《光学》几何1-6

1、光学课件目录济南大学理学院11光学课件目录济南大学理学院2 2光学课件目录济南大学理学院*光学课件目录济南大学理学院3光学课件目录济南大学理学院41.4 光阑与像差光阑与像差1.4.1 光阑光阑光学课件目录济南大学理学院5F光阑光阑F光阑光阑PP光学课件目录济南大学理学院6PP出瞳出瞳入瞳入瞳孔阑孔阑F1F2光学课件目录济南大学理学院73. 孔阑的确定方法孔阑的确定方法入瞳所对应的物即为孔阑入瞳所对应的物即为孔阑光学课件目录济南大学理学院8光学课件目录济南大学理学院9光学课件目录济南大学理学院10主光线：主光线：通过孔阑中心的光线。由共轭关系通过孔阑中心的光线。由共轭关系, 主主光线应该通过入

2、瞳和出瞳的中心。光线应该通过入瞳和出瞳的中心。入瞳入瞳孔阑孔阑出瞳出瞳光学课件目录济南大学理学院115. 用作图法确定孔阑用作图法确定孔阑FF透镜为孔阑透镜为孔阑注意：光线的传播方向注意：光线的传播方向光学课件目录济南大学理学院12F1F2光学课件目录济南大学理学院13光学课件目录济南大学理学院14 例题例题1（1-52题）：一开普勒天文望远镜的物镜焦题）：一开普勒天文望远镜的物镜焦距为距为100cm，直径为，直径为5cm，目镜焦距为，目镜焦距为20cm，直径为，直径为2cm,两镜相距两镜相距120cm，今在物镜像方焦点处放置一直径，今在物镜像方焦点处放置一直径为为1.6cm的圆孔光阑，试求此

3、光学系统的的圆孔光阑，试求此光学系统的（1）孔阑、孔阑、入瞳和出瞳的位置和大小；（入瞳和出瞳的位置和大小；（2）场阑、入窗和出窗的场阑、入窗和出窗的位置；（位置；（3）物方视场角和像方视场角。）物方视场角和像方视场角。解解：（1）求求孔阑、入瞳和出瞳的位置和大小。孔阑、入瞳和出瞳的位置和大小。F1F2L1L2光学课件目录济南大学理学院15光阑经光阑经L1成像：像在物方无限远处成像：像在物方无限远处L2经经L1成像：成像：注意：光线自右向左传播注意：光线自右向左传播由成像公式：由成像公式：,111fsscm,120scm.100 fcm.600 s解得解得, 5120600sscm.102)5(

4、yy像的直径为像的直径为10cm。光学课件目录济南大学理学院16望远镜的参考点在无限远处。望远镜的参考点在无限远处。L1经经L2成像为出瞳成像为出瞳,111fsscm,120scm.20 fcm,24 s解解得得, 2 . 012024sscm15)2 . 0(yy像的直径为像的直径为1cm。由计算得出；出瞳距目镜由计算得出；出瞳距目镜24cm(在右侧在右侧), 直径为直径为1cm。光学课件目录济南大学理学院17（2）求求场阑、入窗和出窗的位置和大小场阑、入窗和出窗的位置和大小 F1 F2L1L2光阑的像在无限远处，由无限远像高公式光阑的像在无限远处，由无限远像高公式光阑为场阑，入窗和出窗分别

5、在无限远处。光阑为场阑，入窗和出窗分别在无限远处。,008. 01002/6 . 11tg0083. 06002/102tg,2112L2 光学课件目录济南大学理学院18F1F2L1L21出瞳出瞳入瞳入瞳（3）求求物方视场角和像方视场角物方视场角和像方视场角物方视场角物方视场角：入射窗半径对入瞳中心的张角即为：入射窗半径对入瞳中心的张角即为1 .,008. 01002/6 . 11tg7245. 0o1,04. 0202/6 . 11tg71229. 2oo1像方视场角像方视场角：出射窗半径对出瞳中心的张角：出射窗半径对出瞳中心的张角.1光学课件目录济南大学理学院19光学课件目录济南大学理学院

6、20光学课件目录济南大学理学院21 以上讨论的是发光点，对于一个较大的发光以上讨论的是发光点，对于一个较大的发光平面，即使像散已经消除，像面也将不是平面而平面，即使像散已经消除，像面也将不是平面而是弯曲的。叫做场曲。是弯曲的。叫做场曲。光学课件目录济南大学理学院225. 畸变畸变 即使消除了像面弯曲，但离轴远近不同的物点成即使消除了像面弯曲，但离轴远近不同的物点成像时，横向放大率不一定都相同。这样就形成了另一像时，横向放大率不一定都相同。这样就形成了另一种像差种像差 畸变。畸变。 如果一个光学系统未经任何校正，五种像差应同如果一个光学系统未经任何校正，五种像差应同时存在。时存在。像差与光学元件

