應(yīng)用光學(xué)知識(shí)點(diǎn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 幾何光學(xué)基本定律與成像概念1、 波面：某一時(shí)刻其振動(dòng)位相相同的點(diǎn)所構(gòu)成的等相位面成為波陣面，簡(jiǎn)稱波面。光的傳播即為光波波陣面的傳播。2、 光束：與波面對(duì)應(yīng)的所有光線的集合。3、 波面分類：a) 平面波：對(duì)應(yīng)相互平行的光線束（平行光束）b) 球面波：對(duì)應(yīng)相較于球面波球心的光束（同心光束）c) 非球面波4、 全反射發(fā)生條件：a) 光線從光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)入射b) 入射角大于臨界角5、 光程：光在介質(zhì)中傳播的幾何路程l與所在介質(zhì)的折射率n的乘積s。光程等于同一時(shí)間內(nèi)光在真空中所走的幾何路程。6、 費(fèi)馬原理：光從一點(diǎn)傳播到另一點(diǎn)，期間無(wú)論經(jīng)過(guò)多少次折射和反射，其光程為

2、極值。7、 馬呂斯定律：光線束在各向同性的均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，始終保持著與波面的正交性，并且入射波面與出射波面對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的光程均為定值。8、 完善像：a) 一個(gè)被照明物體每個(gè)物點(diǎn)發(fā)出一個(gè)球面波，如果該球面波經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后仍為一球面波，那么對(duì)應(yīng)光束仍為同心光束，則稱該同心光束的中心為物點(diǎn)經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后的完善像點(diǎn)。b) 每個(gè)物點(diǎn)的完善像點(diǎn)的集合就是完善像。c) 物體所在空間稱為物空間，像所在空間稱為像空間。10、 完善成像條件：a) 入射波面為球面波時(shí)，出射波面也為球面波。b) 或入射光為同心光束時(shí)，出射光也為同心光束。c) 或物點(diǎn)A1及其像點(diǎn)之間任意兩條光路的光程相等。11、 物像虛實(shí)：幾個(gè)光學(xué)系

3、統(tǒng)組合在一起時(shí)，前一系統(tǒng)形成的虛像應(yīng)看成當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)物。12、 子午面：物點(diǎn)和光軸的截面。13、 決定光線位置的兩個(gè)參量：a) 物方截距：曲面頂點(diǎn)到光線與光軸交點(diǎn)A的距離，用L表示。b) 物方孔徑角：入射光線與光軸的夾角，用U表示。14、 符號(hào)規(guī)則a) 沿軸線段：以折射面頂點(diǎn)為原點(diǎn)，由頂點(diǎn)到光線與光軸交點(diǎn)或球心的方向于光線傳播方向相同時(shí)取證，相反取負(fù)b) 垂軸線段：以光軸為基準(zhǔn)，在光軸上方為正，下方為負(fù)。c) 夾角：i. 優(yōu)先級(jí)：光軸光線法線。ii. 由優(yōu)先級(jí)高的以銳角方向轉(zhuǎn)向優(yōu)先級(jí)低的。iii. 順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。15、 球差：?jiǎn)蝹€(gè)折射球面對(duì)軸上物點(diǎn)成像是不完善的。球差是固有缺陷。16

4、、 高斯像：軸上物點(diǎn)在近軸區(qū)以細(xì)光束成像是完善的，這個(gè)像稱為高斯像。a) 通過(guò)高斯像點(diǎn)且垂直于光軸的平面稱為高斯像面。b) 這樣一對(duì)構(gòu)成物象關(guān)系的點(diǎn)稱為共軛點(diǎn)。17、 阿貝不變量Q：物空間與像空間的阿貝不變量相等，僅隨共軛點(diǎn)的位置而變。18、 垂軸放大率：為像的大小與物體大小之比a) 由此可知，垂軸放大率僅取決于共軛面位置，在一堆共軛面上，為常數(shù)，故像與物相似。b) 成像特性：i. >0，成正像，虛實(shí)相反；<0，成倒像，虛實(shí)相同。ii. |>1，成放大的像，反之成縮小的像。19、 軸向放大率：物點(diǎn)沿光軸做微笑移動(dòng)dl時(shí)，引起的像點(diǎn)移動(dòng)量dl'與物點(diǎn)移動(dòng)量之比。a)b)

