第七章典型光学系统ppt课件

眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第七章第七章 典型光学系统典型光学系统一、眼睛及其光学系统一、眼睛及其光学系统二、放大镜二、放大镜三、显微镜系统三、显微镜系统四、望远镜系统四、望远镜系统五、目镜五、目镜六、摄影系统六、摄影系统七、投影系统七、投影系统八、现代光学系统八、现代光学系统九、光学系统的外形尺寸计算九、光学系统的外形尺寸计算第七章 典型光学系统一、眼睛及其光学系统眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第一节第一节 眼睛及其光学系统眼睛及其光学系统 一、眼睛的结构一、眼睛的结构成像光学系统成像光学系统至至少少80以以上上的的外外界界信信息息经经视视觉觉获获得得，视视觉觉是是人人和和动动物物最最重要的感觉。重要的感觉。第一节 眼睛及其光学系统 一、眼睛的结构成像光学眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第七章典型光学系统ppt课件眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观眼睛本身相当于摄影光学系统，其结构如图所示。眼睛本身相当于摄影光学系统，其结构如图所示。空空气气和和角角膜膜之之间间有有较较 大大 折折 射射 率率 差差(1.0/1.38)，物物体体主主要要通通过过这这个个界界面面成像在视网膜上成像在视网膜上视视网网膜膜起起光光屏屏作作用用，视视神神经经受受到到刺刺激激，产产生生视视觉觉。在在视视网网膜膜上上所所形形成成的的像像是是倒倒像像，但但由由于于神神经经系系统统的的内内部部作作用用，感感觉觉仍仍然然是是正正立立的像。的像。眼睛本身相当于摄影光学系统，其结构如图所示。空气和角膜之间有眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 主主平平面面H和和H距距角角膜膜顶顶点点后后约约1.3mm和和1.6mm，眼眼睛睛的的焦焦距距约约为为f=-17mm，f=23mm。以以上上数数据据是是近近似似值值，仅仅适适用用于于未未调节的眼睛。调节的眼睛。水水晶晶体体由由外外层层向向内内层层折折射射率率逐逐渐渐增增加加（1.371.41），是是由由多多层层膜膜构构成成的的双双凸凸透透镜镜、通通过过水水晶晶体体周周围围肌肌肉肉的的调调节节，能能改改变变水水晶晶体体的的曲曲率率半半径径（4070mm之之间间），从从而而改改变变人人眼眼的的焦焦距，使不同距离的物体都自动成像在视网膜上。距，使不同距离的物体都自动成像在视网膜上。在在水水晶晶体体前前的的虹虹彩彩，中中央央是是一一圆圆孔孔，即即瞳瞳孔孔，它它是是人人眼眼的的孔孔径径光光阑阑。根根据据物物体体的的亮亮暗暗，瞳瞳孔孔直直径径可可自自动动变变化化（28mm），以以调调节节进入人眼的光能。进入人眼的光能。主平面H和H距角膜顶点后约1.3mm和1.6m眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 黄黄斑斑中中心心与与眼眼睛睛光光学学系系统统像像方方节节点点的的连连线线称称为为视视轴轴。人人眼眼的的视视场场可可达达150，但但能能同同时时清清晰晰观观察察物物体体的的范范围围只只在在视视轴轴周周围围6 88，故在观察物体时，眼球自动旋转，使视轴对准物体。，故在观察物体时，眼球自动旋转，使视轴对准物体。黄斑中心与眼睛光学系统像方节点的连线称为视轴。人眼的眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 二、眼睛的调节及校正二、眼睛的调节及校正 1、眼睛的调节、眼睛的调节对任意距离的物体自动调焦的过程。对任意距离的物体自动调焦的过程。通通过过环环形形肌肌肉肉调调节节使使水水晶晶体体的的曲曲率率半半径径变变小小，表表面面曲曲率率增增大，从而使眼睛的焦距可由大，从而使眼睛的焦距可由f23mm下降至下降至f18mm。眼睛调节能力的度量眼睛调节能力的度量 用用能能清清晰晰调调焦焦的的极极限限距距离离表表示示，即即远远点点距距离离lr和和近近点点距距离离lp。其其倒倒数数1/lr=R、1/lr=P分分别别表表示示远远点点和和近近点点的的发发散散度度（或或会会聚聚度度），其单位为屈光度（，其单位为屈光度（D），属非法定计量单位，），属非法定计量单位，1D=1m-1。调节能力调节能力以远点距离和近点距离的倒数之差来度量的，即以远点距离和近点距离的倒数之差来度量的，即 式（式（7-1）调节能力随年龄变化调节能力随年龄变化 二、眼睛的调节及校正 1、眼睛的调节对任意距离眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 明视距离明视距离250mm250mm 在在阅阅读读，或或眼眼睛睛通通过过目目视视光光学学仪仪器器观观测测物物像像时时，为为了了工工作作舒舒适适，习惯上把物或像置于眼前习惯上把物或像置于眼前250mm处。处。正常眼与反常眼正常眼与反常眼 正正常常眼眼远远点点在在无无限限远远，即即眼眼睛睛光光学学系系统统的的后后焦焦点点在在视视网网膜膜上；反之，为上；反之，为反常眼反常眼。式（式（7-2）近视眼及其校正近视眼及其校正 近视眼近视眼远点位于眼前有限距离；远点位于眼前有限距离；近近视视眼眼的的校校正正在在近近视视眼眼前前放放一一负负透透镜镜，其其焦焦距距大大小小恰恰能能使其后焦点使其后焦点F与远点与远点S重合，如图所示，或者重合，如图所示，或者 明视距离250mm 正常眼与反常眼 眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 远视眼及其校正远视眼及其校正 远远视视眼眼远远点点位位于于眼眼后后有有限限距距离离；50岁岁以以后后的的远远视视眼眼，也也称作称作老花眼老花眼。