光學(xué)工程基礎(chǔ)170328

1、第二章 理想光學(xué)系統(tǒng),理想光學(xué)系統(tǒng)與共線(xiàn)成像理論理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)與基面理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率理想光學(xué)系統(tǒng)的組合透鏡,1、定義：,,2、理想光學(xué)系統(tǒng)的三種放大率的關(guān)系：,§4.2 角放大率,1)角放大率僅隨物像位置而異；2）同一對(duì)共軛點(diǎn)上，任意一對(duì)共軛光線(xiàn)與光軸夾角的正切之比都是恒值。,,,,1、定義：角放大率等于+1的一對(duì)共軛點(diǎn),n=n'：節(jié)點(diǎn)與主點(diǎn)重合,★ 特例：n=n',

2、★ 物理意義：過(guò)節(jié)點(diǎn)的入射光線(xiàn)經(jīng)系統(tǒng)后出射方向不改變。,§4.3 光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)（基點(diǎn)）,若系統(tǒng)n’=n（如置于空氣中），過(guò)主點(diǎn)的光線(xiàn)出射光線(xiàn)方向不變,,2、節(jié)點(diǎn)的位置,★由,得,過(guò)節(jié)點(diǎn)的光線(xiàn),一對(duì)主點(diǎn)、一對(duì)焦點(diǎn)、一對(duì)節(jié)點(diǎn),3、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn),B′,,,,★ 光學(xué)系統(tǒng)在空氣中，主點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)重合。,★ 經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的光線(xiàn)出射后不改變方向。,平行光管提供平行光束,§4.4 用平行光管測(cè)定系統(tǒng)焦距的依據(jù),★ 平行光管測(cè)定焦

3、距的原理,,分劃板,§4.5 小結(jié),1、軸向放大率,,2）移動(dòng)有限的距離,1）移動(dòng)微量距離,第五節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的組合,★ 高斯公式：,★ 牛頓公式：,★ 過(guò)渡關(guān)系：l2=l’1-d1; x2=x’1-Δ1,1、組合焦點(diǎn)的位置,§5.1 兩個(gè)光組組合分析,F’,★ 像方焦點(diǎn)：對(duì)于第二個(gè)光組，F(xiàn)’1 和F’是共軛點(diǎn),牛頓公式：,其中,,組合系統(tǒng)像方焦點(diǎn)位于第二個(gè)光組像方焦點(diǎn)右邊x’F處,x’F,★ 物方焦點(diǎn)：,

4、組合焦點(diǎn)位于第一個(gè)光組物方焦點(diǎn)左邊xF處,F,牛頓公式：,其中,,-x’F,對(duì)于第一個(gè)光組，F(xiàn) 和F2 是共軛點(diǎn)。,2、組合焦距的計(jì)算,★ 組合系統(tǒng)的像方焦距,F’,x’F,H’,-f’,f2’,h1,h2,,★ 組合系統(tǒng)的物方焦距,組合焦距的原點(diǎn)：組合系統(tǒng)的物、像兩方的主點(diǎn),設(shè)組合系統(tǒng)物空間折射率為n，像空間折射率為n’，兩系統(tǒng)間折射率為nd,3、組合系統(tǒng)的參數(shù)變換,★組合系統(tǒng)物方參數(shù)以第一個(gè)光組物方主點(diǎn)為原點(diǎn),★組合系統(tǒng)物方主點(diǎn)位置

5、,-lH,★ 組合像方參數(shù)以第二個(gè)光組像方主點(diǎn)為原點(diǎn),,,,l’H,★ 光焦度定義:,物理意義：反映光學(xué)系統(tǒng)的會(huì)聚或發(fā)散本領(lǐng)的參量。,例： —— 出射光束相對(duì)于入射光束有很大的偏折效應(yīng)。,4、光焦度,（單位：屈光度）,★ 兩光組組合光焦度,,兩個(gè)緊密結(jié)合透鏡組合后，總的光焦度等于兩個(gè)透鏡的光焦度之和,1、方法： 追跡平行于主光軸入射的光線(xiàn)最終的出射角度,,,,★ 第i個(gè)光組：,★ 過(guò)渡公式：,§5.2 多光組組合計(jì)

6、算,正切法,,2、正切計(jì)算法三光組組合焦距,本節(jié)公式小結(jié),1、兩光組過(guò)渡公式,2、兩光組組合的參數(shù)計(jì)算：,,,,第六節(jié) 透鏡,,§6.1 透鏡的構(gòu)成與分類(lèi),★ 構(gòu)成：兩個(gè)折射面＋被包圍透明介質(zhì),★ 第二個(gè)折射面的虛物距,實(shí)際的透鏡,★ 分類(lèi)：會(huì)聚透鏡（正透鏡）－－光焦度Φ為正值 發(fā)散透鏡（負(fù)透鏡）－－光焦度Φ為負(fù)值,§6.2 透鏡（兩個(gè)折射球面）的成像公式,★透鏡的光學(xué)間隔,★透鏡的焦距公式,★第一

