应用光学复习提纲-超详细

1、应用光学总复习提纲第一章1、光的反射定律、折射定律I 1 = R 1 ； n1sinI 1=n2sinI 22、绝对折射率 介质对真空的折射率。通常把空气的绝对折射率取作 1，而把介质对空气的折射率作为“绝对折射率” 。 3、光路可逆定理假定某一条光线，沿着一定的路线，由 A 传播到 B。反过来，如果在 B点沿着相反的方向投 射一条光线，则此反向光线仍沿原路返回，从 B 传播到 A。4、全反射 光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射与反射。但在一定条件下，入射到介质 上的光会全部反射回原来的介质中，没有折射光产生，这种现象称为光的全反射现象。 发生全反射的条件可归结为 :（1）光线从光

2、密介质射向光疏介质；（ 2）入射角大于临界角。 （ 什么是临界角？ ） 5、正、负透镜的形状及其作用 正透镜：中心比边缘厚度大，起会聚作用。负透镜：中心比边缘厚度小，起发散作用。 7、物、像共轭对于某一光学系统来说，某一位置上的物会在一个相应的位置成一个清晰的像，物与像是一 一对应的，这种关系称为物与像的共轭。例 1：一束光由玻璃（ n=1.5）进入水中 （n=l.33） ，若以 45角入射，试求折射角。解： n1sinI1=n2sinI2n1=1.5; n2=l.33; I 1=45代入上式 得 I 2=52.6折射角为 52.6第二章1、符号规则；2、大 L公式和小 l 公式 3、单个折射

3、球面物像位置公式求球面反射镜n =-n=n 水例：一凹球面反射镜浸没在水中，物在镜 前 300mm处，像在镜前 90mm处， 的曲率半径。解：由于凹球镜浸没在水中，因此有由公式 n n = nnll rl=- 300mm， l = - 90mm求得 r=-138.46mm4、单个球面物像大小关系ynlnl例：已知一个光学系统的结构参数： r = 36.48mm ； n=1； n=1.5163 ； l = - 240mm；y=20mm；可求 出： l=151.838mm，求垂轴放大率 与像的大小 y。解：nl 1 151.838解： 0.4172n l 1.5163 ( 240)y y 0.41

4、72 20 8.3448mm5、主平面、物方主平面、像方主平面不同位置的共轭面对应不同的放大率，对应放大率 =1 的一对共轭面即为主平面。其物平 面为物方主平面，像平面为像方主平面。4、像方焦点、像方焦距、 物方焦点、物方焦距物点位于无限远时，它的像点位于 F处， F称为“像方焦点” 从像方主点 H到像方焦点 F 之间的距离称为像方焦距。物方焦点、物方焦距5、单个折射球面的物方焦距公式nrn n6、单个折射球面的像方焦距公式nrn n7、物方焦距和像方焦距的关系 f n8、单个反射球面焦距f 9 、作图法求 AB 的像。典型光线的性质：（1）平行于光轴入射的光线，经过系统后过像方焦点。（2）过

5、物方焦点的光线，经过系统后平行于光轴。（3）倾斜于光轴的平行光线，经过系统后交于像方焦平面上某一点。（4）自物方焦平面上一点发出的光束经系统后成倾斜于光轴的平行光束。（5）共轭光线在主平面上的投射高度相等，即一对主平面的横向放大率为1（6）光轴上的物点其像必在光轴上。（7）过主点光线方向不变。14、无限远物体理想像高的计算公式y =-f tg 以焦点为原点的牛顿公式10、11、以主点为原点的高斯公式uy12、物像空间不变式 J = n u y = n13、节点定义和节点的性质15、理想光学系统的组合在同一介质内：；2=例1：一组合系统，薄正透镜的焦距为20i,薄负透 镜的焦距为2()mm,两单

6、透镜之间的间隔为l()mm,当 一物体位于正透镜前方IOOnnn处，求组合系统的像的解：可以对正透镜和负透镜先后应用高斯公式或牛 顿公式，求出最后的像面位置和系统的放大率。已 知条件中给出的物体位置是以/形式给出的，所以利 用高斯公式相对简单一点。对单正透镜来说，/ I=-IOOiiiui, fi, =20nIllb因此有 1 -1/ (-100) =1/20P34公式(2-38)求得 l, =25UIIl对负透镜来iZ2= Zi, - d =15; fi, =-20Ilnl1/Az -1/15=1/(-20)练习3、有一正薄透镜对某i物体成实像时，像高为 物高的一半：若将物体向透镜移近IOO

