Ⅰ 初二物理光学论文
凸透镜成像凸透镜成像图 物体放在焦点之外,在凸透镜另一侧成倒立的实像,实像有缩小、等大、放大三种。物距越小,像距越大,实像越大。物体放在焦点之内,在凸透镜同一侧成正立放大的虚像。物距越大,像距越小,虚像越小。
在光学中,由实际光线汇聚成的像,称为实像,能用光屏承接;反之,则称为虚像,只能由眼睛感觉。有经验的物理老师,在讲述实像和虚像的区别时,往往会提到这样一种区分方法:“实像都是倒立的,而虚像都是正立的。”所谓“正立”和“倒立”,当然是相对于原物体而言。
平面镜、凸面镜和凹透镜所成的三种虚像,都是正立的;而凹面镜和凸透镜所成的实像,以及小孔成像中所成的实像,无一例外都是倒立的。当然,凹面镜和凸透镜也可以成虚像,而它们所成的两种虚像,同样是正立的状态。
那么人类的眼睛所成的像,是实像还是虚像呢?我们知道,人眼的结构相当于一个凸透镜,那么外界物体在视网膜上所成的像,一定是实像。根据上面的经验规律,视网膜上的物像似乎应该是倒立的。可是我们平常看见的任何物体,明明是正立的啊?这个与“经验规律”发生冲突的问题,实际上涉及到大脑皮层的调整作用以及生活经验的影响。
当物体与凸透镜的距离大于透镜的焦距时,物体成倒立的像,当物体从较远处向透镜靠近时,像逐渐变大,像到透镜的距离也逐渐变大;当物体与透镜的距离小于焦距时,物体成放大的像,这个像不是实际折射光线的会聚点,而是它们的反向延长线的交点,用光屏接收不到,是虚像。可与平面镜所成的虚像对比(不能用光屏接收到,只能用眼睛看到)。
当物体与透镜的距离大于焦距时,物体成倒立的像,这个像是蜡烛射向凸透镜的光经过凸透镜会聚而成的,是实际光线的会聚点,能用光屏承接,是实像。当物体与透镜的距离小于焦距时,物体成正立的虚像。
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第34卷第12期 2005年12月 光子学报 ACTA PHOTONICA SINICA Vo1.34 No.12 December 2005 短焦距变焦物镜设计 程珂 周泗忠 张恒金 (中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710068) 摘要 介绍了机械补偿式三组元连续变焦系统设计方法;基于微分解析法,提出快速变焦法用于 优化系统高斯初始结构,减小了外形尺寸.并设计了一焦距3.87 mm~19.35 mm,视场76.6。~ 17.71。可见光变系统.设计结果表明:该变焦系统较之同类专利设计结果,具有结构紧凑、视场大、 像面稳定度高的优点. 关键词光学设计;变焦距;光学系统 中图分类号TP73 文献标识码 A 0 引言 短焦距变焦物镜在广角监控、数码摄像、医疗诊 断、公安侦察等领域有广泛的应用,但短焦距变焦系 统设计的公开报道较少,其特点是焦距短、视场大、 结构要求紧凑,大多采用机械补偿式,高斯初始结构 的选取尤为重要.文献FI]提出曲线拟合法选取高 斯结构,但不能对结构做定性分析,不能实现快速变 焦;文献[2]提出了微分解析法选取初始高斯参数, 可定性分析结构,但没有给出快速变焦实现的条件 及实现途径.本文解决了以上问题,并用于指导初 始结构设计,与同类专利相比,系统的长度减小,同 时保证了相同相对孔径并扩大了视场,满足了使用 要求. 1 设计方法 快速变焦是指通过选取合适的变倍组、补偿组 垂轴放大率 ,找到最短途径实现变焦.机械补偿式 连续变焦系统中,变焦组元都满足方程 Σ ia [~i一~0 选取适当 、、 ,再取一适当d。 使变倍、补偿 组元长焦时不会相碰,得 z一 式中/2、 分别为变倍组、补偿组焦距; z、 分别 为长焦时变倍组、补偿组垂轴放大率;d。。 为长焦时 变倍组、补偿组之间距离. 令变倍组作线性移动,移动量为e,得一 f2+&l ’ 由式(1)、(2)可得如下方程 Tel:029—88484238 Email:lion_ 2001@etang.tom 收稿日期:2004—10-02 1+ 一 1 一 z)+ (击+ 一 壶一z)一0 整理可得 J8;一 +1=0 式中b可以表示为 6一 (壶一 1+ )+(壶 ) 求解式(5),可得 一 (3) (4) (5) (6) xC~t(1)求微分蓑,有 一dJ92 (1 (7) 一’8;) 当=一1时(根1舍) 有最小值,由式(7)知 有2根,且满足 一壶,可知其轨迹为两对称曲 线,对称点的距离随着b的值而变化,式(5)中,当 6一一2时 两根相等为一1.