光学
光的直线传播
4．（2011浙江绍兴）如图所示，点燃的蜡烛放在距小孔a处，它成像在距小孔b的半透明纸上，且a大于b。则半透明纸上的像是（）
A．倒立、放大的虚像B．正立、缩小的虚像C．倒立、缩小的实像D．正立、放大的实像
答案：C
解析：小孔成像的特点是倒立的实像，像的大小与光屏和物体到小孔的距离决定的，像距大于物距，则像是放大的，像距小于物距，像是缩小的，两距离等大时，像与物相同，由题意知像距小于物，故C选项是正确的。
点拨：本题考查了光的直线传播的应用――小孔成像，解本题时注意小孔所成的像是倒立的实像，像的大小同凸透镜成实像时规律相同，像距大则像就变大。
14.（2011江苏苏州）电闪雷鸣时，我们总是先看到闪电后听到笛声，说明光速比声速 (大/小)；真空中的光速为 m/s.
14.大 3×108
解析：传播距离相同时，传播的快，即用时间短，所以光在空气中的传播速度比声音快，真空中光速是3×108m/s.
点拨：本题考查了光速与声速的知识，解本题时注意声音和光在传播速度大小，两者不能混淆。1．（2011四川重庆）在图1所示的四个情景中，属于光的直线传播形成的是（）
丹顶鹤在水中的倒影射灯射出的光柱铅笔在水面处“折断”雨后的彩虹
A B C D
1．B
解析：A选项中的“倒影”是由于光的反射形成的，属于平面镜成像；B选项中的射灯射出的光柱在空气中沿直线传播；C选项中铅笔在水面处“折断”是由于光的折射形成的；D选项中的“彩虹”是太阳光照射到雨后悬浮在空中的小水滴发生折射形成的，实际上是光的色散现象。
点拨：本题考查了三种光学现象，即光的直线传播、光的反射、光的折射，解此类题应注意将物理知识与生活现象密切联系，搞清各种情景的成因及特点。
2．（2011广州）通过小孔所成的像一定是（）
A．倒立的 B．放大的 C．等大的 D．缩小的
2．A
解析：小孔成像的原因是光的直线传播，通过小孔所成的像是倒立的实像，像的大小取决于物体到小孔的距离与光屏到小孔的距离的大小。如果物体距离小孔的距离大于光屏到小孔的距离，则所成的像是倒立缩小的实像；如果物体距离小孔的距离等于光屏到小孔的距离，则所成的像是倒立等大的实像；若物体距离小孔的距离小于光屏到小孔的距离，则所成的像是倒立放大的实像。本题答案为A。
点拨：本题考查了光的直线传播的应用——小孔成像，解答本题的关键是明确物体通过小孔所成像的性质与哪些因素有关。
光的反射
6．（2011安徽）如图所示，水平地面上斜放一个平面镜，有一玩具车向镜面开去，要使玩具车通过平面镜所成的像沿竖直方向下运动，则镜面与地面的夹角应该等于_________。
6. 450
解析：从题意知，玩具车是沿水平方向向镜面运动，像的方向是沿竖直方向，物体运动的轨迹与其像运动的轨迹垂直，根据平面镜成像特点可判断，两轨迹关于镜面对称，因此镜面与地面的夹角等于450.
点拨：本题考查了平面镜成像的特点，解本题时中要将物体运动轨迹看作是一条射向平面镜的光线，则像运动的轨迹即是反射光线，所以镜面是其夹角的平分线，或者说是对称轴。
2．（2011山东济宁）目前城市的光污染越来越严重，白亮污染是较普遍的一类光污染。在强烈阳光照射下，许多建筑的玻璃幕墙、釉面瓷砖、磨光大理石等装饰材料，都能造成白亮污染。形成白亮污染的主要原因是。
2.镜面反射或光的反射
解析：白亮污染是由光的反射集中向某一个方向，使某地方的光线过强所致，这是由于光的镜面反射的结果。
9.（2011山东济宁）如图所示，小聪通过一平面镜看到小猫要偷吃小鱼。图中画出了入射光线和反射光线，但未标出光的传播方向。请你在图中用箭头标出小聪看到小猫偷鱼吃时的光的传播方向，并根据光的反射规律画出平面镜。
9．如图所示。
解析：根据光的反射规律可知，反射角等于入射角，即法线是反射光线与入射光线的角平分线，所以先做出法线，再过入射点作出法线的垂线，即为镜面，反射面是向着两条光线一侧。
6.（2011山东临沂）如图所示的现象中，由光的反射形成的是（）
6.C
13．（2011四川广安）在图中，作出物体AB在平面镜MN中所成的虚像。
13.如图所示
26．（2011浙江宁波）学习光学知识后，小科对有关实验进行了思考和创新：．
(1)在如图所示的“探究平面镜成像规律”实验中，小科用玻璃板代替平面镜来完成探究活动，是因为玻璃板有平面镜所不具有的 (填“反光”或“透光”)的特点；
(2)当点燃的蜡烛放在玻璃板前20cm的A处时，玻璃板后B处的蜡烛好像也被“点燃”了；
(3)小科用凸透镜替换玻璃板，将其放置在AB中点且垂直AB的位置上，移动光屏到B点时，发现光屏上恰好成了一个清晰的倒立、等大的像，则该凸透镜的焦距为 cm。
26.（1）透光（3）10
解析：在做平面镜成像实验时需要将没有点燃的蜡烛和点燃蜡烛的另一侧来回移动，直接看到未点燃的蜡烛好像被点燃一样，所以需要平面镜具有透光性，在一侧能够看到另一侧；在平面镜成像规律中，当物距为2f时，在光屏上能成一个倒立的、等大的实像，根据题意知，此时蜡烛恰好在2f，因此f=10cm。
点拨：解本题的关键是搞清平面镜成像实像中的操作要点，即如何确定像的位置，另外需要知道的是凸透镜在成像中2f这个位置是成大小实像的分界点。
19.（2011山东潍坊）请完成下列作图：
（1）画出小球对水平面压力F的示意图。
（1）
（2）（2011山东潍坊）OA为光源S发出的一条光线SO经平面镜后的反射光线，请在图中画出平面镜的位置，并标出入射角i和反射角。
19.如图所示：图中作用点必须在水平面上，必须有力的方向；图二中必须有法线。
解析：小球在水平面上，则它对水平面的压力是作用在水平面上，方向竖起向下；光的反射定律中反射角等于入射角，即法线是反射光线与入射光线夹角的平分线，因此先做出角SOA的角平分线，再过O作出平分钱的垂线，即为镜面，根据光的传播方向可知，光线SO为入射光线，它与法线的夹角为入射角，光线OA为反射光线，它与法线的夹角为反射角。
点拨：本题综合考查了力的示意图及光的反射的相关知识，解本题时容易将压力的作用点画错，题中要求是画出球对水平面的压力，因此作用点一定在水平面上，另外在光反射定律中法线的特点是两条线的角平分线，且法线与镜面是垂直的。
25. （2011山东烟台）图甲为小红同学“探究平面镜成像”的实验装置，其中A、B是两段完全相同的蜡烛、C是平整的白纸、E是玻璃板。
25.（1）玻璃板与纸面没有垂直。（2）利用刻度尺，连接像与物的对应点，分别测量像到镜面的距离和物到镜面的距离，比较所得数据（或将纸沿镜面所在位置对折，判断像与物两点是否重合）
解析：在探究平面镜在像实验中需要将玻璃板竖直安装在桌面的白纸上，这样的目的是像的底部恰好成在另一侧桌面的白纸上，若玻璃板倾斜，则像会偏上或偏下，这样无论怎样移动未点燃的蜡烛，也不会使其
与点燃蜡烛的像重合；实验中在白纸上记录下物体与像的位置是为了研究像与物的位置关系，所以需要测量每次物像到平面镜的距离，以比较距离的大小关系，或沿放置平面镜的位置折起，观察像与物到平面镜的位置关系均可。
点拨：本题考查了探究平面镜成像的实验，对于本实验需要注意的几点：一是为什么采用玻璃板，而不直接采用平面镜、二是为什么要使玻璃板竖直放置、三是为什么要采用两只完全相同的蜡烛等，对实验类问题，必须要搞清器材的选择和实验方法的可行性，这样才有助于理解知识。
20、（2011山东威海）（1）在“探究光反射的规律”时，小李进行如图所示的实验，让一束光EO贴着纸板射到平面镜上，在纸板上会看到反射光线OF。将纸板沿ON向后折，此时在NOF面上看不到反射光线，如图乙所示，此实验现象说明。在图甲中，如果让光线逆着OF 的方向射向镜面，会看到反射光线沿着OE方向射出，这表明。（2）图甲是小明同学探究平面镜的实验装置，在竖立的玻璃板前A处放一支点燃的蜡烛，可以看到玻璃板后面出现蜡烛的像，小明拿一支大小和点燃蜡烛相同的蜡烛在玻璃板后面移动，当移动到A’处时，可以看到它跟像完全重合，由此可以得出的结论是；经过三次实验后，在白纸上记录的像与物对应点的位置如图乙所示，下一步你将如何处理“白纸”上的信息得出结
论：。
20、（1）反射光线、入射光线和法线在同一平面内光的反射现象中光路是可逆的
（2）像和物的大小相等用刻度尺量出A和A’、B和B’、C和C’到镜面的距离；看A和A’、B和B’、C和C’到镜面的距离是否相等。
25．（2011江苏连云港）在“探究平面镜成像特点”的活动中：
（1）实验室提供了如下器材：①厚为2mm的茶色玻璃②厚为5mm的透明玻璃③直尺④光屏⑤两只相同的蜡烛⑥火柴。探究活动中应选用的玻璃板是_____（填序号）。
（2）如图所示，点燃A蜡烛，在玻璃板的另一侧慢慢移动B蜡烛，直到与A蜡烛的像____________为止，证明像与物的大小相同。
（3）为了探究平面镜成像的虚实，先移去后面的蜡烛B，并在原位置上放一光屏，发现在光屏上_____________，证明平面镜所成的像是虚像。
25．（1）①（2）重合（3）不能接收到像（看不到像）
33．（2011湖北襄樊）光与平面镜成300角射在平面镜上，如图5所示，请根据光的反射定律画出它的反射光线，并标明反射角的大小。
33.如图所示
16．（2011山东菏泽）如图10所示，考古人员需要对一口古井进行清理，为了解决照明问题，请你帮他们把太阳光反射到井里，并能垂直照亮井底。
16．如图所示
解析：本题已知入射光线和反射光线，根据光的反射定律，反射光线和入射光线的夹角的角平分线即为法线所在的位置，由此可确定法线（注意用虚线），作垂直于法线的垂线即为平面镜的位置。16．（2010.福州）上学前，小美同学站在穿衣镜前1.5m处整理着装，看到的“镜中人”是她的＿＿（选填“虚”或“实”）像，像与她之间的距离是＿＿＿＿m；这时听到门外小玲来喊她一起上学，小美是根据声音的＿＿＿＿辨别出是小玲的。
16．虚 3 音色
