透镜成像规律的妙用

透镜成像时,从物体上任一点Ｓ发出的光线,经透镜折射后都交于一点,（或反向延长线交于一点）这一点就是Ｓ点的像Ｓ’并且物体和像的连线必通过透镜的光心．此规律在光学解题中有妙用．１作任一入射光线经透镜后的折射光线 例１．画出图１中入射光线ＡＢ经凹透镜折射后的光线． 在入射光线ＡＢ上任选一点Ｃ作为物点,应用三条特殊光线中的任意两条,作出物点Ｃ的像点Ｃ’．虚线连接Ｃ’Ｂ延长后ＢＤ就是所求的光线． 根据光路的可逆性原理,应用此法也可画出任一条折射光线对应的入射光线．２根据物、像位置确定透镜位置和焦点 例２,如图…     

透镜成像与针孔成"像"的比较

像,是指从物体发出的光线经过光学系统后所形成的与原物相似的图景.光学中的成像规律可由光的直线传播及反射、折射定律进行分析,人们熟知的有针孔成像和透镜成像.     

筷子变粗了还是变细了

观察下面两幅照片,我们不难发现图1显示水中的筷子比实际筷子粗了,而图2却显示水中的筷子比实际筷子细了.这是为什么?我们从水面上看水中的物体,看到的是物体的像,而不是实际的物体.这是由于光线从水中射向空气时发生了折射.折射成像为什么不和平面镜一样     

自准直法测凸透镜焦距易发生的错误

自准直法测凸透镜焦距是一种常用的比较简单的实验方法,但往往由于观测的不是凸透镜焦平面上形成的象而造成错误,本文就此问题作如下分析。自准直法测凸透镜焦距原理:如图1,当物体尸处在凸透镜的焦平面上时,由P发出的光线通过透镜L折射后成平行光,如果在透镜后面放一个与透镜光轴垂直的平面反射镜M,此平行光经M反射后再次通过透镜,仍会聚于透镜光轴的对称位置上。也就是说,象相对于物为大小相等的倒立实象,物距、象距均等于该透镜的焦距。     

应正确选取凸透镜成像的作图光线

凸透镜成像常用三条特殊光线作图是：①平行主光轴的光线，经过凸透镜折射后通过焦点；②通过凸透镜焦点的入射光线，经过透镜折射后与主光轴平行；③通过光心的光线方向不改变．     

五像限法太阳自动跟踪仪

介绍由两心圆组成的等面积五像限光测量装置工作原理，即当光线与光电池垂直时其投影光斑经过一透镜后正好安全覆盖五片光电池，当光线与光电池成一夹角时，其投影光斑必然发生偏移，将光主在光电池上的偏移转移成光电流差值的变化，实现装置自动跟踪太阳。     

光学系统对磁动式测氧仪稳定性影响的研究

先后采用平行光法和透镜成像法获得光斑,比较这两种光斑对线阵CCD数据采集稳定性的影响。结果显示采用透镜成像法获得的光斑更窄、亮度更均匀、边界更清晰锐利,线阵CCD数据采集的稳定性更高。提出了普通透光玻璃的拉丝形成抛物柱面透射光栅的模型,解释了光斑出现明暗相间条纹和光斑波形上出现小峰的原因。小峰造成线阵CCD采集数据出现错误,光斑像元值不稳定。采用光学玻璃作为透光玻璃,消除了光斑波形上的衍射小峰,有效地控制了光斑像元值的采集误差,提高了测氧仪的稳定性和测量精度。     

减小球差的环带透镜设计

根据光线经过折射面后像距和折射面参数之间的关系,将折射面划分为若干同心圆环,各圆环之间沿光轴有一定的轴向间隔。一束平行于光轴的光线入射后,经过不同部分光线的像点相互重叠从而使球差减小。根据上述思想用单透镜构造一个透镜称为环带透镜,然后以环数为2的透镜为例用CODE V进行像差分析。和双胶合透镜比较得出:环带透镜的球差、波像差以及轴上点的弥散斑优于胶合透镜,同时光学传递函数指标提高,接近衍射极限。     

一种演示空间相干成象与空间非相干成象的实验

(一)引言激光是一种时间相干性与空间相干性都很好的光.因此,用此种光照射物体可以获得清晰的衍射图样.若在物体后放置一透镜,则在透镜焦面上得到的便是夫琅和费衍射图样即付里叶频谱,如图1所示.每一频谱与物体的某一空间频率相应,即相应于物体的某一信息.这些频谱在像面上重新组合,便复现原物的像.这就是相干成像的机制.但如果照射的光不是相干光,而     

