工程光学习题课1

1、工程光学A习题课基本概念与四大基本定律全反射及其应用（ ）费马原理（理解）成像概念与（ 物与像、物空间与像空间）第一章 几何光学的基本定律和物像概念几何光学的基本定律和物像概念全反射全反射全反射全反射：折射光线因大于等于90而消失，所有的光线反射到原介质中的现象。光线发生全反射的条件：光线发生全反射的条件： 光线由光密光密介质射向光疏光疏介质； 入射角大于临界角临界角。二者缺一不可。 (1-3)实物、实像；虚物、虚像实物成实像实物成实像实物成虚像实物成虚像虚物成实像虚物成实像虚物成虚像虚物成虚像结束结束 返回返回物像概念小结：物像概念小结： 光线未通过系统（界面）前称为物方光线物方光线，物方光

2、线连接着物体（实物或虚物），物体所在空间为物方空间，物方空间使用系统前方折射率。 光线通过系统（界面）后称为像方光线像方光线，像方光线连接着物体的像（实像或虚像），像所在空间为像方空间，像方空间使用系统后方折射率。第二章第二章 共轴球面光学系统共轴球面光学系统一、基本概念二、符号规则（ ）三、单个球面的成像计算（ ）四、共轴球面的成像计算（ ）单折射面成像1、符号规则2、计算公式3、反射成像物点经单个球面的光路计算LU，0InnIsinsinIIUU)sinsin1(UIrLrhI sinEIODCUAh rI2-3当平行光入射时：已知R，已知L、U，求L 、U 1.2. 近轴光线计算 当物体

3、靠近光轴且成像的光束很细时，所有的角度都可以近似 此时实际成像的光路计算用近轴公式来计算sinurrliinniiiuu)1 (uirlrhi 近轴公式说明：在近轴区域，近轴公式说明：在近轴区域，l只是只是l的函数，不随孔径的函数，不随孔径u变化，轴上变化，轴上物点在近轴区完善成像，这个像点称物点在近轴区完善成像，这个像点称高斯像点。高斯像点。1costan三个主要的近轴公式Qlrnlrn)11()11( rhnnnuun)(rnnlnln阿贝不变量阿贝不变量物像方参数计算的不变形式物、像孔径角之间的关系物、像位置之间的关系距离（距离倒数）变化式距离（距离倒数）变化式孔径变化式孔径变化式rnn

4、lnln,光焦度 ,rnnrnnnln,rnnlnn,fnfn,nnff,1.3. 单个球面的近轴放大率垂轴放大率（横向放大率）垂轴放大率（横向放大率）轴向放大率（纵向放大率）轴向放大率（纵向放大率）角放大率角放大率拉赫不变量 在近轴区域成像时像方和物方参数乘积的一个不变式。像高的增大必然伴随着像方孔径角的减小。增大视场牺牲孔径为代价。它是光学系统的重要指标它是光学系统的重要指标2. 单个反射球面的成像 根据焦距的定义，反射根据焦距的定义，反射球面镜的焦距为：球面镜的焦距为：2,rff 球面折射成像的相关公式球面折射成像的相关公式中，令中，令N=-N，可得反射球，可得反射球面成像公式如下：面成

5、像公式如下：共轴球面系统1、过渡公式2、放大率3、拉赫不变量第三章第三章 理想光学系统理想光学系统 共线成像理论 基点与基面 作图法求像 解析法求像 高斯公式 牛顿公式 多光组组合 牛顿公式 高斯公式f fxx yyfxxf1lflfllfll,111llffyy 理想光学系统物方焦距与像方焦距的关系 （3-17） 当物像方处于同一介质时，高斯公式（3-38）有更简单的表示 （3-18） nnff111fll实际近轴与理想系统的比较实际近轴与理想系统的比较P34 多光组组合112 dll334 dll112 xx223 xx334 xx12yy 23yy34yy 12uu 23uu 34uu

6、223dll过渡公式多光组系统的等效系统多光组系统的等效系统 （正切计算法）给定平行光线的入射高度 H1，并有U1=0111fllfhlhlhfhtgutgu过渡公式, , 2312uuuu, , 22231112tgudhhtgudhh1ktguhf kkFtguhl3.4.3 双光组组合双光组组合 21fff21fff2121d双光组的等效光组焦点焦点22ffxF11ffxF主点主点fxxFHfxxFH2FFxflFFxfl1HHxfl1fllFH 平面镜（完善像）（单面，双面镜）反射棱镜（坐标系变化） 等效作用平行平面板（位移计算，等效空气层） （例题计算孔径高度） 折射棱镜和光楔（公式

7、，应用）第四章第四章 平面与平面系统平面与平面系统)11 (ndl2sin2sinnm) 1( n等效空气层的概念（等效空气层的概念（H与与G点出射等效点出射等效） CEABPQLddFDA lGHA ndldd4.3.3 平行平板的等效空气层利用等效空气层计算棱镜的最小口径限制第五章 光学系统中的光束限制 一 孔径光阑 （入瞳，出瞳 判断和计算） 二 视场光阑 三 渐晕和渐晕光阑（视场光阑判断，渐晕系数，渐晕相关计算） 四 场镜，焦深，景深的概念 五 物方远心，像方远心光路的应用，基本原理【习题1-4】P7【习题5-5】P91【习题5-7】P91【练习1】一个直径为400MM，折射率为1.5的玻璃球中有两个小气泡，一个位于球心，另一个位于1/2半径处，沿两气泡的连线方向在球两边观察，问看到的气泡在何处？ABR1=200MMR2=200MM【练习2】一个物体位于半径为R的凹面镜前什么位置时，可以分别得到放大4倍的实像、放大4倍的虚像、缩小4倍的实像、缩小4倍的虚像。【练习3】 一个薄透镜焦距为100MM，和另一个焦距为50MM的薄透镜组