解析：物体在平面镜中所成的像是虚像，像与物关于平面镜对称。小美距离平面镜1.5m，所以像与小美之间的距离为3m；音色即声音的品质，是由发声体本身决定的，不同发声体发出的声音的音色不同。不同的人发出的声音，即使音调、响度都相同，由于他们的音色不同，仍然能够将他们区别开来，这就是“闻其声知其人”的道理。
点拨：本题考查了平面镜成像特点及声音的特征。平面镜成像的特点可概括为为“大小相等，线面垂直，距离相等，左右相反，像为虚像.”；音色是指声音的本质，与发声体的材料、结构及材料和发声方式等有关。
15. （2011扬州）
15．30 60 解析：入射光线与分界面的夹角是60°，则入射角为30°，根据光的反射定律，反射角等于入射角，也等于30°；又知反射光线与折射光线垂直，根据光的折射规律，则折射角为60°。
点拨：本题考查光的反射定律和光的折射规律，此类题目可以根据有关规律利用作图分析法得到结果。18. （2011扬州）
18．不变 1 解析：根据平面镜成像规律，物体在平面镜中所成的像是与物体大小相等的虚像，像到镜面与物到镜面的距离相等，所以人在平面镜中像的大小始终与人的大小相等，是不变的，2s内人向平面镜走近1m，平面镜中的像也向平面镜走近1m。
点拨：本题考查平面镜成像的规律，判断平面镜成像的特点时可严格按照其成像规律进行判断，不要受平面镜大小和放置位置等因素的影响。
2. （2011山东聊城）入射光线与平面镜的夹角为600，则反射角为；若入射角增大100，反射角将增大。
2．30° 10°解析：入射光线与法线的夹角是入射角，由题意可知入射角为30°，根据光的反射定律，反射角等于入射角，所以反射角也为30°；反射角随入射角的增大而增大，当入射角增大10°时，反射角也将增大10°。
12. （2011山东聊城）
12．⑴大小⑵A⑶虚
解析：选用两只完全相同的蜡烛的目的是用来比较像与物的大小关系，运用了等效替代的方法；物体通过平面镜所成的像是一个虚像，必须透过玻璃板才能观察到像，所以应该在蜡烛A这一侧观察；在像的位置放置光屏，在光屏上没有像呈现，说明物体通过平面镜所成的像是一个虚像，虚像不能成在光屏上。
2.（2011山东潍坊）下列关于“影”的形成，属于光的反射现象的是（）
A在阳光照射下，大树底下出现的“阴影” B皮影戏中的“手影”
C立竿见“影” D岸边树木在河水中的“倒影”
2.D
解析：A、B、C选项中的“影”是光的直线传播造成的光线照射不到的区域；D选项中的“倒影”是树木经平静的水面反射后形成的虚像，是由光的反射造成的，所以D选项是正确的。
点拨：本题考查了光现象中影子的形成，包括光的直线传播、光的反射，在判断此类光现象时，一定要结合实际情况，明确“影”的形成过程，一般有三类原因，即光的直线传播、光的反射和光的折射。
8．（2011江苏盐城）一只小鸟在平面玻璃幕墙前飞来飞去，欣赏它自己在幕墙中轻盈的“身影”．以下描述正确的是（）
A．“身影”始终和小鸟一样大
B．小鸟靠近幕墙过程中，“身影”远离幕墙
C．小鸟远离幕墙过程中，“身影”逐渐变小
D．“身影”到幕墙的距离大于小鸟到幕墙的距离
8.A
解析：平面玻璃幕墙相当于平面镜，小鸟在镜中成的像是一个与小鸟等大、正立的虚像，像与小鸟到平面镜的距离始终相等，因此只有选项A正确。
10、（2011江西）当你在竖直放置的平面镜前用右手写字，且正在往右移动笔时，镜中的像正在（）
A、用右手写字，往左边移动笔
B、用右手写字，往右边移动笔
C、用左手写字，往左边移动笔
D、用左手写字，往右边移动笔
10．C 解析：平面镜是通过光的反射来成像的，所成的像是一个正立的、等大的虚像，像相对于物来说关于镜面对称，即左右反转，上下不变，因此镜中的像是用左手写字，往左边移动笔。本题答案为C。
点拨：本题考查平面镜成像。在解答此类问题时，要抓住平面镜成像的特点：像物对称，左右反转，上下不变。
光的折射
19．（2011浙江台州）从岸边看水中的鱼，看到“鱼”的位置与实际位置不同。下列模型能解释此现象的是（）
17.D
解析：人在水外看到水中鱼，是鱼的光线从水中斜射入空气中，折射角应大于入射角，人沿着折射光线看去，看到鱼的虚像，虚像位置比实际位置偏高，因此D选项正确。
10．（2011浙江温州）如图所示的四个情景中，可以用光的反射原理来解释的是（）
10.A
解析：B选项中水中“折笔”是光的折射现象；C选项中眼球成像是凸透镜成像；D选项中旗杆的影子是光的直线传播形成的，只有A选项中平面镜成像是光的反射原理。
5．（2011江苏无锡）下列现象由光的反射形成的是（）
A．雨后彩虹 B．海市蜃搂 C. 水中倒影 D. 小孔成像
5．C
解析：彩虹是光的色散造成的，原理是光的折射，海市蜃搂是光在不均匀的介质中发生了折射的原因，小
孔成像是光沿直线传播的结果，只有选项D中是利用了光的反射。
16．（2011江苏无锡）如图所示，一束光斜射到平静的水面上。同时发生反射和折射，则反射光线与入射光线的夹角为度，折射角入射角(选填“大于”、“小于”或“等于")。
16.120 小于
解析：入射光在水面发生反射，根据反射定律可知，反射角大小等于入射角，水是由空气斜射入水中，折射角小于入射角。
7. （2011芜湖）
7．如图所示浅
解析：根据光的折射规律，当光从水中斜射入空气中时，折射角大于入射角，即折射光线向远离法线一侧偏折（如图所示），而人的视觉总是认为光是沿直线传播的，所以会看到水下的物体位置偏向上，使人看到的水深比水的实际深度要浅。
点拨：本题考查光的折射规律及其应用，在分析光的折射现象时，要注意由于光的折射使人眼看到的“物体”仅仅是一个升高了的虚像，而不是物体本身。
3. （2011山东烟台）如图所示，将刻度尺斜插入水中，从水面上看去，水中尺子的刻度情况（）
A变得疏了 B变得密了 C一部分变疏一部分变密 D疏密没有变化
3.B
解析：在空气中看水中的物体时，由于折射现象，看到的是刻度尺在水中的虚像，像的位置偏高，即进入水中的刻度尺部分变短了，由于尺上所标的刻度没有变化，长度变短后，刻度间的距离变密了，所以B选项正确。
点拨：本题考查了光的折射的知识，解本题的关键是搞清楚我们看到水中的物体发生了上移，其长度变短。10．（2011江苏盐城）如图所示，一束激光AO由空气斜射入玻璃砖，折射后从另一侧面射出，其出射点可能是图中的（）
A．M点 B．N点 C．P点 D．Q点
10.B
解析：根据光的折射规律可知，光从空气斜射入玻璃时，折射角要小于入射角，即向下偏折，所以有可能是图中的Ｎ点，选项Ｂ正确。
21. （2011四川成都）针孔照相机的原理是__________________。如图13所示，我们看到的鱼，实际是鱼的________像，这是因为__________________________________ 。
21．光的直线传播折射解析：由于光在均匀介质中沿直线传播，所以在光通过小孔时也沿直线传播，就会在小孔后面的屏上呈现一个倒立的实像，这就是针孔照相机的原理。根据光的折射规律，当光从水中斜射入空气中时，折射角大于入射角，即折射光线向远离法线一侧偏折，而人的视觉总是认为光是沿直线传播的，所以会看到比水下的鱼的实际位置偏向上的鱼的虚像。
点拨：本题考查光的直线传播和光的折射的应用。在从水中看空气中的物体或从空气中看水中的物题的折射现象中会看到“升高”了的或“变浅”的虚像
9. （2011山东聊城）请在图中，作出光线由空气斜射到玻璃表面时的反射光线和大致的折射光线。
9．如图所示。
解析：当光斜射到玻璃表面时，要同时发生光的反射和折射，发生光的反射时，遵循光的反射定律，根据反射角等于入射角可画出反射光线；当光进入玻璃中时，要发生折射，折射光线要靠近法线。
透镜成像
7．（2011安徽）图中L为凸透镜，MN为其主光轴，D为光心，若物体AB经凸透镜成的实像为A'B’，试用作图的方法确定凸透镜的一个焦点F，并在图中标出F的位置。
7.如图所示。
解析：物体A点射向凸透镜的光线经会聚后一定过像点A’，作以可作出一条与主光轴平行的光线，则此光线经折射后一定过A’，这条折射光线与主光轴的交点即为焦点。另外一定还有一条光线经凸透镜折射后水平射到A’，因此先画出折射光线后，再画出对应的入射光，此时入射光线与主光轴的交点是另一个焦点。
点拨：本题考查了凸透镜成像的三条特殊光线，解本题时要注意凸透镜成像中像与物是对应的，物射出的光线经凸透镜后一定会聚在相应的像点上。
17、（2011四川广安）在探究凸透镜成像规律时，小捷用了9个红色的发光二极管按“F”字样镶嵌排列在白色的板上代替蜡烛作光源，实验装置如图11所示：
（1）为了确定凸透镜的焦距，小捷将凸透镜正对太阳光，再把光屏放在另一侧，改变凸透镜
与光屏的距离，直到光屏上出现一个（填“亮点”或“亮环”）为止，测得它与凸透镜中心的距离为10cm，确定出焦距f= （填“5cm”或“10cm”）。
（2）凸透镜固定在光具座的零刻度线上，小捷将光源移至光具座30cm处后，再移动光屏，至到如图所示位置，光屏上会出现清晰（填“放大”、“缩小”或“等大”）的实像；如果她将光源再远离凸透镜一些，这时光屏应向（填“左”或“右”）移动，以获得清晰的实像。
（3）如果将光源移至7cm处，凸透镜此时成的是放大的（填“虚像”或“实像”）。
17、(1)亮点 10cm (2)缩小左 (3)虚像
13. （2011浙江杭州）小王同学用光具座做凸透镜成像实验时，蜡烛的像成在了光屏上侧，为了使蜡烛的像能成在光屏中央，以下操作可达到目的的是（）
A.将凸透镜往上移
B.将光屏往下移
C.将蜡烛往上移
D.将蜡烛往下移
13.C
解析：凸透镜成实像时的特点时，上下颠倒，左右反转，原来像在光屏上侧，说明蜡烛偏低或光屏偏低，还有可能凸透镜偏高所到，总之，蜡烛、凸透镜和光屏的中心不在同一直线上，所以根据上面分析的问题，只有选项C的调节是正确的。
21（2011江苏苏州）.如图所示是两束激光分别射向并通过甲、乙两透镜的传播路径.由图可知： (甲透镜/乙透镜)是凹透镜，可用于 (近视/远视）眼的矫正.
