03 现代光学工程-几何光学3

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1、1第三章平面与平面系统*平面镜成像ll1奇数次反射成镜像I偶数次反射成一致像1I(I)1II122n1*平行平板nn2nII,UU21211,1,1无光焦度元件tanI1轴向位移Ld1tanI1侧向位移cosI1TDGDEsin(II)dsinI1111ncosI1平行平板不能成完善像3近轴区平行平板的等效光学模型平行平板的等效空气平板厚度ld(11/n)ddld/n

2、tanIsinItanI1Ld1tanI14*反射棱镜道威棱镜等腰直角棱镜5折射棱镜折射棱镜是一种由多个平面界面组合而成的光学元件。光通过棱镜时，产生两个或两个以上界面的连续折射，传播方向发生偏折。最常用的棱镜是三棱镜（如图示）。A三棱镜两折射面的夹角称三棱镜顶角A。n1出射光与入射光之间的夹角称棱镜的偏向角。n21、偏向角、最小偏向角：DB偏向角iii'i'iC'12121i'i2i12''iiAiiAE22116An1n2D'可以证明:当光路对称,即ii时,

3、达最小值B110iC'1i'i2i1最小偏向角:2iA201E0A'A此时,入射角:i;折射角:ii12222若此时三棱镜处于空气中,即n1,则由折射定律有:1A0sinsinin122siniA2sin27•棱镜光谱：当用白光入射时，由于折射率的不同，出射光将展开成彩带即光谱。三棱镜也是一种分光装置。8光学系统中的光阑组成光学系统的透镜、反射镜和棱镜等光学元件都有一定的孔径，它们必然限制成像的光束截面，有些光学系统还特别附加有一定形状的开孔屏（如矩形孔、圆形孔等）来限制光束的截面，这些光学元件称为

4、光阑。9照相系统的基本结构孔径光阑视场光阑10孔径光阑对轴上点光束的限制：孔径光阑的位置对成像没有影响孔径光阑对轴外点光束的限制：限制轴外点的光束宽度和位置，对成像有较大影响。11渐晕、渐晕光阑、渐晕系数渐晕光阑渐晕：轴外点成像光束宽度较轴上点成像光束小，使得像平面边缘比像中心暗D渐晕系数：KD12在一个光学系统中，往往有许多个光阑，但限制光束截面作用最大的那个光阑称为有效光阑（孔径光阑）.一、有效光阑、入射光瞳和出射光瞳有效光阑的作用：它可以直接遮挡掉光束中偏离傍轴光线较多的光线。因此，对像的清晰度、照度以及景深等都有很大

5、的影响。有效光阑入射光瞳出射光瞳有效光阑13一个复杂的光学系统，入射光瞳、出射光瞳一般不与有效光阑重合。如图所示：出射入射光瞳光瞳注意！有效光阑的确定是相对于确定的物有效光阑点为参考点的。14光学系统的景深空间物点成平面像弥散像对准景像平面平面15透视失真16景像畸变17光学系统的景深景深：在景像平面上所获得的成清晰像的物空间深度。近景远平景面平面所有长度量均为正值！18近景pp1远平z2a1景面p1平pp面z2a22p2pp1z2a1p1ppz2a22p2景像平面上弥散斑允许直径zzzp

6、?122ap2app,p12对准平面上弥散斑允许直径zzzp2ap2ap122ppp112ap2ppp222ap继续192a2ptanU人眼在正确正确透视条件下，要求：tantan透视下观察yyyDppzz1z2DppDy20近景远平景讨论：平面面（1）物镜调焦到无穷远处，2app22ap2app,p122ap2ap（2）远景平面位于无限远处，则对准平面位于2aapp221*光阑与景深有效光阑起着限制成像光束口径

7、大小的作用，影响到空间成像的景深。如图所示：x景深24ap4ptanU222224ap4tanU结论：有效光阑孔径越小，成像光束越细，景深越长；反之亦反。但是，若孔径太小则像的分辨焦深率也要下降。22*相对孔径和f数在照相机的光学镜头部分中，装有一个大小可调的可变光阑（有效光阑），一般称为光圈。通过调整光圈可以控制进入镜头中的光能量。另外，到达像面（感光胶片）上的光强，不仅与镜头的通光面积成正比（即正比于光圈直径D的平方），而且还与像面的面积成反比，即像面面积越小，光能量越集中，像面接收到的光强越大。一般而言，

8、照相机拍摄物体的距离比较远，像距近似等于镜头焦距f，焦距越大像距越大。而像的面积是与像距的平方成正比的，即像的面积近似与焦距f的平方成正比。232D所以，一般情况下，像面接收到的光强正比于，f2D即，If