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1、工程光學(xué)工程光學(xué)1第二章第二章 理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像理論理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像理論 第二節(jié)第二節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面 第三節(jié)第三節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系 第四節(jié)第四節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率第五節(jié)第五節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的組合理想光學(xué)系統(tǒng)的組合第六節(jié)第六節(jié) 透鏡透鏡工程光學(xué)工程光學(xué)2第一節(jié)第一節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像理論理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像理論 任意大的空間、以任意寬的光束都成完善像任意大的空間、以任意寬的光束都成完善像 的光學(xué)系統(tǒng)。的光學(xué)系統(tǒng)。 高斯光學(xué)高斯光學(xué)（Gaussian
2、Optics）一、一、理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng)2、物像空間皆為均勻介質(zhì)：共線成像、物像空間皆為均勻介質(zhì)：共線成像物像變換為點(diǎn)對點(diǎn)，線對線，面對面的關(guān)系。物像變換為點(diǎn)對點(diǎn)，線對線，面對面的關(guān)系。 1、任意物點(diǎn)經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)都成完善像點(diǎn)：共軛、任意物點(diǎn)經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)都成完善像點(diǎn)：共軛工程光學(xué)工程光學(xué)3二、共軸理想光學(xué)系統(tǒng)的成像性質(zhì)二、共軸理想光學(xué)系統(tǒng)的成像性質(zhì)過主光軸的一個(gè)截面過主光軸的一個(gè)截面1、位于、位于光軸上物點(diǎn)光軸上物點(diǎn)的共軛像點(diǎn)必然在光軸上；的共軛像點(diǎn)必然在光軸上； 垂直光軸的平面物與其垂直光軸的平面物與其共軛平面像必然是幾何相似共軛平面像必然是幾何相似,具有相同的放大率。具有相同的放大
3、率。ynlyn l2、過主光軸的任意截面過主光軸的任意截面成像性質(zhì)相同，并關(guān)于主光軸對稱；成像性質(zhì)相同，并關(guān)于主光軸對稱；3、垂直于主光軸的物平面垂直于主光軸的物平面，其共軛像面必然垂直于光軸；，其共軛像面必然垂直于光軸；工程光學(xué)工程光學(xué)4 4、利用已知的共軛點(diǎn)、利用已知的共軛點(diǎn)/面求物像關(guān)系面求物像關(guān)系O1O2O1O2OO（1）已知兩對共軛面的位置和放大率：）已知兩對共軛面的位置和放大率： 利用光軸上的已知共軛點(diǎn)；利用光軸上的已知共軛點(diǎn)； 由已知共軛面的放大率確定出射光線的方向。由已知共軛面的放大率確定出射光線的方向。BAA B 工程光學(xué)工程光學(xué)5 （2）已知一對共軛面的位置和放大率，以及軸
4、上另外兩對）已知一對共軛面的位置和放大率，以及軸上另外兩對 共軛點(diǎn)的位置共軛點(diǎn)的位置OOO1O2O3O3O2O1 利用光軸上的已知共軛點(diǎn)；利用光軸上的已知共軛點(diǎn)； 由已知共軛面的放大率確定出射光線的方向。由已知共軛面的放大率確定出射光線的方向。ABA B 基點(diǎn)基點(diǎn) & 基面基面工程光學(xué)工程光學(xué)6 第二節(jié)第二節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面 tanhUL1、無限遠(yuǎn)軸上物點(diǎn)發(fā)出的光線、無限遠(yuǎn)軸上物點(diǎn)發(fā)出的光線limtan0hLUL 一、像方焦點(diǎn)一、像方焦點(diǎn)F（the second / image focus）Image is formed when the object of