21.乙透镜近视
解析：从光路图可知，激光经过甲透镜后光线变得比原来会聚了，所以甲是会聚透镜，即凸透镜；而激光经过乙透镜后光线变的比原来延迟会聚，起到了发散作用，所以乙透镜为发散透镜，即凹透镜，它可以用来矫正近视眼。
点拨：本题考查了透镜对光线的作用及应用，解本题时注意区分“会聚”与“会聚作用”，“发散”与“发散作用”，即透过的光线相对于入射光线变得会聚了，也起到了会聚作用，即为会聚透镜，会聚不一定会聚在一点，也有可能是发散的。
23．（2011江苏苏州）将一物体分别放在甲、乙两凸透镜前相等距离处，通过甲透镜成缩小的像，通过乙透镜成等大的像，由此可推断：所成的 (都是实像/都是虚像/―个是实像、一个是虚像),甲透镜的焦距（小于/等于/大于）乙透镜的焦距.
23.都是实像小于
解析：根据凸透镜成像规律知，凸透镜成缩小和等的像均为实像，且都是倒立的，物体成缩小的像时其物距大于2f，物体成等大像时，物距在2f，由题意知判断甲透镜的焦距小于乙透镜的焦距。
点拨：本题考查了凸透镜成像规律的应用，利用规律解题时注意凸透镜所成的像若是缩小或等大的，则像一定是实像，若像是放大的，则有可能是虚像，也有可能是实像。
10. （2011芜湖）
10．B 解析：根据凸透镜成像规律，当在光屏上成倒立放大的像时，物体一定在大于1倍焦距小于2倍焦距处，即f<12cm<2f且f<18cm<2f，由此得到9cm < f <12cm，所以B选项正确。
点拨：本题虽然意在考查凸透镜成像规律，但在实际解题中有的同学易将不等式错解而导致判断结果错误。
6. （2011山东烟台）
6.B
解析：光屏在10cm时得到一个倒立、缩小的实像，当把物体移到距透镜10cm时，相当于物像的位置互换，根据光路可逆判断，此时在另一侧光屏得到的是一个倒立、放大的实像，所以选项B正确。
点拨：本题考查了凸透镜成像规律及光路的可逆性，本题的实质是将原来成像时的物与像位置互换，互换后，根据题意知，物距小于像距，所以成倒立、放大的实像。
17．（2011江苏盐城）在探究凸透镜成像规律时，先将凸透镜正对太阳光，把一张纸放在它的另一侧，当纸上呈现一个最小光斑时，测得光斑到凸透镜的距离为10cm，则凸透镜的焦距是 cm．再调节烛焰、凸透镜和光屏，使它们的中心大致在同一高度，并处在．物距为30cm时，在光屏上成一个倒立、的实像．
17．10 同一直线上缩小
36．（2011湖北襄樊）如图8所示，在“探究凸透镜成像的规律”实验中，一束平行于凸透镜主光轴的光线经过凸透镜后，在光屏上形成了一个最小、最亮的光斑。当把烛焰放在距该凸透镜25cm处时，在凸透镜另一侧前后移动光屏，会在光屏上得到一个的实像(填写像的性质)；如果此时将蜡烛远离透镜，仍要在光屏上得到清晰的像，光屏应向(选填“靠近”或“远离”)透镜的方向移动。
36.倒立、缩小靠近
31．（2010.福州）小雪小组在“探究凸透镜成像大小与焦距的关系”实验中，对课本的实验装置进行了改进，如图25所示。
（1）他们不用蜡烛，而用由几个发光二极管做成“F”字样的发光体进行实验，你认为其好处是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（写出一点即可）
（2）他们用三个焦距不同的凸透镜进行实验，数据记录如上表。分析表中数据可知，在物距一定时，凸透镜的焦距越大，所成实像的像距＿＿＿＿；根据你所学凸透镜成像规律分析，此时所成像的大小＿＿＿＿。（均选填“越大”、“越小”或“不变”）
31．⑴可以增加物体的亮度，使成像更清晰；便于观察凸透镜成像的性质；所成的像不会晃动，更加稳定；跟燃烧蜡烛相比，LED发光体更安全、环保……（本小题为开放性试题，答案只要科学、合理即可）⑵越大越大
解析：⑴可从LED发光二极管的亮度大、稳定不晃动、便于比较像与物的形状与大小等方面来思考；⑵由表格数据可知，当物距一定时，凸透镜的焦距越大，所成实像的像距越大；物体通过凸透镜成实像时，像距越大，像就越大。
点拨：本题通过凸透镜成像大小与焦距的关系的实验考查实验数据的处理方法。解答本题时，要善于分析
表格中的数据，运用对比法和归纳法分析得出结论。
5. （2011扬州）如图所示，在光屏上恰能看到一清晰的像，则像的性质是（）
A 倒立缩小的实像 B正立放大的虚像 C倒立放大的实像 D正立缩小的虚像
5．C 解析：从图中可以看出物距小于像距的，这符合凸透镜成像规律中的当物距大于1倍焦距且小于2倍焦距时，成倒立放大的实像的特点，故C选项正确。
点拨：本题考查凸透镜成像规律及其实验，象这样的题目对亲自经历探究凸透镜成像实验的学生来说是比较容易的，如果没有经历实验过程，也可以从凸透镜成像规律推知结论。
5. （2011山东聊城）
5．B 解析：当蜡烛距凸透镜40cm时，在光屏上得到清晰缩小的像，此时像距满足f﹤v﹤2f；若将蜡烛与光屏的位置对调，即蜡烛距凸透镜满足f﹤v﹤2f，此时在光屏上将呈现一个道理、放大的实像。本题答案为B。
透镜的应用
6. （2011山东济宁）在探究凸透镜成像规律的实验中，当烛焰、凸透镜、光屏处于图5所示的位置时，恰能在光屏上得到一个清晰的像。利用这一成像原理可以制成 （）
A．幻灯机 B．照相机 C．放大镜 D．潜望镜
6.A
解析：从图示装置可以看出，此时像距大于物距，根据凸透镜成像规律可判断，此时在光屏上得到的是一个倒立、放大的实像，这与幻灯机的成像原理相同，故A选项正确。
6.（2011山东临沂）在探究凸透镜成像规律时，调节光具座上依次排列的烛焰、凸透镜和光屏，使它们的中心大致在同一高度，当物距为18cm时，移动光屏，可在光屏上得到一个的等大、倒立的实像。
（1）该凸透镜的焦距是cm。
（2）当物距为15cm时，移动光屏，可得到一个清晰的、倒立的实像。在放大镜、照相机和投影仪中，成像情况与此类似的是。
6.（1）9 （2）放大；投影仪
解析：根据凸透镜成像规律可知，2f为成像大小的分界点，即当物体置于2f时，在另一侧光屏上得到一个倒立、等在的实像，因此可判断2f＝18cm，即f=9cm；15cm在1f与2f之间，所成的像是一个倒立的、放大的实像，投影仪就是利用这个原理来工作的。
4、（2011四川广安）如果一束来自远处某点的光经过角膜和晶状体折射后所成的像落在视网膜（填“前”或“后”），这就是近视眼。现在的中学生患近视眼的很多，矫正的方法是佩戴一副由透镜片做的眼镜。
4、前凹
解析：近视眼是看不清远处的物体，远处物体成像在视网膜前方，矫正近视眼需要用凹透镜。22．（2011浙江宁波）波是能量传播的一种形式。遥控器发出的信号被电视机接收，电视机发出的声音被人听到，这两个过程中，能量分别是以光波和的形式传播。人眼的晶状体相当于一个凸透镜，电视画面在观众的视网膜上成一个 (填“倒立”或“正立”)、缩小的实像。
22.声波倒立
26．（2011浙江台州）如果物体离眼睛近，来自它某点的光线到达眼睛时是发散的；如果物体远离眼睛，来自这点的光线到达眼睛时发散程度便会降低。因此，我们把来自遥远物体上某点的光线，到达眼睛时视作平行，如图甲所示。
（1）我们作上述推断的前提是光在同一均匀物质中是沿________传播；
（2）当物体远离眼睛时，眼球中晶状体的曲度会减小。图乙表示物体在眼球中的不同成像情况，其中表示视觉正常的人观看远处物体的是__________。
26.（1）直线（2）A
解析：光在同一种均匀的介质中是沿直线传播的，传播过程中方向不会发生改变；视觉正确的人看物体时，像恰好成在视网膜上，因此A选项中的光路属于视觉正常的人的眼睛。
18. （2011山东潍坊）
18.缩小左照相机
解析：从装置图可以看出，此时蜡烛距凸透镜的距离是30cm>2f，因此蜡烛在光屏所成的像是一个倒立、缩小的实像，因为当物体在2f时，成一个倒立、等的实像，此时像与物到凸透镜的距离相等，若增大物距，则像距会减小，因此当物体在3f时，像会向左移动，这与照相机的原理是类似的。
点拨：本题考查了凸透镜成像的规律及应用，解本题的关键是搞清凸透镜成像规律的两个分界点，即“一倍焦距分虚实，二倍焦距分大小”，另外要明确凸透镜成实像时，物像的移动方向是相同的。
9．（2011江苏无锡）近来，小华为了看清书上的字，眼睛与书的距离和视力正常时相比越来越近了，这说明小华已（）
A．患上近视眼，需要佩戴用凸透镜制成的眼镜
B．患上近视眼，需要佩戴用凹透镜制成的眼镜
C．患上远视眼，需要佩戴用凸透镜制成的眼镜
D. 患上远视眼，需要佩戴用凹透镜制成的眼镜
9.B
解析：从题意知小明看书越来越近了，说明他看不清远处的物体，这是发生了近视眼，需要配戴凹透镜进行矫正，所以选项B正确。
8、（2011山东威海）下列关于图中所示光学现象的描述或解释正确的是（）
A、图甲中，小孔成的是倒立的虚像
B、图乙中，人配戴的凹透镜可以矫正远视眼
C、图丙中，白光通过三棱镜要被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光
D、图丁中，漫反射的光线杂乱无章不遵循光的反射定律
8.C
解析：小孔成像是成倒立的实像，乙图中用凹透镜来矫正的，所以是近视眼，漫反射是由于反射面粗糙不平导致了反射光向各个方向传播，并不是不遵循光的反射定律，所以只有选项C是正确的。
16、（2011山东威海）图甲是城市很多路口安装的监控摄像头，它可以拍摄违章行驶或发生交通事故时的现场照片。摄像头的镜头相当于一个凸透镜，它的工作原理与相似。图乙和丙是一辆汽车经过路口时与一辆自行车相撞后拍摄的两张照片，由图可以看出汽车所成的像变小，与此对应的像距将
变。
16、照相机小
解析：摄像头所拍摄的像是一个倒立、缩小的实像，这与照相机的原理是相同的，根据凸透镜成像规律可知，凸透镜在成实像时，物体离凸透镜越远，像距越近，所成的像越小，从图片上看，由乙到丙，自行车所成的像逐渐变小，即像距在变小。
11．（2011四川重庆）将远处物体成像在视网膜之前的是_______眼，应佩戴_______透镜制成的眼镜矫正。11．近视凹解析：近视眼是由于晶状体对光的会聚本领变大，使本来会聚在视网膜上的像会聚在了视网膜前方，矫正近视眼应带凹透镜制成的眼镜片。
点拨：本题考查近视眼的成因及矫正方法。解答此类问题要搞清近视眼与远视眼形成的原因，明确其矫正办法。
7．（2011山东菏泽）测绘人员绘制地图时，需从高空向地面照相，若使用的相机镜头焦距为50 mm，则胶片到镜头的距离（）
A．大于100 mm B．等于50 mm
C．小于50 mm D．介于50 mm和100 mm之间