5、 折射球面的軸向放大率恒為正20、 角放大率：在近軸區(qū)內(nèi)，一對(duì)共軛光線與光軸的夾角u'與u的比值，用表示。a)b) 角放大率表示折射球面將光束變寬或變細(xì)的能力c) 角放大率只與共軛點(diǎn)的位置有關(guān)，與孔徑角無(wú)關(guān)21、 三個(gè)放大率的關(guān)系：22、 由得。該式表明實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)在近軸區(qū)成像時(shí)，在物象共軛面內(nèi)，物體大小y、成像光束的孔徑角u和物體所在材質(zhì)折射率n的乘積為一常數(shù)。該常數(shù)J稱為拉格朗日-赫姆霍茲不變量，簡(jiǎn)稱拉赫不變量。23、 球面反射鏡的情況：a) 物像位置關(guān)系：b) 成像放大率： c) 球面鏡的拉茲不變量：24、 共軸球面系統(tǒng)過(guò)渡公式a) 第二章 理想光學(xué)系統(tǒng)1、 理想光學(xué)系統(tǒng)：將一般

6、僅在光學(xué)系統(tǒng)近軸區(qū)存在的完善成像，拓展成在任意大的空間中以任意寬的光束都成完善像的理想模型。性質(zhì)：a) 位于光軸上的物點(diǎn)對(duì)應(yīng)的共軛像點(diǎn)也必然位于光軸上；位于過(guò)光軸的某一個(gè)截面內(nèi)的物點(diǎn)對(duì)應(yīng)的共軛像點(diǎn)必位于該平面的共軛像面內(nèi)；過(guò)光軸的任意截面成像性質(zhì)都是相同的。b) 垂直于光軸的平面物所稱的共軛平面像的幾何形狀完全與物相似。c) 如果已知兩對(duì)共軛面的位置和放大率，或者一對(duì)共軛面的位置和放大率以及軸上兩對(duì)共軛點(diǎn)的位置，則其他一切物點(diǎn)的像點(diǎn)都可以根據(jù)這些已知的共軛面和共軛點(diǎn)來(lái)表示。這些已知的共軛面和共軛點(diǎn)分別稱為共軸系統(tǒng)的“基面”和“基點(diǎn)”。2、 無(wú)限遠(yuǎn)軸上物點(diǎn)和它對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)F'a) 無(wú)限遠(yuǎn)軸

7、上物點(diǎn)發(fā)出的光線都與光軸平行b) 無(wú)限遠(yuǎn)軸上物點(diǎn)的像點(diǎn)F'稱為像方焦點(diǎn)。過(guò)F'作垂直于光軸的平面，稱為像方焦平面。c) 將入射光線(平行于光軸的)與出射光線反向延長(zhǎng)，則兩光線必交于一點(diǎn)，設(shè)此點(diǎn)為Q'，過(guò)Q'作垂直于光軸的平面交光軸于H'，則H'稱為像方主點(diǎn)，Q'H'平面稱為像方主平面，從主點(diǎn)H'到焦點(diǎn)F'的距離稱為像方焦距，用表示。d) 將入射光線與出射光線(平行于光軸的)反向延長(zhǎng)，則兩光線必交于一點(diǎn)，設(shè)此點(diǎn)為Q，過(guò)Q作垂直于光軸的平面交光軸于H，則H'稱為物方主點(diǎn)，QH平面稱為物方主平面，從主點(diǎn)H到焦點(diǎn)F

8、的距離稱為物方焦距，用表示。3、 圖解法求像a) 已知一個(gè)理想光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)（主面）和焦點(diǎn)的位置，利用光線通過(guò)他們之后的性質(zhì)，對(duì)物空間給定的點(diǎn)、線、面，通過(guò)畫圖追蹤典型光線求出像的方法。b) 平行于光軸入射的光線，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后過(guò)像方焦點(diǎn)。c) 過(guò)物方焦點(diǎn)的光線，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后平行于光軸。d) 傾斜于光軸入射的平行光束經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后交于像方焦平面上一點(diǎn)。e) 自物方焦平面上發(fā)出的光束經(jīng)系統(tǒng)后成傾斜于光軸的平行光束。f) 共軛光線在主面上的投射高度相等。4、 解析法求像a) 牛頓公式：物和像的位置相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)來(lái)確定，以物點(diǎn)到物方焦點(diǎn)距離為物距，用x表示；以像點(diǎn)到像方焦點(diǎn)距離為像距，用x'表示

9、。正負(fù)號(hào)以響應(yīng)焦點(diǎn)為原點(diǎn)確定i. 公式：；垂軸放大率：b) 高斯公式：以表示物點(diǎn)到物方主點(diǎn)的距離，以表示像點(diǎn)到像方主點(diǎn)的距離；正負(fù)以相應(yīng)主點(diǎn)為原點(diǎn)確定i. 公式：垂軸放大率：5、 多光組組成的理想光學(xué)系統(tǒng)的成像a) 光組：一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可由一個(gè)或幾個(gè)部件組成，每個(gè)部件可以由一個(gè)或幾個(gè)透鏡組成，這些部件被稱為光組。b) 過(guò)渡公式：前一光組的像即為后一光組的物，兩光組的相互位置以距離（前一光組的像方主點(diǎn)到后一光組的物方主點(diǎn)）表示。c) 過(guò)渡關(guān)系： 其中表示第一光組像方焦點(diǎn)到第二光組物方焦點(diǎn)的距離，稱為焦點(diǎn)間隔或光學(xué)間隔。正負(fù)以前一光組像方焦點(diǎn)為原點(diǎn)確定。d) 過(guò)渡公式一般形式：6、 理想光學(xué)系統(tǒng)兩焦