5、axial point is at infinity.理想光學(xué)系統(tǒng)的理想光學(xué)系統(tǒng)的像方焦點(diǎn)、焦平面像方焦點(diǎn)、焦平面工程光學(xué)工程光學(xué)72 2、理想光學(xué)系統(tǒng)的像方參數(shù)、理想光學(xué)系統(tǒng)的像方參數(shù) 像方焦點(diǎn)像方焦點(diǎn)F 像方焦平面；像方焦平面； 像方主點(diǎn)像方主點(diǎn)H 像方主平面像方主平面QH； 像方焦距像方焦距（the second / image focal length）：）：tanhfU 以像方主點(diǎn)以像方主點(diǎn)H為起算原點(diǎn)為起算原點(diǎn)工程光學(xué)工程光學(xué)83 3、無限遠(yuǎn)軸外物點(diǎn)發(fā)出的光線、無限遠(yuǎn)軸外物點(diǎn)發(fā)出的光線 共軛像點(diǎn)位于共軛像點(diǎn)位于像方焦平面上像方焦平面上 反映軸外物點(diǎn)偏離光軸的反映軸外物點(diǎn)偏離光軸的角
6、距離角距離。工程光學(xué)工程光學(xué)9 二、二、物方焦點(diǎn)物方焦點(diǎn)F（the first / object focus） 物方焦點(diǎn)物方焦點(diǎn)F 物方焦平面；物方焦平面； 物方主點(diǎn)物方主點(diǎn)H 物方主平面物方主平面QH；tanhfU 物方焦距物方焦距（the first / object focal length）：）：It is the object of axial point that is imaged at infinity.以物方主點(diǎn)以物方主點(diǎn)H為起算原點(diǎn)為起算原點(diǎn)工程光學(xué)工程光學(xué)10出射光線在像方主平面的投射高度與入射光線出射光線在像方主平面的投射高度與入射光線 在物方主平面的投射高度相等。在物
7、方主平面的投射高度相等。三、物方主平面與像方主平面間的關(guān)系三、物方主平面與像方主平面間的關(guān)系1、主平面的物理意義、主平面的物理意義 共軛面：共軛面：QH，QH1Q HQH 垂軸放大率為垂軸放大率為+1工程光學(xué)工程光學(xué)11共軸理想光學(xué)系統(tǒng)的簡化圖：共軸理想光學(xué)系統(tǒng)的簡化圖：用基點(diǎn)和基面的位置表征。用基點(diǎn)和基面的位置表征。一對主點(diǎn)、一對主平面；一對主點(diǎn)、一對主平面；一對焦點(diǎn)、一對焦平面；一對焦點(diǎn)、一對焦平面；一對節(jié)點(diǎn)、一對節(jié)平面；一對節(jié)點(diǎn)、一對節(jié)平面； 2 2、共軸理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面、共軸理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面（共軛）（共軛）（非共軛）（非共軛）工程光學(xué)工程光學(xué)12四、實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)位
8、置和焦距計(jì)算四、實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)位置和焦距計(jì)算 例：三片型照相物鏡例：三片型照相物鏡1、結(jié)構(gòu)參數(shù)：、結(jié)構(gòu)參數(shù)：/mmr/mmdn26.67189.67-49.6625.47 72.11-35.00 5.207.951.6 6.7 2.81.61401.64751.6140方法：在近軸區(qū)追跡方法：在近軸區(qū)追跡平行于光軸的光線。平行于光軸的光線。工程光學(xué)工程光學(xué)132、求物鏡像方焦距、像方焦點(diǎn)、像方主點(diǎn)、求物鏡像方焦距、像方焦點(diǎn)、像方主點(diǎn)起始坐標(biāo)起始坐標(biāo)1l 10u 110mmh 111/ihr用六次用六次近軸光線的光路計(jì)算公式近軸光線的光路計(jì)算公式和和過渡公式過渡公式求求像距和傾角像距和傾角1
