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光学基本常识简介PPT

日期:2019-11-26 17:36 来源: 光学

  光学基础知识简介PPT_其它_职业教育_教育专区。光学基础知识简介PPT

  像差 ? 像差 指在光学系统中由透镜材料的特性和折 射(反射)表面的几何形状引起的实际像和 理想像的偏差。 ? 像差--实际光学系统成像的一系列缺陷 像差 ? ? ? ? ? ? ? 球差 慧差 像散 场曲 畸变 轴向色差 垂轴色差 单色光像差 复色光像差 球差 ? 轴上点发出的同心光束经光学系统中球面折 射后,将不为同心光束,不同倾角的光线交 光轴与不同的位置。 ? 轴上点在像面得不到完善的像点,而是得到 一个弥散圆。 ? 单正透镜产生负球差,单负透镜产生正球差 -U1 A -u U’ u’ A’ -δL’ O1 O2 L’ l’ 慧差 ? 轴外物点发出宽光束通过光学系统后,不会 聚在一点,而是呈彗星状图形的一种相对主 光线失对称的像差。 ? 子午慧差和弧矢慧差 ? 子午平面:由轴外物点和光轴所确定的平面 ? 弧矢平面:过主光线且与子午平面垂直的平 面 K a’ z’ Ok B a B d h b’ T 高 斯 像 面 e c Bz ef ab f b g cd gh 像散 ? 轴外物点用细光束成像时形成两条相互垂 直且相隔一定距离的短线像的一种非对称像 差。 ? 子午光束和弧矢光束分别成像为两条短线, 这两条短线不相交而相互垂直且隔一定距离 T’ S’ 像 平 面 光阑 光学系统 场曲 ? 物平面成曲面像的一种像差 ? 实际光学系统不能使垂轴直线仍成像为垂轴 直线。 ? 光学系统存在场曲时,不能使一个较大的平 面物体上的各点同时在同一个像面上成清晰 的像。若按中心调焦,中心清晰,边缘则模 糊,反之已然。 B C A 畸变 ? 横向(垂轴)放大率随视场的增大而变化所 引起的物像失去相似性的像差。 色差 ? 白光由各种不同波长(颜色)的单色光组成 ? 光学材料对不同波长的色光折射率不同,造 成了各色光之间成像位置和大小的差异。 ? 由不同色光引起的像差称为色差。 ? 轴向色差(位置色差) ? 垂轴色差(倍率色差) 轴向色差 ? 同一透镜对不同色光有不同焦距,对一定物 距成像时,像距不同,按波长由短到长,像 点离开透镜由近到远地排列在光轴上。 A A’F O 1 O k A’c 垂轴色差 ? 不同色光的焦距不等时,放大率也不等,因 而有不同的像高。 F D C A B 实际光组中光束的限制 ? 在实际光学系统中所用的光学零件总有 一定的大小,因此从一点出发能进入光学系 统的光束其立体角大小将取决于光学零件的 尺寸。 ? 更确切地说,是夹持光学零件的金属框限 制了成像光束的大小,光学上把这种限制成 像光束的光孔称之为光阑 1 A 2 ? u1 A A ? u1 ? u2 A 1 2 A A 1 2 A ? u1 ? u2 孔径光阑 ? 限制成像光束的光阑。 1 A 2 ? u1 A A ? u1 ? u2 A ? 入瞳:孔径光阑被其前面光组在系统物空间 所成的像。 ? 出瞳:孔径光阑被其后面光组在系统像空间 所成的像。 ? 对于一定位置的物体而言,入瞳决定了能进 入系统成像的最大光束孔径,且是物面上各 点发出的成像光束进入系统的公共入口。 ? 物方孔径角:轴上物点发出的过入瞳边缘的 光线与光轴的夹角U。 ? 像方孔径角:由出瞳边缘射至轴上像点的光 线与光轴的夹角U? 。 ? 过入瞳中心的光线称为主光线。其也过孔径 光阑和出瞳的中心。 ? 孔径光阑只是对一定的物体位置而言的。 1 A ? u1 ? u2 2 1 A A B 2 B’ A ? 孔径角是表征实际光学系统功能的重要参数 之一,它决定了像的照度与系统的分辨细节 的能力。 ? 光学系统的几种与孔径角有关的性能参数。 ? 数值孔径NA,相对孔径A,F# 数值孔径NA ? ? ? ? 显微和投影系统常用NA表示性能。 NA=n*sinUmax N为物方介质的折射率 物方孔径角越大,数值孔径越大,进入系统 的光能越多,理论分辨本领越高。 相对孔径A ? ? ? ? 望远和摄影系统常用相对孔径A表示性能。 A=D/f D是入瞳直径,f是物镜焦距 焦距一定时,入瞳直径越大,其相对孔径也 越大,表明能进入系统的光能也越多。 F/# ? 相对孔径的倒数。 ? F=f/D ? 光从无限远入射时的轴上有效焦距和近轴入 瞳孔径之比。 视场光阑 ? 限制物体成像范围的光阑。 O A1 A2 A3 ? 入射窗:视场光阑被其前面光组在物空间所 成的像。 ? 出射窗:视场光阑被其后面光组在像空间所 成的像。 ? 入射窗限制物空间的成像范围。 ? 出射窗限制像空间的成像范围。 ? 物方视场角:在物空间中,入窗边缘对入瞳 中心的张角2?。 ? 像方视场角:在像空间中,出窗边缘对出瞳 中心的张角2? ?。 ? 半视场角?与??可以表示光组视场的大小,因 此习惯上常把?与??称为视场角。 光学系统视场的表示方法 ? 线视场:用能看到的物平面直径表示。 ? 常用于近距离成像系统,如显微系统。 ? 角视场:用物方视场角2?和像方视场角2?‘表 示。 ? 常用于远距离成像系统,如望远镜,照相物 镜。 光学玻璃 ? 对折射率色散投射比光谱透射比和光吸收等光 学特性有特定要求,且光学性质均匀的玻璃。 ? 按光学性质可分为冕牌玻璃和火石玻璃。各自 又分为多种,如:氟冕(FK)、冕(K)、钡 冕(BaK)、火石(F)、重火石(ZF) ? 冕牌玻璃低折射率,低色散。 ? 火石玻璃高折射率,高色散。 ? 光学玻璃一般有如下几种光学常 数: ? 折射率 nλ ? 阿贝常数 Vb=(nD-1)/(nF-nC) ? 中部色散 dn=nF-nC 衍射极限 ? 衍射极限指光学系统产生像差的原因不是设 计和制造缺陷,而是由于衍射物理效应。 ? 简单说就是现有情况下所能达到的最好状况 光学传递函数OTF ? 把物的亮度分布分解为各种频率的谱(展成傅 立叶级数或傅立叶积分),研究光学系统对各 种空间频率亮度呈余弦分布目标传递能力。 ? 调制传递函数MTF ? 相位传递函数PTF ? 高频部分反映对物体细节传递能力;中频反映 对物体层次传递能力;低频部分物体轮廓传递 能力。

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