第3章 光学仪器基本原理 (6学时).ppt

摄影系统的组成： 摄影系统是由摄影物镜和感光元组成。 感光元包括：感光胶片、CCD传感器、电子光学变像管、电视摄像管等。 常见的摄影系统有：照相机、摄影机、显微照相系统、制版光学系统、航空摄影系统、水下摄影系统、空中侦察系统、测绘光学系统和信息处理系统等。 像面照度: 摄影系统的像面照度取决于相对孔径。 当物体无限远时： 3.6 现代光学系统 激光光束截面内的光强分布是不均匀的，呈高斯分布，其振幅A与光束截面半径的关系为 激光光束又称为高斯光束。 激光光束中，由光束截面半径所确定的光束截面边界的连线不是直线，而是双曲线。截面最小的位置称为激光束束腰，对应半径称为束腰半径。 3.6 现代光学系统 束腰位置光束波面为平面，其他位置均为曲面。 当 波面曲率半径最小 高斯光束在传播过程中，光束波面的曲率半径由无穷大逐渐变小，然后开始变大到无穷大。 3.6 现代光学系统 激光束是一束发散的光束，其远场发散角为 高斯光束的透镜变换 发散球面波 3.6 现代光学系统 高斯光束在近轴区域其波面也可以看作是一个球面波。仍然满足上式。 当透镜为薄透镜时，高斯光束在透镜前后的通光孔径相等。同时半径R与束腰半径不相等。 忽略透镜的光吸收损失，透镜前后截面上的激光束振幅分布相同，均为高斯分布，即高斯光束通过透镜后仍为高斯光束，透镜改变高斯光束的特征参数和位置。 3.6 现代光学系统 在束腰位置远离透镜时，可用近轴光的成像公式来计算高斯光束经透镜变换后的束腰位置。 束腰的横向放大率 3.6 现代光学系统 高斯光束的聚焦和准直： 当入射光束的束腰远离透镜时，出射光束的束腰半径趋于0，此时光束可以获得高质量的聚焦光点，通过计算可得理论上聚焦光点在透镜像方焦点上。实际聚焦光点还与焦距有关，应尽量采用短焦距透镜。 高斯光束经单个透镜变换后，不能获得平面波。要获得较小的光束发散角，要减小ω0和加大焦距。 激光准直系统多采用二次透镜变换形式。第一次短焦距聚焦透镜变换来压缩束腰半径，第二次用较大焦距的透镜来减小光束的发散角。 3.6 现代光学系统 3.6.2 傅里叶变换光学系统 在光学信息处理系统中，傅里叶变换透镜可简单而迅速地完成二维图像的傅里叶变换运算。 3.6 现代光学系统 傅里叶变换物镜应满足以下成像要求，即具有相同衍射角的光线经透镜变换后，应聚焦于焦平面上的一点，而不同衍射角的光线经透镜变换后，应聚焦于焦面上的不同点处，形成各级频谱。 3.6 现代光学系统 傅里叶变换物镜的像差校正 傅里叶变换物镜一般都是成对出现的。 3.6 现代光学系统 傅里叶变换物镜必须满足正弦条件要求。 3.6 现代光学系统 3.6.3 线性成像物镜 透镜 线性成像物镜是激光扫描系统中一种常用的具有特殊要求的透镜系统。 3.6 现代光学系统 要求高的扫描装置通常采用透镜前扫描。 3.6 现代光学系统 线性成像物镜的性质 像面上的理想像高 具有负畸变量的透镜系统 同时，该物镜对单色光成像，还应具有像方远心光路。 扫描系统的F数越小，其物镜分辨率越高，相应设计越复杂，制造成本越高，要根据实际使用要求来选取分辨率。 当扫描长度一定时，焦距与扫描角呈反比关系，在F数一定时应尽可能用大的扫描角、小的焦距。 3.6 现代光学系统 3.6.4 激光光盘光学系统 3.6 现代光学系统 3.6 现代光学系统 3.6 现代光学系统 3.6 现代光学系统 3.6 现代光学系统 光束隔离器：消除光盘反射后返回的光束。光束隔离器PBS为偏振分光棱镜，由一对直角棱镜胶合而成。 准直物镜：把从半导体激光器发射出来的发射光束进行准直与像散校正。 整形光学系统：拦光法、柱面镜法与棱镜法，实际宜采用单棱镜整形。 会聚物镜：将激光光束聚焦成衍射受限的光点后照射到光盘面上，实现信息的读写和擦除。会聚物镜几乎无像差，并有一系列特殊的要求。 光盘系统的光源一般采用半导体激光器。DVD为红光光盘，HD为蓝光光盘。 谢谢！ * * * 3.4 望远镜 3.4 望远镜 3.4 望远镜 3.4.1 望远镜的一般特性 望远镜也由物镜和目镜组成。由于是无焦系统，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔为0。 3.4 望远镜 开普勒望远镜可在实像位置安装一分划板，同时边缘镀成不透明的圆形区域，当做视场光阑。