9、iinn1iiuu1iiilldlriurniin uuii(1)ilru 工程光學(xué)工程光學(xué)1410mm82.055mm0.121869f 像方焦距像方焦距 tanhfU14.5644mmHFllf 像方主點(diǎn)像方主點(diǎn)FlHl像距和傾角像距和傾角67.4907mmFll0.121869uu注：注：l 或 l都是以球面頂點(diǎn)為起算原點(diǎn)！都是以球面頂點(diǎn)為起算原點(diǎn)！工程光學(xué)工程光學(xué)153、求物鏡物方焦距、物方焦點(diǎn)、物方主點(diǎn)、求物鏡物方焦距、物方焦點(diǎn)、物方主點(diǎn)起始坐標(biāo)起始坐標(biāo)1l 物距和傾角物距和傾角10u 110mmh 111/ih r物方焦距物方焦距82.055mmf 物方主點(diǎn)物方主點(diǎn)12.0366m
10、mHl 70.0184mmFl 物方焦點(diǎn)位置物方焦點(diǎn)位置70.0184mml0.121869u 工程光學(xué)工程光學(xué)16*計(jì)算結(jié)果的有關(guān)問題：計(jì)算結(jié)果的有關(guān)問題：74.2844mm, 0.112289.1412mm, 14.8568mmFHlluufl 77.4368mm, 0.112289.1412mm, 11.7044mmFHlluufl 1）像方焦距、像方焦點(diǎn)、像方主點(diǎn)：）像方焦距、像方焦點(diǎn)、像方主點(diǎn)：2）物方焦距、物方焦點(diǎn)、物方主點(diǎn)：）物方焦距、物方焦點(diǎn)、物方主點(diǎn)：nnnnllr1iiiihhd ul uluh 解法解法2：1iinn1iiuu1iiilld1.6745工程光學(xué)工程光學(xué)17
11、1）平行于光軸的光線，經(jīng)系統(tǒng)后必經(jīng)過像方焦點(diǎn)；）平行于光軸的光線，經(jīng)系統(tǒng)后必經(jīng)過像方焦點(diǎn)；2）過物方焦點(diǎn)的入射光線，經(jīng)系統(tǒng)后平行于光軸；）過物方焦點(diǎn)的入射光線，經(jīng)系統(tǒng)后平行于光軸；3）傾斜于光軸入射的平行光束，經(jīng)過系統(tǒng)后出射光束）傾斜于光軸入射的平行光束，經(jīng)過系統(tǒng)后出射光束 交于像方焦平面上的一點(diǎn)；交于像方焦平面上的一點(diǎn)；4）自物方焦平面上一點(diǎn)發(fā)出的光束，經(jīng)系統(tǒng)后成傾斜）自物方焦平面上一點(diǎn)發(fā)出的光束，經(jīng)系統(tǒng)后成傾斜 于光軸的平行光束出射。于光軸的平行光束出射。5）共軛光線在一對主面上的投射高度相等。）共軛光線在一對主面上的投射高度相等。 第三節(jié)第三節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)
12、系 一、圖解法求像一、圖解法求像 1、典型光線及性質(zhì)（、典型光線及性質(zhì)（5條）條）焦平面焦平面性質(zhì)性質(zhì)主面性質(zhì)主面性質(zhì)焦點(diǎn)焦點(diǎn)定義定義工程光學(xué)工程光學(xué)18（1）軸外點(diǎn)成像）軸外點(diǎn)成像2、依據(jù)：、依據(jù)：理想的成像情況下，從一點(diǎn)發(fā)出的一束光線理想的成像情況下，從一點(diǎn)發(fā)出的一束光線 經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)作用后仍交于一點(diǎn)。經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)作用后仍交于一點(diǎn)。3、方法：、方法：求物點(diǎn)發(fā)出的兩條特定光線在像方空間的共軛求物點(diǎn)發(fā)出的兩條特定光線在像方空間的共軛 光線，二者的交點(diǎn)為共軛像點(diǎn)。光線，二者的交點(diǎn)為共軛像點(diǎn)。利用典型光線、主面性質(zhì)利用典型光線、主面性質(zhì)工程光學(xué)工程光學(xué)19（2）軸上物點(diǎn)成像）軸上物點(diǎn)成像利用利用焦平面