10、距之間的關(guān)系a) 由或代入和得 （近軸區(qū)中：）b) 用和拉茲公式比較得。c) 若光學(xué)系統(tǒng)中包括反射面，兩焦距間的關(guān)系由反射面?zhèn)€數(shù)決定：d) 理想光學(xué)系統(tǒng)的拉茲公式：7、 理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率a) 軸向放大率i. ，微分牛頓公式得：即ii. 代入牛頓公式的垂軸放大率公式得b) 角放大率:代入拉茲公式得：c) 理想光學(xué)系統(tǒng)的三種放大率之間關(guān)系式：d) 光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)i. 光學(xué)系統(tǒng)中角放大率等于的一堆共軛點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。若物像空間戒指相同則，進(jìn)一步當(dāng)時(shí)，即考慮共軛面為主平面時(shí)，此時(shí)主點(diǎn)即為節(jié)點(diǎn)。物理意義：過(guò)節(jié)點(diǎn)(此處為主點(diǎn))的入射光線經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后出射方向不變。ii. 物像方空間折射率不等時(shí)，角放大率的物像

11、共軛點(diǎn)不再與主點(diǎn)重合，而是和。e) 一對(duì)節(jié)點(diǎn)、一對(duì)主點(diǎn)、一對(duì)焦點(diǎn)，統(tǒng)稱光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)。8、 用平行光管測(cè)定焦距a) 一束與光軸成角入射的平行光束經(jīng)系統(tǒng)以后會(huì)聚于焦平面上的一點(diǎn)，即無(wú)限遠(yuǎn)軸外物點(diǎn)的像，像高y'是由這束平行光束中過(guò)節(jié)點(diǎn)的光線決定的，如果被測(cè)系統(tǒng)放在空氣中，則主點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)重合，得：。b) 只要給被測(cè)系統(tǒng)提供一與光軸傾斜成已知角度的平行光束，測(cè)出其在焦平面上的像高，就可算出焦距。公式：9、 光焦度：通常用表示像方焦距的倒數(shù)，。雙光組情況下：。當(dāng)兩光學(xué)系統(tǒng)主平面間距離為零是，即在密接薄鏡組情況下有：。表示密接薄鏡組總光焦度是兩個(gè)薄透鏡光焦度之和。10、 筒長(zhǎng)：由物鏡頂點(diǎn)到像面的距離

12、。工作距：由系統(tǒng)最后一面到像面的距離。11、 雙光組分析：a) 平行于光軸入射的光線，通過(guò)第一個(gè)系統(tǒng)后，通過(guò)，再通過(guò)第二個(gè)系統(tǒng)后與光軸焦點(diǎn)即為組合系統(tǒng)的像方焦點(diǎn)。因此和共軛，應(yīng)用牛頓公式得到的距離，原點(diǎn)為。與此相似：到的距離。b) 像方焦距： 物方焦距：。c) 代入上式得：當(dāng)兩系統(tǒng)處于同種介質(zhì)中時(shí)，有，令，得當(dāng)主平面距離為零，即密接薄鏡組情況下：。12、 多光組組合計(jì)算a) 追跡一條投射高度為的平行于光軸光線，出射光線的孔徑角，則b) 組合系統(tǒng)的正切算法：13、 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)：a) 視角放大率：遠(yuǎn)處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對(duì)眼睛張角的正切與該物體直接對(duì)眼睛張角正切之比：14、 顯微鏡系統(tǒng)：視角放大率1

13、5、 透鏡：a) 透鏡是由兩個(gè)折射面包圍一種透明介質(zhì)所形成的光學(xué)零件。光焦度為正值稱為正透鏡，負(fù)值稱為負(fù)透鏡。b) 焦距公式：c) 當(dāng)時(shí) 表明：薄透鏡光學(xué)性質(zhì)僅由焦距或光焦度決定。第3章 平面與平面系統(tǒng)1、 平面鏡成像a) 它是唯一能成完善像的最簡(jiǎn)單的光學(xué)元件，即物體上任一點(diǎn)發(fā)出的同心光束經(jīng)過(guò)平面鏡后仍為同心光束。b) 實(shí)物成虛像，虛物成實(shí)像。2、 平面鏡旋轉(zhuǎn)和測(cè)微小角度和位移a) 平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，反射光線轉(zhuǎn)動(dòng)角b) 若平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)是由測(cè)桿移動(dòng)引起，設(shè)測(cè)桿與光軸距離為，測(cè)桿移動(dòng)量為，則，得反射點(diǎn)移動(dòng)距離，其中為光學(xué)杠桿放大倍數(shù)。3、 雙平面鏡成像：出射光線與入射光線的夾角和入射角無(wú)關(guān)，只取決于雙