7．D 解析：照相机的原理是物体在凸透镜2倍焦距之外时，物体通过凸透镜成倒立、缩小的实像，像
在1倍焦距之外2倍焦距之内；相机镜头焦距为50 mm，则胶片到镜头的距离应介于50 mm和100 mm之间。本题答案为D。
18、（2011江西）临近毕业，承承所在班级拍摄毕业照时，摄影师看到两边有些同学没有进入镜头，他及时进行了调整，顺利完成了拍照，请你说说摄影师是怎样进行调整的？
18．要点：⑴摄影师应将镜头离同学远一点；⑵同时，摄影师还应将暗箱的长度缩短一些。
解析：照相机是应用了物体在凸透镜的2倍焦距之外成倒立、缩小实像的原理制成的，此时像在1倍焦距之外，2倍焦距之内，物体到凸透镜的距离为物距，底片到凸透镜的距离为像距；在本题中，要想将所有同学都进入镜头，即要将像变小，根据凸透镜成像规律，要使像变小，必须使像距变小同时物距变大，这就要求镜头离同学远一点，同时，摄影师还应将暗箱的长度缩短一些。
点拨：本题考查了凸透镜成像规律的应用。解答此类题目的关键是把我凸透镜成像的调节规律：物近像远像变大，同时要明确题目所涉及的应用中哪是物距，哪是像距。
4．（2011四川成都）一天，小聪告诉小亮，放大镜不仅能把物体“放大”，还能把物体“缩小”！有些惊讶的小亮立刻找来一个放大镜做起了实验。他把放大镜放到花朵前某一位置时，看到了如图21所示的花朵的正立放大虚像。接着他按小聪的提示进行了操作，终于看到了“缩小”的花朵。关于小亮看到“放大”花朵后的操作及他看到的“缩小”花朵，下列说法正确的是
A．小亮向靠近花朵的方向移动放大镜，看到的是花朵的正立缩小虚像，像的位置在放大镜与花朵之间B．小亮向靠近花朵的方向移动放大镜，看到的是花朵的倒立缩小实像，像的位置在放大镜与小亮眼睛之间C．小亮向远离花朵的方向移动放大镜，看到的是花朵的正立缩小虚像，像的位置在放大镜与花朵之间D．小亮向远离花朵的方向移动放大镜，看到的是花朵的倒立缩小实像，像的位置在放大镜与小亮眼睛之间
4．D 解析：放大镜是凸透镜，根据凸透镜成像规律，当物距小于1倍焦距时，凸透镜成正立放大的虚像，当物距大于2倍焦距时，凸透镜成倒立缩小的实像，所以观察完正立放大的虚像后，需要将凸透镜远离花朵，才能观察到花朵的倒立缩小的实像，故D选项正确。
点拨：本题考查凸透镜成像规律，灵活掌握在不同物距情况下凸透镜成像的不同情况是解题的关键。15．（2011广州）图7是投影仪成像示意图．其中凸透镜的作用是成（填“等大”、“缩小”或“放大”）、（填“正立”、“倒立”）的实像，平面镜的作用是。如果图中h=40 cm，则凸透镜焦距不可能小于 cm．
15．放大倒立改变光路（改变光的传播方向） 20
解析：投影仪是利用的凸透镜成倒立放大的实像的原理，而平面镜只是改变了光的传播方向，使射向天花板的光呈现在屏幕上方便成像。要使物体能成倒立放大的实像，必须物距大于一倍焦距小于两倍焦距，因此凸透镜的焦距f<40cm<2f，即20cm 点拨：本题考查了凸透镜成像及其应用，在解答本题时，可能因为物体经投影仪在屏幕上成一个正立的像而导致分析错误，物体经投影仪在屏幕上成一个正立的像的原因是物体倒放着。 9. （2011山东聊城）下列各图中，对现象或结论的叙述正确的是（） 9．ABC 解析：光射到物体表面上时，发生漫反射，反射光射向各个方向，使在各个位置的人都能看到物体，故A选项正确；物体通过平面镜能成一个和物体等大的虚像，故B选项正确；人在岸上看到的“鱼”是由于光的折射形成的偏高的虚像，故C正确；透过眼镜看到的是虚像，故D选项错误。本题答案为ABC。 3、（2011四川广安）华蓥市举办了几届颇具影响的梨花节。其中有一次,台湾歌手周杰伦也来到了梨花节晚会的舞台上，现场观众能从不同的位置看见他，这是一种光的现象；当时他身穿紫色T恤，蓝色牛仔裤，如果舞台只用红色灯光照向他时，观众看到他的裤子的颜色是色。 3、漫反射黑 解析：周杰伦穿的衣服不是光源，而能从各个方向都能看到他，说明他表面发生了漫反射，使反射光向各个方向传播，传播到观众的眼睛内，蓝色的牛仔裤只能反射蓝光，红色灯光照射时裤子是黑色。4．（2011浙江瞿州）下列属于光的直线传播现象的是（） 4.A 4.（2011江苏苏州）下列光现象中，能说明光沿直线传播的是（） 4.C 解析：倒映在湖中的桥是桥通过平静的湖水所成的虚像，是由光的反射形成的；看到池水变浅是光的折射的原因，看到的是位置变高了的池底的虚像；平面镜成像的原理是光的反射，因此只有选项C是正确的。点拨：本题考查了光现象的判断，在解此类题时注意光现象中的三个原理：光的直线传播、光的反射及光的折射，对各现象中光线的传播特点来判断应用的是哪个原理。 1．（2011江苏连云港）下列几种现象中，由于光的反射形成的是（） A．阳光下形成的树荫 B．雨后天空出现的彩虹 C．平面镜中看到自己的像 D．从岸边看游泳池内水的深度变浅 1.C 解析：树荫是光的直线传播形成的，彩虹是光的折射的原因；看到池水变浅是由于光的折射，只有平面镜成像是利用了光的反射，选项C正确。 24．（2011湖北襄樊）枣阳市素有“中国桃之乡”之称。那漫山遍野的桃花，在三月和煦的阳光中，显得妩媚令人陶醉。我们看到红色的桃花，是因为太阳光照射到桃花上反射的缘故。 24.红光 2．（2011山东菏泽）电视机等家用电器的开启、关闭及频道转换，可以通过遥控器实现，遥控电视机的光是（） A．红光 B．红外线 C．紫光 D．紫外线 2．B 解析：红外线主要用于红外遥控；紫外线主要用于杀菌；而空调遥控器显然不是利用红光、紫光等可见光进行控制的。本题答案为A。 16、（2011江西）我们知道晶体在凝固过程中放热且温度保持不变，根据这一特点，请在图7中的坐标系中大致画出能描述晶体凝固的图像；如图8所示，是小汽车上的观后镜，请在虚线框内画出描述观后镜面得示意图 16．如图所示 解析：晶体放出热量，温度下降，达到晶体的凝固点时，放出热量，但温度保持不变，直至晶体凝固完毕，此时晶体继续放热，温度降低，在图像上要有一段平行于时间轴的线段表示晶体的凝固过程；为了扩大视野，小汽车的观后镜是凸面镜，在虚线框内画出凸面镜的示意图即可。 点拨：本题考查了晶体凝固的特点及图像的画法、凸面镜。本题的易错点是认为坐标系中的横坐标表示时间，纵坐标表示温度而导致晶体凝固图像作图错误。 2．（2010.福州）自然界的美经常令人陶醉。如图1所示的现象中，由于光的反射形成的是（） 2．C 解析：A选项中的“日全食”是由于光的直线传播形成的；B选项“雨后彩虹，搭起天桥”中的“彩虹”是太阳光照射到雨后悬浮在空中的小水滴发生折射形成的，实际上是光的色散现象；C选项中的鸟在水中形成倒影是鸟通过水面（水面相当于平面镜）所成的虚像，实质是光的反射；D选项中的“冰山”反射的光射出水面时要发生折射进入人眼，人看见的“冰山”位置要比实际位置要高，实质是光的折射形成的。点拨：本题考查了三种光学现象，即光的直线传播、光的反射、光的折射。在分析各种光现象时，要抓住要害----介质。光在同种均匀介质中沿直线传播，光路不变；在同种均匀介质中传播且光路改变时为光的反射现象，平面镜成像为光的反射；光在不同种介质或同种不均匀介质中传播时发生的光路变化为折射现象，透镜成像为光的折射。若观察者和物体在界面的同侧，则像是通过光的反射形成的。若观察者和物体分居在界面的两侧，则像是通过光的折射形成的。 4．（2010.福州）空调遥控器能够控制空调的开机、关机、调温等，利用的是（） A．红外线 B．紫外线 C．X射线 D．可见光 4．A 解析：红外线主要用于红外遥控；紫外线主要用于杀菌；X射线主要用于对人体病情的检测；而空调遥控器显然不是利用可见光进行控制的。故本题答案为A。 点拨：解答本题的关键是明确红外线、紫外线、X射线、可见光的特点及应用。在分析时，要结合题目中的具体应用来进行。 3. （2011扬州）如图所示的四种情景中，属于光的反射的是（） 3．B 解析：透过树林的阳光和手影都是由于光的直线传播形成的；倒映在瘦西湖中的五亭桥是平面镜成像，这是由于光的反射形成的；监控设备拍照是凸透镜成像，这是由于光的折射形成的。故B选项正确。点拨：本题考查光的直线传播、光的反射和光的折射现象的辨析，这就要求同学们清晰各种光现象及其应用。这类辨析题目可利用概念辨析法来区分判断。 光学作图类型注意事项及相关知识点 光学作图的考查形式主要有以下五种： 1、光的反射 2、光的折射 3、平面镜成像 4、透镜的特殊光线 5、凸透镜成像 ★光学作图需注意以下几点： 1、要借助工具（铅笔和直尺），作图要规范； 2、实际光线画实线，不是实际光线（如法线、光线的反向延长线、平面镜所成的像、像与物之间的连线）要画虚线； 3、光线要标箭头，同时注意箭头的方向； 4、如光源、物点、像点有对应符号、字母的要标上； 5、法线与镜面或界面垂直，像与物之间的连线与镜面垂直，垂直要画垂足符号； 6、务必记住凸透镜的三条特殊光线，利用特殊光线可以画出凸透镜成像光路图。 相关知识点： ▲光线：用一条带箭头的直线表示（箭头代表传播方向；直线代表光沿直线传播） 光的传播：光在同种均匀介质中沿直线传播。 实像：是一个明亮的区域，因为实像是由实际光线汇聚而成的；影子：是一个阴暗的区域，因为光线透不过去，在不透明物体后面形成 的。 ▲实像与虚像 区别：1、能不能用光屏承接。实像能，虚像不能。 2、是不是由实际光线汇聚而成。实像是，虚像不是。（虚像只能用肉眼看到，它是由实际光线的反向延长线交汇而成） 3、像的特点是不是一定是倒立的。实像是，虚像不是。 ▲光的反射 反射现象中的术语： 一点：入射点O（是指光线射到反射面上的一点）两角：入射角（指入射光线与法线之间的夹角）反射角（指反射光线与法线之间的夹角）三线：入射光线（指射到物体表面的光线） 反射光线（指被物体反射出的光线）法线（指垂直于镜面的虚线） ★反射定律：三线同面，法线居中，两角相等。即：1.反射光线、入射光线和法线在同一平面上； 2.反射光线、入射光线分居法线的两侧； 3.反射角等于入射角。（注意因果关系，入射决定了反射，应把反射叙述在前面） ★关于光的反射定律，应掌握以下几点： 1）一条反射光射只对应一条入射光线 2）入射光线垂直于反射面时，入射角为0°，反射角为0°，三线重合，但方向相反。 激光冷却与捕获原子 获得低温是长期以来科学家所刻意追求的一种技术。它不但给人类带来实惠，例如超导的发现与研究，而且为研究物质的结构与性质创造了独特的条件。例如在低温下，分子、原子热运动的影响可以大大减弱，原子更容易暴露出它们的“本性”。以往低温多在固体或液体系统中实现，这些系统都包含着有较强的相互作用的大量粒子。