应用光学(第四章)
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1. 理想光学系统原始定义2. 理想光学系统的焦点、焦平面、主点、主平面3. 理想光学系统的节点4. 理想光学系统的物像位置关系,牛顿公式和高斯公式5. 理想光学系统物方焦距与像方焦距的关系6. 理想光学系统的拉氏不变量7. 理想光学系统的光焦度及其与焦距的关系8. 理想光学系统的垂轴放大率、沿轴放大率和角放大率及其关系9. 几个特殊位置的三种放大率10. 理想光学系统的作图法11. 理想光学系统的组合:作图法和计算法12.远距型和反远距型理想光学系统模型13. 多光组组合,正切计算法,截距计算法14. 各光组对总光焦度得贡献15. 焦距仪基本原理16. 望远镜系统的理想光学系统模型17. 视觉放大率概念18. 望远镜与其他光组的组合19. 薄透镜成像原理20. 厚透镜的基点和基面及其与光组组合的关系引言单个折射球面(或反射球面)单薄透镜对细小平面以细光束成完善像实际光学系统对具有一定大小的物(视场)以宽光束(孔径)一个光学系统必须由若干元件组成,经反复精密计算,使其成像接近完善。
开始时,首先将系统看成是理想的§4-1 理想光学系统及其原始定义[返回本章要点]理想光学系统——像与物是完全相似的物空间像空间点——>共轭点直线——>共轭直线直线上的点——>共轭直线上的共轭点理想光学系统理论——高斯光学§4-2 理想光学系统的基点和基面一、焦点F,F’与焦平面[返回本章要点]物方无穷远A F’: 后焦点,像方焦点轴上物点F A’( 处)F:前焦点,物方焦点A→F’:物方无穷远垂轴平面的共轭平面为通过F’的垂轴平面(后焦平面,像方焦面)F’→A:像方无穷远垂轴平面的共轭平面为物方过F 的垂轴平面(前焦平面,物方焦面)注意:这里F与F’不为共轭点,A与A’也不为共轭点二、主点H,H’和主平面[返回本章要点]延长 TE1,FS1交于Q H,H’亦为一对共轭点延长 SkR,EkF’交于Q’点H,H'——物(像)方主点,前(后)主点,QH,Q'H'——物(像)方主面,前(后)主面,且HQ与H'Q'共轭,β = 1,物、像方主面是一对β=1的物像共轭面光学系统总包含一对主点(主平面),一对焦点(焦平面),前者是一对共轭点(面),后者不是像方焦距,后焦距物方焦距,前焦距只要一对主点、一对焦点的相对位置一定,一个光学系统的理想模型就定了。
作业:习题1、 解:据题意,分别求出光孔AB 和透镜L 1经其前面的光学系统成像。
光孔前面无光学系统,其经前面光学系统成的像为其本身;透镜前面无光学系统,其经前面光学系统成的像亦为其本身。
1)由于物在无限远,光孔直径35mm 小于透镜直径40mm ,所以开口直径35mm 的光孔为孔径光阑,也是入瞳;出瞳为孔径光阑经后方光学系统所成的像:设孔径光阑AB 经L 1成像为A´B´。
由高斯公式和垂轴放大率公式得)(10010050100)50('''mm f l lf l -=+-⨯-=+=——在L 1左侧100mm )(703550100''mm y l l y =⨯--==——出瞳直径为70 mm 2)当物在透镜前300mm 处,光孔对物点的张角为 07.0503002/351≈-=tgu透镜(像L 1´)对物点的张角为 06667.03002/402≈=tgu 比较u 1、u 2可 知,透镜(像L 1´) 对物点的张角u 2小 于光孔(像)对物 点的张角(见下图)故透镜L 1为孔径光 阑、入瞳和出瞳。
可见,同一 光学系统,当物 距不同时,其孔 径光阑不同,随 着l 减少,原来 限制光束的光孔 失去限制光束的 作用,而由透镜 框内孔限制光束。
习题4 解:1)根据光通量和辐射通量的关系式有:lm e 76.01051523=⨯⨯=Φ=Φ-η2)据发光强度定义式 ΩΦ=I ,当激光束的发散角u 很小时,立体角2u w π=所以,发光强度:(cd)10512.15024.0760000)104.0(76.076.06232⨯≈=⨯⨯==Φ=-ππαw I 3)据光亮度定义式 dSw dSI L ⋅⋅Φ=⋅=θθcos cos 和 0=θ,2)2(d dS π=得光亮度:)/(101.927577536.11004.3)10(14.35024.010476.0dS L 21212236m cd w ⨯≈⨯=⨯⨯⨯⨯=⋅Φ=- 4)由 2cos rI E θ=和 0=θ得激光束在5m 远处屏幕上产生的光照度: )(10051.6510512.1cos 4262lx r I E ⨯≈⨯==θ例题:例1.两个薄凸透镜L 1和L 2的口径均为4cm ,L 1的焦距为8cm ,L 2的焦距为3cm ,L 2在L 1之后5cm ,对于平行于光轴入射的光线,求系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳。
[判断题11、光阑从尺寸上讲既可是定值也可是尺寸可变的。
(对)[判断题]2、孔径光阑可以安放在光学系统中的透镜前、与透镜的边框重合,甚至可以安放在透镜后面。
(对)[判断题]3、对于轴上点来说,光阑位置不同,孔径角的大小有所不同。
(对)[判断题]4、合理选取光阑位置可减少系统尺寸。
(对)[判断题]5、在光学系统中,入瞳与孔径光阑可以重合。
(对)[判断题]6、目视光学系统的出瞳一定要在光学系统之外。
(对)[判断题]7、一个光学系统中,只能有一个视场光阑。
(对)[判断题]8、在光学照相光学系统中,感光底片的边框就是视场光阑。
(对)[判断题]9、系统中,轴上点无渐晕,只有轴外点存在渐晕现象。
(对)[判断题]1、在光学系统中,若物体位置发生变化,原有光阑的位置和大小不发生变化。
(错)[判断题]2、人眼的瞳孔其本质是视场光阑。
(错)[判断题]3、光阑具备成像特性,且起到限制光束的作用。
(错)[判断题]4、在景象平面上所获得的成清晰像的像方空间深度称为成像空间的景深。
(错)[判断题]1、实际光学系统中,参与成像的光束宽度与成像范围都是有限的。
(对)[判断题]2、实际光学系统中的成像限制来自于光学零件的尺寸大小。
(对)[判断题]3、光学系统不同,对参与成像的光束位置和宽度要求也不同。
(对)[判断题]4、孔径光阑的位置不同,轴外物点发出并参与成像的光束通过透镜的部位就不同。
(对)[判断题]5、在光学系统中,系统的出瞳与视场光阑可以重合。
(对)[判断题]6、在薄透镜光学系统中,孔径光阑既可以是系统的入瞳,也可以是系统的出瞳。
(对)[判断题]7、在有渐晕的情况下,轴外点光束宽度不仅仅由孔径光阑的口径确定,而且还和渐晕光阑的口径有关。
(对)[判断题]8、望远系统的孔径光阑大致在物镜左右。
(对)[判断题]9、分化板框是望远系统的视场光阑。
(对)[判断题]10、当孔径光阑与折射面相重合时,光学系统具有最小的横向尺寸。
(对)[判断题]11、光阑越远离折射面,则要求的系统的横向尺寸越大。