《几何光学成像》课件

几何光学成像欢迎来到几何光学成像的精彩世界。本课程将带您深入探索光学原理，了解透镜如何塑造我们所见的世界。让我们一起揭开光学成像的奥秘！课程目标理解基本原理掌握几何光学成像的核心概念和理论基础。应用实践能力学习如何应用光学原理解决实际问题。拓展视野探索光学在现代科技中的广泛应用。前言1光的本质光是电磁波，具有波动性和粒子性。2光的传播在均匀介质中沿直线传播。3光的行为反射、折射、衍射和干涉是光的基本现象。光学成像的基本原理成像定义光学成像是光线通过光学系统后形成物体的像。成像条件光线经过光学系统后，在像面上聚焦。球面透镜成像凸透镜中间厚，边缘薄，能使平行光汇聚。凹透镜中间薄，边缘厚，能使平行光发散。焦点平行光经透镜折射后汇聚或发散的点。球面透镜的成像公式高斯公式1/u+1/v=1/f，u为物距，v为像距，f为焦距。放大率M=v/u=y'/y，y'为像高，y为物高。球面透镜的主焦距定义平行光经透镜后与光轴交点到透镜中心的距离。凸透镜正焦距，聚焦作用。凹透镜负焦距，发散作用。光路追迹1主光线2平行光线3焦点光线4中心光线光路追迹是预测光线在光学系统中传播路径的方法。球面透镜成像的特点1实像和虚像2正立和倒立3放大和缩小4成像位置变化光圈和视场光圈控制进入光学系统的光量，影响成像亮度和景深。视场光学系统能观察到的物空间范围，决定成像范围。特殊透镜系统1平凸透镜一面平，一面凸的透镜，常用于简单放大。2平凹透镜一面平，一面凹的透镜，用于光束发散。3双凸透镜两面都凸的透镜，聚焦能力强。4双凹透镜两面都凹的透镜，发散能力强。凸透镜系统放大作用用于显微镜、望远镜等放大物体的光学仪器。聚焦作用能将平行光汇聚到一点，用于照相机等成像设备。凹透镜系统发散作用使光线发散，常用于矫正近视。视场扩大用于广角镜头，扩大观察范围。色差校正与凸透镜配合使用，减少色差。两透镜系统组合两个或多个透镜组合使用。优势可以同时实现多种光学功能。应用用于复杂光学仪器，如显微镜和望远镜。光线追迹1确定物点选择物体上的特征点。2选择特征光线通常选择主光线、平行光线和焦点光线。3追踪光路按照折射定律绘制光线路径。4确定像点找出光线交汇点，即为像点位置。几何光学系统的分类1成像系统2照明系统3准直系统4扫描系统5光束整形系统显微镜成像原理物镜将物体放大并形成实像。目镜将物镜形成的实像进一步放大，形成虚像。显微镜的结构物镜靠近标本，提供初级放大。目镜靠近眼睛，进一步放大图像。载物台放置观察样品的平台。显微镜的放大倍数100X低倍物镜适用于观察较大的细胞或组织结构。400X高倍物镜用于观察细胞内部结构。1000X油镜最高放大倍数，用于观察细菌等微小物体。显微镜的分辨率定义区分两个相邻点的最小距离。影响因素光波长、数值孔径和介质折射率。提高方法使用短波长光源，增大数值孔径。照相机成像原理光线入射光线通过镜头进入相机。光线聚焦镜头将光线聚焦在感光元件上。图像形成感光元件捕捉光线，形成数字图像。照相机的结构镜头控制进光和焦距。光圈调节进光量。快门控制曝光时间。感光元件捕捉光线，生成图像。照相机的光圈和快门光圈控制进光量，影响景深。大光圈适合弱光环境，小光圈增加景深。快门控制感光时间。快速快门可捕捉动态，慢速快门可产生动感效果。照相机的景深定义清晰成像的前后范围。影响因素光圈大小、焦距和拍摄距离。应用控制景深可突出主体，增加画面层次感。色差1定义2轴向色差3横向色差4影响色差是由于不同波长的光在透镜中折射率不同导致的成像缺陷。它会造成图像边缘产生彩色晕轮。像差球差球面透镜边缘和中心的焦点不同。彗差离轴光线成像点呈彗星状。像散斜入射光线的子午面和弧矢面焦点不重合。场曲像面呈弯曲状，而不是平面。色差的校正消色差透镜组使用不同材料的透镜组合。消色差镜头特殊设计的镜头，减少色散。软件校正利用图像处理算法减少色差。