光學工程基礎170328

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

2、★ 物理意義：過節(jié)點的入射光線經系統(tǒng)后出射方向不改變。,§4.3 光學系統(tǒng)的節(jié)點（基點）,若系統(tǒng)n’=n（如置于空氣中），過主點的光線出射光線方向不變,,2、節(jié)點的位置,★由,得,過節(jié)點的光線,一對主點、一對焦點、一對節(jié)點,3、理想光學系統(tǒng)的基點,B′,,,,★ 光學系統(tǒng)在空氣中，主點與節(jié)點重合。,★ 經過節(jié)點的光線出射后不改變方向。,平行光管提供平行光束,§4.4 用平行光管測定系統(tǒng)焦距的依據(jù),★ 平行光管測定焦

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

4、組合焦點位于第一個光組物方焦點左邊xF處,F,牛頓公式：,其中,,-x’F,對于第一個光組，F(xiàn) 和F2 是共軛點。,2、組合焦距的計算,★ 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：組合系統(tǒng)的物、像兩方的主點,設組合系統(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)以第一個光組物方主點為原點,★組合系統(tǒng)物方主點位置

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

6、算,正切法,,2、正切計算法三光組組合焦距,本節(jié)公式小結,1、兩光組過渡公式,2、兩光組組合的參數(shù)計算：,,,,第六節(jié) 透鏡,,§6.1 透鏡的構成與分類,★ 構成：兩個折射面＋被包圍透明介質,★ 第二個折射面的虛物距,實際的透鏡,★ 分類：會聚透鏡（正透鏡）－－光焦度Φ為正值 發(fā)散透鏡（負透鏡）－－光焦度Φ為負值,§6.2 透鏡（兩個折射球面）的成像公式,★透鏡的光學間隔,★透鏡的焦距公式,★第一

7、個折射面的焦距,★設透鏡處在空氣中，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，設計所需焦距透鏡時可由許多球面半徑搭配實現(xiàn)。,透鏡的焦距公式,★透鏡的焦點位置,★透鏡的主點位置,§6.3 透鏡基點位置,H,H,H,H,H,H,H’,H’,H’,H’,H’,H’,d=0 時，lH = l’H = 0，即主點與頂點重合。,,已知： 求：,★ 透鏡組合焦距,,兩個光組組合公式法,

8、F1’,F2’,,f1’,-f2’,F2,-f2,§6.4幾個典型透鏡組合,1、遠攝型光組,,★ 透鏡組合焦點位置和主點位置,,F1’,F2’,,f1’,-f2’,F2,-f2,透鏡2右側400mm處,透鏡2左側600mm處,組合光組的焦距 f ’ 大于鏡頭筒長Ld＝d＋lF’，稱為攝遠物鏡（遠攝型光組）。,,★ 設任意,,,,,,正切計算法,已知： 求：,2、反遠攝型光組,已知：

9、 ， 求： 。,★ 設任意,則,,,,系統(tǒng)最后一面到焦點的位置，即工作距l(xiāng) F’，比焦距f’長，稱為反遠攝型組合。,2、反遠攝型光組,已知： ， 求： 。,★ 設任意,則,,,,,★ 無焦系統(tǒng),——

10、 重合，光學間隔Δ=0,d,對系統(tǒng)組合的光路和成像特點的分析,1）垂軸放大率,2）角放大率,★ 望遠系統(tǒng),——放大率與位置無關！,物理解釋：平行光束以與光軸夾角w方向入射，出射光束為夾角w’的平行光束,3、望遠系統(tǒng),★目視光學系統(tǒng)的視角放大率： 遠處物體經系統(tǒng)所成的像對眼睛張角 的正切，與該物體直接對眼睛張角 的正切之比。,*概念區(qū)別：角放大率,★ 物體直接對人眼睛的張角,眼睛,目視光學

11、系統(tǒng)（供眼睛觀察用的光學系統(tǒng)）原理：物體通過系統(tǒng)后，其像對人眼的張角大于人眼直接觀察物體時的張角。,★顯微鏡視角放大率,,,★像對人眼睛的張角,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,理想光學系統(tǒng)理論：1、基本概念：理想光學系統(tǒng)、共軛、共線成像等2、共軸理想光學系統(tǒng)成像性質3、基點與基面：焦點/面、主點/面、節(jié)點（包括物像兩方）物像關系：1、圖解法求像：典型光線、基點基面性質（課上例

12、題）2、解析法及應用：牛頓公式、高斯公式 理想光學系統(tǒng)的組合：1）兩光組組合的公式及計算 2）多光組組合計算（正切計算法）典型光學系統(tǒng)：了解基本的光路特點、成像特性等,本章作業(yè)（要求寫出解答具體過程?。。?1.計算兩個光組組合的焦距，焦點和主點的位置，并用圖解法驗證。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）3.一個三透鏡組合系統(tǒng)，兩個薄正透鏡的焦距分別為50mm和25mm，一個薄負透鏡的焦距為-25mm，透鏡間間隔均為10mm，當物體位于正透鏡前方100mm處時，求組合系統(tǒng)的垂軸放大率和像的位置。4.一玻璃棒，長度為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.如果用最簡單結構的薄透鏡設計一個焦距為f’=1200mm的長焦物鏡，且使物鏡頂點到像面的距離為L = 700 m

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