远远视视眼眼的的校校正正在在远远视视眼眼前前放放一一正正透透镜镜，使使其其焦焦距距恰恰等等于于远点距，如图所示。远点距，如图所示。近视眼或近视眼或远视眼的程度远视眼的程度 远远点点距距离离lr(单单位位为为m)的的倒倒数数表表示示近近视视眼眼或或远远视视眼眼的的程程度度，称称为为视度视度，单位为屈光度，单位为屈光度(D)。通常医院和眼镜店把。通常医院和眼镜店把1D称作称作100度。度。远视眼及其校正 远视眼远点位于眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 散光散光 若若水水晶晶体体两两表表面面不不对对称称，则则使使细细光光束束的的两两个个主主截截面面的的光光线线不不交交于于一一点点，即即两两主主截截面面的的远远点点距距也也不不相相同同，视视度度RlR2，其其差差作作为人眼的散光度为人眼的散光度AST。散光的校正散光的校正为校正散光可用柱面或双心柱面透镜。为校正散光可用柱面或双心柱面透镜。式（式（7-3）图图7-3 校正散光的圆柱面透镜校正散光的圆柱面透镜双心柱面透镜双心柱面透镜 用用两两正正交交的的黑黑白白线线条条图图案案可可以以检检验验散散光光眼眼。由由于于存存在在像像散散，不不同同方方向向的的线线条条不不能能同同时时看看清清。具具有有0.5D的的像像散散不不足足为为奇奇，不不必校正。必校正。散光 若水晶体两表面不对称，则使细眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 三、眼睛三、眼睛辐射接收器辐射接收器 视网膜是由视网膜是由锥状细胞锥状细胞和和杆状细胞杆状细胞组成的辐射接收器。组成的辐射接收器。杆状细胞杆状细胞对光刺激极敏感，但完全不感色；对光刺激极敏感，但完全不感色；锥锥状状细细胞胞感感光光能能力力比比杆杆状状细细胞胞差差得得多多，但但对对各各色色光光有有不不同的感受。它决定了分辨颜色的能力同的感受。它决定了分辨颜色的能力色视觉。色视觉。在在亮亮照照明明时时，视视觉觉主主要要由由锥锥状状细细胞胞起起作作用用；弱弱照照明明时时，视视觉觉主主要要由由杆杆状状细细胞胞起起作作用用；明明视视觉觉时时最最大大的的亮亮度度灵灵敏敏度度为为683lm/W；暗视觉时，最大的亮度灵敏度为；暗视觉时，最大的亮度灵敏度为1755lm/W。光光谱谱灵灵敏敏度度人人眼眼对对不不同同的的波波长长的的光光辐辐射射有有不不同同的的灵灵敏敏度度，称称作作光光谱谱灵灵敏敏度度。最最敏敏感感的的波波长长是是555nm，故故在在目目视视光光学学仪仪器，对器，对D(=589.3nm)或或e(=546.1nm)谱线校正单色像差。谱线校正单色像差。眼睛的明适应和暗适应眼睛的明适应和暗适应 适适应应眼眼睛睛对对周周围围空空间间光光亮亮情情况况的的自自动动适适应应程程度度。适适应应分分为为明明适适应应和和暗暗适适应应。适适应应是是通通过过瞳瞳孔孔的的自自动动增增大大或或缩缩小小完完成成的的。当当由由暗暗处处进进入入亮亮处处时时，瞳瞳孔孔自自动动缩缩小小；反反之之，瞳瞳孔孔自自动动增增大大。适应要有个过程，最长可达适应要有个过程，最长可达30min。眼睛能感受的光亮变化非常大，可达眼睛能感受的光亮变化非常大，可达1012:1。三、眼睛辐射接收器 视网膜是由锥状细胞和杆眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 四、眼睛的分辨率四、眼睛的分辨率 1、眼睛的分辨率、眼睛的分辨率 眼眼睛睛的的分分辨辨能能力力（或或称称视视觉觉敏敏锐锐度度）眼眼睛睛能能分分辨辨开开两两个最靠近点的能力。个最靠近点的能力。视角视角物体对人眼的张角；物体对人眼的张角；眼眼睛睛的的分分辨辨能能力力取取决决于于视视网网膜膜的的结结构构。视视神神经经能能够够分分辨辨的的两两像像点点间间最最小小距距离离应应至至少少等等于于两两个个视视神神经经细细胞胞直直径径，若若两两像像点点落落在在相相邻邻的的两两个个细细胞胞上上，视视神神经经无无法法分分辨辨出出两两个个点点，故故视视网网膜膜上最小鉴别距离等于两神经细胞直径，即不小于上最小鉴别距离等于两神经细胞直径，即不小于0.006mm。视角鉴别率视角鉴别率人眼能分辨的物点间最小视角。人眼能分辨的物点间最小视角。眼睛松弛状态下，眼睛松弛状态下，f23mm 若若把把眼眼睛睛看看作作理理想想光光学学系系统统，则则=140/D（D以以mm为为单单位位）。当当D=2mm时时，70。当当瞳瞳孔孔直直径径增增大大时时，眼眼睛睛光光学学系系统统的的像像差差增增大大，分分辨辨能能力力随随之之减减小小。由由于于眼眼睛睛具具有有较较大大色色差差，故故视视角角鉴鉴别别率率随随光光谱谱而而异异，连连续续光光谱谱中中间间部部分分的的视视角角鉴鉴别别率率高高于于红光和紫光部分的鉴别率。红光和紫光部分的鉴别率。四、眼睛的分辨率 1、眼睛的分辨率 眼睛眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 视角敏锐度视角敏锐度 眼睛的分辨能力或眼睛的分辨能力或视觉敏锐度视觉敏锐度是极限鉴别率的倒数，定义为是极限鉴别率的倒数，定义为 式式中中，以以（）为为单单位位。一一般般视视觉觉敏敏锐锐度度取取作作1（或或视视角角鉴鉴别别率取率取1）。眼睛的视角鉴别率因人而异，并视观察条件而变化）。眼睛的视角鉴别率因人而异，并视观察条件而变化.视觉敏锐度视觉敏锐度=注注意意：在在设设计计目目视视光光学学仪仪器器时时，应应使使仪仪器器本本身身由由衍衍射射决决定定的的分分辨辨能能力力与与眼眼睛睛的的视视角角分分辨辨率率相相适适应应，即即光光学学系系统统的的放放大大率率和和被观察物体所需要的分辨率的乘积应等于眼睛的分辨率。被观察物体所需要的分辨率的乘积应等于眼睛的分辨率。