7、的缺陷不同像差与光学元件的缺陷不同光学课件目录济南大学理学院23二、色差二、色差1. 色差的形成色差的形成 由于色散现象的存在，不同波长的光通过透镜时，由于色散现象的存在，不同波长的光通过透镜时，透镜的折射率不同，焦距也不同。一个复色光的发光透镜的折射率不同，焦距也不同。一个复色光的发光点，光线不会聚于一点，这样产生的像差，称为色差。点，光线不会聚于一点，这样产生的像差，称为色差。 位置色差位置色差 轴上物点发出的一束白光束经透镜后各色光的像轴上物点发出的一束白光束经透镜后各色光的像点位置不同，这种现象称为位置色差或轴向色差。点位置不同，这种现象称为位置色差或轴向色差。光学课件目录济南大学理学

8、院24 位置色差由红色光（由谱线位置色差由红色光（由谱线c表示）形成的像点表示）形成的像点与蓝色光（由谱线与蓝色光（由谱线F表示）形成的像点之间的距离表示）形成的像点之间的距离来描述。如图：来描述。如图： 单个透镜无法消除位置色差，所以要采用组合透镜。单个透镜无法消除位置色差，所以要采用组合透镜。光学课件目录济南大学理学院25 放大率色差放大率色差 轴外物点发出的一束白光经透镜后各色光的像点轴外物点发出的一束白光经透镜后各色光的像点高度不同，这种现象称为放大率色差或垂轴色差。高度不同，这种现象称为放大率色差或垂轴色差。 放大率色差可用红光成像高度与蓝光成像高度放大率色差可用红光成像高度与蓝光成

9、像高度之差来表示。之差来表示。 单个透镜总存在放大率色差，研究表明，用相同单个透镜总存在放大率色差，研究表明，用相同材料制成的薄透镜组合系统，使其间距材料制成的薄透镜组合系统，使其间距d=(f1+f2)/2 可可对某一波长附近的光消除放大率色差。对某一波长附近的光消除放大率色差。光学课件目录济南大学理学院26第一章第一章 几何光学内容小结几何光学内容小结2. 光程光程 nll 费马原理费马原理光学课件目录济南大学理学院27二、成像的基本原理二、成像的基本原理1）单球面折射系统傍轴成像）单球面折射系统傍轴成像rnnsnsn 成像系统必须满足近轴条件成像系统必须满足近轴条件符号法则符号法则2）球面

10、反射傍轴成像）球面反射傍轴成像rss211 3）薄透镜傍轴成像）薄透镜傍轴成像21rnnrnnsnsnLL 1. 成像公式成像公式光学课件目录济南大学理学院284）共轴球面系统傍轴成像（基面成像）共轴球面系统傍轴成像（基面成像） 21fff 21fff注意注意：f 和 f的计量起点为H和H 。2HdXf1HdXf注意注意：XH和 XH 的计量起点为H1和H2 1 sfsff fxx 高斯公式、牛顿公式通用公式高斯公式、牛顿公式通用公式2. 成像的作图法成像的作图法snsn 光学课件目录济南大学理学院29三、成像仪器三、成像仪器显微镜的视放大率为显微镜的视放大率为eeeMfsyytgtgM 01

11、 目目物物fftgtgM 125 )M(Mcmx焦深焦深fMcm25视角放大率视角放大率望远镜的视角放大率望远镜的视角放大率光学课件目录济南大学理学院30四、光阑四、光阑1. 孔径光阑：孔径光阑：限制轴上点成像光束最起作用的，简限制轴上点成像光束最起作用的，简称孔阑称孔阑.入射光瞳和出射光瞳入射光瞳和出射光瞳孔阑的确定方法：孔阑的确定方法： 将系统中所有的光阑，分别经其前面的元件成像，将系统中所有的光阑，分别经其前面的元件成像，选定轴上参考点，这些像（包括第一个透镜）的半径对选定轴上参考点，这些像（包括第一个透镜）的半径对参考点张角最小的即为入瞳。参考点张角最小的即为入瞳。入瞳所对应的物即为孔阑。入瞳所对应的物即为孔阑。