7、nnn时，则所得 的实像与物大小相同，求透镜的焦距。解：根据题意，第一次成缩小的实像时，l=-0.5*#亠051 1 1= I； ff第二次成物像相等的实像时，0 2二-12 2/2 二 /1 +100联合求解方程得 f =IOOmin第三章1、远点、近点 当肌肉完全放松时（通过调节） ，眼睛所能看清的最远的点称为远点，其相应的距离称为远 点距。当肌肉在最紧张时 （通过调节），眼睛所能看清的最近的点称为近点，其相应的距离称 为近点距。2、视度的表示 与视网膜共轭的物面到眼睛的距离 l（米） 的倒数， 用 SD表示。如，明视距离处， l =-250mm， SD=-4。3、放大镜的视放大率公式 =

8、250/f 4、显微镜的总视放大率等于物镜的垂轴放大率与目镜的视放大率的乘积。=物目5、望远镜的视放大率公式： =-f物/ f 目6、伽利略望远镜是由正物镜和负目镜组成，这种望远镜没有中间实像面，无法安置分划 板。7、开普勒望远镜的物镜和目镜都是正透镜，这样就克服了伽利略望远镜中间没有实像的 缺点。可以安装分划板。8、正常眼在肌肉完全放松的自然状态下，能够看清楚无限远处的物体，即远点应在无限 远（r = 0 ），像方焦点 F正好和视网膜重合。9、近视眼就是其远点在眼睛前方有限距离处。像方焦点位于视网膜的前面。因此，只有 眼前有限距离处的物体才能成像在视网膜上。配上适当的负光焦度眼镜后， 即可使

9、无限远物体成像于眼睛的远点上， 然后再经眼睛成像于 网膜上，因而眼镜矫正了眼睛的缺陷。10、远视眼就是其远点在眼睛之后。像方焦点位于视网膜的后面。因此，射入眼睛的光束 只有是会聚时，才能正好聚焦在视网膜上。需以正透镜来使其远点恢复到无限远。第四章1、单平面镜的成像特性： 平面镜能使整个空间任意物点理想成像；物点和像点对平面镜而言是对称的； 物和像大小相等，但形状不同；物空间右手坐标，像空间左手坐标；物平面逆时针转动， 像空间顺时针转动，形成“镜像” 。当保持入射光线方向不变， 而使平面镜绕与入射面垂直的轴线转动一个 角时，反射光线 转动 2 角。2、为了使棱镜和共轴球面系统组合后，仍能保持共轴

10、球面系统的特性，必须对棱镜的结构 提出一定的要求：a棱镜展开后玻璃板的两个表面必须平行。 b如果棱镜位于会聚光束中，则光轴必须和棱镜的入射及出射表面相垂直。3、展开方法利用棱镜反射面的性质，将转折的光路拉直。即：在棱镜主截面内，按反射面的顺序，以反射面与主截面的交线为轴，依次使主截面翻转 180，便可得到棱镜的等效平行平板。4、屋脊面的作用：在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下， 增加一次反射， 使系统总的反射次数由奇 数变成偶数，从而达到物像相似的要求。5、例6、第五章1、孔径光阑限制进入光学系统成像光束口径的光阑2、视场光阑限制成像范围的光阑3、出瞳孔径光阑在系统像空间所成的像称为“

11、出瞳”4、出瞳距离出瞳离开系统最后一个表面的距离称为“出瞳距离”5、入瞳孔径光阑在物空间的共轭像称为“ 入瞳 ” 6、望远镜中的孔径光阑和视场光阑分划板框就起到了照相机中底片框的作用，限制了系统的视场，它就是系统的“视场光 阑”。无论是轴上像点或者是轴外像点，成像光束的口径都是由物镜框确定的。因此，物镜框 就是系统的“孔径光阑” 。7、显微镜系统中成像光束的口径由物镜框限制，物镜框就是孔径光阑 ，位于目镜物方焦面上的圆孔光阑或分划镜框限制了系统的成像范围，成为系统的 视场光阑 。 8、“物方孔径角”和“像方孔径角” 显微镜物镜成像光束的大小用轴上点光束和光轴的最大夹角u 和 u表示， u 称为