13、的性質(zhì)焦平面的性質(zhì)解法解法1 1：解法解法2 2：工程光學(xué)工程光學(xué)20a)（3）軸上物點(diǎn)，經(jīng)兩個(gè)光具組成像）軸上物點(diǎn)，經(jīng)兩個(gè)光具組成像 b) d) c)工程光學(xué)工程光學(xué)21例例1：作圖法求圖中：作圖法求圖中AB的像的像ABABABABH HAB(a)(b)工程光學(xué)工程光學(xué)22二、解析法求像二、解析法求像 yfxyxfyfyxyxyf由由BAFFHM, BAF NHF得得xxff牛頓公式：牛頓公式： 依據(jù)：依據(jù)：利用已知的一對共軛面、兩對共軛點(diǎn)。利用已知的一對共軛面、兩對共軛點(diǎn)。1、沿軸線段以光學(xué)系統(tǒng)的、沿軸線段以光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)焦點(diǎn)為起算原點(diǎn)為起算原點(diǎn)工程光學(xué)工程光學(xué)232、沿軸線段、沿軸線段以
14、光學(xué)系統(tǒng)的以光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)主點(diǎn)為起算原點(diǎn)為起算原點(diǎn)牛頓公式：牛頓公式：xxfflfl fll高斯公式：高斯公式：1ffllyf lyfl xlf xlf yfxyxf工程光學(xué)工程光學(xué)24 特例：特例：物像空間介質(zhì)相同物像空間介質(zhì)相同ff yf lyfl 1ffll111llfll問題：問題： 與第一章單個(gè)折射與第一章單個(gè)折射/反射球面的成像公式有何區(qū)別？反射球面的成像公式有何區(qū)別？工程光學(xué)工程光學(xué)25三、理想光學(xué)系統(tǒng)兩焦距之間的關(guān)系三、理想光學(xué)系統(tǒng)兩焦距之間的關(guān)系 tantanlUhlU()tan()tanxfUxfUtantanfyUf yU yfxyxf xxff 共軸球面系統(tǒng)共軸球面系統(tǒng)
15、 的拉赫公式：的拉赫公式：nyun y u 近軸區(qū)近軸區(qū)fnfn fyuf y u 近軸小角度近軸小角度:工程光學(xué)工程光學(xué)261( 1)kfnfn（反射面的個(gè)數(shù)為（反射面的個(gè)數(shù)為k) 自學(xué)：自學(xué)：理想光學(xué)系統(tǒng)兩焦距之間關(guān)系的一般形式：理想光學(xué)系統(tǒng)兩焦距之間關(guān)系的一般形式：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，nn1( 1)kff 1）包含）包含偶數(shù)偶數(shù)個(gè)反射面的系統(tǒng)，物方焦距和像方焦距個(gè)反射面的系統(tǒng)，物方焦距和像方焦距異號異號；2）包含）包含奇數(shù)奇數(shù)個(gè)反射面的系統(tǒng)，物方焦距和像方焦距個(gè)反射面的系統(tǒng)，物方焦距和像方焦距同號同號。tantannyUn yU 理想光學(xué)系統(tǒng)的拉赫公式：理想光學(xué)系統(tǒng)的拉赫公式：tantanfy
16、Uf yU fnfn 工程光學(xué)工程光學(xué)271、圖解法求像、圖解法求像2、解析法求像、解析法求像四、小結(jié)yfxyxfxxff1）牛頓公式：）牛頓公式： 物像空間介質(zhì)相同：物像空間介質(zhì)相同：ff yf lyfl 111llf2）高斯公式：）高斯公式：1ffllfnfn 系統(tǒng)兩焦距之間的關(guān)系：系統(tǒng)兩焦距之間的關(guān)系：tantannyUn yU ll工程光學(xué)工程光學(xué)28例例2：焦距焦距20cm的薄凸透鏡，一物體在其頂點(diǎn)左方的薄凸透鏡，一物體在其頂點(diǎn)左方30cm處，用兩種方法求像的位置及橫向放大率。處，用兩種方法求像的位置及橫向放大率。cml30cmff20解：解：1）高斯法：）高斯法：111llf ll
