《《工程光學(xué)教學(xué)課件》工程光學(xué)第02章》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《工程光學(xué)教學(xué)課件》工程光學(xué)第02章（69頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、1 第二章 理想光學(xué)系統(tǒng) 第一節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像理論 第二節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面 第三節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系 第四節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率 第五節(jié) 理想光學(xué)系統(tǒng)的組合 第六節(jié) 透鏡 2 第一節(jié) 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 的光學(xué)系統(tǒng)。 高斯光學(xué) （ Gaussian Optics） 一、 理想光學(xué)系統(tǒng) 2、物像空間皆為均勻介質(zhì)：共扼成像 物像變換為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，線對(duì)線，面對(duì)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 3 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 1、位于 光軸上物點(diǎn) 的共軛像點(diǎn)必然在光軸上； 垂直光軸的
2、平面物與其 共軛平面像必然是幾何相似 , 各點(diǎn)具有相同的放大率。 y nl y n l 2、 過主光軸的任意截面 成像性質(zhì)相同，并關(guān)于主光軸對(duì)稱； 3、 垂直于主光軸的物平面 ，其共軛像面必然垂直于光軸； 主光軸：通過透鏡兩個(gè)折射 曲面中心的連線 4 4、利用已知的共軛點(diǎn) /面求物像關(guān)系 O1 O2 O1 O2 O O （ 1）已知兩對(duì)共軛面的位置和放大率： 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。 B A A B 5 （ 2）已知一對(duì)共軛面的位置和放大率，以及軸上另外兩 對(duì)共軛點(diǎn)的位置 O O O1 O2 O3 O3 O2 O1 利用光軸上的已知共軛點(diǎn)； 由已知共軛
3、面的放大率確定出射光線的方向。 A B A B 基點(diǎn) ; ; FH F f F H f x H F f F H f 43 12fff 2 11 1 nff n 3 22 2 nff n 組合系統(tǒng)的物方焦距和像方焦距 fn fn 組合焦距的 起算原點(diǎn) ： 組合系統(tǒng) 的物、像兩方的 主點(diǎn) 1 1 2 1 1 2 33 n f f n f fff nn 12d f f 44 3、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） ()HFl f l 組合物方參數(shù)以第一個(gè)光組物方主點(diǎn)為原點(diǎn) 1FFl f x 2 H dlf f 2 (1 )F dlf f 12d f f 12fff 11 F ffx
4、45 ()HFl l f 組合像方參數(shù)以第二個(gè)光組像方主點(diǎn)為原點(diǎn) 2FFl f x 1 H dlf f 12d f f 12fff 22F ffx 1 (1 )F dlf f 46 4、公式小結(jié) 1 1 1 2d f f 1、各光組間相對(duì)位置的表示 22 F ffx 11 F ffx 2、兩光組組合的參數(shù)計(jì)算： 2 H dlf f 1( ) ( )H F Fl f x f f l 1 H dlf f 2 ( ) ( )H F Fl f x f l f 像方焦點(diǎn)： 物方焦點(diǎn)： 像方主點(diǎn)： 物方主點(diǎn)： 12fff 12fff 1 (1 )F dlf f 2 (1 )F dlf f 47 5、光焦度
5、 12d f f 1 2 1 2 1 1 1 d f f f f f 1 f 光焦度的定義 2 1 2 2 1 2 1 2 11 f d f f f f f f f f 兩光組的組合焦距 12fff 系統(tǒng)處于同一介質(zhì)中 22ff 1 2 1 2d 密接薄透鏡組 （ d = 0） 12 48 1 f 光焦度 : （單位：屈光度） 物理意義：反映光學(xué)系統(tǒng)的會(huì)聚或發(fā)散本領(lǐng)的數(shù)值。 0 1 0 0 f f ， ， 對(duì) 光 線 不 起 偏 折 作 用 , 無 焦 系 統(tǒng) ； ， 會(huì) 聚 作 用 ( 正 ) ； ， 發(fā) 散 作 用 ( 負(fù) ) 。 例： 出射光束相對(duì)于入射光束有很大的偏折效應(yīng)。 f 大 短
6、 有限焦距系統(tǒng) 49 三、透鏡 （ Lens） 1、透鏡的構(gòu)成與分類 構(gòu)成： 兩個(gè)折射面 兩個(gè)單獨(dú)的光組 第二個(gè)折射面的虛物距 21l l d 實(shí)際的透鏡 50 2、透鏡 兩個(gè)折射球面的成像公式 n n n n l l r 設(shè) 透鏡處在空氣中 ，由阿貝不變式 得 1 1 1 rf n 1 1 1 nrf n 第一個(gè)折射面的焦距 2 2 1 nrf n 2 2 1 rf n 第二個(gè)折射面的焦距 12d f f 透鏡的 光學(xué)間隔 透鏡的 焦距公式 12ffff 12 21( 1 ) ( ) ( 1 ) n r r n n r r n d 51 透鏡的 光焦度 2 1 2 1 2 1 ( 1 )(
