第三讲应用光学课件.ppt

应用光学和摄影工程的基本公式 超高速摄影机目前仍是光机式为主，因此高速摄影在各个领域的应用都离不开摄影技术；光机式高速摄影机本身是复杂的光学系统，当应用纹影、光弹性、散斑、干涉、云纹、全息等光学方法与之联用时要考虑光学系统的配合问题，所以必须掌握应用光学和摄影工程的基本知识。 应用光学的基本知识 共轴理想光学系统 绝大多数透镜系统都有一条公共的对称轴线，这样的系统称为“共轴系统”。对于一个光学系统，物与象是共轭的。由于光路可逆，如果把象看作物，那么，原来的物就是象。这种对应关系称为共轭。如果物、象空间符合“点对应点，直线对应直线，平面对应平面”关系的象称为“理想象”。成象符合理想象的光学系统称为“理想光学系统”。 理想光学系统满足了成象清晰的要求，但是物象并不一定相似。只是对共轴理想光学系统垂直于光轴的物平面所成的象才和物相似。因此目前所使用的光学系统绝大多数是共轴系统，而且总是使物平面垂直于光轴。 共轴理想光学系统的基点 共轴理想光学系统的成象性质可以用已知的共轭面和共轭点表示，它们称为系统的基点。基点的位置可以任意选择，但一般选择特殊的共轭面和共轭点。最常用的是主平面和轴上的两对共轭点。 应用光学的基本知识 主平面和焦点之间的距离称为焦距。由象方主点H′到象方焦点F′的距离称为象方焦距，用f′表示；由物方主点H到物方焦点F 的距离称为物方焦距，用f 表示。 f′ 、f 的符号规则如下： 以主点为起点，计算到焦点，符合由左向右的为正，反之为负； 正透镜与负透镜 思考题：指出下两图中透镜的正或负、物与像的实或虚。 正透镜虚物成象 负透镜实物成象 成象关系公式1 牛顿公式 符号规定：轴向：起点－物点自左向右为正；垂轴：上方为正 成象关系公式2 高斯公式 光学系统的放大率 1．垂轴放大率 代表共轭面象高和物高之比。 2．轴向放大率 平行于光轴的微小线段所成的象 与该线段二者长度之比 3. 角放大率 一对共轭光线与光轴所 成的夹角的正切之比 放大率与共轭面的位置有关。物面位置不同，放大率也不同；三种放大率互不相同。 位于空气中的光学系统 对于位于空气中的光学系统有： 牛顿公式为 高斯公式为 垂轴放大率 轴向放大率 三种放大率的关系 练习1 已知透镜焦距f’= －f =10mm, 物高5mm，位于 前焦点左边 40mm处试求象的位置与大小。 练习1 已知透镜焦距f’= －f =10mm, 物高5mm，位于 前焦点左边 40mm处试求象的位置与大小。 解：用牛顿公式 f’= －f =10mm，x= －40 X’=ff’/x =（－10×10）/(－40) =2.5 即象位于象方焦点右边2.5mm处 ＝－（－10/－40）＝－0.25 y’= βy ＝－0.25×5＝－1.25mm 即成倒立、缩小的实像，象高为1.25mm 试用高斯公式求解。 练习2 见图，开普勒望远镜系统的物镜焦距f’1＝100mm，目镜焦距f’2＝10mm，物镜的通光直径D1=40mm,目镜的通光直径D2=20mm，分划板的通光直径D3=10mm。试求：系统的组合焦距及物方视场角。提示：物镜是孔径光栏和入瞳 解：1，F1’ 与F2重合，是无焦系统。 2，求物方视场角。先确定视场光栏：有三个通光直径，分别求它们在物空间的象比较其对入瞳中心的张角。物镜不必求。 分划板的象的张角tgω＝0.05, 目镜的象的张角与目镜的张角相等 tgω’＝0.1 所以分划板是视场光栏。物方视场角为 2actg0.05= 5.7。 摄影工程的基本公式 光度学的一些定义 把按照人眼感觉来度量的辐射能称为光能 ，人眼对不同波长光线的视觉灵敏度称为视感度。 光通量： 单色： 总光通量 发光效率 发光体辐射的总光通量与总辐射通量的比值称为发光效率 表征光源的特性之一 发光强度 为了表示辐射体在不同方向上的发光特性，我们在该方向上取微小立体角dΩ,它所发出的光通量为dF 。用dF和dΩ之比来表示该方向上光源的发光特性。发光强度就是单位立体角内所发出的光通量。 如果一个发光体对整个空间均匀发光，发光强度为I由于整个空间的立体角为4π，它所发出的总光通量为 发光体的辐射有方向性 面发光度和照度 对于具有一定面积的发光体，表面上不同位置发光的强弱可能是不一致的。为了表示任意一点A处的发光强弱，在点A周围取微小面积，假定它所发出的光通量为dF(不管它的