12、“物方孔径角”，u称为“像方孔径角” 。9、显微物镜数值孔径，用 NA表示。 NA=nsinUmax=nu10、显微镜物镜数值孔径与视放大率的关系：11、为了消除由于像平面位置的误差引起的测量误差， 在物镜的像方焦平面上加入一个光 阑作为系统的 “孔径光阑”。由于入瞳在无限远处，物方主光线平行于光轴的光学系统， 故称 为物方远心光路。12、孔径光阑（或入瞳）安置在整个系统的物方焦平面上，以消除由于像平面和标尺分划 刻线面不重合而造成的测量误差。这种光学系统因为出瞳位于像方无限远处，平行于光轴的 像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心，因此称为像方远心光路。13、能在像面上获得清晰像的物空间深度，就

13、是系统的景深。14、例， 150 倍显微镜的目镜焦距为 20 mm，显微镜的视场光阑直径为 20mm。求显微镜的线视场等于多少？利 用求出 目求出 ； =y/y 求出 y；线视场的定义（第五章）2=第八章 1、光学系统所成的实际像与理想像之间的差异就是像差。 2、归纳一下七种像差中轴上像差有哪些，轴外像差有哪些。 3、各类光学系统分辨率的表示方法望远镜分辨率照相系统分辨率显微镜物镜分辨率4、MTF曲线的空间频率用像空间每毫米的线对数表示（线对 / 毫米）。MTF值是一个界于 0 到 1 之间的数值。这个数值（越接近 1），说明这个镜头还原真实的能力 越强。例 1: 有一照相物镜，相对孔径为 l

14、 ： 2，问该照相物镜的目视分辨率多大？例 2：有一架显微镜， NA=0.2，问显微镜物镜的理想分辨率多大 （ 假定波长为 550nm）?第九章1、望远物镜的光学特性主要有三个：焦距 f 物、相对孔径 D/f 物，和视场 2 焦距 f 物望远镜物镜的焦距和系统的视放大率的关系：相对孔径：入瞳直径 D和物镜焦距 f 物之比 D/f 物视场 : 一般望远镜物镜的视场都不大，通常不超过 10 15 。 2、常用的望远镜物镜的结构：折射式望远物镜 反射式望远镜物镜折反射式望远镜物镜 3、目镜的光学特性主要有三个： 像方视场角 2；相对出瞳距离 lz/ f 目；工作距离 S。一般目镜的视场为 4050

15、，广角目镜的视场为 60 80，90以上的目镜称为超 广角目镜。双眼仪器的目镜视场不超过 75。目镜的出瞳距离 lz和目镜焦距 f 目之比称为相对出瞳距离。 一般目镜的相对出瞳距离 为 0.5 0.8 ，有些目镜的相对出瞳距离达到 1 以上。 目镜第一面顶点到物方焦平面的距离称为目镜的工作距离。4、目镜型式： 8 种5、显微镜的光学性能主要有视放大率、线视场、出瞳直径、出瞳距离和工作距离等。6、适用放大率 500NA 1000NA 7、线视场线视场是指被观察物体的最大尺寸，它表征了显微镜的观察范围。8、出瞳直径与出瞳距离9、工作距离工作距离是指物镜第一个表面顶点到标本的距离（对无盖玻片的情况）

16、10、显微镜物镜的分类：消色差物镜、复消色差物镜和平像场物镜三大类。消色差物镜对两条谱线校正轴向色差，能满足一般的显微观察需要。 根据倍率和数值孔径不同又分为低倍、中倍、高倍和浸液四种。 复消色差物镜复消色差物镜是指校正二级光谱色差的物镜。 平像场物镜校正场曲的显微物镜，可用于显微照相和CCD摄像。第十章1、在物距一定的情况下，欲得到大比例尺的照片，则必须增大物镜焦距。2、用于拍摄数千米甚至上万米的远距离照相机，必须采用长焦距为数百毫米甚至数米的 照相物镜。3、照相物镜的相对孔径决定了像平面上光照度的大小。4、照相物镜的视场角决定了被摄景物的范围。5、当相机幅面一定时， f 越小，则 越大。6、照相物镜 F 数越小，即相对孔径越大，分辨率越高7、变焦距物镜的基本原理：利用系统中两个或两个以上透镜组的移动， 改变系统的组合焦距， 而同时保持最后像面 位置不变，使