1、第一章幾何光學(xué)的基本規(guī)律和影像化概念，一，基本概念，一。光波電磁波(剪切波)，可見光波長：400nm760nm 40007600 0.4m0.76m可見光范圍內(nèi)，徐璐的不同波長會(huì)引起不同的顏色感。單色光具有單波長的光。幾種單色光混合成了“復(fù)色光”。真空中的光速c=3100m/s介質(zhì)中的光速v=c/n，n:特定波長的單色光在真空中的傳播速度(c)與給定介質(zhì)中的傳播速度(v)的比率，定義為該介質(zhì)相對(duì)于給定波長光的絕對(duì)折射率(n)。2 .光源發(fā)射光能的對(duì)象點(diǎn)光源：顯示為特定幾何體點(diǎn)的發(fā)光體。線光源：面光源：與發(fā)射光能的作用距離相比，可以將點(diǎn)光源視為點(diǎn)光源(如果其大小可以忽略)。點(diǎn)光源被認(rèn)為沒有體積和

2、直線度，因此能量密度必須無限制。3 .射線是沒有體積、沒有直徑、有能量、有方向、能傳輸能量的幾何線。光線方向指示光能傳遞的方向。4.波前某一時(shí)刻振動(dòng)相同的每個(gè)點(diǎn)組成的面。波前可以分為平面波、球面波和任意面波。波面法線方向是光源傳播的方向。射線、波前、光源、同圓心梁波前為球形，并且聚集在一點(diǎn)。平行梁波前是平面的。不聚集在一點(diǎn)，例如作為曲面的梁曲面。發(fā)散光束不會(huì)向前相交。會(huì)聚光束具有向前交叉的趨勢。5 .梁和波所面對(duì)的法線的集合。第二，基本定律1。光的直線傳播規(guī)律在同向同性、均勻介質(zhì)中直線傳播光。2.光的獨(dú)立傳播規(guī)律是不同光源發(fā)出的光線從空間的一個(gè)點(diǎn)通過另一個(gè)方向，沒有徐璐影響，每個(gè)都獨(dú)立傳播。3

3、.光的反射定律反射定律可以概括為：入射光、反射光和投影點(diǎn)法線三者在同一平面上的入射角和反射角絕對(duì)值相同，符號(hào)相反。也就是說，入射光和反射光位于法線的兩側(cè)。反射定律為，4。光的折射定律，折射定律與兩種介質(zhì)的特性相關(guān)，無論入射角的大小如何，如果入射光、折射光和投影點(diǎn)的法線三條均在同一平面上，則入射角的正弦和折射角正弦的比率。在一定溫度和壓力條件下，對(duì)于特定波長的光線，該比率是表示折射光線所在介質(zhì)的折射率和接收光線所在介質(zhì)的折射率比率的常數(shù)。折射定律可以用反射定律表示，如果、或：這表明反射定律可以看作是折射定律的特例。這是幾何光學(xué)中的重要推論。兩種重要的光傳播現(xiàn)象：光路徑的可逆性和全反射，光路徑的可

4、逆性：假定沿特定路徑的光。沿從a到b、從b點(diǎn)離開的光線以相反方向投射光線時(shí)，此反向光線仍然沿同一路徑從b傳播到a。稱為“光路可逆”的光傳播的這種特性。例如：正如反射定律和折射定律所表明的，當(dāng)光線從點(diǎn)b或點(diǎn)c投影至介面上的點(diǎn)o時(shí)，反射或折射光線會(huì)沿OA方向射出。全反射：入射光的入射角度I大于某個(gè)值時(shí)，兩種介質(zhì)的否認(rèn)光都反射回原始介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為“全反射”或“完全內(nèi)部反射”。條件：光密光spa(n n)、iiQ(零角度)n sin i=n sin i(i90) iQarcsin (n/n)、應(yīng)用配電盤：光波導(dǎo)方向?yàn)?0、光傳播方向?yàn)?10S=n l均勻介質(zhì)m層均勻介質(zhì)連續(xù)變化的非均勻介質(zhì)s=n

