工程光学第二章资料

工程光学2.1理想光学系统理想光学系统——像与物是完全相似的物空间像空间点——共轭点直线——共轭直线直线上的点——共轭直线上的共轭点理想光学系统理论——高斯光学工程光学2.1理想光学系统共轴理想光学系统所成的像还有如下的性质：1.位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位于光轴上；2.位于过光轴的某一个截面内的物点对应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内；3.垂直于光轴的物平面，它的共轭像平面也必然垂直于光轴。我们一般选择无穷远物点和像方焦点、物方焦点和无穷远像点这两对共轭点为“基点”，一对主平面为“基面”。工程光学2.2理想光学系统的基点和基面一、焦点F，F’与焦平面物方无穷远物A像F’:后焦点，像方焦点物F：前焦点，物方焦点像A’物方无穷远处像方焦平面：过F’垂轴平面物方焦平面：过F垂轴平面工程光学二、主点H，H’和主平面H,H‘——物（像）方主点，QH,Q‘H’——物（像）方主平面，HQ与H‘Q’共轭,β=1，物、像方主面是一对β=1的物像共轭面光学系统总包含一对主点（主平面），一对焦点（焦平面）2.2理想光学系统的基点和基面无限远轴外物点发出的光线，一定相交于像方焦平面上的某一点，这一点就是无限远轴外物点的共轭像点。工程光学像方焦距物方焦距单个折射球面、球面镜和薄透镜都相当于两个主面重合在一起的情况。2.2理想光学系统的基点和基面(H，H’)，(F，无穷远像A’),(无穷远物A,F’),三对共轭点称为光学系统的基点工程光学①平行于光轴的光线经理想光学系统后必通过像方焦点；②过物方焦点的光线经理想光学系统后必为平行于光轴的光线；③过节点的光线方向不变；④任意方向的一束平行光经理想光学系统后必交于像方焦平面上一点；⑤过物方焦平面上一点的光线经理想光学系统后必为一束平行光。⑥共轭光线在主面上的投射高度相等。2.3理想光学系统的图解求像工程光学节点和节平面——γ=1的一对共轭点当光学系统的n=n’即f‘=-f时，系统的节点与主点重合如未加说明则默认n=n’2.3理想光学系统的图解求像工程光学当n=n’时，主点即是一对节点。2.3理想光学系统的图解求像工程光学1.求下图中物所对应的像2.已知主平面和一对共轭点，求物B的像，并确定焦点F,F’的位置。2.3理想光学系统的图解求像工程光学3.已知一对共轭点的位置和像方焦点的位置，求物像方主平面的位置和物方焦点的位置。2.3理想光学系统的图解求像工程光学2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度一、理想光学系统的物像位置关系和垂轴放大率β牛顿公式物距x像距x’以焦点为原点来确定x、x’的值。工程光学高斯公式2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物方截距像方截距以主点为原点来确定、的值。l'll'l工程光学xffx/'')(''/'''fxxffxfffxlfxlfx'''llfxxffxfx'''''xfffllfffxfxyy'''''''由于得工程光学二、理想光学系统两焦距的关系和拉氏公式2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度'tan)''(tan)('tan'tanUfxUfxUlhUlyyfxyyfx'''''''''''tan''tanuynnyuuyffyuUyfUfynnff''工程光学若n‘=n,则f=-f’得：nnff''llfxxffxx''''''2'11'1fll2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度'''''ffllxffxyy工程光学四、轴向放大率、角度放大率及其与横向放大率的关系由xx'=ff'得xdx'+x'dx=02''''''ffffxffxxxdxdx当n’=n时立体物像不再相似1.轴向放大率——像与物沿轴移动量之比2.角放大率——像方、物方倾斜角的正切之比若n'=n2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度工程光学3.