式（式（7-4）五、眼睛的对准精度五、眼睛的对准精度 分分辨辨指指眼眼睛睛能能区区分分两两个个点点或或线线之之间间的的线距离或角距离的能力；线距离或角距离的能力；对对准准指指在在垂垂直直于于视视轴轴方方向向上上的的重重合合或或置置中中过过程程。对对准准后后，偏偏离离置置中中或或重重合合的的线线距离或角距离称为距离或角距离称为对准误差对准误差。图图a两两实实线线重重合合，对对准准误误差差60，图图(b)两两直直线线端端部部重重合合，10 20,图图(c)和和图图d分分别别为为双双线线对对准单线和叉线对准单线，对准精度准单线和叉线对准单线，对准精度10。视角敏锐度式中，以（）为单位。一般视觉敏锐度眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 六、眼睛的景深六、眼睛的景深 眼眼睛睛的的景景深深：当当眼眼睛睛调调焦焦在在某某一一对对准准平平面面时时，眼眼睛睛不不必必调调节节能同时看清对准平面前和后某一距离的物体能同时看清对准平面前和后某一距离的物体,称作眼睛的景深。称作眼睛的景深。对对准准平平面面P上上物物点点A在在视视网网膜膜上上形形成成点点像像A，在在远远景景平平面面Pl和和近近景景平平面面P2上上的的A1和和A2在在视视网网膜膜上上形形成成弥弥散散斑斑，弥弥散散斑斑的的大大小小对对应应人人眼眼的的极极限限分分辨辨角角。所所以以A1和和A2在在视视网网膜膜上上形形成成的的像像等等效效于于对对准准平平面面上上ab两两点点在在视视网网膜膜上上形形成成的的像像ab，因因节节点点处处的的角角放大率等于放大率等于1，所以，所以ab相对节点相对节点J的张角也等于的张角也等于。对准平面对准平面远景平面远景平面近景平面近景平面 六、眼睛的景深 眼睛的景深：当眼睛调焦在某一对准平眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 设眼瞳直径为设眼瞳直径为Dp，则有，则有对准平面对准平面远景平面远景平面近景平面近景平面式式(7-5)远、近景深远、近景深式式(7-6)式式(4-5b)若眼睛调节在无限远，若眼睛调节在无限远，P=，则远、近景距分别为：，则远、近景距分别为：式式(7-7)设眼瞳直径为Dp，则有对准平面远景平面近景平面式(7眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 七、双目立体视觉七、双目立体视觉 1、单眼观察的局限性、单眼观察的局限性 用用单单眼眼判判读读物物体体远远近近，是是利利用用眼眼睛睛的的调调节节变变化化所所产产生生的的感感觉觉。因因水晶体水晶体曲率变化很小，判读极为粗略。一般判读距离曲率变化很小，判读极为粗略。一般判读距离1，成成正正立立的的像像，不不需需加加转转像像系系统统，但但无无法法安安装装分分划划板板，应应用用较较少，如图少，如图9示出。示出。手持望远镜的放大倍率一般不超过10。大地测量仪眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观安安装装在在美美国国亚亚利利桑桑那那州州海海拔拔3190米米高高的的格格雷雷厄厄姆姆山山上上的的大大型型双双筒筒望望远远镜镜LBT两两个个凹凹镜镜直直径径分分别别达达8.4米米，总总面面积积加加起起来来可可达达110平平方方米米。借借助助光光线线干干涉涉原原理理，所所获获图图像像的的清清晰晰度度可可与与23米米直直径径的的镜镜片片相相当当。据据专专家家估估计计，LBT在在未未 来来 10至至 15年年 内内 将将 是是 世世 界界 最最 大大 的的 单单 个个 望望 远远 镜镜。此此前前最最先先进进的的望望远远镜镜是是加加那那列列大大型型望望远远镜镜GTC，直直径径10.4米米。按按照照衍衍射射极极限限的的理理论论，望望远远镜镜的的极极限限倍倍数数由由物物镜镜口口径径决决定定，把把物物镜镜口口径径以以毫毫米米为为单单位位除除以以2.3，就就是是极极限限倍倍数数，所所以以GTC的的倍倍数数是是4522倍倍，而而LBT则则是是10000倍倍整整！现现在在世世界界上上最最大大的的折折射射望望远远镜镜，是是德德国国陶陶登登堡堡天天文文台台安安装装的的施施密密特特望望远远镜镜，改改正正口口径径1.35米米，主主镜镜口口径径2米米。还还有有一一座座计计划划中中建建造造的的大大型型光光学学望望远远镜镜是是“30米米望望远镜远镜”(Thirty Meter Telescope,简称简称TMT),口径是口径是30米。米。安装在美国亚利桑那州海拔3190米高的格雷厄姆山上的大型双筒眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第七章典型光学系统ppt课件眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 一、望远系统的分辨率及工作放大率一、望远系统的分辨率及工作放大率 望远系统的分辨率用望远系统的分辨率用极限分辨角极限分辨角表示，由式（表示，由式（7-27）得）得式式(7-38)望望远远镜镜是是目目视视光光学学仪仪器器，故故受受人人眼眼的的分分辨辨率率限限制制，即即两两个个观观察察物物点点通通过过仪仪器器后后对对人人眼眼的的视视角角必必须须大大于于人人眼眼的的视视觉觉分分辨辨率率60，故故除除了了增增大大物物镜镜口口径径以以提提高高衍衍射射分分辨辨率率外外，还还要要增增大大系系统统的的视视觉觉放放大大率率，以以符符合合人人眼眼分分辨辨率率的的要要求求。但但在在仪仪器器的的分分辨辨率率一一定时，过高地增大视觉放大率也不会看到更多的物体细节。定时，过高地增大视觉放大率也不会看到更多的物体细节。