基于锥形透镜的光线入射角度测量系统设计与研究

为测量光线入射角度，设计了一种基于锥形透镜的新型光线入射角度测量系统。利用光阑、锥形透镜和图像接收装置，获取待测光线通过光阑射入锥形透镜后经过多次的折射和反射，在图像接收装置上得到的复杂光斑图像，通过图像处理得到光斑图像特征信息，进而求解光线入射角度。采用锥形透镜的测量方案，角度测量范围可达80°，精度最高可达 (1×10?4)″。该方案结构简单、体积小且不需要进行繁琐的安装调试。与现有的单光点测量等方法相比，该方案中锥形透镜具有角度放大作用，可大幅度提高测量精度且具有大视场；图像传感器像素分辨率对测量结果影响较小，系统光通量大，容易获得较高的信噪比。     

图解法分析自聚焦透镜的物像关系

从自聚焦透镜的成像特性出发,导出了自聚焦透镜与普通透镜相同的高斯物像公式.采用理想光具组图解法分析了自聚焦透镜子午光线的成像.该成像法只需要找出基点、基面的位置,利用两条特殊光线,便可以在确定物体具体位置和高度的情况下通过图解法,得出像的具体位置和大小.对直径为1.82 mm的自聚焦透镜的物像关系进行了实验研究,结果表明图解法能够很好地分析自聚焦透镜成像.     

透镜测焦实验中调节同轴等高的简便方法

在光学实验中,光学元件同轴等高的调节是实验上必不可少的一个重要环节,透镜同轴等高的调节通常应用透镜成像的轭原理进行,即采用“大像追小像”的方法。这种方法操作比较复杂。现介绍一种准确、快速、简便的调节方法,供大家参考。实验光路如图1,物AB经凸透镜前表面折射、后表面反射以及前表而再次折射后,在物屏上成像于A′B′。当透镜翻转180°,后表面面向物AB时。此时沿光具座导轨方向前后平移透镜,同样在     

微透镜变化对半导体激光器光束匀化效果的影响

为了实现高均匀性的半导体激光器泵浦光源,研究了成像型光束积分器中微透镜的变化对泵浦光均匀性的影响。详细讨论了微透镜数值孔径与入射光束的角度匹配的问题。推导了高斯光束经成像型光束积分器的光场分布模型,分析了微透镜的边缘衍射对光斑均匀性的影响,明确了微透镜孔径大小的取值范围,并利用ZEMAX进行了系统仿真及实验验证。结果表明,经优化后的成像型光束积分器实现了不均匀性为8.11%的矩形光斑。     

基于空间光调制器的层析成像技术

以传统的干涉法全息技术为基础,本文提出了一种纯光学的三维显示全息技术。利用空间光调制器实现真实物体的物光波前重现,在不同平面上呈现物体的层析像。首先,利用波前传感器采集真实物体的波前信息。接着,运用单次快速傅立叶变换算法对光路中成像透镜的传递函数进行模拟,制成含有该物光经透镜后的波前信息,分别得到了实验所需的强度和相位灰度图片。然后,通过两台空间光调制器对入射平行光场进行调制,从而实现对物光经透镜后的光场进行波前重现。最后,根据透镜的成像原理,把CCD分别放置在物体前后两个成像面上即可得到层析的成像图。实验中分别在距离空间光调制器后298. 5 mm和337. 6 mm处观察所探测到的物体前后两个成像面的立体层析像。实验结果表明:在模拟透镜的焦距为150 mm、计算衍射距离为150 mm的情况下,前后两个成像面在x、y轴方向上的横向放大率分别为(1. 1,1. 08)和(1. 34,1. 09),与利用透镜成像公式计算得到的横向放大率(1,1. 2)相比,相对误差分别为(10. 6%,8%)和(11. 7%,8%)。角扩散度分别为2. 95°和2. 61°,其相对误差分别为2. 6%和0. 7%,低于5%,基本符合实验原理。实验结果证明了该方法的可行性,为后续开展的三维显示与新的全息技术提供了有效的技术支撑。     

非傍轴近似条件下透镜的出射光场分布

本文先是利用光线追迹给出了不考虑傍轴近似时轴上点物发射的光线在经透镜折射后最终出射之光线的方程.之后由此方程出发,利用几何画板绘制出了上述情形下透镜像方空间中的出射光场分布图,并对之进行了分析.结果表明,当透镜为凸透镜时,像方空间中起初的一段范围内出射光场的能量主要集中在以一条特殊形状的曲线为母线、以光轴为轴线的旋转曲面所围成的区域中,区域内外有清晰的分界.超出此范围之后,该分界不再清晰,并且会随着到透镜距离的增加而越来越模糊.而在垂直于光轴的各横截面内,随着到透镜距离的增加,出射光场分布先后呈现三种不同的特点.当透镜是凹透镜时,像方出射光场中不存在光强显著超过它处的区域,各横截面内的光能都较为分散.     