对薄凸透镜，几个特殊位置的β、α、γ（1）物在无穷远，像与像方焦点重合（2）物在2倍物方焦距处，像为等大倒立的实像2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度工程光学（3）物与物方焦面重合时（4）物与H重合2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度工程光学2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度llyy''工程光学2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度正透镜成像（图中移动的黑线为物，红线为像）工程光学负透镜成像（图中移动的黑线为物，红线为像）2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度工程光学例题：一薄凸透镜焦距为200mm，一物体位于透镜前300mm处，求像的位置和垂轴放大率。2300600''600''11'1200',300llyymmlfllmmfmml工程光学例:一组合系统如图所示，薄正透镜的焦距为20mm，薄负透镜的焦距为-20mm，两单透镜之间的间隔为10mm，当一物体位于正透镜前方100mm处，求组合系统的垂轴放大率和像的位置。对薄正透镜：mmlllmmfmml2520111,20,100'11'1'11得代入mmlllmmfmmdll6020111,20,151025'11'1'2'12得代入对薄负透镜：115601002511'2'121llll工程光学三、光学系统焦距的测定必须用轴外平行光可以根据视场角求焦距注意：当节点与主点不重合时不能直接使用公式焦距测定必须提供一定角度的平行光——平行光管tguyf''工程光学焦距仪工程光学2.5光学系统的组合一、两个光组的组合已知F1,F1',H1,H1',F2,F2',H2,H2'以及d(△),（△光学间隔）求总光组的F,F',H,H'以第二个光组的像方焦点、像方主点为起始点。以第一个光组的物方焦点、物方主点为起始点工程光学2.5光学系统的组合工程光学一般光组在空气中，有f=-f',于是两个有一定焦距的光组组合，系统的总焦距或光焦度除与各自的光焦度有关外，还与其间隔d有关2.5光学系统的组合光焦度：像方焦距的倒数'2'1'2'111'1ffdfff2121'2'1'2'111'1dffdfff2'1'2'1'ffdfff工程光学二、多光组组合2.5光学系统的组合Uk’hkh1工程光学'11'1fll''fhlhlh'tan'tanfhuu'1iiuudllii'1'''11)(iiiiiudlulhluul'''1iiiiudhh工程光学正切计算法——初值u1=0,h1任选'tan'tanfhuu'1iiiiudhh''kkFuhl'1'kuhf'333'3'2223'2223'2'1112'112'1tantantantantantantantantanfhuuudhhfhuuuudhhfhuu'33'uhlF'31'uhf工程光学工程光学各光组对总光焦度的贡献每个光组对总光焦度的贡献，除与自身的光焦度有关外，还与它在系统中的位置有关。与前面得到的结论一致。2.5光学系统的组合工程光学2.5光学系统的组合工程光学2.6望远镜系统望远镜系统是以平行光入射，再以平行光出射的系统系统特点△=0最简单的望远镜至少有两个独立光组，第一光组的像方焦点与第二光组的物方焦点重合开普勒望远镜伽利略望远镜工程光学目视系统的视角放大率：远处物体经系统所成的像对眼睛张角w‘的正切与该物体直接对眼睛张角w的正切之比。wwtan'tan望远镜系统的视角放大率：'2'1tan'tanffww工程光学显微镜系统结构特点：物体置于物镜两倍焦距与一倍焦距间，成倒立放大的实像。像平面正好与目镜的物方焦平面重合。显微镜系统工程光学薄透镜的焦距frrnf1)11)(1('121frnrdnrrnf1)1)11)(1('121221（厚透镜的焦距frrnnf1)11)(1('1210置于空气中置于其他介质中2.7透镜焦距工程光学解：位于空气中时率多少？（透镜材料折射中的焦距分别为浸没水（求该透镜位于空气中和面半径分别为例：一双凸透镜的两表)5.1)33.1,50,50r021nnmmrmmmmffrrnf50'501)501501)(15.1)11)(1('121（位于水中时：mmffrrnnf6.195')501501(133.15.1)11)(1('1210）（工程光学练习：37页：3、4、5、6、7、8、10、11题