平面镜组合成像实验的探讨

基于反射原理,研究由三块三平面镜组合的直角三面镜的成像特点和规律。通过作图,讨论和研究直角三面镜的成像作图规律。该讨论和研究对理解多平面镜组合成像规律及应用有一定指导意义,丰富了教学和实践活动。     

凹透镜作图成像研究

凹透镜是薄透镜的一种,它的成像有一定的规律和特点.而作图法是最简便的理论方法,本文总结了凹透镜作图求像的各种方法,其中包括凹透镜三条特殊光线作图法、副光轴作图法等.     

透镜成像规律的新教法

关于透镜成像规律,在初中物理课程中就通过作图法作了简单介绍,在中专和高中物理课程中又作了类似的讲述.其共同的特点都是以一块完整的凸透镜为例.总结出了凸透镜成像作图时,常用的三条光线.所以,学生自然也就认为:只有一块完整的透镜才能按上述规律成像,可见他们对透镜的成像规律还没有完全掌握. 针对这种现象,我在中专物理课程中讲述这部分内容时,首先向学生提出了这样一个问题:半块和小于半块的凸透镜将如何成像?听     

互成角度的两平面镜间物体成像规律解析

1平面镜的成像规律 物体在平面镜中成像的必要条件是：物体在平面镜的前面;要使物体在第一个平面镜中的像在第二个平面镜中继续成像,第一个物体的像必须在第二个平面镜的前面……;     

基于转镜跟踪目标的分析与计算

基于高速CCD相机主光轴的转镜弹道同步跟踪系统,研究了高速飞行弹丸飞行姿态和飞行速度的问题,利用转镜的反射原理和转镜运动规律,建立了转镜随弹丸运动的时空关系模型和转镜运动参数的数学模型,并推导转镜运动参数与弹丸飞行速度和弹道距转镜中心垂直高度之间的数学关系;在理论分析的基础上,用MATLAB分析了转镜视场内的弹道宽度随时间变化的规律以及转镜转角和角加速度随时间变化的规律,得到在某一时刻转镜视场的大小以及转镜参数的变化曲线;给出了转镜尺寸、扫描速率曲线和最大离散速度等主要参数的计算方法,分析了它们对整个跟踪系统的影响。针对系统设置参数为h=150 m, v=300 m/s时进行仿真,仿真结果表明本系统可实现对高速弹丸的同步跟踪。     

长焦距面视场同轴三反望远物镜设计

随着Skysat-1卫星的成功发射,高分辨率视频相机是目前竞相开发的卫星有效载荷。为降低成本、适应小卫星平台,亟需设计与研制体积小、重量轻、易实现、能对面视场成像的长焦距光学系统。研究与设计了适于面视场成像的全视场同轴三反望远物镜,解决其固有的二次遮拦和像面引出困难等问题。由近轴几何光学理论,导出消除二次遮拦的条件和系统总长与三镜中继成像倍率的关系,讨论并得到合理的三镜中继成像倍率等参数。利用出瞳附近处的平面镜,无遮拦地引出像平面,同时用平面镜组折叠光路,减小系统总长。给出了确定初始结构参数的方法与结果,优化设计得到了有效焦距、视场角、F数分别为10m、1.1°×1°、14.3的无二次遮拦光学系统,其总长约为有效焦距的1/8,成像质量接近衍射极限。     

两个平面镜成像的规律

对两个有一定夹角的平面镜成像问题的研究,是单个平面镜成像知识的扩展和延伸,两个平面镜成像的现象存在于我们生活中,只要我们稍加留意就不难发现它.因此,研究这一现象,发现它的规律也具有实际意义.先对成像过程及相关名称作简单介绍.如图1所示,设M,N两平面镜镜面夹角为θ(0<θ<180°),两镜面被纸面所截,且均垂直于纸面.AA′和BB′是两镜及其延展面跟纸面的交线,O点是这两直线的交点(也是三面交点).今在两镜面间的纸面上任一位置放一个小物体S(可视为一个点),线段SO跟M镜面的夹角∠SOA=α,跟N镜     