7、1 ) ( ) nnd fn 1 1(1 ) F nl f d n 2 1(1 ) F nl f d n 透鏡的 焦點(diǎn) 位置 1 1 H nl f d n 2 1 H nl f d n 透鏡的 主點(diǎn) 位置 1 2 1 2 21( 1 ) ( ) ( 1 ) f f n r rf n n r r n d 2 21( ) ( 1 ) H rdl n r r n d 1 21( ) ( 1 ) H rdl n r r n d 透鏡 主點(diǎn) 位置的另一種表達(dá)式 52 F F F F 12 10 ( 1 ) ( ) , 0 HHd n l lf 薄透鏡： 2 1 2 1 2 1 ( 1 )( 1 ) (
8、) nnd fn 正透鏡 負(fù)透鏡 0 0 53 3、自學(xué)：透鏡參數(shù)與 r、 d關(guān)系的分析 （表 2-1） 54 四、多光組組合計(jì)算 1、方法： 追跡 平行于主光軸入射 的光線 最終的出射角度 。 1 t an k hf U ta n ta n iii i hUU f 1 1 1t a ni i i ih h d U i i i i i i h h h l l f t a n t a ni i i i il U h l U 第 i個(gè)光組： 11i i il l d 1t a n t a niiUU 過渡公式： 55 2、正切計(jì)算法 （適用于多光組組合計(jì)算） 1ta n 0U 1 t an k h
9、f U ta n ta n iii i hUU f 1 1 1t a ni i i ih h d U 例 1： 三個(gè)光組的組合系統(tǒng)，令 1ta n 0U 1 21 1 t a n t a n hUU f 2 1 1 1t a nh h d U 2 3 2 2 2 t a n t a n t a n hU U U f 3 2 2 2t a nh h d U 3 33 3 t a n t a n hUU f f 56 例 2：遠(yuǎn)攝型光組 已知： 求： 125 0 0m m ; 4 0 0m m ; 3 0 0m mf f d ;FH l f 設(shè)任意 1 1 0 0m mh 12/ ta n 1 0
10、 0 0 m mf h U () Ff d l 筒 長(zhǎng) , 像 方 主 面 在 系 統(tǒng) 之 前 1h 2h 22/ ta n 4 0 0 m m , 6 0 0 m mF H Fl h U l l f 則 1 1 1 t a n 0 .2hU f 22 2 2 1t a n t a n t a n 0.1 hhU U U ff 2 1 1 1t a n 4 0m mh h d U Hl 57 例 3：反遠(yuǎn)攝型光組 已知： ， 求： 。 123 5 m m ; 2 5 m m ; 1 5 m mf f d f 設(shè)任意 1 1 0m mh 則 21 1 1 ta n ta n 0. 28 57 1
11、4 3 UU h f 2 1 1 1t a n 1 4 . 2 8 5 7 1 m mh h d U 2 22 2 ta n ta n 0.2 857 143hUU f 12t a n 35. 0 m mf h U 22t a n 50. 0 m mFl h U Flf 工 作 距 離 1h 2 h 58 五、望遠(yuǎn)系統(tǒng) 1 2 1 2 1 1 1 d f f f f f 1 2 1 2d 12d f f 0, f 無焦系統(tǒng) 重合，光學(xué)間隔 =0 12FF、 59 1）垂軸放大率 1 2 1 , ( )f nn f 2）角放大率 望遠(yuǎn)系統(tǒng) 12ff 放大率與位置無關(guān)！ ta n 1 ta n U
12、n Un 1 2 tan tan f f 例：平行光束入射的物理解釋 1 2 f f y y 60 應(yīng)用 1： 擴(kuò)束器原理 12FF、 d d d d 12FF、 構(gòu)造 1： 構(gòu)造 2： 望遠(yuǎn)系統(tǒng)倒置 12ff 61 f3f 望遠(yuǎn)系統(tǒng) 有限焦距系統(tǒng) ) U 應(yīng)用 2： 目視光學(xué)系統(tǒng)原理 眼睛 目視光學(xué)系統(tǒng) （物鏡 目鏡） 1 , ( )nn 注：與總系統(tǒng)的 像方焦點(diǎn)重合。 總系統(tǒng)： 31 1 2 2ta n ta n fh h hf U h U 3ff 有限焦距系統(tǒng) 62 物體直接對(duì)人眼睛的張角 t an yL 眼睛 63 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
13、，與該 物體直接對(duì)眼睛張角 的正切之比。 t an t an *概念區(qū)別：角放大率 /1t a nt a n UU 64 ta n yL 顯微鏡視角放大率 12 t a n t a n L ff 2 2 1 2 ta n y y yf f f f 像對(duì)人眼睛的張角 六、顯微鏡系統(tǒng) 12ff 、 1 11 fy y f f 物鏡的垂軸放大率： 眼睛 物鏡 目鏡 65 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、基
14、點(diǎn)基面性質(zhì)（課上例題） 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 66 第二章習(xí)題（ P37,38） 習(xí)題： 2， 6， 8， 10， 13， 17 第二章補(bǔ)充練習(xí)題 67 1. 畫出以下物 (或像 )的共軛像 (或物） F F J H J H A B 1 A B F F J H J H (2) 負(fù)焦距系統(tǒng) 第二章補(bǔ)充練習(xí)題 68 F F J H J H A B F F J H J H B A 69 2. 如圖所示 , f1=100mm, f2= -50mm, d=10mm. 求 組合系統(tǒng)有效焦距。 f1 d f2
《工程光學(xué)教學(xué)課件》工程光學(xué)第02章