20 世纪 80 年代，借助于激光技术获得了中性气体分子的极低温（例如，10-10K ）状态，这种获得低温的方法就叫激光冷却。 激光冷却中性原子的方法是汉斯（.. ..T W H Ansch ）和肖洛（A. L. Schawlow ）于 1975 年提出的，80 年代初就实现了中性原子的有效减速冷却。这种激光冷却的基本思想是：运动着的原子在共振吸收迎面射来的光子（图 1）后，从基态过渡到激发态，其动量就减小，速度也就减小了。速度减小的值为 /h Mc νν-?= （1） 处于激发态的原子会自发辐射出光子而回到初态，由于反冲会得到动量。此后，它又会吸收光子，又自发辐射出光子。但应注意的是，它吸收的光子来自同一束激光，方向相同，都将使原子动量减小。但自发辐射出的光子的方向是随机的，多次自发辐射平均下来并不增加原子的动量。这样，经过多次吸收和自发辐射之后，原子的速度就会明显地减小，而温度也就降低了。实际上一般原子一秒钟可以吸收发射上千万个光子，因而可以被有效地减速。对冷却钠原子的波长为 589nm 的共振光而言，这种减速效果相当于 10 万倍的重力加速度！由于这种减速实现时，必须考虑入射光子对运动原子的多普勒效应，所以这种减速就叫多普勒冷却。 由于原子速度可正可负，就用两束方向相反的共振激光束照射原子（图2）。这时原子将优先吸收迎面射来的光子而达到多普勒冷却的结果。 实际上，原子的运动是三维的。1985 年贝尔实验室的朱棣文小组就用三对方向相反的激光束分别沿x、y、z三个方向照射钠原子（图3），在6 束激光交汇处的钠原子团就被冷却下来，温度达到了240μK 。 理论指出，多普勒冷却有一定限度（原因是入射光的谱线有一定的自然宽度），例如，利用波长为589nm 的黄光冷却钠原子的极限为240μK，利用波长为852nm 的红外光冷却铯原子的极限为124μK 。但研究者们进一步采取了其他方法使原子达到更低的温度。1995 年达诺基小组把铯原子冷却到了 2.8nK 的低温，朱棣文等利用钠原子喷泉方法曾捕集到温度仅为24pK 的一群钠原子。 在朱棣文的三维激光冷却实验装置中，在三束激光交汇处，由于原子不断吸收和随机发射光子，这样发射的光子又可能被邻近的其他原子吸收，原子和光子互相交换动量而形成了一种原子光子相互纠缠在一起的实体，低速的原子在其中无规则移动而无法逃脱。朱棣文把这种实体称做“光学粘团”，这是一种捕获原子使之集聚的方法。更有效的方法是利用“原子阱”，这是利用电磁场形成的一种“势能坑”原子可以被收集在坑内存起来。一种原子阱叫“磁阱”，它利用两个平行的电流方向相反的线圈构成（图4）。这种阱中心的磁场为零，向四周磁场不断增 光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地 1.常用的非初等函数：矩形函数、Sinc函数、三角形函数、符号函数、阶跃函数、圆柱函 数。 2.δ函数的定义：a.类似普通函数定义b.序列极限形式定义c.广义函数形式定义 δ函数的性质：a.筛选性质 b.坐标缩放性质 c.可分离变量性 d.与普通函数乘积性质 4.卷积，性质：线性性质、交换律、平移不变性、结合律、坐标缩放性质 5.互相关，两个函数f(x,y）和g(x,y)的互相关定义为含参变量的无穷积分 6.惠更斯-菲涅尔原理：光场中任意给定曲面上的诸面元可以看作是子波源，如果这些子 波源是相干的，则在波继续传播的空间上任意一点处的光振动都可看作是子波源各自发出的子波在该点相干叠加的结果。 7.基尔霍夫理论：在空域中光的传播，把孔径平面上的光场看作点源的集合，观察平面上 的场分布则等于他们所发出的带有不同权重的因子的球面子波的相干叠加。 8.角谱理论：孔径平面和观察平面上的光场分布都可以分别看成是许多不同方向传播的单 色平面波分量的线性组合。 9.点扩散函数：面元的光振动为单位脉冲即δ函数时，这个像场分布函数叫做~。 10.菲涅尔衍射成立的充分条件： 传递函数： 11.泰伯效应：当用单色平面波垂直照明一个具有周期性透过率函数的图片时，发现在该透 明片后的某些距离上出现该周期函数的现象，这种不用透镜就可以对周期物体成像的现象称为~。 12.夫琅禾费衍射： 13.衍射受限系统：不考虑系统的几何像差，仅仅考虑系统的衍射限制。 14.单色信号的复表示：去掉实信号的负频成分，加倍实信号的正频成分。 多色信号的复表示： 16.如果两点处的光扰动相同，两点间的互相干函数将变成自相干函数。 18.光学全息：利用干涉原理，将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，使物光 波前的全部信息都储存在记录介质中，做记录的干涉条纹图样被称为“全息图”，当用光波照射全息图时，由于衍射原理能能重现出原始物光波，从而形成与原物体逼真的三维像，这个波前记录和重现的过程成为~ 19.+1级波（虚像），-1级波（实像），±1级波（赝像） 20.从物光与参考光的位置是否同轴考虑：同轴全息、离轴全息。 从记录时物体与全息图片的相对位置分类：菲涅尔全息图、像面全息图、傅里叶变换全息图。 从记录介质的厚度考虑：平面全息图、体积全息图。 21.菲涅尔全息图：记录平面位于物体衍射光场的菲涅尔衍射区，物光由物体直接照到底片 上 傅里叶全息图：物体或图像频谱的全息记录。 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910262689.8 (22)申请日 2019.04.02 (71)申请人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 陈文颉 游清 李晔 陈杰 窦丽华 (74)专利代理机构 北京理工大学专利中心 11120 代理人 高燕燕 (51)Int.Cl. G06F 3/01(2006.01) G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种光学式无标记的三维人体动作捕捉方 法 (57)摘要 本发明提供一种光学式无标记的三维人体 动作捕捉方法，解决了传统非光学式及光学式有 标记人体动作捕捉方法对人体运动的束缚问题， 并在一定程度上减少了单次人体动作捕捉的所 用时长。包括：利用不同关节点的位置与其和真 实人体的对应关系，确定人体关节点编号和各个 关节点之间的连接关系；利用深度卷积神经网 络，结合所述编号和连接关系，进行多角度人体 图像的二维关节点提取以及关节点之间肢体骨 骼连线，得到人体关节点的二维坐标信息；利用 不同坐标系之间的转换关系以及所述人体关节 点的二维坐标信息，绘制出三维空间中的人体骨 架模型，使该骨架模型反映出三维空间中真实的 人体姿态运动信息，便于后续将该动作捕捉方法 用于人体运动分析领域。权利要求书1页 说明书6页 附图3页CN 110633005 A 2019.12.31 C N 110633005 A 权 利 要 求 书1/1页CN 110633005 A 1.一种光学式无标记的三维人体动作捕捉方法，其特征在于，包括： 利用不同关节点的位置与其和真实人体的对应关系，确定人体关节点编号和各个关节点之间的连接关系； 利用深度卷积神经网络，结合所述编号和连接关系，进行多角度人体图像的二维关节点提取以及关节点之间肢体骨骼连线，得到人体关节点的二维坐标信息； 利用不同坐标系之间的转换关系以及所述人体关节点的二维坐标信息，绘制出三维空间中的人体骨架模型，使该骨架模型反映出三维空间中真实的人体姿态运动信息，便于后续将该动作捕捉方法用于人体运动分析领域。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关节点增加了人体双脚脚尖这两个关节点。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关节点包含18个人体关节点。 4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述利用不同关节点的位置与其和真实人体的对应关系，确定人体关节点编号和连接关系采用以下方式：首先确定待提取的人体关节点位置，以及关节点与实际人体骨骼的对应关系，即确定关节点在人体骨骼上的位置；然后为所述对应关系进行关节点编码，确定人体关节点的序号，并根据真实人体肢体与骨骼方向，确定关节点之间的连接方式。 5.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述利用深度卷积神经网络，结合编号和连接关系，进行多角度人体图像的二维关节点提取以及关节点之间肢体骨骼连线具体包括以下步骤： 步骤一、将由不同角度拍摄出来的人体姿态图像传入深度卷积神经网络； 步骤二、利用深度卷积神经网络中的置信图对人体关节点的二维坐标进行提取； 步骤三、利用深度卷积神经网络中的部分肢体关系向量场以及人体关节点连接关系，判断出人体关节点之间的实际肢体方向； 步骤四、利用深度卷积神经网络中的贪婪分析算法对图像中已提取的人体关节点进行连接； 步骤五、将关节点提取结果以及连接结果显示在原人体姿态图像上，作为二维人体姿态的骨架模型。 6.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述利用不同坐标系之间的转换关系以及人体关节点的二维坐标信息，正确绘制出三维空间中的人体骨架模型采用以下方法：利用人体关节点的二维坐标信息，通过对图像像素坐标系、图像坐标系、摄像机坐标系以及世界坐标系之间转换关系的推导得出含有关节点未知三维坐标的方程组，利用最小二乘法针对方程进行求解，得到人体关节点的三维坐标，再利用关节点的编码顺序及相互连接关系，绘制出三维人体骨架模型。 2 ☆光学相关的计量单位☆ 光强度——坎德拉（cd），光亮度——cd/m2，光通量——流明（lm），光照度——勒克斯（lux、lx）， 1967年法国第十三届国际计量大会规定了以“坎德拉”、“坎德拉/平方米（cd/m2）”、“流明”、“勒克斯（lux、lx）”分别作为发光强度、光亮度、光通量、光照度等的单位为统一工程技术中使用的光学度量单位。 光强度——坎德拉（Candela）-cd 。1=F/Ω即光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。 光通量——流明（lumen）-lm 。F单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305×10cm面积上辐射出来的光通量为1lm。 