像像 空空 间间 折折 射射 率率 n=1，sinu=D/2fo，并取，并取=555nm=555nm式式(7-39)入射光瞳入射光瞳D以以mm为单位为单位按道威判断按道威判断式式(7-40)1、望远系统的极限分辨角、望远系统的极限分辨角 一、望远系统的分辨率及工作放大率 望远系统的分辨率眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 视觉放大率与分辨率的关系视觉放大率与分辨率的关系式式(7-41)上上式式求求得得的的视视觉觉放放大大率率是是满满足足分分辨辨要要求求的的最最小小视视觉觉放放大大率率，叫作叫作有效放大率有效放大率（正常放大率正常放大率）。）。2、视觉放大率与分辨率的关系、视觉放大率与分辨率的关系 眼眼睛睛处处于于分分辨辨极极限限条条件件下下(60)观观察察物物像像会会感感到到疲疲劳劳，故故设设计计望望远远镜镜时时，一一般般比比式式(7-41)求求得得的的要要大大23倍倍，称称工工作作放放大率大率.3、工作放大率、工作放大率式式(7-42)入射光瞳入射光瞳D以以mm为单位为单位 对观察仪器的精度要求则是其分辨角，由式（对观察仪器的精度要求则是其分辨角，由式（7-41）得）得式式(7-43)若取若取2.3倍，则倍，则 对瞄准仪器的精度要求是瞄准误差对瞄准仪器的精度要求是瞄准误差，它与瞄准方式有关，它与瞄准方式有关.式式(7-44)用双线或叉线瞄准，则有用双线或叉线瞄准，则有式式(7-43)用压线瞄准，则有用压线瞄准，则有 视觉放大率与分辨率的关系式(7-41)上式求眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 二、望远镜的视场二、望远镜的视场 1、开普勒望远镜、开普勒望远镜式式(7-46)开开普普勒勒望望远远镜镜的的视视场场2一一般般不不超超过过15。人人眼眼通通过过开开普普勒勒望望远远镜镜观观察察时时，必必须须使使眼眼瞳瞳位位于于系系统统的的出出瞳瞳处处，才才能能观观察察到到望望远远镜镜的的全全视场。视场。望远镜的物方视场角望远镜的物方视场角满足满足物物镜镜框框是是孔径光阑孔径光阑目目镜镜框框是是渐渐晕晕光光阑阑，一一般般允允许许50%渐晕渐晕分分划划板板框框是是视场光阑视场光阑分分划划板板（即即视视场场光阑）的半径光阑）的半径 二、望远镜的视场 1、开普勒望远镜式(7-46眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 2、伽利略望远镜、伽利略望远镜式式(7-47)伽伽利利略略望望远远镜镜的的最最大大视视场场（渐渐晕晕系系数数K=0）由由通通过过入入射射窗窗（物物镜框）的边缘和相反方向的入瞳边缘的光线决定的，即镜框）的边缘和相反方向的入瞳边缘的光线决定的，即 由由于于系系统统的的视视场场光光阑阑不不与与物物面面（或或像像面面）重重合合，故故伽伽利利略略望望远远系系统统对对大大视视场场一一般般存在存在渐晕渐晕，如图，如图7-20。物物镜镜框框是是视视场场光光阑，又是入射窗阑，又是入射窗人人眼眼瞳瞳孔孔是是孔孔径径光光阑阑，也是，也是出瞳出瞳机机械械筒筒长长L=fo+fe 50%渐晕渐晕视场角为视场角为由式（由式（7-37）式式(7-48)入瞳直径入瞳直径式式(7-49)越大，视场越小，故其越大，视场越小，故其不大不大。一般仅用于在剧场观剧。一般仅用于在剧场观剧。2、伽利略望远镜式(7-47)伽利略望远镜的眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第五节第五节 目镜目镜 目目镜镜的的作作用用类类似似于于放放大大镜镜，把把物物镜镜所所成成的的像像放放大大在在人人眼眼的的远远点点或或明视距离明视距离供人眼观察。供人眼观察。目镜的目镜的视场视场取决于取决于望远镜望远镜的视觉放大率和物方视场角的视觉放大率和物方视场角2，即，即式式(7-50)一一般般目目镜镜的的视视场场角角为为40 50，广广角角目目镜镜可可达达60 80，双双目目仪器的目镜视场不超过仪器的目镜视场不超过75。主主要要光光学学参参数数fe、视视场场角角2、相相对对镜镜目目距距P/fe、工工作作距距离离lF 1、目镜的视场角、目镜的视场角 2、镜目距与相对镜目距、镜目距与相对镜目距 镜目距镜目距P目镜后表面顶点到出瞳的距离；目镜后表面顶点到出瞳的距离；相对镜目距相对镜目距P/fe 目目镜镜的的孔孔径径光光阑阑与与物物镜镜的的孔孔径径光光阑阑重重合合，其其出出瞳瞳位位于于目目镜镜后后焦焦平平面面附附近近。出出瞳瞳直直径径一一般般24mm。测测量量仪仪器器的的出出瞳瞳直直径径可可小小于于2mm，以以提提高高测测量量精精度度。军军用用仪仪器器出出瞳瞳直直径径较较大大，例例如如坦坦克克瞄准镜的出瞳直径为瞄准镜的出瞳直径为8mm,这是为了适应极其困难的观察条件。这是为了适应极其困难的观察条件。第五节 目镜 目镜的作用类似于放大镜，把物镜所成的像眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 根据牛顿公式，容易计算根据牛顿公式，容易计算镜目距镜目距P：式式(7-51)当当较较大大时时，镜镜目目距距P近近似似等等于于目目镜镜的的后后截截距距。对对于于一一定定型型式的目镜，相对镜目距近似为一个常数。镜目距最短式的目镜，相对镜目距近似为一个常数。镜目距最短6mm。相对镜目距：相对镜目距：3、工作距、工作距lF 工作距工作距lF目镜第一面的顶点目镜第一面的顶点到其到其物方焦平面物方焦平面的距离；的距离；目镜的视场光阑与物镜的视场光阑重合目镜的视场光阑与物镜的视场光阑重合,位于目镜前焦平面位于目镜前焦平面.该该式式的的导导出出依依据据：目目镜镜的的孔孔径径光光阑阑与与物物镜镜的的孔孔径径光光阑阑（即即物物镜镜框框）重重合合，x=-fo，x=P-lF，xx=fefe式式(7-52)为为适适应应近近视视与与远远视视眼眼的的需需要要，视视度度应应可可调调节节，故故工工作作距距离离要大于视度调节深度，视度调节范围一般在要大于视度调节深度，视度调节范围一般在5D(土土5屈光度屈光度)。