混合仿生鱼眼-复眼的广角高清成像系统

基于多尺度成像理论,采用混合仿生鱼眼-复眼结构,实现了大视场兼具高分辨率的光学成像系统设计。前级物镜系统为大直径球透镜,收集广角目标光线并成像到与球透镜同心的球面中继像面上;次级目镜系统是关于球透镜中心球对称的小口径透镜组阵列,对中继像进行像差校正并成像到探测器阵列上。对比了物镜采用双层同心球和单个球透镜的成像性能,后者可获得更优的成像性能且避免了双胶合球透镜带来的公差控制及力学与热稳定性问题。整个成像系统的视场大于100°,全视场内角分辨率优于10″,而畸变小于5%;系统具有大景深特点,不需调焦即可同时对300 m到无穷远目标清晰成像,可广泛应用于侦查监控等领域。     

分区域多焦点叠加方形光斑均匀聚光菲涅耳透镜设计

针对传统点聚焦菲涅耳透镜聚光分布均匀性较差以及聚焦光斑形状与太阳能电池片不匹配的缺点,提出了一种分区多焦点叠加方形光斑均匀聚光菲涅耳透镜的设计方法。在传统圆形同心环带点聚集菲涅耳透镜的基础上截取4个缺角等腰直角三角形菲涅耳透镜单元,做无缝拼接形成分区域四焦点叠加的方形光斑均匀聚光菲涅耳透镜,通过这4个区域光的叠加有效改善了聚光的均匀度。基于光线追迹法,采用TracePro光线模拟软件模拟并分析了环距、缺角弦长、腰长等透镜结构参数对聚焦光斑形状、聚光均匀度、辐照度等光学性能参数的影响。结果表明采用该方法设计的透镜聚焦光斑形状为方形,聚光均匀度高达90%以上。     

旋转抛物透镜的ABCD矩阵

通过傍轴近似及相位匹配技术,推导得到了旋转抛物透镜的反射矩阵及其相应的折射矩阵.利用推导出的反射、折射矩阵,得到了入射光束经旋转抛物透镜作矩阵变换后,其光斑及光波波前曲率半径的变换关系式.为设计具有旋转抛物透镜的特殊光学系统提供了便利.     

球面端面的锥形梯度折射率透镜的近轴成像特性

本文根据光线在球面上的折射公式及光线微分方程,研究了光线经两端面为球面的锥形梯度折射率透镜的传播和变换,基于光线传递ABCD矩阵,提出了球面端面的锥形梯度折射率透镜的一种等效光学系统.文中给出了该透镜的主平面、焦平面和焦距计算公式,以及近轴成像高斯公式.当锥度为零时即得到球面端面的柱形或径向梯度折射率透镜的相应结果.     

光谱仪光源双光束准直的自由曲面透镜

为了使光谱仪在分辨率基本不变的同时增宽工作光谱范围,利用非成像原理设计了自由曲面透镜,将光源发出的宽工作谱段的光束准直为两束波长不同、方向不同的平行光,实现探测器上光谱的折叠分布.首先,根据两束入射光线经自由曲面折射前、后的矢量关系,建立自由曲面上点坐标的一阶偏微分方程组;然后,采用Runge-Kutta法对偏微分方程组进行数值差分求解,得到自由曲面离散采样点,进而构建得到自由曲面透镜,将自有曲面透镜导入ZEMAX软件中对光源的双光束准直进行模拟,在Tracepro软件中进行光线追迹分析其照度分布;最后,将自由曲面透镜应用于近红外光谱仪中,将波段为800~2 400 nm的光源准直为两束波长分别为800~1 600 nm和1600~2 400 nm的方向不同的平行光束,经单个光栅色散后由成像透镜组成像在探测器表面,形成两组相互平行且首尾相连的折叠光谱,光谱仪的分辨率优于10 nm.结果表明,采用该自由曲面透镜可以同时实现光谱仪的高分辨率和宽工作光谱范围,且使光谱仪的结构更加紧凑.