为表示光强和光通量的关系，发光强度为1cd的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1lm。 光亮度——坎德拉/平方米（cd/㎡）是表示发光面明亮程度的。即指发光表面在制定方向的发光强度为垂直且制定方向的发光面的面积之比。 光照度——勒克斯（Lux）-lx 。被光均匀照射的物体，距离该光源1m处在1㎡的面积上得到的光通量是1lm时其照度为1lux，习惯称之为“烛光米”。 1、烛光、国际烛光、坎德拉（Candela）：定义在每平方米101325牛 顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”（即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝固温度（约2042K或1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为1坎德拉。并且，烛光、国际烛光、坎德拉的三个概念是有区别的，不宜等同。从数量上看，60坎德拉德育58.8国际烛光，亥夫钠灯的1烛光等于0.885国际烛光或者0.919坎德拉。 2、发光强度与光亮度：发光强度简称光强，国际单位是Candela（坎德拉）简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角度内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强度为l=f/Ω，Ω为立体角，单位为球面度（SR），F为光通量，单位为流明（lm），对于点光源由l=F/4。光亮度是标示发光面明亮程度的，指发光表面在制定的发光强度与垂直且制定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏基本上就是这样一个漫反射面，所以从各个角度去观看图像都有相同的亮度感。以下是部分光源的亮度值：（单位cd/㎡）黑白电视机120左右，彩色电视机80左右。 3、光通量与流明：光源所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一面积的光能称之为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同，眼睛对各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上并不能产生相同的明亮程度，在各色光中黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如用绿色光做水准，令其光通量等于辐射能通量，则对其他色光来说，激起明亮感觉的本两碧绿色 1光学学报2中国激光（属于超一流中文光学杂志），与COL一起是中国激光杂志社旗下的三大王牌杂志，也是国内光学杂志的皇帝，每篇文章有3位审稿人审稿，文章严谨程度非常高，其中COL已经被SCI收录（SCI最新影响因子0.8左右），光学学报与中国激光是中文SCI期刊的候选期刊。 3光谱与光谱学分析【SCI（次等）】：由于自引率太高，已经多次被JCR警告，但俗话说瘦死的骆驼比马大，任然属于光学顶尖级杂志。 4光电子.激光（2009年之前分EI核心和EI 非核心，光电子激光是最早的EI核心期刊之一，每篇文章均被EI compendex收录），在光电子学方面报到的论文最多，属于一流杂志的代表，也是唯一一本由大学主办的学术期刊（前10名中），相当的不容易。 5光学精密工程（同光电子.激光实力相当，排名也可定为第四），由于期刊报道的内容没有光电子激光报道的内容专业性和新颖性强，暂定于第5吧。 6强激光与粒子束（工程科学院举办），影响因子0.9左右，发展迅速，现加入到了中国光学期刊网，推广了知名度，属于一流杂志，此杂志与中国激光杂志的研究内容很像，是中国激光杂志的小弟，如果投稿中国激光或者光学学报被退，这个杂志则是您稿件去的最佳方向。 7光子学报（在09年以前属于EI非核心），在西安光机所得率领下不断发展，10年后一直被EI核心检索，近几年凭着自己的地位和努力，经常举办或者参加会议文章的出版，在陕西地方区域具有相当的影响力，属于二流杂志的领导。 8发光学报：在中科院长春光机所领导下，终于从10年开始被EI收录，并从双月刊转为月刊，发展迅速，在11年被评为百种杰出学术期刊，不过后门开的较大。9光电工程：老牌子光电期刊，这几年走了点下坡路，但任然是光电期刊类的中流 信息光学公式 1·矩形函数 ? ??? ? ≤-=??? ??-其它 , 021,10 0a x x a x x rect F { a sinc(a x ) } = rect(f /a ) F ?? ? ??Λ= b f b 1 (bx)}{sinc 2 2·inc s 函数 ()()a x x a x x a 0 00sin x x sinc --= ??? ??-ππ 3·三角形函数 ? ????≤-=??? ??Λ其它 , 0,1a x a x a x 4·符号函数 ()?? ? ??<-=>=0,10,00, 1sgn x x x x 5·阶跃函数 ()? ??<>=0,00 ,1x x x step 6·圆柱函数 ?? ???<+=???? ??+其它 ,0, 12 22 2a y x a y x circ 极坐标内 ?? ?><=??? ??a r o a r a r , ,1circ 7·δ函数的定义 普通函数形式的定义 ()()????? ?? =? ? ?==∞≠≠=∞ ∞ -?? 1 ,0,0,0, 0,dxdy y x y x y x y x δδ 广义函数形式的定义 ()()()0,0,,φφδ=∞ ∞ -?? dxdy y x y x 其中()y x ,φ在原点处连续 δ函数的性质 设函数()y x f ,在()00,y x 点出连续，则有 筛选性质 ()()()y x f dxdy y y x x y x f ,,,00=--∞ ∞ -?? δ 坐标缩放性质 ()()y x ab by ax ,1,δδ= 可变性 ()()()y x y x δδδ=, 8·梳状函数性质 ()()()∑∑∞ -∞ =∞∞ -=-= m nx j m x x πδ2exp comb ()∑∞ ∞ -?-?=??? ???x m x x x x δcomb ()∑∞ -∞=?? ? ?? ?-?=?m x m x x δ1 xx comb ()()ξcomb x comb ??→←? ()ξx comb x x comb ????→←?? ? ????x ()()()y x comb comb y x,comb = 9·傅里叶变换 ()()(){}dxdy y x j y x f F ηξπηξ+-=∞ ∞-?? 2exp ,, ()()()[]ηξηξπηξd d y x j F y x f += ∞ ∞ -?? 2exp ,, 10·阶跃函数step(x)的傅里叶变换 (){}(){}()? ?????-= +=??πξξδj 21x sgn 12 1 x step 11·卷积的定义 ()()()()()x h x f d x h f x g *=-= ?∞ ∞ -α αα 定义()x f 和()x h 的二维卷积： ()()()()()y x h y x f d d y x h f y x g ,*,,,,=--= ??∞ ∞ -β αβαβα 卷积的几个重要性质： 线性性质： {) ,(),(),(),(),()},(),(y x g y x bh y x g y x af y x g y x bh y x af *+*=*+卷积符合交换律： ,(),(),(),(y x f y x h y x h y x f *=* 卷积符合结合律： [][] ),(),(),(),(),(),(y x g y x h y x f y x g y x h y x f **=**卷积的坐标缩放：若),(),(),(y x g y x h y x f =*，则 1.下面四种颜色中哪种颜色的光波最长(D)。 A.蓝 B.绿 C.黄 D.红 2.按照目前近代物理研究的最新成果，物质的最小的构成单位是(D)。 A.质子 B.中子 C.强子 D.夸克 3.与复印机、激光打印机一起构成现代化的光电子印刷技术，从而彻底取代了铅字手工排版的是（C） A.打字机 B.计算机 C.激光照排机 D.激光印刷机 4.第一台激光器产生于: （C） A, 1953 B, 1961 C, 1960 D, 1948 5.在雷电来临时，电光一闪即逝，但雷声却隆隆不断，这是因为（B） A．雷一个接一个打个不停 B．雷声经过地面、山岳和云层多次反射 C．光的传播速度比声的传播速度大D．声的传播速度比光的传播速度大 6.黄昏时，太阳呈红色，是因为黄昏时( B ) A.太阳发出较多的红光 B.阳光经过空气散射形成 C.太阳距地球较近 D.太阳距地球较远 7.以下双折射晶体中属于双轴晶体的是（C） A.石英 B.冰洲石 C.硫磺 D.冰 8.第一台激光器的工作物质（A） A．红宝石 B.蓝宝石 C.掺钕钇铝石榴石 D.二氧化碳 9.假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比，则（B） A. 将提前 B．将延后 C．在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D. 不变 10.红光和紫光相比，（B） A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小 11.下列哪个是光通量的单位（B） A.lux B.lm C.lx D.cd 光学类期刊投稿排行 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 1光学学报2中国激光（属于超一流中文光学杂志），与COL一起是中国激光杂志社旗下的三大王牌杂志，也是国内光学杂志的皇帝，每篇文章有3位审稿人审稿，文章严谨程度非常高，其中COL已经被SCI收录（SCI最新影响因子左右），光学学报与中国激光是中文SCI期刊的候选期刊。 3光谱与光谱学分析【SCI（次等）】：由于自引率太高，已经多次被JCR警告，但俗话说瘦死的骆驼比马大，任然属于光学顶尖级杂志。 4光电子.