表面等离子体平面金属透镜及其应用

由于衍射极限的存在,传统光学透镜成像分辨率理论上只能达到入射光波长的一半。通过恢复和增强携带物体细部特征信息的高频倏逝波,基于表面等离子体的平面金属透镜有望突破这种光学衍射极限,实现超分辨成像。本文对平面薄膜式与纳米结构式两类平面金属透镜进行了综述,详细介绍了若干典型平面金属透镜的结构设计、工作机理及其聚焦性能,并对其特点与存在的问题进行了分析与讨论。由于光波在金属中传播时存在一定损耗,如何更高效地增强高频倏逝波信号并转换成传播波,使其参与成像,以更好地实现远场超分辨成像,以及如何进一步增大近场超高分辨率聚焦光斑焦深以及减小远场聚焦光斑尺寸,是表面等离子体平面金属透镜进一步研究的重点。     

光的反射和折射

按以往的情况,十年级的学生在开始学习光学时,已经具备关于光的反射和折射定律的知识,这些知识是他们在七年级学到的。这就减轻了十年级的光学的教学。从1953-54学年起,七年级不学习光学了,因此本学年的十年级学生并没有预先掌握几何光学的基本原理。而另一方面,教学大纲规定的学习光学的总时数仍然跟以前一样。这就加重了教师的任务,使他在本学年讲授几何光学时要特别注意备课。本课题的许多地方常易使学生在学习上产生某些形式主义的倾向。学生们常常形式地掌握面镜成像和透镜成像的作图法,甚至在以后学习光学仪器的成像作图法时也是形式地掌握。代替自觉地掌握面镜和透镜中成像的作图方法,学生们企图记住各种图样和插图,因而     

三维空间凸透镜成像坐标定位法

通过深入探究空间点和线段的凸透镜成像规律, 概括总结创建出一新的成像方法“ 凸透镜成像坐标定 位法” . 突破解决了传统几何光学“ 透镜成像作图法”所无法解决的一些难题, 可精确定位每一像点在坐标系中的位 置以及物体凸透镜成像的形状, 画出三维空间物体跨越焦平面时的立体发散图像. 举例阐明了“ 凸透镜成像坐标定 位法”的作图要点及注意事项     

用于相位突变界面的广义的反射定律和折射定律

考虑到位于两物质界面上的Metasurface对光线传播行为的影响, 从费马原理和边界条件连续两种角度出发, 推导了可用于相位突变界面的广义反射与折射定律. 该定律在界面对光波的相位改变量为零的情况下, 回归为通常的反射定律和折射定律. 利用广义的折射定律和反射定律讨论了介质折射率、界面上的相位梯度等因素对光传播行为的影响, 发现利用广义的折射定律和反射定律很容易实现反常反射和反常折射行为, 并给出了出现反常反射和反常折射的条件, 以此为基础可以实现对光波的随意控制. 依据广义的折射定律和反射定律分析了一维相位掩模板对光场传播行为的影响. 关键词： 超材料 相位突变界面 反射定律 折射定律     

基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用

在结构光三维扫描测量中,强反射表面因编码结构光照射后易产生局部镜面反射的特性,引起相机曝光饱和,淹没了所要检测的表面几何特征信息.为解决强反射表面的视觉成像难题,基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,本文提出一种基于DMD的自适应高动态范围成像方法.设计与搭建了一套新型可编程的计算成像系统,建立其光学系统模型,并实现了DMD微镜与CMOS像素的匹配与映射;分析了基于逐像素编码曝光的高动态范围成像原理,并设计了基于DMD的光强编码控制算法,实现对入射光线强度的自适应精确调制,从而使进入成像系统中的入射光强始终处于相机的合适曝光强度内.实验表明:该方法突破了普通数字相机的动态范围限制,能够精确地控制被测强反射表面各个区域的入射光线强弱,并实现了对强反射表面的局部过曝光区域的清晰成像.该研究成果将为从根源上解决强反射表面因局部过曝光造成的三维点云缺失问题提供重要的解决方案.     