17、cml602cmx102）牛頓法：）牛頓法：f fxxyfxyxfcmx402SOFF 工程光學(xué)工程光學(xué)29一、一、軸向放大率軸向放大率第四節(jié)第四節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率dxdldxdl1 1、沿軸移動、沿軸移動微量微量距離距離220ffdldlll22dlf ldlf l2nn 對對高斯公式高斯公式 微分得微分得1ffll22fnfn yf lyfl fnfnxx或：由牛頓公式得或：由牛頓公式得工程光學(xué)工程光學(xué)30 2、沿軸移動、沿軸移動有限有限距離距離 211221xxxnxxxn 定義定義（ 1 1和和 2 2分別是移動前后位置的垂軸放大率分別是移動前后位置的垂軸放大
18、率 ）212112()xxxxxffx x 證明：證明：由牛頓公式得由牛頓公式得xxfffxxf121212()()xfffffnxx xfxxn 工程光學(xué)工程光學(xué)31yffflyxxf l 二、角放大率二、角放大率1、定義：定義： tantanUU1nn22fnfn tantannyUn yU 2 2、理想光學(xué)系統(tǒng)的三種放大率的關(guān)系：、理想光學(xué)系統(tǒng)的三種放大率的關(guān)系：工程光學(xué)工程光學(xué)32三、光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)三、光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)（基點(diǎn)）（基點(diǎn)） 1、定義：、定義：角放大率等于角放大率等于+1的一對共軛點(diǎn)。的一對共軛點(diǎn)。 1n=n：節(jié)點(diǎn)與主點(diǎn)重合節(jié)點(diǎn)與主點(diǎn)重合tan1tanUU 1nn 特例：特例：
19、n=n 物理意義：物理意義：過節(jié)點(diǎn)的入射光線經(jīng)系統(tǒng)后出射方向不改變。過節(jié)點(diǎn)的入射光線經(jīng)系統(tǒng)后出射方向不改變。11 JJ工程光學(xué)工程光學(xué)33 2、節(jié)點(diǎn)的位置、節(jié)點(diǎn)的位置1nnyfxyxf fnfn 由由Jxf Jxf 得得nn過節(jié)點(diǎn)的光線過節(jié)點(diǎn)的光線HHFFJJxJJx工程光學(xué)工程光學(xué)34B 四、用平行光管測定焦距的依據(jù)四、用平行光管測定焦距的依據(jù)tanyf 光學(xué)系統(tǒng)在空氣中，主點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)重合。光學(xué)系統(tǒng)在空氣中，主點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)重合。 經(jīng)過節(jié)點(diǎn)的經(jīng)過節(jié)點(diǎn)的光線出射后不改變方向。光線出射后不改變方向。平行光管平行光管提供平行光束提供平行光束 工程光學(xué)工程光學(xué)35平行光管物鏡平行光管物鏡待測光學(xué)系統(tǒng)待測光學(xué)
20、系統(tǒng) 平行光管測定焦距的原理平行光管測定焦距的原理1tan()yf 2tan()yf12ffyy)分劃板分劃板工程光學(xué)工程光學(xué)36JJFFABAB(a)JJFFA BA(b)B例例3：作圖法求圖中：作圖法求圖中 AB的像的像AB.工程光學(xué)工程光學(xué)37五、小結(jié)五、小結(jié)1 1、軸向放大率、軸向放大率 2dxdlndxdln2nn2）移動）移動有限有限的距離的距離 211221xxxnxxxn 2、角放大率、角放大率 tantanUU1nn1 1）移動）移動微量微量距離距離3、節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)： 過節(jié)點(diǎn)的入射光線出射后不改變方向。過節(jié)點(diǎn)的入射光線出射后不改變方向。 tan1tanUU 1）n=n：節(jié)點(diǎn)與主