图1(a)直线代表 变 化轨迹,曲线为 变化轨迹,此时两曲线相切(图 1(b)),曲线相切为实现快速变焦的必要条件.当 IbI>2时 两根不相等,此时两曲线无切点,不能 (a)Curveof#2Vel~tlS m (b)CurveofB 2V~I~US . 32 图1 系统外形图 Fig.1 Zoom system configuration 光子学报 实现换根,若在此情况下设计, 一般取屉 >一1 段(图1(a)),不能取 <一1段,此段为最慢变焦. 快速变焦另外一个条件是:变倍组、补偿组同时 实现物像交换,即一, z一 ; 为补偿 p31 p2z 组长短焦垂轴放大率;在图1(b)中快速变焦途径为 >一1段及切点对称 z<一1段(图中实线部 分),若 曲线与 。曲线对称于切点,此途径为快 速变焦途径. 求出补偿组移动量为 一 ( 一 z),此时系统 的总变焦比 一 ,当r达到要求时可停止搜索. p2p3 恰当利用以上规律可以设计出外形尺寸紧凑的 系统,以下举例说明其应用. 2 实例分析 现设计一焦距3.8 7ITlm~1 9.3 5mm,视场 76.6。~17.71。大视场可见光变焦系统.,要求结构 尽可能紧凑. r 2.1 求解最速变焦高斯结构 将 取规划值~1,取一1.4; 一一1.1.届一 一1时6一一2,带入式(5),得 /壶1 一壶1 + 一 f)+ 壶1 ~ f)一2 解得: 一一1.084, 。一~0.923,带入式(3)求出 d23z为:d23n=0.592,d23f2—0.817. 选择d。 较长的那组解,长焦时变倍组补偿组 不会相碰,此时 z=一0.923,dz。z=0.817,利用式 (2)~(7)可得r一5时, 一1.4, 一0.6. 取一组5倍变焦专利数据进行分析.将/2取规 划值一1后得: 一一1; =1.49;d23 z一0.98; z= 一0.63,此处. 的选取对实现最速变焦很重要. 由上讨论知:最速变焦需变倍组、补偿组同时实 现物象交换 _( )2_l 。 l2 l z l—l z l(1 z l>1)时r有最大值,此时l l= l z l—r 根据f I、f f和物象交换原则,当 一一1时 很容易求出 一r“ 一1.49.实际设计中l l与l l 不相等,否则变倍组、补偿组之间距离太短,可根据 具体情况对待.利用式(2)~(7)可得r一5时, = 1.28; 一1.011 图1(a)为专利曲线图,图1(b)为实例曲线图, 图1(b)中当 一 一一1时,两曲线相切,此时平滑 换跟,由曲线右上半部换到曲线左下半部,由于不对 称只能实现快速变焦;图1(a)中, 都取不到 一1,故无法换跟,所以实例结构比专利结构短. 2.2 校正像差 寻找到最速变焦结构后要重点校正大视场带来 的像差.视场大使得垂轴像差(慧差、畸变、倍率色 差)校正有一定困难,但是只要找到像差变化规律还 是可以做到的. 变焦距像差的校正遵循“先分再合”的原则 q], 即先不考虑后固定组,将其他组元各自独立校正像 差,保证变倍过程中各透镜组不会产生很大的像差变 化;再将上述几个组元组合起来在变倍范围内等间隔 取5个焦距位置,保持各组元光焦度不变的情况下改 变各组元结构参数,使5个焦距的像差尽可能接近. 最后再考虑后固定组,使其产生与前数量相同但符 号相反的像差,对前几组进行像差补偿,但是前面的 像差也不能留很多,因后固定组要校正很多的残留 像差是很困难的,特别是像散和畸变. S一Σh P—JΣW i= l 一1 S。一鍪P~2.,Σ" hpw+.,z {△一u (8) i—l凡p i一1 n i一1 n P一7z。(hc一乱)。A 7z 一一( f一“)△ 7z C2一Σ 里‘ (9) f— l 长焦时前固定组轴上光线h最大,向短焦方向 递减;长焦、短焦时前固定组h 都是最大且变化不 大,变倍组h 在长焦往短焦方向移动时迅速增大, 由式(8)知对垂轴像差贡献很大.移动时像差情况 虽复杂,但只需校正好上述5点位置像差.