荧光基半色调彩色图像的Clapper-Yule光学反射率

在假定成像基的吸收光谱与其荧光发射光谱不重合的近似下,采用考虑图像基多重内反射效应的半色调图像反射率预测Clapper-Yule方法研究了荧光基半色调图像的光强反射规律,得出彩色半色调图像反射率新模型.同时考虑了构成半色调图像网点的物理扩大对反射率的影响.     

利用对称性原理推导几何光学三定律

从对称性的角度,分析了光波在无限大均匀介质中、两种媒质的分界面上传播必须遵从的时间和空间平移不变性,推导出光的直线传播、反射以及折射定律,揭示了支配几何光学三定律的更为深刻而底层的对称性原因,这种视角对于光学部分的教学将产生深刻的影响.     

Addressing some issues of Ray Optics on the basis of the newly discovered generalized vectorial laws of reflection and refraction

This paper addresses a few issues concerning Ray Optics on the basis of the newly discovered generalized vectorial laws of reflection and refraction. Along with confirming the validity of the principle of reversibility of light, the present study confirms the existing relationship between object distance and image distance in case of reflection by a plane mirror. General novel relations between real distance and apparent distance in case of image formation due to refraction also resulted from the present study. Finally novel treatment has been offered to deal with the problem of refraction through a parallel-sided slab of a refracting material on the basis of the aforesaid generalized vectorial law of refraction.     

三棱镜实验中入射点问题的讨论

利用几何光学原理和计算机进行模拟，对棱镜出射光线与入射点的关系进行了研究，并由MATLAB得到了入射点与棱镜顶角、材料折射率及棱镜底面边长关系的曲线图。实验结果表明，在测量三棱镜折射率及使用棱镜光谱仪时，对入射光线的入射点是有一定要求的。     

反射光偏振特性分析与物体形状的测量

基于反射光偏振特性,提出了利用图像处理技术测量透明物体三维形状的理论和方法.分析了物体表面反射光的偏振特性,表明自然光在经透明物体表面反射后,反射率随光的振动方向不同而不同,即反射光表现出部分偏振光的特性.研究了强度反射率与入射角以及光强与偏振片方向之间的函数关系,得到了光强大小与入射面方向的关系;根据偏振度概念并结合菲涅耳公式和折射定律,建立了偏振度和入射角之间的表达式,可求得物体表面法线方向,进而得到透明物体的形状.研制了光学实验平台,获得了物体反射光的偏振图像,经过图像处理,获得了被测物体的三维形状.实验结果表明,这种方法对透明物体形状测量是有效和实用的.     

激光雷达偏振成像遥感的望远镜系统偏振分析

激光雷达偏振成像主要是利用不同目标散射光偏振度的差异来实现对目标成像的。由于大部分光学系统都存在消偏振效应,因此系统自身的消偏振问题在成像过程中必须考虑。根据近轴理论和消像差的要求设计出卡塞格伦望远镜的几何结构,应用琼斯理论、光波的相干矩阵和菲涅耳反射理论对空气和卡塞格伦望远镜的交界面进行了消偏振分析,并使用Matlab软件仿真了卡塞格伦望远镜在镀金属反射膜前后,反射光偏振度在望远镜径向直径上各点的变化曲线。根据仿真结果可以看出偏振成像系统中使用的卡塞格伦望远镜在镀铝金属反射膜时其消偏振效应在成像过程中可以忽略。     

Study of reflection of light by a moving mirror

The law of reflection of light by a moving mirror in the case of special Lorentz transformation is well known. We have derived the law of reflection of light by a moving mirror in the case of the most general Lorentz transformation. It has been observed that in the case of special Lorentz transformation, the law of reflection of light by a moving mirror is very simple but in the case of the most general Lorentz transformation, the law of reflection of light by a moving mirror is very complex.      

计算机辅助透镜阵列合成全息术的研究

基于合成全息照相和计算机图形学原理,提出利用计算机制作初级体视图序列的方法,并与线阵透镜相结合,实现了计算机和光学联合制作体视全息图.研究了线阵透镜的成像规律和三维数据的计算机显示原理,获得了计算机制体视图与透镜阵列成像的对应关系,根据该对应关系设计了计算程序,并进行了实验验证.