5、l=c t，5。費(fèi)馬原理(寬極值原理)，2)費(fèi)馬原理：光線通過a到b、任意多次折射或反射，光距離是極值。(s的一階導(dǎo)數(shù)為0)可以解釋光的線性傳播、反射、折射定律。6 .馬呂斯定律(波面與光束、波面與光路徑之間的關(guān)系)，垂直于波面的光線通過任意次折射、反射，出射面仍然垂直于出射光線，入射波面與出射波面對(duì)的點(diǎn)之間的光距離相同。費(fèi)馬定律馬呂斯定律光的直線傳播定律光的反折射定律，當(dāng)量，1。構(gòu)成光軸的光學(xué)元素表面曲率中心相同的直線上的光學(xué)系統(tǒng)稱為光軸光學(xué)系統(tǒng)。這條直線叫光軸。2 .成像的概念是，在1點(diǎn)a發(fā)射的光線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后聚集在1點(diǎn)a，或者近似聚集在1點(diǎn)a的情況下，a是物體點(diǎn)，a是物體點(diǎn)a通過光學(xué)系

6、統(tǒng)形成的燒傷點(diǎn)。事物和圖像之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為“共軛”。與球面波相對(duì)應(yīng)的始終發(fā)射同心光束的物體點(diǎn)；一個(gè)圖像點(diǎn)，理想的情況是對(duì)應(yīng)于方波的同心光束加在一起，這樣的圖像點(diǎn)應(yīng)該稱為完成上的圖像點(diǎn)。3 .完整圖像的條件發(fā)光體的每個(gè)點(diǎn)發(fā)出球面波，通過光學(xué)系統(tǒng)，球面波會(huì)聚成物體的完美圖像。第三，成像概念，實(shí)際光線直接相交的點(diǎn)。假想事物矩形的實(shí)際光線不能相交，延長線相交而成的點(diǎn)。實(shí)際大象的實(shí)際光線直接相遇的地方。虛擬圖像矩形的實(shí)際射線不能直接相交，而是以相反的方向延伸相交。事物空間組合物的光所在的空間。(物理，虛擬)圖像空間構(gòu)成大象的光所在的空間。(實(shí)際，虛擬)，事物有實(shí)際和實(shí)際兩種區(qū)別：說明：1。事物點(diǎn)是入射

7、光的交點(diǎn)，無論是虛擬的還是真實(shí)的；像點(diǎn)一樣離開的光線的交點(diǎn)。無論是物件還是幾何圖形，射線延長線的交點(diǎn)是虛擬的，實(shí)際射線的交點(diǎn)是真實(shí)的。2 .圖像空間判斷方法光學(xué)系統(tǒng)第一曲面之前的空間稱為“物理空間”，第一曲面之后的空間稱為“虛擬空間”。光學(xué)系統(tǒng)最后一個(gè)曲面之后的空間稱為“物理空間”，最后一個(gè)曲面之前的空間稱為“虛擬空間”。3 .物體空間(物理或虛擬)介質(zhì)的折射率表示實(shí)際入射光線所在的空間介質(zhì)的折射率，空間(實(shí)際或虛擬)介質(zhì)的折射率表示實(shí)際出射光線所在的空間介質(zhì)的折射率。4 .事物和圖像都是針對(duì)特定系統(tǒng)的，以前系統(tǒng)的圖像是針對(duì)后一個(gè)系統(tǒng)的。事物空間和影像空間不僅一對(duì)一對(duì)應(yīng)，而且根據(jù)光的可逆性，將

8、事物點(diǎn)移動(dòng)到圖像點(diǎn)位置，使光反方向進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，就像原來在事物點(diǎn)一樣。這些對(duì)應(yīng)的點(diǎn)對(duì)稱為“空轉(zhuǎn)點(diǎn)”。例如：某些物體通過鏡頭成像后，鏡頭內(nèi)部的透鏡材料是玻璃，鏡頭兩側(cè)的空氣。詢問此圖像所在的空間介質(zhì)是玻璃還是空氣。，1，2，3，4，5，6，定位器動(dòng)平衡調(diào)試系統(tǒng)光源，19，佐原健二球面和同軸球面系統(tǒng)，21光路計(jì)算和同軸光學(xué)系統(tǒng)同軸球面系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)通常是一條線(光軸)物相關(guān)系研究方法光的光路計(jì)算。按表面計(jì)算物體的大小、實(shí)際情況、顛倒、位置和其他特性。子午線面包含曲面和光軸的剖面。，20，1，光通過單折射曲面的折射，基本參數(shù)e折射點(diǎn)OE折射球體u，u相粒度角度o頂點(diǎn)h入射高度n，n相空間折射率c向心r