由式(9) 知,前固定组矫正短焦大视场引起的倍率色差贡献 最大,因此可改变前固定组玻璃、光焦度分配来消倍 率色差;前固定组相对孔径大决定其结构复杂,其光 焦度分配应按光线走向依次递减分配;变倍组情况 较复杂,相对孔径变化迅速,轴外像差也迅速增大, 背向光阑面对其贡献很大.补偿组与后固定组相对 孔径变化不大,结构相对简单些. 视场大亦带来设计过程中“飞边”现象,为避免 这种现象带来的不便,可采用先以0.7 (76.6。~ 17.71。)视场为全视场进行设计,后逐渐加厚玻璃厚 度扩大视场.实践证明此方法有效. 3 设计结果 图2为该系统结构图,表1为变倍组,补偿组移 动时与前后组元的距离,其中d 为变倍组与前组元 距离,d z为变倍组与补偿组距离,d 为补偿组前后 l2期 程珂等.短焦距变焦物镜设计 1827 组元距离,厂、f 分别为此时焦距与后工作距离;图3 为凸轮曲线轨迹.从解析法得到的凸轮轨迹来看,曲 线连续,平缓,完全符合机械加工要求.从光学总长 来看,简长比上述专利减少5。1 mlTI,结构更加紧 凑.从得到的后截距看,满足像面稳定,一倍焦深以 内最大偏差4 m,因篇幅所限,只给出了长焦、短焦 等传函曲线图(图4).从设计结果看出,成像质量良 好,像质稳定,满足使用要求. 图2 系统结构 Fig.2 Schematic diagram of the zoom system 4 结论 TSD FFLIM丌 TS00o00DEG TS4.0000DEG TS60o00DEG Spatjalfrequencyincy clespermfllimeter (a)E FI.=19.35 mm Spatialfrequency incycles permillimeter (c)EFL=89mm 表1 间隔参数 Focal~ gafmm 图3 凸轮轨迹 Fig.3 Lens group locations versus EFL TSDIFFLn皿T TSa00DEG 1.0 0.8 0.6 04 n2 0 Spatialfrequency incyclespermillimeter (b)EFL:12.89 mm TS DIFF-Ul^皿T TS l8.OO DEG O∞ DEG Ts2700DEG Spatialfrequency incyclespermillimeter (b)EFL=3.8/mm 图4 系统传函 Fig.4 Visible projector design performance analysis and compensation.Optical Engineering,2000, 本文介绍了一种新的连续变焦设计方法,由于 视场大且要求结构紧凑,故采用解析法寻找最优结 构以满足要求.设计过程中一方面寻找到快速变焦 途径,另一方面先将0.7,视场作为全视场设计,简化 了设计过程.像差校正中的残留畸变可用软件实现 矫正].若将变倍组设计为曲线运动,可更快实现 变焦. 参考文献 1 Wei Minshi.Long Wave Infrared Zoom Projector thermal 39(10):2705~ 2715 2 TaO Chunkan.Varifocal differential equation theory of zoom lens.SP厄,1995,2539:168~ 179 3 陶纯堪.变焦距光学系统设计.北京:国防工业出版社, 1988.8~ 22 Tao C K.Zoom Lens Design.Beijing:National Defence Instry Press.1988.8~ 22 4 胡炳梁,曹剑中,熊仁生,等.变焦距镜头组的自适应的调 焦的实现.光子学报,2003,32(8):1004~1006 Hu B L,Cao J Z,Xiong R S,et a1. Acta Photonica Sinica,2003,32(8):1004~ 1006 u几u l 8量dlf1 上0墨 J0snlrIp0苫邑b 0暑J0霉lrIP0苫 巴b ∞暑J0sn暑p0 巴b 2 J0snlrIp0 1828 光子学报 34卷 6 李林.计算机辅助光学设计的理论与应用.