21、點(diǎn)重合節(jié)點(diǎn)與主點(diǎn)重合2）Jxf Jxf :nn工程光學(xué)工程光學(xué)381112dff 一、由多個(gè)光組組成的理想光學(xué)系統(tǒng)的成像一、由多個(gè)光組組成的理想光學(xué)系統(tǒng)的成像 第五、六節(jié)第五、六節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的組合理想光學(xué)系統(tǒng)的組合 透鏡透鏡1 1、各光組間相對位置的表示、各光組間相對位置的表示 主面間隔主面間隔211lld 光學(xué)間隔（焦點(diǎn)間隔）光學(xué)間隔（焦點(diǎn)間隔）211xx工程光學(xué)工程光學(xué)392、多個(gè)光組的過渡關(guān)系和放大率、多個(gè)光組的過渡關(guān)系和放大率1iiyy11iiilld11iiixx1iiiidff 第第i個(gè)光組個(gè)光組1212112.kkkkyyy yyy yy 共共k個(gè)光組個(gè)光組工程光學(xué)工程光學(xué)4
22、0二、兩個(gè)光組組合分析二、兩個(gè)光組組合分析1、組合焦點(diǎn)的位置、組合焦點(diǎn)的位置22Ff fx 像方焦點(diǎn)：像方焦點(diǎn)：對于第二個(gè)光組，對于第二個(gè)光組， 是共軛點(diǎn)是共軛點(diǎn) 1FF、工程光學(xué)工程光學(xué)411 1Ff fx 物方焦點(diǎn)：物方焦點(diǎn)：對于第一個(gè)光組，對于第一個(gè)光組， 是共軛點(diǎn)。是共軛點(diǎn)。2F F、工程光學(xué)工程光學(xué)42 2、組合焦距的計(jì)算、組合焦距的計(jì)算11212H FH FF HF H M F H I2H2F I2H2F1I1H1F122Ff fx 12f ff 12dff 22111122;FH FfF HfxH FfF Hf 工程光學(xué)工程光學(xué)4312f ff 2111nffn3222nffn
23、組合系統(tǒng)的物方焦距和像方焦距組合系統(tǒng)的物方焦距和像方焦距fnfn組合焦距的組合焦距的起算原點(diǎn)起算原點(diǎn)：組合系統(tǒng)組合系統(tǒng)的物、像兩方的的物、像兩方的主點(diǎn)主點(diǎn)11211233nf f nf fffnn 12dff 工程光學(xué)工程光學(xué)443、組合系統(tǒng)主平面的位置、組合系統(tǒng)主平面的位置（以系統(tǒng)處于同一介質(zhì)中為例）（以系統(tǒng)處于同一介質(zhì)中為例）()HFlfl 組合物方參數(shù)以第一個(gè)光組物方主點(diǎn)為原點(diǎn)組合物方參數(shù)以第一個(gè)光組物方主點(diǎn)為原點(diǎn)1FFlfx2Hdlff2(1)Fdlff12dff 12f ff 1 1Ff fx工程光學(xué)工程光學(xué)45()HFllf 組合像方參數(shù)以第二個(gè)光組像方主點(diǎn)為原點(diǎn)組合像方參數(shù)以第二
24、個(gè)光組像方主點(diǎn)為原點(diǎn)2FFlfx1Hdlff 12dff12f ff 22Ff fx 1(1)Fdlff工程光學(xué)工程光學(xué)464、公式小結(jié)、公式小結(jié)1112dff 1 1、各光組間相對位置的表示、各光組間相對位置的表示22Ff fx 11Ff fx12f ff 12f ff 2、兩光組組合的參數(shù)計(jì)算：、兩光組組合的參數(shù)計(jì)算：1(1)Fdlff2(1)Fdlff2Hdlff1()()HFFlfxffl 1Hdlff 2()()HFFlfxflf 像方焦點(diǎn)：像方焦點(diǎn)： 物方焦點(diǎn)：物方焦點(diǎn)： 像方主點(diǎn)：像方主點(diǎn)： 物方主點(diǎn)：物方主點(diǎn)：工程光學(xué)工程光學(xué)475、光焦度、光焦度12dff 1212111df
25、fff f1f 光焦度的定義光焦度的定義2122121211fdff fff ff f 兩光組的組合焦距兩光組的組合焦距12f ff 系統(tǒng)處于同一介質(zhì)中系統(tǒng)處于同一介質(zhì)中22ff 1212d 密接薄透鏡組密接薄透鏡組 （d = 0）12 工程光學(xué)工程光學(xué)481f 光焦度光焦度: : （單位：屈光度）（單位：屈光度）物理意義：反映光學(xué)系統(tǒng)的會聚或發(fā)散本領(lǐng)的數(shù)值。物理意義：反映光學(xué)系統(tǒng)的會聚或發(fā)散本領(lǐng)的數(shù)值。0100ff ，對光線不起偏折作用,無焦系統(tǒng)；，會聚作用(正)；，發(fā)散作用(負(fù))。例：例： 出射光束相對于入射光束有很大的偏折效應(yīng)。出射光束相對于入射光束有很大的偏折效應(yīng)。f 大短有限焦距系統(tǒng)