14、面鏡夾角。4、 平行平板：由兩個(gè)相互平行的折射平面構(gòu)成的光學(xué)元件。（分劃板、測(cè)微平板、保護(hù)玻璃）a) 側(cè)向位移：b) 軸向位移：5、 平行平板等效系統(tǒng)近軸區(qū)軸向位移 等效位移： 6、 反射棱鏡：將一個(gè)或多個(gè)反射面磨制在同一塊玻璃上形成的光學(xué)元件。工作面之間的交線稱為棱鏡的棱，垂直于棱的平面稱為主截面，又稱光軸截面。7、 棱鏡系統(tǒng)成像方向判斷a) 坐標(biāo)軸和光軸的初涉方向一致。b) 垂直于主截面的坐標(biāo)軸視屋脊面?zhèn)€數(shù)定，奇數(shù)則與物坐標(biāo)軸方向相反，偶數(shù)個(gè)則相同。c) 平行于主截面的坐標(biāo)軸的方向視反射面?zhèn)€數(shù)決定，若物坐標(biāo)系為右手坐標(biāo)，反射面為偶數(shù)個(gè)時(shí)按右手坐標(biāo)系確定，奇數(shù)時(shí)按左右坐標(biāo)系確定。8、 棱鏡的

15、展開：用一等小玻璃平板來(lái)取代光線在反射棱鏡兩折射面之間的光路。a) 方法：在棱鏡主截面內(nèi)，按反射面的順序，以反射面與主截面的交線為軸，依次做（棱鏡的）鏡像。b) 等效平行平板厚度與棱鏡口徑關(guān)系：。其中為棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)。9、 折射棱鏡：光線光路對(duì)稱于折射棱鏡時(shí)，偏向角取最小值：10、 光楔：折射角很小的折射棱鏡。偏向角：。第4章 光學(xué)系統(tǒng)中的光闌與光束限制1、 光闌a) 孔徑光闌：限制軸上物點(diǎn)孔徑角或成像光束寬度、并有選擇軸外物點(diǎn)成像光束位置作用的光闌。光瞳：孔徑光闌的像。經(jīng)前面光學(xué)系統(tǒng)所成像稱為入射光瞳（入瞳）；經(jīng)后面系統(tǒng)所成像稱為出射光瞳（出瞳）。b) 視場(chǎng)光闌：限定成像范圍的光闌。與孔徑光

16、闌類似，視場(chǎng)光闌經(jīng)前后光學(xué)系統(tǒng)所成像分別稱為入射窗（入窗）和出射窗（出窗）。2、 照相系統(tǒng)中的光闌a) 漸暈：像面邊緣部分比像面中心暗的現(xiàn)象。b) 漸暈系數(shù)：軸向光束口徑，視場(chǎng)角為的軸外光束在子午截面內(nèi)光束寬度為，則與之比稱為漸暈系數(shù)，用表示。3、 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)a) 為什么選物鏡框?yàn)榭讖焦饫|：物鏡的通光口徑無(wú)論在何種光闌位置下都是最大的，出瞳距相差不大，且能滿足預(yù)定要求。所以選擇使物鏡口徑最小的光闌位置，即將物鏡框作為系統(tǒng)的孔徑光闌。第五章 光度學(xué)和色度學(xué)基礎(chǔ)1、 輻射量a) 輻射能：以電磁波形式發(fā)射、傳輸或接收的能量。單位：焦耳（J）b) 輻通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)射、傳輸或接收的輻射能稱之為輻通量。（瓦特W）c) 輻出度：輻射源單位發(fā)射面積發(fā)出的輻通量。（瓦特每平方米）d) 輻照度：輻射源單位受照面積接收的輻通量。（瓦特每平方米）e) 輻強(qiáng)度：點(diǎn)輻射源向各方向發(fā)出的輻射，在某一方向，在元立體角內(nèi)發(fā)出的輻通量為，則輻強(qiáng)度為（瓦特每球面度）f) 輻亮度：表征具有有限尺寸輻射源輻通量的空間分布。元面積為的輻射面，在和表面法線N成角方向，在元立體角內(nèi)發(fā)出的輻通量為，則輻亮度為（瓦特每球面度平方米）2、