北京:国防 工业出版社,2002.174~175 Li L.Theory and Application of Computer Aided Optical Design.Beijing:National Defence Instry Press,2002. 174~ 175 王虎,苗兴华,惠彬,等.短焦距大视场光学系统的畸变矫 正.光子学报,2001,30(11):1409~1413 Wang H ,Miao X H,Hui B,etal,Acta Photonica Sinica, 7 8 2001,30(11):1409~ 1413 刘金根.一种基于现场定标法的光电图像畸变矫正算法. 光子学报,2004,33(6):732~736 Liu J G.Acta Photonica Sinica,2004,33(6):732~736 袁旭沧.光学系统设计.北京:科学出版社,1985.201~ 203 Yuan X C.Optical Design.Beijing:Science Press,1985. 2O】~ 203 Design of a Short Focal—length Zoom System Cheng Ke,Zhou Sizhong,Zhang Hengjin Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics Chinese Academy of sciences,Xi'a 7 10068 Received date:2004—10—09 Abstract A method for initial zoom system design was proposed.The new optimized arithmetic was used for designing based On differential analytic expression method.The results showed that the length of the system could be reced in this way.An example of three moving group elements and mechanic compensator type was given with configuration f =3.87~19.35 mm,(£,一76.o~17.71。. Keywords Optical system design;Zoom system Cheng Ke was born in 1 980.He received B.S degree in Shuzhou University in 2002. Now he is working towards the master degree in Xi an Institute of Optics and Precision M echanics. His main research focuses on optical system design.
Ⅵ 跪求大学物理波动光学论文!!!急!!!!
下面能当波动光学说明文
wave optics
以波动理论研究光的传播及光与物质相互作用的光学分支。17世纪,R.胡克和C.惠更斯创立了光的波动说。惠更斯曾利用波前概念正确解释了光的反射定律、折射定律和晶体中的双折射现象。这一时期,人们还发现了一些与光的波动性有关的光学现象,例如F.M.格里马尔迪首先发现光遇障碍物时将偏离直线传播,他把此现象起名为“衍射”。胡克和R.玻意耳分别观察到现称之为牛顿环的干涉现象。这些发现成为波动光学发展史的起点。17世纪以后的一百多年间,光的微粒说(见光的二象性)一直占统治地位,波动说则不为多数人所接受,直到进入19世纪后,光的波动理论才得到迅速发展。
1800年,T.杨提出了反对微粒说的几条论据,首次提出干涉这一术语,并分析了水波和声波叠加后产生的干涉现象。杨于1801年最先用双缝演示了光的干涉现象(见杨氏实验),第一次提出波长概念,并成功地测量了光波波长。他还用干涉原理解释了白光照射下薄膜呈现的颜色。1809年E.L.马吕斯发现了反射时的偏振现象(见布儒斯特定律),随后A.-J.菲涅耳和D.F.J.阿拉戈利用杨氏实验装置完成了线偏振光的叠加实验,杨和菲涅耳借助于光为横波的假设成功地解释了这个实验。1815年,菲涅耳建立了惠更斯-菲涅耳原理,他用此原理计算了各种类型的孔和直边的衍射图样,令人信服地解释了衍射现象。1818年关于阿拉戈斑(见菲涅耳衍射)的争论更加强了菲涅耳衍射理论的地位。至此,用光的波动理论解释光的干涉、衍射和偏振等现象时均获得了巨大成功,从而牢固地确立了波动理论的地位。