7、個(gè)折射面的焦距,★設(shè)透鏡處在空氣中，由阿貝不變式,★透鏡的光焦度,ρ為球面曲率半徑的倒數(shù),★ 薄透鏡,材料選定后，設(shè)計(jì)所需焦距透鏡時(shí)可由許多球面半徑搭配實(shí)現(xiàn)。,透鏡的焦距公式,★透鏡的焦點(diǎn)位置,★透鏡的主點(diǎn)位置,§6.3 透鏡基點(diǎn)位置,H,H,H,H,H,H,H’,H’,H’,H’,H’,H’,d=0 時(shí)，lH = l’H = 0，即主點(diǎn)與頂點(diǎn)重合。,,已知： 求：,★ 透鏡組合焦距,,兩個(gè)光組組合公式法,

8、F1’,F2’,,f1’,-f2’,F2,-f2,§6.4幾個(gè)典型透鏡組合,1、遠(yuǎn)攝型光組,,★ 透鏡組合焦點(diǎn)位置和主點(diǎn)位置,,F1’,F2’,,f1’,-f2’,F2,-f2,透鏡2右側(cè)400mm處,透鏡2左側(cè)600mm處,組合光組的焦距 f ’ 大于鏡頭筒長(zhǎng)Ld＝d＋lF’，稱(chēng)為攝遠(yuǎn)物鏡（遠(yuǎn)攝型光組）。,,★ 設(shè)任意,,,,,,正切計(jì)算法,已知： 求：,2、反遠(yuǎn)攝型光組,已知：

9、 ， 求： 。,★ 設(shè)任意,則,,,,系統(tǒng)最后一面到焦點(diǎn)的位置，即工作距l(xiāng) F’，比焦距f’長(zhǎng)，稱(chēng)為反遠(yuǎn)攝型組合。,2、反遠(yuǎn)攝型光組,已知： ， 求： 。,★ 設(shè)任意,則,,,,,★ 無(wú)焦系統(tǒng),——

10、 重合，光學(xué)間隔Δ=0,d,對(duì)系統(tǒng)組合的光路和成像特點(diǎn)的分析,1）垂軸放大率,2）角放大率,★ 望遠(yuǎn)系統(tǒng),——放大率與位置無(wú)關(guān)！,物理解釋?zhuān)浩叫泄馐耘c光軸夾角w方向入射，出射光束為夾角w’的平行光束,3、望遠(yuǎn)系統(tǒng),★目視光學(xué)系統(tǒng)的視角放大率： 遠(yuǎn)處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對(duì)眼睛張角 的正切，與該物體直接對(duì)眼睛張角 的正切之比。,*概念區(qū)別：角放大率,★ 物體直接對(duì)人眼睛的張角,眼睛,目視光學(xué)

11、系統(tǒng)（供眼睛觀(guān)察用的光學(xué)系統(tǒng)）原理：物體通過(guò)系統(tǒng)后，其像對(duì)人眼的張角大于人眼直接觀(guān)察物體時(shí)的張角。,★顯微鏡視角放大率,,,★像對(duì)人眼睛的張角,4、顯微鏡系統(tǒng),★物鏡的垂軸放大率：,物鏡,目鏡,,F’1,第二章 小結(jié),理想光學(xué)系統(tǒng)理論：1、基本概念：理想光學(xué)系統(tǒng)、共軛、共線(xiàn)成像等2、共軸理想光學(xué)系統(tǒng)成像性質(zhì)3、基點(diǎn)與基面：焦點(diǎn)/面、主點(diǎn)/面、節(jié)點(diǎn)（包括物像兩方）物像關(guān)系：1、圖解法求像：典型光線(xiàn)、基點(diǎn)基面性質(zhì)（課上例

12、題）2、解析法及應(yīng)用：牛頓公式、高斯公式 理想光學(xué)系統(tǒng)的組合：1）兩光組組合的公式及計(jì)算 2）多光組組合計(jì)算（正切計(jì)算法）典型光學(xué)系統(tǒng)：了解基本的光路特點(diǎn)、成像特性等,本章作業(yè)（要求寫(xiě)出解答具體過(guò)程?。。?1.計(jì)算兩個(gè)光組組合的焦距，焦點(diǎn)和主點(diǎn)的位置，并用圖解法驗(yàn)證。2.一薄透鏡焦距為200mm，一物體位于透鏡前300mm處。求像的位置和垂軸放大率。（用高斯公式和牛頓

13、公式2種方法求解）3.一個(gè)三透鏡組合系統(tǒng)，兩個(gè)薄正透鏡的焦距分別為50mm和25mm，一個(gè)薄負(fù)透鏡的焦距為-25mm，透鏡間間隔均為10mm，當(dāng)物體位于正透鏡前方100mm處時(shí)，求組合系統(tǒng)的垂軸放大率和像的位置。4.一玻璃棒，長(zhǎng)度為50mm，折射率為1.5，若將其兩端磨成曲率半徑為10mm的凸球面，求其焦距和光焦度。5.如果用最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的薄透鏡設(shè)計(jì)一個(gè)焦距為f’=1200mm的長(zhǎng)焦物鏡，且使物鏡頂點(diǎn)到像面的距離為L(zhǎng) = 700 m

14、m， 系統(tǒng)工作距Lk = 400mm，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是怎樣的（即選擇什么樣的透鏡，焦距多大，間隔多大）？并畫(huà)出光路圖。6. 用作圖法分別畫(huà)出正透鏡和負(fù)透鏡在物距為以下條件時(shí)的像的位置。（-∞，-2f，-1.5f，-f）,已知： ，,1、組合焦點(diǎn)的位置,§5.1 兩個(gè)光組組合分析,F’,F,H,H’,,,2、組合焦距的計(jì)算,,,★