26、有限焦距系統(tǒng)工程光學(xué)工程光學(xué)49 三、透鏡三、透鏡（Lens） 1 1、透鏡的構(gòu)成與分類、透鏡的構(gòu)成與分類 構(gòu)成：構(gòu)成：兩個(gè)折射面兩個(gè)折射面兩個(gè)單獨(dú)的光組兩個(gè)單獨(dú)的光組 第二個(gè)折射面的虛物距第二個(gè)折射面的虛物距21lld實(shí)際的透鏡實(shí)際的透鏡工程光學(xué)工程光學(xué)502、透鏡、透鏡兩個(gè)折射球面的成像公式兩個(gè)折射球面的成像公式nnnnllr設(shè)設(shè)透鏡處在空氣中透鏡處在空氣中，由阿貝不變式，由阿貝不變式 得得111rfn 111nrfn 第一個(gè)折射面的焦距第一個(gè)折射面的焦距221nrfn221rfn 第二個(gè)折射面的焦距第二個(gè)折射面的焦距12dff透鏡的透鏡的光學(xué)間隔光學(xué)間隔透鏡的透鏡的焦距公式焦距公式12f
27、 fff 1 221(1) ()(1) nrrnn rrnd工程光學(xué)工程光學(xué)51透鏡的透鏡的光焦度光焦度212121(1)(1)()nndfn 11(1)Fnlfdn21(1)Fnlfdn透鏡的透鏡的焦點(diǎn)焦點(diǎn)位置位置11Hnlfdn 21Hnlfdn 透鏡的透鏡的主點(diǎn)主點(diǎn)位置位置121 221(1) ()(1) f fnrrfnn rrnd 221()(1)Hr dln rrnd 121()(1)Hrdln rrnd透鏡透鏡主點(diǎn)主點(diǎn)位置的另一種表達(dá)式位置的另一種表達(dá)式工程光學(xué)工程光學(xué)52FFFF1210(1)(),0HHdnllf 薄透鏡：薄透鏡：212121(1)(1)()nndfn 正透鏡
28、正透鏡負(fù)透鏡負(fù)透鏡0 0 工程光學(xué)工程光學(xué)533、自學(xué)：透鏡參數(shù)與、自學(xué)：透鏡參數(shù)與r、d關(guān)系的分析關(guān)系的分析（表（表2-1）工程光學(xué)工程光學(xué)54四、多光組組合計(jì)算四、多光組組合計(jì)算1、方法：、方法：追跡追跡平行于主光軸入射平行于主光軸入射的光線的光線最終的出射角度最終的出射角度。1tankhfU tantaniiiihUUf111taniiiihhdUiiiiiihhhllftantaniiiiilUhlU 第第i個(gè)光組：個(gè)光組：11iiilld1tantaniiUU 過渡公式：過渡公式：工程光學(xué)工程光學(xué)55 2、正切計(jì)算法、正切計(jì)算法（適用于多光組組合計(jì)算）（適用于多光組組合計(jì)算）1tan
29、0U 1tankhfU tantaniiiihUUf111taniiiihhdU例例1：三個(gè)光組的組合系統(tǒng)，令三個(gè)光組的組合系統(tǒng)，令1tan0U 1211tantanhUUf2111tanhhdU 23222tantantanhUUUf3222tanhhdU3333tantanhUUf f 工程光學(xué)工程光學(xué)56 例例2：遠(yuǎn)攝型光組：遠(yuǎn)攝型光組已知：已知： 求：求： 12500mm;400mm;300mmffd ;FHlf 設(shè)任意設(shè)任意1100mmh 12/tan1000mmfhU()Ffdl筒長,像方主面在系統(tǒng)之前1h2h22/ tan400mm,600mmFHFlhUllf 則則111tan
30、0.2hUf 2222122tantantan0.1hhUUUff2111tan40mmhhdUHl工程光學(xué)工程光學(xué)57例例3：反遠(yuǎn)攝型光組：反遠(yuǎn)攝型光組 已知：已知： ， 求：求： 。1235mm;25mm;15mmffd f 設(shè)任意設(shè)任意110mmh 則則2111tantan0.2857143UUhf 2111tan14.28571mmhhdU2222tantan0.2857143hUUf 12tan35.0mmfhU22tan50.0mmFlhU Flf 工 作 距 離1h2h工程光學(xué)工程光學(xué)58五、望遠(yuǎn)系統(tǒng)五、望遠(yuǎn)系統(tǒng)1212111dfffff1212d 12dff0, f 無焦系統(tǒng)無