19世纪60年代,J.C.麦克斯韦建立了统一电磁场理论,预言了电磁波的存在并给出了电磁波的波速公式。随后H.R.赫兹用实验方法产生了电磁波。光与电磁现象的一致性使人们确信光是电磁波的一种,光的古典波动理论与电磁理论融成了一体,产生了光的电磁理论。把电磁理论应用于晶体,对光在晶体中的传播规律给出了严格而圆满的解释。19世纪末,H.A.洛伦兹创立了电子论,他把物质的宏观性质归结为构成物质的电子的集体行为,电磁波的作用使带电粒子产生受迫振动并产生次级电磁波,根据这一模型解释了光的吸收、色散和散射等分子光学现象。这种经典的电磁理论并非十全十美,因在关于光与物质相互作用的问题上涉及微观粒子的行为,必须用量子理论才能得到彻底的解决。
波动光学的研究成果使人们对光的本性的认识得到了深化。在应用领域,以干涉原理为基础的干涉计量术为人们提供了精密测量和检验的手段(见干涉仪),其精度提高到前所未有的程度;衍射理论指出了提高光学仪器分辨本领的途径(见夫琅和费衍射);衍射光栅已成为分离光谱线以进行光谱分析的重要色散元件;各种偏振器件和仪器用来对岩矿晶体进行检验和测量,等等。所有这些构成了应用光学的主要内容。
20世纪50年代开始,特别在激光器问世后,波动光学又派生出傅里叶光学、纤维光学和非线性光学等新分支,大大地扩展了波动光学的研究和应用范围。
Ⅶ 本科论文要用到matlab 分析物理光学,可是没学过,我应该看什么书呢
虽然没有参加过,但,估计大致是:
1、计算的时候,直接用matlab 命令;
至于怎样运用,就看你自己学了。
2、建模仿真的时候,用matlab/simulink。
至于怎么建模,就看你的那些数学公式了。
一句话,具体问题具体分析。不好具体讲。
Ⅷ 初中物理光学成像的论文
光学成像
物理是一门历史悠久的自然学科,物理科学作为自然科学的重要分支,不仅对物质文明的进步和人类对自然科学认识的深化起了重要的推动作用,而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。随着科学技术的发展,社会的进步,物理已渗透到人类生活的各个领域。
在汽车上,驾驶室外面的观后镜是一个凸面镜利用凸面镜对光线的发散作用和成正立,缩小的虚像的特点,使看到的实物小,观察范围更大,而保证行车安全。
汽车头灯里的反射镜是一个凹面镜。它是利用凹面镜能把放在其焦点上的光源发出的光反射成平行光射出的性质做的。
轿车上装有太阳膜,行人很难看清车中人的面孔,太阳膜能反射一部分光,还会吸收一部分光,这样透进车内的光线较弱。要看清乘客的面孔,必须要从面孔放射足够的光头到玻璃外面。由于车内光线较弱,没有足够的光透出来,所以很难看清乘客的面孔。
当汽车的前窗玻璃倾斜时,反射成的像在过的前上方的空中的,这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来,司机就不会出现错觉。大型客车较大,前窗离地面要比小汽车高得多,及时前窗竖直装,像是与窗同高的,而路上的行人不可能出现在这个高度上,所以司机也不会将乘客在窗外的相遇路上的行人相混淆。
人们利用凸透镜成像的原理,在投影机的镜头上装了一块凸透镜,让原本很小的底片一下子变大了许多,让我们看着很方便。
照相机的镜头也是用一个凸透镜,人们通过调节暗箱的长度,来控制照的范围的大小,使我们的生活更加的多姿多彩。
现在,人类所有令人惊叹的科学技术成就,如克隆羊、因特网、核电站、航天技术等,无不是建立在早期的科学家们对身边琐事进行观察并研究的基础上的,在学习中,同学们要树立科学意识,大处着眼、小处着手,经历观察、思考、实践、创新等活动,逐步掌握科学的学习方法,训练科学的思维方式,不久你就会拥有科学家的头脑,为自己今后惊叹不已的发展,为今后美好的甚或打下坚实的基础。
Ⅸ 高等物理光学的小论文怎么写
高等物理光学的小论文,在写作过程中应该是按照他的自己的思想或者是自己的理解,然后再学习。
Ⅹ 求物理光学论文材料,变色眼镜,急!!!!!