9、球體曲率半徑I，I，折射角度a，a點(diǎn)，象l，l距離，法線和與光軸的角度，22符號(hào)法則(為了便于統(tǒng)一計(jì)算)意味著光線從左到右傳播。a)軸段l、l、r與光線沿o傳播的方向相同，“”與光線傳播的方向相反，“”b)垂直軸段h位于光軸上，“”位于光軸下，“”c)光線和光軸角度u，u以從光軸指向光線的銳角測量，順時(shí)針22，d)光線與法線之間的角度I，I以光線指向法線的銳角測量，順時(shí)針方向“逆時(shí)針方向”“e”)光軸與法線之間的角度以光軸指向法線的銳角測量，順時(shí)針方向“逆時(shí)針方向”“f”)折射面的間距d，通常，23，2，3)平行光的計(jì)算公式(實(shí)際光路計(jì)算)為n，n，r，l，u，解決方案l，u中的u，u，u，平

10、行光成像(大光路)，24，3，說明：1)Lf (U，l，n，n，r)，2) l為值時(shí)，l隨U變化，圖像光束失去同心，由不完全象形成球面差。25，3，近軸光源計(jì)算公式(小光路光源計(jì)算公式)u、u、I、I較小，正弦值可以用弧度替代。(基本量小寫)，描述：1)lf (r，n，n，l) 2)l與u無關(guān)，象梁是同心的，近軸光源是細(xì)梁的完美視覺效果。3)完美的圖像稱為l確定的高斯圖像。通過高斯圖像點(diǎn)垂直于光軸的圖像面稱為高斯圖像面。構(gòu)成物相關(guān)系的一對(duì)點(diǎn)稱為共電點(diǎn)。(4)無窮大，26，4，一般導(dǎo)出公式a:(物體的截距和光圈角度的乘積保持不變)b:阿貝不變量(物體的折射率、球面半徑和截距的關(guān)系)q隨著物體公轉(zhuǎn)

11、點(diǎn)位置的變化而變化。C: (u，u關(guān)系)d:(公用圖像位置關(guān)系)，27，22單折射球體的圖像比例，rach不變，垂直軸比例：圖像的大小和事物的大小比例，28，說明：a) n，n，l軸比例：軸上的空轉(zhuǎn)點(diǎn)對(duì)的移動(dòng)量之間的比率，a)軸上無限小的分段，說明：軸和垂直軸沒有放大相似性0，水沿軸的方向相同。30，3。角度比例：共軛光線與光軸的角度u和u的比率，4。3的關(guān)系：5。拉赫不變量j:出現(xiàn)在計(jì)算折射之前的三個(gè)量n、u、y的乘積等于：1)差的公式中。2)校正計(jì)算結(jié)果的正確性。3)在光學(xué)設(shè)計(jì)中起著重要作用。為了設(shè)計(jì)垂直軸比例的光學(xué)系統(tǒng)，y和y經(jīng)常會(huì)縮放，方法是在物體參數(shù)nuy固定的條件下更改矩形光圈角度

12、u的大小，從而更改y的值以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。在、31、23共軸球體系統(tǒng)中，必須對(duì)每個(gè)折射面重復(fù)使用光線的光路計(jì)算公式和縮放公式，以分別計(jì)算每個(gè)面的u、u、l、l、l、y、yJ、j、q和q。旋轉(zhuǎn)公式前后相鄰面之間到基本量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。，1 .共軸球形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)：每個(gè)球形半徑：R1、R2 rk-1、rk相鄰球形頂點(diǎn)間距：D1、D2 dk-1每個(gè)球形之間的介質(zhì)折射率：n1、N2 nk-1、nk、NK 1，32，2。旋轉(zhuǎn)公式原則：之前的折射面與背面相同，之前的空間在背面的空間N2 n1、N3 N2 NK nk-1 U2 u1、u3 U2 uk uk-1 y2 y1、y3 y2 yk yk-1 L2