激光（2009年之前分EI核心和EI 非核心，光电子激光是最早的EI核心期刊之一，每篇文章均被EI compendex收录），在光电子学方面报到的论文最多，属于一流杂志的代表，也是唯一一本由大学主办的学术期刊（前10名中），相当的不容易。 5光学精密工程（同光电子.激光实力相当，排名也可定为第四），由于期刊报道的内容没有光电子激光报道的内容专业性和新颖性强，暂定于第5吧。 6强激光与粒子束（工程科学院举办），影响因子左右，发展迅速，现加入到了中国光学期刊网，推广了知名度，属于一流杂志，此杂志与中国激光杂志的研究内容很像，是中国激光杂志的小弟，如果投稿中国激光或者光学学报被退，这个杂志则是您稿件去的最佳方向。 7光子学报（在09年以前属于EI非核心），在西安光机所得率领下不断发展，10年后一直被EI核心检索，近几年凭着自己的地位和努力，经常举办或者参加会议文章的出版，在陕西地方区域具有相当的影响力，属于二流杂志的领导。 8发光学报：在中科院长春光机所领导下，终于从10年开始被EI收录，并从双月刊转为月刊，发展迅速，在11年被评为百种杰出学术期刊，不过后门开的较大。 9光电工程：老牌子光电期刊，这几年走了点下坡路，但任然是光电期刊类的中流砥柱。希望在后几年能重振雄风！ 光学测量的基本参数与应用介绍 询问几乎所有具有适度模拟和电源专业知识的电气工程师来评估电源的效率，他或她将知道如何操作，或者至少如何开始该过程。你得到一个假负载或（甚至更好）一个有效负载，测量电源的电压和电流，测量电源输出的相同参数，做一些基本的计算，你有初步的答案。如果需要，可以在一系列输入值和负载以及静态和动态情况下运行测试。它可能会有点复杂，但基本的设置和过程就是这样做的。现在请求同一个工程师来测量光源的效率，例如LED或CFL，并且存在很多混乱。为什么？因为测量光学参数带来了一系列全新的问题，其中许多问题要复杂得多，并且除了基本的电气测量之外还要有细微之处。例如，您想要所有波长的光输出功率，只有可见光谱，或选定的波段（如红外线，或可见光内的切片）？你想要所有方向的功率，还是只需要特定的方向和立体角？ 光学测量有很长的历史，可以追溯到几百年前。多年来，有些术语和概念没有变化，有些已经更新为基于SI的单位（国际单位制），因此使用新旧术语或旧术语已被正式重新定义时偶尔会出现混淆（什么是“烛光”单位，无论如何？）。 在获得正确的仪器和设置之前，你必须熟悉光度学的基本光学参数和术语（可见光的测量）和比色法（测量）（颜色），所以你可以确定你正在测量你真正需要知道的东西。还要记住电气测量和光学测量之间的关键和基本区别：在大多数情况下（但不是全部，RF是例外），当您测量电功率时，您可以测量电压和电流，然后通过模拟电路或数字电路计算功率处理。但是，当您测量光功率时，您实际上是通过具有输出电压或电流的传感器来测量功率本身，该传感器与入射光功率具有明确的相关性。 关键光学参数 颜色（或色度）：这是一个明显的参数，我们用红色，黄色和绿色等词来描述，但有两种方法可以用技术来描述它。 首先是光的波长，通常以纳米（nm）表示。可见光谱跨越红色（620-750nm）至紫色（380-450nm）;超过红色，红外（IR）范围从700到1，000纳米（1毫米），而紫外线超出紫外线（紫外线，10-400纳米）。请注意，这些范围边界没有明确界定的一致边界，因 信息光学复习提纲 信息光学的特点 Ch1. 线性系统分析 1.矩形函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 2.sinc函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 3.三角函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 4.符号函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 5.阶跃函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 6.余弦函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 7. 函数：①三种定义②四大性质③作用 8.； ②图像③作用④傅里叶变换谱函数 9.梳状函数：①定义 10.高斯函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 11.傅里叶变换（常用傅里叶变换对） 12.卷积：四大步骤，两大效应 13.互相关、自相关的定义、物理意义 14.傅里叶变换的基本性质和有关定理 15.线性系统理论 16.线性不变系统的输入输出关系，脉冲响应函数，传递函数 17.抽样定理求抽样间隔 ~ Ch2. 标量衍射理论 1. 标量衍射理论成立的两大条件 2.平面波及球面波表达式: exp[(cos cos cos )]A ik x y z αβγ++ （求平面波的空间频率） )](2exp[]exp[22y x z ik ikz z A + 3.惠更斯——菲涅耳原理： ()?? ∑ =ds r ikr K P U c Q U )exp()()(0θ ? 4.基尔霍夫衍射理论： ?? ∑ -= ds r ikr r n r n r ikr a j Q U ) exp(]2),cos(2),cos([)exp(1 )(0000 λ 令()()θλK r ikr j Q P h ) exp(1,= 所以()??∑ = ds Q P h P U Q U ,)()(0 当光源足够远，且入射光在孔径平面上各点的入射角都不大时， (),1,cos 0≈r n (),1,cos ≈r n ().1≈∴θK 故()z ikr j Q P h ) exp(1,λ=，]})()[(211{20020z y y z x x z r -+-+≈ 5. 菲涅耳衍射——近场衍射： 0000202000022)](2exp[)](2exp[ ),()](2exp[)exp(),(dy dx yy xx z j y x z jk y x U y x z jk z j jkz y x U +-++= ?? ∞ ∞ -λπ λ6. 夫琅禾费衍射——远场衍射：（根据屏函数求衍射光强分布） 与灯具相关的光学基本知识 一. 光与电磁波： 光是一种电磁波，速度为：30×10000 km/s 波长为780～380nm（纳米）。1纳米=10的-9次方米 二. 光谱与颜色： 光谱：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 红外线波长：620～780nm。紫外线的波长：380～420nm。如下图： 波长780～620～590～560～490～450～420～380nm 太阳光：波长是780～380nm，纯白色。 白炽灯：波长为780～400nm，缺少紫光，故合成后光色略偏红黄。 荧光灯：波长为750～310nm，缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。 三. 灯具的主要作用： 1. 固定和保护灯； 2. 控制和分配灯光，突现所需的光分布； 3. 装饰与美化环境； 四. 照明灯具的光特性：照明灯具的光特性主要用三项技术数据来说明，即： 1. 发光强度的空间分布； 2. 灯具效率； 3. 亮度分布或灯具遮光角； 五. 发光强度的空间分布 任何灯具在空间各方向上的发光强度都不一样，我们可以用数据或图形把照明灯具发光强度在空间的分布状况记录下来，通常我们用纵坐标来表示照明灯具的光强分布，以坐标原点为中心，把各方向上的发光强度用矢量标注出来，连接矢量的端点，即形成光强分布曲线，也叫配光曲线。 因为大部份的灯具的形状是轴对称的旋转体，其发光强度在空间的分布也是轴对称的。所以，通过灯具轴线取任一平面，以该平面内的光强分布曲线来表明照明灯具在整个空间的分布就够了。如果照明灯具发光强度在空间的分布是不对称的，例如长条形的荧光灯具，则需要用若干测光平面的光强度分布曲线来说明空间光分布。取同灯具长轴相垂直的通过灯具中心下 光学指纹采集仪的抗欺骗方法 摘要：指纹采集仪是指纹识别系统的输入装置，可广泛应用于指纹锁、考勤系统、电子商务、银行储蓄、社会保险、PC和手机中，也可用于公安系统指纹比对采集作业。目前，常用的指纹采集仪有三种：光学式、电容/电感式、生物射频式。其中，光学指纹采集器是最早出现的指纹采集器，也因其使用时间长、性能可靠、价格便宜成为现阶段使用最为普遍的指纹采集器，然而，光学成像采集原理易受欺骗的缺点，使其在金融系统，尤其是金库门这种场所的使用是不安全的。为了克服这种易受欺骗的缺点，本文重点介绍了光学指纹采集仪在防止指纹欺骗方面的两种新型技术手段。 一、采集原理 光学指纹采集仪采集指纹表层纹理图像，手指接触棱镜表面，光源光线照射到压有指纹的棱镜表面形成反射光线，由于指纹的嵴和峪凹凸不同，形成反射光线的量也就不同, 反射光线再经过透镜聚焦后由光电图像传感器去捕获成像。根据采集原理的不同，可以分为亮背景指纹采集仪和暗背景指纹采集仪：暗背景指纹采集仪采用漫反射的原理，指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，照射在脊线上的光束发生漫反射，透镜组将指纹脊线接触部位漫反射的光成像到成像装置上，显示为亮线，谷线不接触，光线仍旧透射出采集棱镜，所以谷线在成像装置上显示为暗线，从而得到暗背景的图像；亮背景指纹采集仪采用全反射的原理，指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，破坏了全反射条件，一部分入射光被手指吸收，余下部分光发生漫反射，透镜组将该反射光束成像到成像装置上，脊线吸收了部分全反射光线，显示为暗线；谷线不与采集面接触，全反射依旧成立，显示为亮线，从而形成亮背景的指纹图像。 二、欺骗方法 由于光学成像采集方式是对指纹脊线谷线和光学棱镜表面接触程度的差异进行采集，其防假指纹欺骗的方面，要弱于其他类型（如电、热、压）的传感器。对光学成像采集方式的欺骗方法主要来源于，通过对残留的指纹进行欺骗。其原因是：由于手指上的皮脂或者污染物影响，会在指纹识别设备上留下一个残留图像（指纹残留），如果利用外界光照射传感器；或者，利用显影粉就有可能检测到该指纹残留。