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工程光学 开卷考试 §2 共轴球面光学系统 §2.1 符号规则 §2.2 物体经单个折射球面的成像 近轴区域的物像关系 近轴区域的物像放大率 §2.3 单个反射球面的成像 §2.4 共轴球面系统的成像 1. 过渡公式 区分d、的正负号 2. 成像放大率 §3 理想光学系统 §3.1 ~§3.2 §3.3 理想光学系统的物像关系 一、图解法求像 二、解析法求像 1、物像位置计算：牛顿公式、高斯公式 2、理想光学系统的放大率 3、理想光学系统两焦距之间的关系 §3.4 理想光学系统的多光组成像 一、多光组成像的一般过程：过渡公式 二、多光组系统的等效系统： 三、正切计算法（计算下一光组的物方孔径角、及光线的投射高度） 四、双光组组合 第4章 平面系统 §4.1 平面镜 单、双平面镜的成像特性 平面镜旋转：平面镜旋转角，反射光线改变2。 =2 双平面镜：光线经双平面镜反射后，出射光线的方向与原入射光线夹角为2。 出射光线和入射光线的夹角与入射角无关，只取决于双面镜的夹角。 当入射光线方向一定时，双面镜一起绕棱转动，其出射光线方向始终不变。利于安装 连续一次像 连续一次像可看成物体绕棱边转2a而成，旋转方向由第一反射镜转向第二反射镜。所有虚像点均在以P为圆心，PA为半径的圆上。 §4.2 平行平面板 位移 出射光线平行入射光线，方向不变，但并不重合，产生轴向、侧向位移； 平行平板不会使物体放大或缩小，是无光焦度元件，对系统光焦度无贡献； 对远轴光路，轴向位移随入射角（孔径角）的不同而不同。即轴上点发出的不同孔径角的光线经平板后与光轴的交点不同。同心光束变为非同心光束，成像是不完善的。平板越厚，轴向位移越大，成像越不完善。 像距 L2’=L1 -d +ΔL’ ，图中直接得出，无需光路计算。 §4.3 反射棱镜 棱镜系统成像的物像坐标变化 反射棱镜的等效作用与展开：光路中等效成平行平板 棱镜成像方向判断 一. 具有单一主截面的平面系统 沿光轴方向不变。 主截面方向： 无或偶数个屋脊面：与原方向相同。 奇数个屋脊面：与原方向相反。 主截面内： 奇数个反射面：与原坐标系相反。 偶数个反射面：与原坐标系相同。 二. 具有不同方向主截面的平面系统 复合棱镜：各光轴截面内均适用。 各主截面分别判断 光学系统中，要同时考虑透镜和棱镜的成像特性。 §4.4 折射棱镜与光楔 光路对称于折射棱镜时，偏向角极小。m： 棱镜的色散：同一介质对不同波长的单色光具有不同折射率。 光楔及应用 应用一. 两光楔绕光轴相对转动测量小角度 应用二. 光楔沿轴向相对移动测量小位移 转像系统分透镜式和棱镜式两大类，其作用是：使物镜所成的倒像转变为正像 。 §5 光学系统中的光束限制 一、基本概念 孔径光阑、入瞳和出瞳的判定方法 视场光阑、入窗和出窗的判定方法 孔径光阑、视场光阑的设置原则 孔径光阑和视场光阑的区别 二、渐晕及其计算 入窗和物平面不重合产生的渐晕 消除渐晕的方法是采用物平面与入窗平面重合。 轴外光束的渐晕——轴上点与轴外物点成像光束大小不同的现象。 轴外物点＜轴上点 §5.3 渐晕光阑及场镜的应用 一、渐晕光阑： 一个系统可以有0~2个渐晕光阑 线渐晕系数KD，指轴外物点通过系统的光束直径Dω与轴上物点通过系统的光束直径D0之比，即KD =Dω/ D0 渐晕光阑和视场光阑都是限制成像范围的，但应注意区别二者的不同： （1）实像面上限制成像范围的光孔才是视场光阑，其他起拦光作用的是渐晕光阑； （2）系统中有视场光阑时，视场光阑限制成像范围，视场有清晰的边界；没有视场光阑的系统必有渐晕光阑，它限制成像范围，但没有清晰的边界； （3）渐晕光阑不是光学系统必需，可以人为设置，系统中可以没有，也可以有多个，一般一个系统可以有0~2个渐晕光阑 ； （4）渐晕光阑使边缘视场一部分光被拦，照度下降。 二、场镜的应用 在物镜一次实像面处加一正透镜——场镜。 场镜能够改变成像光束的位置，对系统特性、方向无影响。 长光路连续成像系统中，场镜的作用：光瞳衔接，降低主光线在其后面系统的投射高度，减小光学零件的口径。 二、场镜的应用 在物镜一次实像面处加一透镜，以降低主光线在其后面系统的投射高度，减小光学零件的口径 ； 场镜改变成像光束的位置，对系统特性、方向无影响。 长光路（连续成像）系统中，场镜：光瞳衔接，减小光学零件的口径。 §5.5 光学系统的景深和焦深 景深和拍摄三要素之间的关系 远心光路 §6 像差概论 §7 目视光学系统 §7.1 眼睛的光学成像特性 §7.2 放大镜 一、视觉放大率 二．光束限制和线视场 §7.3 显微镜系统 视觉放大率 光束限制、线视场 物镜分辨率 显微镜有效放大率 500NA ≤ ≤ 1000NA 照明方法：临界照明、柯勒照明 §7.4 望远镜系统 一、视觉放大率 二、望远镜系统的分辨率和工作放大率 min =60″ 工作放大率： =D 三、望远镜的光束限制和视场计算 §7.5 目镜 目镜的视度调节：大小、方向 惠更斯目镜、冉斯登目镜 §8.1 摄影系统 一、摄影物镜的光学特性 焦距f’、相对孔径D/ f ’、视场2 分辨率 二、景深 三、光束限制、视场计算 例8.1 四、摄影物镜的类型： 大孔径大视场 广角物镜、远摄物镜、变焦距物镜 § 8.2 投影系统 照明系统+ 投影物镜 一、投影物镜的光学特性 、f’、 2 、 D/ f ’（或NA）。 二、 投影物镜的结构形式 倒置的摄影系统 三、照明系统：临界照明、柯勒照明 照明系统提供的光能要想全部进入投影系统，并具有均匀的照明，二者必须满足以下衔接条件： 照明系统的拉赫不变量 > 投影成像系统的拉赫不变量； J1 > J2 保证两个系统的光瞳衔接和成像关系。 由两组焦距为200mm 的薄透镜组成的对称式系统，两透镜组的通光口径都是60mm，间隔d＝40mm，中间光阑的直径为40mm。当物在无限远时，求该系统的焦距和入瞳、出瞳的位置和大小，系统的相对孔径为多少?不存在渐晕时其视场角为多少?线渐晕系数KD分别为0.5和0时的视场角为多少？ KD=1时，如图（a）， ，所以=-19.290，2=38.580 KD=0.5时，如图（b）， ，所以=-40.360，2=80.720 KD=0时，如图（c）， ，所以=-53.470，2=106.940
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