这个问题可以有两种解释。一种是物理的解释,一种是化学的解释。看来,主要原因大概是化学因素。——《新科学家》编者
我猜想提问题的这位朋友当时大概只是在加勒比海地区散歩,而不是仰面躺在沙滩上进行日光浴。如果我猜得不错的话,对他经历的那种现象也许可以作如下解释。
在英国,冬天的太阳在天空的位置相当低,来自太阳的光线差不多是与镜片垂直,直射在镜片上。然而在赤道地区,太阳差不多就在头顶,提问题的朋友如果是在走路的话,来自头顶太阳的光线只能照射到他的镜片的上边缘。在这后一种场合,他的镜片所能接受到的辐射能最多只有镜片厚度那样一窄条光线所具有的能量,非常少,镜片的遮光效应自然便不会大。
眼镜商忘记向顾客提到变色镜的一个特性,即变色镜在温度较高的环境不能正常变色。变色镜片内均匀分布着许多卤化银粒子,平常是透明的。这些卤化银粒子一旦受到紫外线照射便会分解为卤素粒子和金属银粒子,后者不透明,使得镜片的透光性降低而变暗。
分布在镜片内的这两种粒子,在停止紫外线照射以后——比如说你戴着变色镜进入室内,会立即重新结合(复合),使镜片恢复透明。同许多其他化学反应一样,这种复合反应也是随温度升高而加快。镜片在任何时候变黑的程度,取决于紫外线引起的分解反应和对温度敏感的复合反应这两种反应过程的动态平衡。在炎热的天气,复合反应进行得较快,需要有更多的紫外线照射,变色镜片才能够达到一定的黑度。
变色镜片材料对温度比较敏感,在较冷的环境受光照射,颜色会变得更深。我住在美国佛罗里达州,我的变色眼镜在阴天变得很黑,但是在中午的阳光下却只有很小一点变化。戴上这种变色镜滑雪非常好,但是在进行日光浴的场合,效果就很差。
我经过一番调查还发现,许多变色眼镜基本上都只对紫外线有反应,而对可见光没有反应。比如说,在汽车内,变色镜就几乎不变黑。
变色镜片对光线的响应要受温度的影响。温度降低会改变光致变色反应的动力学,从而使复合反应——镜片恢复透光的反应——变慢,延迟较长时间。
因此,在温度较低的环境,变色眼镜受到光照射,变色会比较大,显得比较深黑。我住在美国的中西部,这里的环境使我有条件观察温度对变色镜变色的影响。夏季,当温度为30℃时,我的变色镜在晴天的阳光下看起来为蓝灰色;而在冬季严寒天气,当温度为-10℃时,在阳光下,我的变色镜变得非常黑。
在冬季的晴天,如果四处都是雪景,覆雪的眩光会使变色镜变得更加深黑。不过,戴着如此深黑的变色镜从阳光照耀的室外回到室内会什么也看不清,因为差不多要10分钟过后,变色镜才能够恢复正常。