在刑侦工作中，这是提取犯罪指纹的重要手段，但对于指纹识别系统来说，却提供了一个伪装合法用户指纹的机会，特别是在无人值守的应用中，合法用户留下的指纹残留如果被采集为数字图像就有可能通过匹配，导致非法用户利用该残留指纹通过识别认证，从而对指纹识别系统的安全性构成威胁。 三、抗欺骗技术 通过活体识别和双模式采集的方式可以有效的区分指纹残留和手指。 活体识别的方式，通过电容式接近传感器，利用电容感应原理，感应极板是导电材料制成的板状电极，可被视为一个或一组电容，附近出现或经过的导电体和电介质改变极板系统中的介电常数，影响静电场分布，从而改变感应极板的电容。当手指靠近或者接触感应极板时，感应极板电容增加；当手指远离或离开感应极板时，感应极板电容将减小。感应测量电路用于测量感应极板的电容变化，从而判定是否有手指的存在。具体做法是在光学指纹采集装置中增加电容式接近传感器，且将电容式接近传感器感应电极放置在采集棱镜下方。当指 第1章 二维傅里叶分析 第一讲 光学中常用的几种非初等函数 δ函数 Ⅰ重要的基本概念和公式 δ函数性质 (1)筛选特性 0000(,)δ(,)d d (,)f x y x x y y x y f x y +∞-∞ --=?? (2)可分离变量 0000δ(,)δ()δ()x x y y x x y y --=-- (3)乘法性质 000000(,)δ(,)(,)δ(,)f x y x x y y f x y x x y y --=-- (4)坐标缩放 1 δ(.)δ(,)ax by x y ab = (5)积分形式 1 1 δ()cos , δ()d 22i x x xd x e ωωωωππ∞∞ ±-∞ -∞ = =?? Ⅱ 例题讲解： 证明：()x df e x x f j x δπ=? ∞ ∞ -±2 ()()[]()()() x x f x f f df x f df x f i x f df e x x x f x x x x x x x f j x x δππππππ===±=∞ →∞ ∞ ∞ -∞ ∞-±??? 22sin 22cos 22sin 2cos lim 20 2 此证明利用了关系式()()Nx c N x f N sin =； ()()y x f x N N ,lim ∞ →=δ Ⅲ 练习题： 一、计算题 1. 已知连续函数f (x )， a >0和b >0 。求出下列函数： (1) ()()()0x ax x f x h -=δ (2) ()()()[]x x comb x f x g 0-= （提出：本题主要复习δ函数的缩放性质和筛选性质；梳妆函数的抽样特征和平移复制功能） 第二讲 卷积和相关 Ⅰ重要的基本概念和公式 灯具光学相关知识 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】 光学知识 目录 （一）光照度 一、定义 光照度，即通常所说得勒克司度（lux），表示被摄主体表面单位面积上受到的光通量。1勒克司相当于1流明/平方米，即被摄主体每平方米的面积上，受距离一米、发光强度为1 烛光的光源，垂直照射的光通量。光照度是衡量拍摄环境的一个重要指标。 二、计算 室内照明利用系数法计算平均照度： 在平时做照度计算时，如果我们已知利用系数“CU”，则可以方便的利用一个经验公式进行快速计算，求出我们想要的室内工作面的平均照度值。我们通常把这种计算方法称为“利用系数法求平均照度”，也叫流明系数法。 照度计算有粗略地计算和精确地计算2种。例如，假设像住宅那样整体照度应该在100勒克斯(lx)的情况，而即使是90勒克斯(lx)也不会对生活带来很大的影响。但是，如果是道路照明的话,情况就不同了。假设路面照度必须在20勒克斯(lx)的情况下，如果是18勒克斯(lx)的话，就有可能造成交通事故频发。商店也是一样，例如，商店的整体最佳照度是500勒克斯(lx)，由于用600勒克斯(lx)的照度,所以,照明灯具数量和电量就会增加,并在经济上造成影响。无论是哪一种照度计算都是重要的。虽然只是粗略地估算,也会有20%-30%的误差。所以建议在一般情况下最好采用专业的照明设计软件进行精确模拟计算，将误差控制在最小范围内。 但有时我们由于情况特殊或场地条件所限，而不能采用照明软件模拟计算时，在计算地板、桌面、作业台面平均照度可以用下列基本公式进行，略估算出灯具照度(勒克斯lx)=光 通量(流明lm)/面积(平方米m^2) 即平均1勒克斯(lx)的照度,是1流明(lm)的光通量照射在1平方米(m^2)面积上的亮度。 用这种方法求房间地板面的平均照度时,在整体照明灯具的情况下,可以用下列公式进行计算。 平均照度(Eav)= 单个灯具光通量Φ×灯具数量(N)×空间利用系数(CU)×维护系数(K)÷地板面积(长×宽) 公式说明： 1、单个灯具光通量Φ，指的是这个灯具内所含光源的裸光源总光通量值。 2、空间利用系数(CU)，是指从照明灯具放射出来的光束有百分之多少到达地板和作业台面,所以与照明灯具的设计、安装高度、房间的大小和反射率的不同相关,照明率也随之变化。如常用灯盘在3米左右高的空间使用，其利用系数CU可取之间；而悬挂灯铝罩，空间高度6--10米时，其利用系数CU取值范围在；筒灯类灯具在3米左右空间使用，其利用系数CU可取；而像光带支架类的灯具在4米左右的空间使用时，其利用系数CU可取。以上数据为经验数值，只能做粗略估算用，如要精确计算具体数值需由公司书面提供，相关参数，在此仅做参考。 利用飞秒激光光镊捕获生物细胞3 王 锴3,邢岐荣,毛方林,郎利影,王 专,柴 路,王清月 (天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072) 摘要:采用自行搭建的飞秒激光光镊,实现了对人体血红细胞(RBC)的稳定捕获。使用的光源为自行搭建的掺钛蓝宝石克尔透镜锁模激光器,输出中心波长810nm、脉冲宽度40f s和重复频率为100M Hz的飞秒激光脉冲。通过实验比较了飞秒激光光镊和连续(CW)激光光镊的捕获能力,依据实验数据,比较了两者的Q值。实验结果显示,飞秒激光光镊对于捕获生物细胞同样有效,将光镊技术和飞秒激光特性相结合用于生物学研究领域会有很好的应用前景。 关键词:光镊;飞秒激光;Q值;血红细胞(RBC) 中图分类号:TN249 文献标识码:A 文章编号:100520086(2005)1221480204 Optical T rapping of Biological Using a Femtosecond Laser Tw eezers WAN G Kai3,XIN G Qi2rong,MAO Fang2lin,L AN G Li2ying,WAN G Zhuan, C HA I L u,WAN G Qing2yue (Ultrafast Laser Laboratory,College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering,Tianjin U2 niversity,Key Laboratory of Opto2electronics Information and Technical Science,EMC,Tianjin300072, China) Abstract:We have implemented a femto second la ser tweezers,and the stable optical trap2 ping of human red blood cells(RBC)was observed.A homemade Kerr2lens mode2locked (M L)Ti:sapphire la ser that delivers40fs pulse s at810nm with a100MHz rep etition rate was used as the light source.We mea sured the optical trapping capability and Q2values of the femto second laser tweezers in comp arison with CW laser tweezers.From the exp eri2 ments,we can see femto second laser tweezers are just as effective a s CW laser tweezers on optical trapping of biological cells.The technology of optical tweezers integrated with characteristics of femto second pulses ha s a good future. K ey w ords:optical tweezers;femtosecond laser;Q2value;red blood cells(RBC) 1 引 言 自Ashkin等[1]发明光镊后,由于光镊可以非接触、无损伤地操纵生物细胞甚至单个分子,被广泛应用于生物学和物理学的基础研究[2～4]。 迄今几乎所有应用于生物学的光镊都是利用连续(CW)激光作为光源的。近10年,飞秒激光技术和色散补偿技术迅速发展[5],现在可直接从激光振荡级输出几f s的激光脉冲[6]。飞秒激光脉冲具有极窄的脉宽和极高的峰值功率,作用于生物组织时几乎不伤及周围区域,具有很高的空间和时间分辨率。鉴于飞秒激光脉冲的独特优势和光镊技术在生物学领域广泛的应用前景,我们曾提出建立飞秒激光细胞显微手术系统[7],并对以飞秒激光作为光源的光学势阱的可行性和稳定性进行了详细的理论分析[8～10]。Malmqvist等人[11]以较高平均功率的飞秒激光为光源,捕获非线性介质颗粒的同时实现了二次谐波的产生。近年,Agate等人[12]利用飞秒激光光镊成功捕获带染料的聚合体小球,并研究了其双光子荧光发射特性。 光电子?激光 第16卷第12期 2005年12月 J ournal of Optoelect ronics?L aser Vol.16No.12 Dec.2005 3 收稿日期:2005204220 修订日期:2005206221 3 E2m ail:wangkai304@https://www.wendangku.net/doc/8714592250.html,光学作图类型注意事项及相关知识点
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