工程光學第二章

第二章理想光學系統(tǒng)、第一節(jié)理想光學系統(tǒng)和共線成像理論、第二節(jié)理想光學系統(tǒng)的基點和基面、第三節(jié)理想光學系統(tǒng)的物體像關(guān)系、第四節(jié)理想光學系統(tǒng)的放大率、第五節(jié)理想光學系統(tǒng)的組合、第六節(jié)透鏡、第一節(jié)理想光學系統(tǒng)和共線成像理論、任意寬的空間、任意寬的光束成像完整的像的光學系統(tǒng). 高斯光學(GaussianOptics )、一、理想光學系統(tǒng)、二、物體像空間都是均勻的介質(zhì)：共線圖像，物體像變換成點對點、線對線、對面的關(guān)系。 1、任何物點通過理想光學系統(tǒng)成為完整的成像點：共軛，二，共軸理想光學系統(tǒng)的成像特性，越過主光軸的一個截面，1，光軸上物點的共軛成像點必然與光軸上的垂直光軸的平面物及其共軛平面像幾何學上類似，具有相同的倍率。 2、超過主光軸任意的截面成像特性相同，相對于主光軸軸對稱，3、垂直于主光軸的物體平面、其共軛像面必定垂直于光軸、4、利用已知的共軛點/面求出物體像關(guān)系、(1)已知的共軛面的位置和放大率：利用光軸上的已知的共軛點擴大已知的共軛面基于b、a、a、b、的光線的發(fā)射方向。 a，b，a，b，基點的基面，第二節(jié)理想光學系統(tǒng)的基點和基面，1，來自無限遠軸上的物點的光線，一，像側(cè)焦點F(thesecond/imagefocus )， imigisfremethewhenthobjecopoteopotinitinistal 像側(cè)主點h像側(cè)主平面QH； 另外，攝像側(cè)焦點距離(thesecond/imagefocallength ) :以攝像側(cè)主點h為起點，3、來自無限遠軸外的物體點的光線、共軛攝像點位于攝像側(cè)焦點平面上、2、物體側(cè)焦點F(thefirst/objectfocus )、物體側(cè)焦點f的物體側(cè)焦點平面； 物體側(cè)主點h物體側(cè)主平面QH； 物體側(cè)焦距(thefirst/objectfocallength ) : :以itistheobjesobjecopoteappointthimagedatinfinity .物體側(cè)主點h為起點，出射光線的像側(cè)三、物體側(cè)主平面與像側(cè)主平面關(guān)系、1、主平面的物理意義、共軛面： QH、QH、垂直軸倍率1、共軸理想光學系統(tǒng)的簡化圖：以基點與基面的位置來表現(xiàn). 另外，一對主點，一對主平面一對焦點，一對對焦平面一對節(jié)點，一對節(jié)平面，2，共軸理想光學系統(tǒng)的基點和基面，四，實際光學系統(tǒng)的基點位置和焦距計算，例如三片型攝影物鏡，1，結(jié)構(gòu)參數(shù)，方法：在近軸區(qū)域中跟蹤與光軸平行的光線。 2、求出對象物的鏡像側(cè)焦距、攝像側(cè)焦點、攝像側(cè)主點、開始坐標，使用六次近軸光線的光路計算式和過渡式求出攝像距離和傾斜度，求出攝像側(cè)焦距、攝像側(cè)主點、攝像距離和傾斜度，注意： l和l都以球面頂點為起點！ 3、物鏡的物體側(cè)焦距、物體側(cè)焦距、物體側(cè)主點、開始坐標、物體距離和傾斜角、物體側(cè)焦距、物體側(cè)主點、物體側(cè)焦點位置： *計算結(jié)果問題： *解決方案2 :1 )平行于光軸的光束穿過系統(tǒng)并且必定穿過圖像側(cè)焦點；2 )穿過物側(cè)焦點的入射光束穿過系統(tǒng)并且平行于光軸5 )共軛光線在一對主面上的投影高度相等。 第三節(jié)理想的光學系統(tǒng)的物體像關(guān)系，一、圖形求像的1、典型的光線和性質(zhì)(5條)、的主面的性質(zhì)，(1)軸外點像，2，依據(jù)：理想的像的情況下，從一點出來的光線經(jīng)光學系統(tǒng)的作用還是交點。3、方法：求出物點發(fā)出的兩條特定光線在像側(cè)空間的共軛光線，兩者的交點為共軛像點。 (2)利用光線的典型性質(zhì)，(3)在軸上形成物點的圖像，(2)利用焦平面的性質(zhì)，使軸上的物點通過兩個光具在解法1 :2 :a )、(3)處形成(a )、(b )、二、用解析法成像，求出BAF -FHM、bafn ，1、沿軸線段以光學系統(tǒng)焦點為起點，2、沿軸線段以光學系統(tǒng)的主點為起點，牛頓式：特例：與物體像空間介質(zhì)相同、問題：第一章的單一折射/反射球面的成像式三、理想光學系統(tǒng)兩焦距的關(guān)系為、近軸小角度：(反射面的數(shù)量為k )、自學：理想光學系統(tǒng)的兩焦距的關(guān)系的一般形式：當時、1 )包含偶數(shù)個反射面的系統(tǒng)、物體側(cè)焦距與像側(cè)焦距的差異； 2 )包含奇數(shù)個反射面的系統(tǒng)，物體側(cè)焦距和像側(cè)焦距相同。 理想的光學系統(tǒng)平移式：1，圖解求像，2，分析求像，4，總結(jié)為：1)牛頓式：物體像空間介質(zhì)相同：2 )高斯式：系統(tǒng)兩焦距的關(guān)系：例2 :焦距20cm的薄凸透鏡，物體在其頂點左側(cè)30cm處，用兩種方法求像的位置和橫向倍率解：1 )高斯法：2 )牛頓法：1，軸放大率，第4節(jié)理想光學系統(tǒng)放大率，1，沿軸移動微量距離，2，沿軸移動有限距離，定義的牛頓法：2，角放大率，1，定義：2，理想光學系統(tǒng)的3個放大率的關(guān)系：3，光學系統(tǒng)的節(jié)點(基點)，1，定義：角n=n :節(jié)點與主點重疊，特例： n=n，物理意義：通過節(jié)點的入射光線通過系統(tǒng)發(fā)射方向不變。2、節(jié)點位置、獲得、通過節(jié)點的光線、b、4、用平行光管測量焦距的依據(jù)，光學系統(tǒng)在空氣中，主點和節(jié)點重疊。 即使發(fā)射通過節(jié)點的光，方向也不會改變。 平行光管提供平行光束，平行光管測量焦距的原理包括：分割板，(a )，a，(b )，例3 :用作圖法測定圖中AB的像AB .5，總結(jié)，一、軸向放大率，二)有限的距離移動，一、由多個光組構(gòu)成的理想光學系統(tǒng)的成像，五、六節(jié)理想光學系統(tǒng)的組合透鏡，一、各光組間的相對位置的顯示， 主面間隔光學間隔(焦點間隔)、2、多個光組過渡關(guān)系和功率、第I個光組、2、2個光組的組合分析、1、組合焦點的位置、像側(cè)焦點：對第2個光組為共軛點、物體側(cè)焦點：對第1個光組為共軛點.2，組合焦距的計算，組合系統(tǒng)的物體側(cè)焦距和像側(cè)焦距，組合焦距的計算原點：組合系統(tǒng)的物體像，像的雙方的主點，3，組合系統(tǒng)的主平面的位置(以系統(tǒng)處于相同介質(zhì)的情況為例)，組合物側(cè)參數(shù)以第一光組物體側(cè)主點為原點， 組合像側(cè)參數(shù)是將第二光組像側(cè)主點歸納為原點，4，式1，表示各光組間的相對位置，2，兩光組的組合的參數(shù)計算：5，光焦度，光焦度的定義，兩光組的組合焦距，光焦度： (單位：視度)，物理意義：光學系統(tǒng)的收斂或例如，出射光束對入射光束具有較大偏轉(zhuǎn)效果.、三、透鏡、一、透鏡的結(jié)構(gòu)和分類、結(jié)構(gòu)：兩個折射面的兩個單獨的光組、第二個折射面的虛像距離、實際的透鏡、第二個透鏡的兩個折射球面的成像式、透鏡放置在空氣中時由阿貝數(shù)不變式得到，第一個折射面的焦距、第二個折射面的焦距透鏡的光學間隔，透鏡的焦距公式，透鏡的大功率透鏡的焦點位置，透鏡的主點位置，薄透鏡：3，自學：透鏡參數(shù)與r，d的關(guān)系的分析(表2-1 )，4，多光組的組合計算，1，方法：跟蹤平行于主光軸入射的光線的最終出射角度。 第，第I個光群：過渡式：2，正切計算法(適用于多光群的組合計算)，例2 :望遠型光群，已知：求出：如果這樣的話，例3 :逆望遠型光群，已知：求出。 可選地，五、望遠系統(tǒng)、無焦點系統(tǒng)、重疊，光學間隔=0，1 )垂直軸放大率，2 )視角放大率，望遠系統(tǒng)、放大率與位置無關(guān)！ 例如：平行光束入射的物理解釋，應(yīng)用1 :光束擴展器的原理：結(jié)構(gòu)1 :結(jié)構(gòu)2 :望遠系統(tǒng)反轉(zhuǎn)，應(yīng)用2 :目視光學系統(tǒng)的原理：物體直接朝向人的眼睛的張角，眼睛，目視光學系統(tǒng)的視角放大率：遠方物體通過系統(tǒng)形成的像朝向眼睛的張角的正切及其*概念的差異：角倍率、顯微鏡視角倍率、理想光學系統(tǒng)理論： 1、基本概念：理想光學系統(tǒng)、共軛、