13、l1- D1、L3 L3 l2- D2 lk lk，3 .比例公式，1)垂直軸比例：含義：整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的比例是每個(gè)折射面比例的乘積。2)軸比例：3)角度比例：4。拉赫保持不變：35，例如厚鏡頭：36，例如玻璃桿(n=1.5)，長度500mm，兩端半球面，半徑分別為50mm和100mm，箭頭高度為1mm，左端球頂點(diǎn)正好如果輸入、200、500、R1=50、-R2=100、n=1.5、37、n=-n、則對(duì)象沿光軸移動(dòng)時(shí)，0，l，l其他數(shù)字，與實(shí)際情況相反。24球體鏡像，38，說明：1。事物在球體中心的時(shí)候：3。穿過球體中心的光線反射到鏡子的原始路徑上，球體鏡子將曲率中心作為背光面。4 .對(duì)于平面鏡

14、，示例：2。39，如凹鏡半徑為-400毫米，物體在哪里放大兩倍比例？放大兩倍的虛擬圖像在哪里？40，例如，有玻璃半球，折射率為1.5，半徑為50mm，其中平面與銀相交。10mm高的小物體放置在球體頂點(diǎn)前面100mm處，物體經(jīng)過系統(tǒng)成像后的位置、大小、倒置、實(shí)際情況等。41，討論問題：1月凸透鏡的兩個(gè)球半徑為R1=-200mm，R2 -150mm，n=1.5，后表面的凸輪將10mm高的東西放在前表面400mm前的軸上，以尋找最后拍攝的位置、大小、正弦反轉(zhuǎn)、虛實(shí)、42、3章理想光學(xué)系統(tǒng)、31理想光學(xué)系統(tǒng)和共線成像理論理想光學(xué)系統(tǒng)以所有大物體的任意寬光束圍繞光學(xué)系統(tǒng)成像?；蛘呶矬w的同圓心梁是經(jīng)過光學(xué)

15、系統(tǒng)后的同圓心梁?；蚴挛锟臻g對(duì)應(yīng)于空間中的一點(diǎn)。共線成像理論對(duì)于理想的光學(xué)系統(tǒng)，具有點(diǎn)的線性平面上的共線成像理論是用繪畫方法或分析方法求解相關(guān)系的基礎(chǔ)。conjugate、conjugate、conjugate、43、32理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)、基礎(chǔ)、焦平面、焦平面、物體焦點(diǎn)：相應(yīng)的圖像點(diǎn)與圖像的光軸無限遠(yuǎn)。焦平面：相對(duì)點(diǎn)無限遠(yuǎn)于物體的光軸，焦平面：過焦的垂直軸平面，說明：1)F，F(xiàn)不是共電點(diǎn)對(duì)，物體焦平面和幾何焦平面也不是共軛面。2)事物從無限遠(yuǎn)的地方發(fā)射的任意方向的平行光線聚集在繪畫方面的一點(diǎn)上。44，2。關(guān)鍵點(diǎn)，主平面，定義：conjugate平面等于level=1。主平面與光軸的交點(diǎn)是主點(diǎn)h，h。(描述：1) H，H是主平面中所有線段在相同大小和方向上位于不同主平面中的一對(duì)共電點(diǎn)。2)薄燈光組：F、F、H、H、45，3。焦距將主要點(diǎn)測量為原點(diǎn)，從主要點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離稱為焦距。從物體主點(diǎn)h到物體焦點(diǎn)f的距離稱為物體焦距(前焦距或第一焦距)，從象主點(diǎn)h到象f的距離稱為象焦距(后焦距或第二焦距)，說明：1)對(duì)于理想的光學(xué)系統(tǒng)，在其結(jié)構(gòu)(r，d，n)中，46