(duì)人眼或者接受器的張角小于人眼或者接受器的極限分辨率時(shí)，我們稱其為空間點(diǎn)的清晰像。也就是主光線上的點(diǎn)。景深：在景象平面上所獲得的成清晰像的物空間深度遠(yuǎn)景平面：能成清晰像的最遠(yuǎn)的平面；近景平面：能成清晰像的最近的平面。它們距對(duì)準(zhǔn)平面的距離分別稱為遠(yuǎn)景深度和近景深度景深=遠(yuǎn)景深度+近景深度方法一：連接物點(diǎn)和入瞳中心的主光線，找出它在對(duì)準(zhǔn)平面上的投影點(diǎn)，然后通過作圖求出這個(gè)投影點(diǎn)在在景像平面上共軛點(diǎn)。對(duì)準(zhǔn)平面作圖法求空間點(diǎn)的清晰像方法二：先通過作圖求出空間點(diǎn)的共軛像點(diǎn)，然后連接這個(gè)像點(diǎn)和出瞳中心，找出這條主光線在景像平面上的投影點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)平面理想光學(xué)系統(tǒng)：對(duì)任意物以任意寬的光束給出某一定倍率的完善像實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)物點(diǎn)經(jīng)過系統(tǒng)后，匯聚于像空間的一個(gè)彌散斑。兩種像之間的差異就是像差復(fù)色像差像差單色像差球差彗差正弦差像散場(chǎng)曲畸變位置色差（軸向色差）倍率色差（垂軸色差）波動(dòng)像差：波差幾何像差明視距離：眼前250mm處遠(yuǎn)點(diǎn)：眼睛能看清楚的最遠(yuǎn)點(diǎn)。近點(diǎn)：眼睛能看清楚的最近點(diǎn)。視度：遠(yuǎn)點(diǎn)距離的倒數(shù)，表示近視或者遠(yuǎn)視的程度。視角：物體對(duì)眼睛的張角眼的分辨能力：眼能夠分辨最靠近兩相鄰點(diǎn)的能力視角鑒別率（分辨率）：人眼能分辨的物點(diǎn)間最小視角一般人眼極限分辨率為1分反常眼：近視眼（負(fù)透鏡校正）遠(yuǎn)視眼（正透鏡校正）視覺放大率：用儀器觀察物體時(shí)，視網(wǎng)膜上物體的像高與人眼直接觀察物體時(shí)，視網(wǎng)膜上物體的像高之比視覺放大率：用儀器觀察物體時(shí)，物體的像對(duì)人眼張角的正切值與人眼直接觀察物體時(shí)，物體對(duì)人眼張角的正切值之比放大鏡的視覺放大率A’’ABL1L2出瞳B’’A’B’F2F1顯微鏡視覺放大率顯微鏡分辨率：由瑞利判據(jù)得能分辨的物方兩點(diǎn)間最短距離物方遠(yuǎn)心光路特點(diǎn)：孔徑光闌位于像方焦平面上，入瞳位于無(wú)窮遠(yuǎn)，軸外物點(diǎn)主光線平行于光軸作用：避免調(diào)焦不準(zhǔn)確對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響物鏡目鏡分劃板無(wú)窮遠(yuǎn)出來的光線