31、焦系統(tǒng) 重合，光學(xué)間隔重合，光學(xué)間隔=0=012FF、工程光學(xué)工程光學(xué)5912fyyf 1）垂軸放大率）垂軸放大率121,()fnnf 2）角放大率）角放大率 望遠(yuǎn)系統(tǒng)望遠(yuǎn)系統(tǒng)12ff放大率與位置無關(guān)！放大率與位置無關(guān)！tan1tanUnUn12tantanff 例：平行光束入射的物理解釋例：平行光束入射的物理解釋工程光學(xué)工程光學(xué)60應(yīng)用應(yīng)用1： 擴(kuò)束器原理擴(kuò)束器原理12FF、dddd12FF、構(gòu)造構(gòu)造1：構(gòu)造構(gòu)造2：望遠(yuǎn)系統(tǒng)倒置望遠(yuǎn)系統(tǒng)倒置12ff工程光學(xué)工程光學(xué)61f 3f望遠(yuǎn)系統(tǒng)望遠(yuǎn)系統(tǒng)有限焦距系統(tǒng)有限焦距系統(tǒng)) U應(yīng)用應(yīng)用2： 目視光學(xué)系統(tǒng)原理目視光學(xué)系統(tǒng)原理眼睛眼睛目視光學(xué)系統(tǒng)目視光
32、學(xué)系統(tǒng)（物鏡（物鏡目鏡）目鏡）1,()nn注：與總系統(tǒng)的注：與總系統(tǒng)的像方焦點(diǎn)重合。像方焦點(diǎn)重合。 總系統(tǒng)：總系統(tǒng)：31122tantanfhhhfUhU 3ff 有限焦距系統(tǒng)有限焦距系統(tǒng)工程光學(xué)工程光學(xué)62 物體直接對人眼睛的張角物體直接對人眼睛的張角tanyL 眼睛眼睛工程光學(xué)工程光學(xué)63目視光學(xué)系統(tǒng)的目視光學(xué)系統(tǒng)的視角放大率：視角放大率： 遠(yuǎn)處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對眼睛張角遠(yuǎn)處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對眼睛張角 的正切，與該的正切，與該物體直接對眼睛張角物體直接對眼睛張角 的正切之比。的正切之比。tantan *概念區(qū)別：角放大率概念區(qū)別：角放大率12tantanff 工程光學(xué)工程光學(xué)64tan
33、yL顯微鏡視角放大率顯微鏡視角放大率12tantanLff 2212tanyyyfff f 像對人眼睛的張角像對人眼睛的張角六、顯微鏡系統(tǒng)六、顯微鏡系統(tǒng) 12ff 、111fyyff 物鏡的垂軸放大率：物鏡的垂軸放大率：眼睛眼睛物鏡物鏡目鏡目鏡工程光學(xué)工程光學(xué)65第二章第二章 小結(jié)小結(jié)n理想光學(xué)系統(tǒng)理論：理想光學(xué)系統(tǒng)理論：1、基本概念基本概念：理想光學(xué)系統(tǒng)、共軛、共線成像等理想光學(xué)系統(tǒng)、共軛、共線成像等2、共軸理想光學(xué)系統(tǒng)成像性質(zhì)共軸理想光學(xué)系統(tǒng)成像性質(zhì)3、基點(diǎn)與基面基點(diǎn)與基面：焦點(diǎn)焦點(diǎn)/面、主點(diǎn)面、主點(diǎn)/面、節(jié)點(diǎn)（包括物像兩方）面、節(jié)點(diǎn)（包括物像兩方）n物像關(guān)系：物像關(guān)系：1、圖解法求像圖解法求像：典型光線、基點(diǎn)基面性質(zhì)（課上例題）典型光線、基點(diǎn)基面性質(zhì)（課上例題）2、解析法及應(yīng)用解析法及應(yīng)用：牛頓公式、高斯公式牛頓公式、高斯公式 n 理想光學(xué)系統(tǒng)的組合：理想光學(xué)系統(tǒng)的組合：1）兩光組組合的公式及計(jì)算）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）多光組組合計(jì)算（正切計(jì)算法）n典型光學(xué)系統(tǒng)：典型光學(xué)系統(tǒng)：了解基本的了解基本的光路特點(diǎn)、成像特性等光路特點(diǎn)、成像特性等
工程光學(xué)課件