目镜相对目镜相对视场光阑视场光阑(分划板分划板)的移动量的移动量x等于等于 式式(7-53)根据牛顿公式，容易计算镜目距P：式(7-51)眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 4、几种典型的目镜、几种典型的目镜 （1）惠更斯目镜）惠更斯目镜 如如图图7-21。惠惠更更斯斯目目镜镜由由靠靠近近物物镜镜的的场场镜镜和和靠靠近近眼眼睛睛的的接接目目镜镜组组成成，场场镜镜所所成成的的像像平平面面即即为为接接目目镜镜的的物物平平面面。而而场场镜镜和和接接目目镜镜的的像像差差是是互互相相补补偿偿的的，因因此此当当观观察察到到的的物物体体是是清清晰晰的的时时候候，视视场场光光阑阑是是不不清清楚楚的的，故故在在惠惠更更斯斯目目镜镜中中，不不宜宜放放分分划划板板，测测试试仪仪器器也也不不能能选选用用这这种种结结构构。惠惠更更斯斯目目镜镜的的视视场场角角2=40 5050，相对镜目距约，相对镜目距约P/fe1/3，焦距，焦距15mm。图图7-21 惠更斯目镜惠更斯目镜 4、几种典型的目镜 （1）惠更斯目镜 如眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 （2）冉斯登目镜）冉斯登目镜 如如图图7-22。冉冉斯斯登登目目镜镜，其其场场镜镜向向接接目目镜镜移移近近，使使物物镜镜的的像像平平面面移移出出目目镜镜，可可以以设设置置分分划划板板。冉冉斯斯登登目目镜镜的的视视场场角角 2=30 4040，相对镜目距约，相对镜目距约P/fe1/3。图图7-22 冉斯登目镜冉斯登目镜 （2）冉斯登目镜 如图7-22。冉斯登目镜，其眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 （3）凯涅尔目镜）凯涅尔目镜 如如图图7-23。凯凯涅涅尔尔目目镜镜由由场场镜镜和和双双胶胶合合接接目目镜镜组组成成，像像质质优优于于冉冉斯斯登登目目镜镜。2=45 5050，P/f1/2，截截 距距 lF和和 lF近近 似似 为为lF0.3f，lF0.4f，因因此此，出出瞳瞳靠靠近近目目镜。目镜总长度约镜。目镜总长度约1.25f。图图7-23 凯涅尔目镜凯涅尔目镜 （4）无畸变目镜）无畸变目镜 如如图图7-24。无无畸畸变变目目镜镜并并非非完完全全校校正正了了畸畸变变，只只是是畸畸变变小小些些，适适用用于于测测量量仪仪器器。光光学学特特性性为为2=48，P/f0.8，在在40视场时的的相相对畸畸变为3%4%。图图7-24 无畸变目镜无畸变目镜 （5）长出瞳距目镜）长出瞳距目镜 如如图图7-25。长长出出瞳瞳距距目目镜镜可可满满足足军军用用仪仪器器对对出出瞳瞳距距的的要要求求，例例如如2225mm。其其视视场场为为2=50，截距，截距lF0.3f，lFf。图图7-25 长出瞳距目镜长出瞳距目镜 此此外外，还还有有对对称称目目镜镜、广广角角目目镜镜、超超广广角目镜角目镜等。等。（3）凯涅尔目镜 如图7-23。凯涅尔目镜由场眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第六节第六节 摄影系统摄影系统 视场大小由物镜的焦距和接收器的尺寸决定视场大小由物镜的焦距和接收器的尺寸决定式式(7-54)主主要要参参数数：焦焦距距f、相相对对孔孔径径D/f、视视场场角角2。焦焦距距决决定定成成像像的大小，相对孔径决定像面照度，视场决定成像的范围。的大小，相对孔径决定像面照度，视场决定成像的范围。一、摄影物镜的光学特性一、摄影物镜的光学特性摄摄影影系系统统=摄摄影影物物镜镜+感感光光元元（胶胶片片、电电子子光光学学变变像像管管或或电电视视摄摄像管等接收器件），如照相机、电视摄像机、像管等接收器件），如照相机、电视摄像机、CCD摄像机。摄像机。（一）视场（一）视场 拍摄拍摄远处远处物体时，像的大小为物体时，像的大小为式式(7-55)拍摄拍摄近处近处物体时，像的大小取决于垂轴放大率物体时，像的大小取决于垂轴放大率 感感光光元元件件框框是是视视场场光光阑阑和和出出射射窗窗，决决定定像像空空间间的的成成像像范范围围，即即像的最大尺寸，表像的最大尺寸，表7-2列出几种常用摄影底片的规格。列出几种常用摄影底片的规格。第六节 摄影系统 视场大小由物镜的焦距和接收器的眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 接接收收器器尺尺寸寸一一定定时时，焦焦距距越越短短，视视场场角角越越大大；焦焦距距越越长长，视视场场角角越越小小；相相应应的的物物镜镜分分别别称称为为广广角角物物镜镜和和远远摄摄物物镜镜。普普通通照照相机标准镜头的焦距为相机标准镜头的焦距为50mm。式式(7-56)当拍摄当拍摄远处远处物体时，物方最大视场角为物体时，物方最大视场角为底片的对角线长度底片的对角线长度 接收器尺寸一定时，焦距越短，视场角越大；焦距越长，视眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 摄影系统的分辨率取决于摄影系统的分辨率取决于物镜物镜的分辨率和的分辨率和接收器接收器的分辨率的分辨率式式(7-57)按瑞利准则，物镜的理论分辨率为按瑞利准则，物镜的理论分辨率为 （二）分辨率（二）分辨率 分辨率以像平面上每毫米内能分辨开的线对数表示。分辨率以像平面上每毫米内能分辨开的线对数表示。设设物物镜镜的的分分辨辨率率为为NL，接接收收器器的的分分辨辨率率为为Nr，按按经经验验公公式式，对系统的分辨率对系统的分辨率N有有式式(7-58)光圈数光圈数=555nm 由由于于摄摄影影物物镜镜有有较较大大的的像像差差，且且存存在在衍衍射射效效应应，故故实实际际分分辨辨率率低低于于理理论论分分辨辨率率。