几何光学-5_期中复习

应 用 光 学期 中 复 习,第一章 小结,几何光学的基础：1、基本概念：可见光、单/复色光、光线、光束、波面、法线等2、基本定律：直线传播、折射与反射 、独立传播、可逆性原理3、费马原理、马吕斯定律（了解内容）成像：1、完善像的定义及完善成像条件2、光路中的基本概念与符号规则 光路计算及公式,球面平面b.宽光束实际光线近轴光线 （球差） （高斯像、物像共轭）c. 折射反射（反射-折射定律；成像公式、放大率公式、拉赫不变量）d. 单个球面共轴系统： 过渡公式（近轴宽光束）、成像放大率,1、光路计算的思路：,c. 近轴区域：单个球面成像,近轴条件：, 利用三种放大率分析成像特性： 。,d. 共轴球面系统的过渡公式, 对整个系统，拉赫不变量始终是恒定值, 共轴系统的反射成像放大率（近轴区）,第二章 小结,理想光学系统理论：1、基本概念：理想光学系统、共轭、共线成像等2、共轴理想光学系统成像性质3、基点与基面：焦点/面、主点/面、节点（包括物像两方）物像关系：1、图解法求像：典型光线、基点基面性质（课上例题）2、解析法及应用：牛顿公式、高斯公式 理想光学系统的组合（两光组）,解析法公式, 系统两焦距之间的关系：, 系统两焦距之间的关系：,两光组的组合公式,1、各光组间相对位置的表示：,2、两光组组合的参数计算：,1、各光组间相对位置的表示：,典型光学系统： （了解基本的光路特点、成像特性等）,照相系统：远摄型、反远距型（筒长、工作距离、焦距）望远系统：无焦系统、工作原理显微系统：工作原理,公式与习题应用,一、平面镜 唯一能成完善像的光学元件,1、平面镜成像特性：, 物像相对于平面镜对称分布、虚实相反。, 对称性：反射奇次成镜像，反射偶次成一致像。,2、平面镜的旋转特性：,3、双平面镜, 双平面镜的成像：连续一次像（一致像）, 双平面镜对光线的方向变换：,第三章 小结,二、平行平板,位移成像：,2、等效光学系统, 实际像面的位置, 等效空气平板的厚度,三、反射棱镜,1、基本概念：光轴、工作面、棱、主截面,3、棱镜系统的成像方向判断： 沿光轴（光传播）方向的坐标轴方向不变； 垂直于主截面的坐标轴屋脊面个数； 平行于主截面的坐标轴反射面个数（屋脊*2）。,2、四类棱镜的基本特点： 以简单棱镜、屋脊棱镜为主。 复合棱镜：分光、分色棱镜,四、折射棱镜与光楔,1、折射棱镜的偏向角：, 偏向角取极值的条件：,一、光阑,1、孔径光阑：入瞳、出瞳（轴上物点的成像张角比较法） *光学系统的物（像）方孔径角： 轴上物（像）点-入瞳边缘连线，与光轴的夹角。2、视场光阑：入射窗、出射窗 *光学系统的物（像）方视场角： 入（出）射窗两边缘对入瞳中心的张角。3、渐晕光阑: 由轴外物点发出的、充满入瞳的光束中，部分光线被其他光孔阻挡的现象叫轴外光束的渐晕，对应的光孔即为渐晕光阑。 参与限制轴外物点成像光束，可改善轴外物点成像质量。,第四章 小结,理想光学系统：主光线必然通过孔径光阑中心及出瞳中心。,*主光线：通过入瞳中心的光线。,出瞳,入瞳,孔径光阑,二、典型光学系统,*两光学系统联用：光瞳衔接原则。,三、景深,1、基本概念： 平面上的空间像；景像平面、对准平面； 景深，近（远）景平面，近（远）景深度； 正确透视距离；人眼极限分辨角。,2、相关公式：, 景深,A,期中习题,习题1：1为正薄透镜， 2为孔径光阑，请画出入射光瞳 。,薄透镜：物像两方主面重合（共轭光线投射高度相同）；三条典型光线：各光线的入射部分和出射部分，分别经过物像共轭点。任选其中两条作图，即可求出入瞳。2-物，2-像；根据物像共轭：2-像，则2-物。,习题2：直径100mm的球形玻璃缸，将顶点的半面镀银，缸内有一条鱼在镀银面前25mm处（A点的位置），求：(1)在缸外右侧的观察者看到缸内有几条鱼？(2)位置各在哪里？(3)相对大小是多少？（水的折射率 ，空气折射率 ）,习题3：一薄凸透镜焦距100mm，和另一焦距50mm的薄凹透镜组合，其组合像方焦距仍为100mm。求：（1）两透镜的相对位置；（2）求复合系统焦点和主平面的位置；（3）画图表示出系统基点的位置。,自学补充：视场光阑入瞳中心的成像张角比较法判断,除孔径光阑以外，求系统其他光孔在物空间的像，各像边缘与入瞳中心的连线（主光线）中，张角最小的为入射窗,最能限制物空间的成像范围。对应的光孔即为视场光阑。,出瞳,入瞳,孔径光阑,视场光阑(出窗),入窗,习题4：一望远镜光学系统由两个薄透镜组成，已知物镜1的焦距f1=1000mm，通光口径D1=50mm，物镜1与目镜2相隔1200mm，目镜2的通光口径D2=20mm，其光学间隔=0.现在F1（ F2）处放置一个直径D3=16mm的圆孔光阑3，求此望远镜系统的瞳窗和物方视场角。,(F2),2,F1,1,3,解：1、判断孔径光阑：各光孔对前面透镜成像,1）1与自身1像重合，D1=D1=50mm； 3的像3在1左侧无限远； 计算可得：2的像2在1左侧6000mm，直径D2=-100mm。,对于无限远物点，1的张角最小，为入瞳，1为孔径光阑。,2）求1关于2的像，即出瞳1：,计算可