《幾何光學(xué)成像》課件

幾何光學(xué)成像歡迎來到幾何光學(xué)成像的精彩世界。本課程將帶您深入探索光學(xué)原理，了解透鏡如何塑造我們所見的世界。讓我們一起揭開光學(xué)成像的奧秘！課程目標(biāo)理解基本原理掌握幾何光學(xué)成像的核心概念和理論基礎(chǔ)。應(yīng)用實(shí)踐能力學(xué)習(xí)如何應(yīng)用光學(xué)原理解決實(shí)際問題。拓展視野探索光學(xué)在現(xiàn)代科技中的廣泛應(yīng)用。前言1光的本質(zhì)光是電磁波，具有波動(dòng)性和粒子性。2光的傳播在均勻介質(zhì)中沿直線傳播。3光的行為反射、折射、衍射和干涉是光的基本現(xiàn)象。光學(xué)成像的基本原理成像定義光學(xué)成像是光線通過光學(xué)系統(tǒng)后形成物體的像。成像條件光線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后，在像面上聚焦。球面透鏡成像凸透鏡中間厚，邊緣薄，能使平行光匯聚。凹透鏡中間薄，邊緣厚，能使平行光發(fā)散。焦點(diǎn)平行光經(jīng)透鏡折射后匯聚或發(fā)散的點(diǎn)。球面透鏡的成像公式高斯公式1/u+1/v=1/f，u為物距，v為像距，f為焦距。放大率M=v/u=y'/y，y'為像高，y為物高。球面透鏡的主焦距定義平行光經(jīng)透鏡后與光軸交點(diǎn)到透鏡中心的距離。凸透鏡正焦距，聚焦作用。凹透鏡負(fù)焦距，發(fā)散作用。光路追跡1主光線2平行光線3焦點(diǎn)光線4中心光線光路追跡是預(yù)測光線在光學(xué)系統(tǒng)中傳播路徑的方法。球面透鏡成像的特點(diǎn)1實(shí)像和虛像2正立和倒立3放大和縮小4成像位置變化光圈和視場光圈控制進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的光量，影響成像亮度和景深。視場光學(xué)系統(tǒng)能觀察到的物空間范圍，決定成像范圍。特殊透鏡系統(tǒng)1平凸透鏡一面平，一面凸的透鏡，常用于簡單放大。2平凹透鏡一面平，一面凹的透鏡，用于光束發(fā)散。3雙凸透鏡兩面都凸的透鏡，聚焦能力強(qiáng)。4雙凹透鏡兩面都凹的透鏡，發(fā)散能力強(qiáng)。凸透鏡系統(tǒng)放大作用用于顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等放大物體的光學(xué)儀器。聚焦作用能將平行光匯聚到一點(diǎn)，用于照相機(jī)等成像設(shè)備。凹透鏡系統(tǒng)發(fā)散作用使光線發(fā)散，常用于矯正近視。視場擴(kuò)大用于廣角鏡頭，擴(kuò)大觀察范圍。色差校正與凸透鏡配合使用，減少色差。兩透鏡系統(tǒng)組合兩個(gè)或多個(gè)透鏡組合使用。優(yōu)勢可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種光學(xué)功能。應(yīng)用用于復(fù)雜光學(xué)儀器，如顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡。光線追跡1確定物點(diǎn)選擇物體上的特征點(diǎn)。2選擇特征光線通常選擇主光線、平行光線和焦點(diǎn)光線。3追蹤光路按照折射定律繪制光線路徑。4確定像點(diǎn)找出光線交匯點(diǎn)，即為像點(diǎn)位置。幾何光學(xué)系統(tǒng)的分類1成像系統(tǒng)2照明系統(tǒng)3準(zhǔn)直系統(tǒng)4掃描系統(tǒng)5光束整形系統(tǒng)顯微鏡成像原理物鏡將物體放大并形成實(shí)像。目鏡將物鏡形成的實(shí)像進(jìn)一步放大，形成虛像。顯微鏡的結(jié)構(gòu)物鏡靠近標(biāo)本，提供初級(jí)放大。目鏡靠近眼睛，進(jìn)一步放大圖像。載物臺(tái)放置觀察樣品的平臺(tái)。顯微鏡的放大倍數(shù)100X低倍物鏡適用于觀察較大的細(xì)胞或組織結(jié)構(gòu)。400X高倍物鏡用于觀察細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1000X油鏡最高放大倍數(shù)，用于觀察細(xì)菌等微小物體。顯微鏡的分辨率定義區(qū)分兩個(gè)相鄰點(diǎn)的最小距離。影響因素光波長、數(shù)值孔徑和介質(zhì)折射率。提高方法使用短波長光源，增大數(shù)值孔徑。照相機(jī)成像原理光線入射光線通過鏡頭進(jìn)入相機(jī)。光線聚焦鏡頭將光線聚焦在感光元件上。圖像形成感光元件捕捉光線，形成數(shù)字圖像。照相機(jī)的結(jié)構(gòu)鏡頭控制進(jìn)光和焦距。光圈調(diào)節(jié)進(jìn)光量?？扉T控制曝光時(shí)間。感光元件捕捉光線，生成圖像。照相機(jī)的光圈和快門光圈控制進(jìn)光量，影響景深。大光圈適合弱光環(huán)境，小光圈增加景深?？扉T控制感光時(shí)間?？焖倏扉T可捕捉動(dòng)態(tài)，慢速快門可產(chǎn)生動(dòng)感效果。照相機(jī)的景深定義清晰成像的前后范圍。影響因素光圈大小、焦距和拍攝距離。應(yīng)用控制景深可突出主體，增加畫面層次感。色差1定義2軸向色差3橫向色差4影響色差是由于不同波長的光在透鏡中折射率不同導(dǎo)致的成像缺陷。它會(huì)造成圖像邊緣產(chǎn)生彩色暈輪。像差球差球面透鏡邊緣和中心的焦點(diǎn)不同。彗差離軸光線成像點(diǎn)呈彗星狀。像散斜入射光線的子午面和弧矢面焦點(diǎn)不重合。場曲像面呈彎曲狀，而不是平面。色差的校正消色差透鏡組使用不同材料的透鏡組合。消色差鏡頭特殊設(shè)計(jì)的鏡頭，減少色散。軟件校正利用圖像處理算法減少色差。