此此外外分分辨辨率率还还与与被被摄摄目目标标的的对对比比度度有有关关，同同一一物物镜镜对对不不同同对对比比度度目目标标的的分分辨辨率率不不同同(用用分分辨辨率率板板进进行行测测试试)。评评价摄影物镜像质的科学方法是利用光学传递函数（价摄影物镜像质的科学方法是利用光学传递函数（OTF）。）。摄影系统的分辨率取决于物镜的分辨率和接收器的分辨眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 像像面面照照度度主主要要取取决决于于相相对对口口径径，按按光光度度学学理理论论（第第五五章章），像像面照度面照度E(n=n=1)为为式式(7-59)（三）像面照度（三）像面照度式式(7-60)光瞳垂轴放大率光瞳垂轴放大率物体在无限远，物体在无限远，=0 对对大大视视场场物物镜镜,视视场场边边缘缘照照度度比比视视场场中中心心小小得得多多，按按式式(5-32)得得物像垂轴放大率物像垂轴放大率系统透射比系统透射比物体亮度物体亮度式式(7-61)像方视场角像方视场角 大大视视场场物物镜镜视视场场边边缘缘照照度度急急剧剧下下降降。感感光光底底片片上上的的照照度度分分布布极极不不均均匀匀，导导致致在在同同一一次次曝曝光光中中，很很难难得得到到理理想想的的照照片片，或或中中心心曝曝光过度，或边缘曝光不足。光过度，或边缘曝光不足。D/f 像面照度主要取决于相对口径，按光度学理论（第五章），眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 为为改改变变像像面面照照度度，一一般般照照相相物物镜镜都都利利用用可可变变光光阑阑来来控控制制孔孔径径光光阑阑的的大大小小。根根据据天天气气情情况况按按镜镜头头上上的的刻刻度度值值选选择择使使用用。分分度度方方法法一一般般是是按按每每一一刻刻度度值值对对应应的的像像平平面面照照度度依依次次减减半半。由由于于像像平平面面的的照照度度与与相相对对孔孔径径平平方方成成正正比比，所所以以相相对对孔孔径径按按1/20.5等等比比级级数数变变化化，光光圈圈数数F按按公公比比为为20.5的的等等比比级级数数变变化化。国国家家标标准准是是按按表表7-3来来分分档的。曝光时间档按公比为档的。曝光时间档按公比为2的等比级数变。的等比级数变。为改变像面照度，一般照相物镜都利用可变光阑来控制孔径眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 照照相相制制板板、放放映映和和投投影影物物镜镜等等只只需需对对一一对对共共轭轭面面成成像像。电电视视、电电影影系系统统、照照相相系系统统则则要要求求光光学学系系统统对对整整个个或或部部分分物物空空间同时成像于一个像平面上。间同时成像于一个像平面上。二、摄影物镜的景深二、摄影物镜的景深 用眼睛在用眼睛在明视距离明视距离来观察所拍摄的照片，来观察所拍摄的照片，z对人眼的张角为对人眼的张角为明视距离明视距离对准平面的垂轴放大率对准平面的垂轴放大率 设设接接收收器器像像平平面面允允许许的的弥弥散散斑斑直直径径为为z，则则对对准准平平面面上上对对应应的的弥散斑直径弥散斑直径z为为近景深度近景深度2（7-62）应用景深公式（应用景深公式（4-5a）和（）和（4-5b）可得）可得远景深度远景深度1入瞳直径入瞳直径对准平面到仪器的距离对准平面到仪器的距离摄影系统放大率摄影系统放大率 照相制板、放映和投影物镜等只需对一对共轭面成像。眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 当当在在明明视视距距离离观观察察照照片片时时，焦焦距距越越长长，入入瞳瞳直直径径越越大大，景景深深越越小小；拍拍摄摄距距离离越越大大，景景深深越越大大。因因此此，在在使使用用照照相相机机拍拍摄摄时时，选选用光圈数（用光圈数（F数）越大，则景深越大。数）越大，则景深越大。近景深度近景深度2因因fP xP-f P，=-f/x f/P远景深度远景深度1（7-63）当在明视距离观察照片时，焦距越长，入瞳直径越大，景深眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 摄摄影影物物镜镜属属大大视视场场、大大相相对对孔孔径径的的光光学学系系统统，为为获获得得较较好好的的成成像像质质量量，既既要要校校正正轴轴上上点点像像差差，又又要要校校正正轴轴外外点点像像差差。根根据据不不同同的的使使用用要要求求，其其光光学学参参数数和和像像差差校校正正也也不不尽尽相相同同。因因此此，摄摄影影物物镜有多种结构型式。镜有多种结构型式。三、摄影物镜的类型三、摄影物镜的类型 主要分主要分普通普通、大孔径大孔径、广角广角、远摄远摄和和变焦变焦等类型摄影物镜。等类型摄影物镜。1、普通摄影物镜、普通摄影物镜 普普通通摄摄影影物物镜镜应应用用广广泛泛。光光学学参参数数：焦焦距距20500mm，相相对对孔孔径径D/f=1:91:2.8，视视场场角角可可达达64。图图7-26所所示示为为最最流流行行的的天天塞塞(Tessar)物镜结构型式，其相对孔径物镜结构型式，其相对孔径1:3.51:2.8，2=55。图图7-26 天塞物镜天塞物镜 摄影物镜属大视场、大相对孔径的光学系统，为获得较好的眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 2、大相对孔径摄影物镜、大相对孔径摄影物镜 图图7-27为为双双高高斯斯(Gauss)物物镜镜的的结结构构形形式式，其光学参数其光学参数f=50mm，D/f=l:2，2=40 60。图图7-27 双高斯物镜双高斯物镜 3、广角摄影物镜、广角摄影物镜 广广角角摄摄影影物物镜镜多多为为短短焦焦距距物物镜镜，以以便便获获得得更更大大的的视视场场。其其结结构构型型式式一一般般采采用用反反远远距距型型。广广角角物物镜镜中中最最著著名名的的应应属属鲁鲁沙沙尔尔-32型型，其其焦焦 距距 f=70.4mm，相相 对对 孔孔 径径 D/f=1:6.8，2=122，如图，如图7-28。图图7-28 广角物镜广角物镜 4、远摄物镜、远摄物镜 远远摄摄物物镜镜一一般般在在高高空空摄摄影影中中使使用用，为为获获得得较较大大像像面面。焦焦距距可可达达3m以以上上。但但机机械械筒筒长长L小小于于焦焦距距，远远摄摄比比L/f投影成像系统的拉赫不变量投影成像系统的拉赫不变量J2 （2）保证两个系统的光瞳衔接和成像关系保证两个系统的光瞳衔接和成像关系 几种照明系统型式几种照明系统型式 照度与光源发光强度、光源尺寸、聚光系统光学特性有眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 图图7-32为为双双透透镜镜聚聚光光镜镜。图图a由由两两个个相相同同的的平平凸凸透透镜镜组组成成。孔孔径径角角2u0=50 60，垂垂直直放放大大倍倍率率=-1=-1-3-3；图图b由由一一个个弯弯月月型型透透镜镜和和一一个个正正透透镜镜组组成成，与与图图a相相比比有有较较小小的的球球差差，且且第第一一块透镜是齐明透镜。块透镜是齐明透镜。2u0=50 6060，=-1-3。图图7-32 照明聚光镜照明聚光镜 图图7-33为为大大孔孔径径聚聚光光镜镜。由由三三片片或或四四片片透透镜镜组组成成。2u0=90，=-1.5=-1.5-5-5；若若采采用用非非球球面面，孔孔径径角角可可增增加到加到110。图图7-34为为折折反反式式聚聚光光镜镜。2u0=135，=-5=-5-8-8；若若其其中中采采用用抛抛物物面面或或非非球球面面的的透透镜镜，既既可可改改善善照照明明系系统统的像质，也可增大通光孔径。的像质，也可增大通光孔径。图图7-33 大孔径聚光镜大孔径聚光镜图图7-34 折反式聚光镜折反式聚光镜 图7-32为双透镜聚光镜。图a由两个相同的平凸透镜组眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第八节第八节 现代光学系统现代光学系统 激激光光光光学学系系统统、傅傅里里叶叶(Fourier)光光学学系系统统、扫扫描描光光学学系系统统和和光光纤纤光光学学系系统统等等。这这些些系系统统中中的的光光束束传传输输特特性性和和成成像像机机理理，与与经经典的光学系统相比，有不同程度的差异。典的光学系统相比，有不同程度的差异。一、激光光学系统一、激光光学系统 1960年代问世年代问世 应应用用：激激光光加加工工、精精密密测测望望与与定定位位、光光学学信信息息处处理理和和全全息息术、模式识别和光计算、光通信等。术、模式识别和光计算、光通信等。研研究究激激光光束束在在各各种种不不同同介介质质中中的的传传输输形形式式和和传传输输规规律律是是激激光技术应用的一个重要问题。光技术应用的一个重要问题。1、高斯光束的特性、高斯光束的特性 普通光学系统普通光学系统假定点光源发出球面波假定点光源发出球面波波面上各点振幅相同波面上各点振幅相同 激激光光光光源源光光束束截截面面内内光光强强分分布布不不均均匀匀光光束束波波面面上上各各点点振振幅幅不相等。不相等。第八节 现代光学系统 激光光学系统、傅里叶(Four眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 激激光光光光束束波波面面上上各各点点的的振振幅幅不不相相等等，其其振振幅幅A与与光光束束截截面面半半径径r的函数关系为：的函数关系为：高斯光束高斯光束：因振幅：因振幅A呈高斯呈高斯(Gauss)型函数分布，如图型函数分布，如图7-35。（7-74）光光束束截截面面中中心的振幅心的振幅光束截光束截面半径面半径与与光光束束截截面面半半径有关的参数径有关的参数 高高斯斯光光束束的的光光斑斑延延伸伸到到无无限限远远，其其光光束束截截面面的的中中心心处处振振幅幅最最大大，随随着着r的的增增大大，振振幅幅越越来来越越小小。常常以以r=时时的的光光束束截截面面半半径径作作为为激激光光束束的的名名义义截截面半径，并以面半径，并以表示，即当表示，即当r=时，时，图图7-35 高斯光束截面高斯光束截面（7-75）激光光束波面上各点的振幅不相等，其振幅A与光束截面半眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 2、高斯光束的传播、高斯光束的传播 由由激激光光谐谐振振腔腔衍衍射射理理论论可可知知，在在均均匀匀的的透透明明介介质质中中，高高斯斯光光束束沿沿z轴方向传播的光场分布为轴方向传播的光场分布为（7-76）（7-77）c为常数因子；为常数因子；r2=x2+y2；k=2/为波数；波数；(z)、R(z)、(z)分分别为高斯光束的高斯光束的截面半径截面半径、波面曲率半径波面曲率半径和和位相因子位相因子。（1）高斯光束的截面半径）高斯光束的截面半径(z)传播距离传播距离z波长波长束束腰腰半半径径0=(0)图图7-36 高斯光束传播高斯光束传播 2、高斯光束的传播 由激光谐振腔衍射理论可知，眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观（7-78）（2）高斯光束的波面曲率半径）高斯光束的波面曲率半径R(z)由由式式(7-77)可可知知，高高斯斯光光束束的的截截面面半半径径轨轨迹迹为为一一对对双双曲曲线线，因因此此，不不能能用用处处理理同同心心球球面面光光束束发发散散角角的的方方法法来来处处理理高高斯斯光光束束的的发发散散角角，而而要要用用双双曲曲线线的的渐渐近近线线来来表表示示高高斯斯光光束的远场发散程度束的远场发散程度，如图，如图7-37。图图7-36 高斯光束传播高斯光束传播z=0时时，R(0)=，束束腰处为平面波腰处为平面波 （3）高斯光束的位相因子）高斯光束的位相因子(z)（7-79）图图7-37 高斯光束的发散角高斯光束的发散角（7-78）（2）高斯光束的波面曲率半径R(z)眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第七章典型光学系统ppt课件眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观第七章典型光学系统ppt课件眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 3、高斯光束的透镜变换、高斯光束的透镜变换 假假定定光光轴轴上上一一点点O发发出出的的发发散散球球面面波波经经正正透透镜镜L后后，变变成成会会聚聚球球面面波波交交光光轴轴于于点点O，如如图图7-38。由由图图中中可可看看出出发发散散球球面面波波到到达达透透镜镜L的的曲曲率率半半径径为为R1，会会聚聚球球面面波波离离开开透透镜镜L到到达达O点点的的曲曲率率半径为半径为R2，由成像关系得，由成像关系得 在在理理想想光光学学系系统统中中，近近轴轴光光学学系系统的物像公式为：统的物像公式为：（7-80）（7-81）说说明明曲曲率率半半径径为为R1的的球球面面波波经经焦焦距距为为f的的正正透透镜镜变变换换后后，变变成成曲率半径为曲率半径为R2的另一个球面波，且的另一个球面波，且R1和和R2之间满足物像关系。之间满足物像关系。图图7-38 球面波经透镜变换球面波经透镜变换 3、高斯光束的透镜变换 假定光轴上一点O发出的眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 对对于于高高斯斯光光束束，在在近近轴轴区区域域其其波波面面也也可可看看作作球球面面波波，如如图图7-39。当当传传播播到到透透镜镜L之之前前时时，其其波波面面的的曲曲率率中中心心为为C点点，曲曲率率半半径径为为R1；通通过过透透镜镜L后后，其其出出射射波波面面曲曲率率中中心心为为C点点，曲曲率率半半径径为为R2。曲率中心曲率中心C和和C是一对共轭点，满足近轴光成像关系，即是一对共轭点，满足近轴光成像关系，即（7-82）图图7-39 高斯光束经透镜变换高斯光束经透镜变换 当当透透镜镜为为薄薄透透镜镜，高高斯斯光光束束在在透镜透镜L前后的通光口径应相等，即前后的通光口径应相等，即（7-83）L前的光束截面半径前的光束截面半径 注注意意：R1和和R2并并非非透透镜镜L的的前前后后方方高高斯斯光光束束的的束束腰腰到到透透镜镜L的的距距离离，所所以以R1z1(z)，R2z2(z)。这这是是因因为为高高斯斯光光束束虽虽可可近近似似地地认认为为是是球球面面波波，但但不不同同位位置置处处的的球球面面波波曲曲率率半半径径不不尽尽相相同同，其其球球心心也也不不可可能能与与束束腰腰重重合合，只只有有当当高高斯斯光光束束的的传传播播距距离离较较远远，光光束束波波面面距距束束腰腰距距离离较较大大时时，波波面面曲曲率率中中心心才才可可视视为为与与束束腰腰重重合合，此时才有此时才有R1=z1(z)，R2=z2(z)。对于高斯光束，在近轴区域其波面也可看作球面波，如图7眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 4、高斯光束的聚焦和准直、高斯光束的聚焦和准直 激激光光束束打打孔孔、焊焊接接、光光盘盘数数据据读读写写和和图图像像传传真真等等应应用用需需要要把把激激光束聚焦成微小的光点。光束聚焦成微小的光点。（7-84）根根据据近近似似理理论论分分析析，当当入入射射高高斯斯光光束束的的束束腰腰与与透透镜镜相相距距很很远远时时，经经聚聚焦焦透透镜镜后后出出射射光光束束的的束束腰腰半半径径00，即即光光束束可可获获得得高高质质量量的的聚聚焦焦光光点点，且且此此聚聚焦焦点点位位于于聚聚焦焦透透镜镜的的像像方方焦焦面面上上。上上述述聚聚焦焦光光点点的的大大小小是是近近似似求求得得的的，实实际际上上的的聚聚焦焦光光点点大大小小不不可可能能为为零零，其大小为其大小为 （1）高斯光束的聚焦）高斯光束的聚焦 当当 zf 说明说明z越大，越大，f越小，聚焦光点的尺寸会越小。越小，聚焦光点的尺寸会越小。4、高斯光束的聚焦和准直 激光束打孔、焊接、光眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 高高斯斯光光束束具具有有一一定定的的光光束束发发散散角角，而而对对激激光光测测距距和和激激光光雷雷达达系系统，光束的发散角越小越好。统，光束的发散角越小越好。（7-85）（2）高斯光束的准直）高斯光束的准直 令令双双曲曲线线的的渐渐近近线线与与光光束束对对称称轴轴的的夹角为夹角为，则有，则有图图7-37 高斯光束的发散角高斯光束的发散角 将将 对对z微分，并令微分，并令z（7-86）当当很小很小（7-87）经透镜变换后，发散角为经透镜变换后，发散角为（7-88）高斯光束具有一定的光束发散角，而对激光测距和激光雷达眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 当当z=-f时时，即即入入射射激激光光束束的的束束腰腰位位于于聚聚焦焦透透镜镜前前方方焦焦点点处处，根根据相关理论分析可得：据相关理论分析可得：（7-89）上上式式说说明明要要想想获获得得较较小小的的，必必须须减减小小0和和增增大大透透镜镜的的焦焦距距f。为为此此，激激光光准准直直系系统统多多采采用用二二次次透透镜镜变变换换形形式式，第第一一次次利利用用短短焦焦距距的的透透镜镜来来压压缩缩高高斯斯光光束束的的束束腰腰半半径径0。第第二二次次利利用用较较长长焦焦距距的的透透镜镜来来增增加加f值值，以以此此达达到到减减小小高高斯斯光光束束的的发发散