工程光学复习(完整)

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结论：b>0时，y’、y同号，正像；否则，倒像；

l’、l同号，物像虚实相反，否则，物像虚实相同。|b|>1时，|y’|>|y|，成放大的像；反之，成缩小的像。a>0,当物点沿轴向移动时，其像点沿光轴同向移动；a≠b,空间物体成像时要变形。g表示折射球面将光束变宽或变细的能力，只与共轭点的位置有关，与光线的孔径角无关。§2.3 单个反射球面的成像a<0，物体沿光轴移动时，像总是以相反方向移动。通过球心的光线沿原光路反射。反射球面镜的焦距等于球面半径的1/2。§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ABP22例2.2§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反射棱镜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。4场镜组合多章出题，如：摄影系统、望远系统§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△h’=4.6h12=4.6视场光阑△h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。各种光阑在光学系统中的作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像差概论类别名称说明现象度量光束与孔径及视场的关系影响校正单色像差球差轴上点同心光束成像后变为非同心光束点物不成点像，成弥散斑轴向宽光束孔径清晰度齐明透镜，胶合透镜，减小光阑直径彗差近轴物点宽光束成像后不对称于主光线，不再形成同心光束像点形似彗星垂轴孔径和视场选择光阑位置，全对称系统，减小光阑直径，组合透镜，满足正弦条件细光束像散远轴物点细光束成像，像分散为两个像不同位置的像截面形状不一样轴向细光束视场选择光阑位置，双分离透镜细光束场曲轴外物点的像，位置随视场而变，且偏离高斯像面平面物成弯曲像面厚透镜，像散过校正畸变轴外不同视场物点的垂轴放大率不同像发生变形，相对于原物失去相似性垂轴精度选择光阑位置，全对称系统色差位置色差轴上物点不同波长的像点位置不一致(光学材料的折射率随波长而变)彩色弥散斑轴向孔径（近轴、远轴都存在）清晰度选择透镜材料，正负透镜组合倍率色差轴外物点不同波长的像大小不一样(光学材料的折射率随波长而变)像带彩边垂轴视场（近轴、远轴都存在）选择光阑位置，全对称系统，组合透镜§7 目视光学系统§7.1眼睛的光学成像特性§7.2放大镜 一、视觉放大率当l’=∞，或P’=f’时，

0=250/f’正常视力的眼，P’-l’=250，看书用此时，如果眼睛紧贴放大镜，即P’=0，则放大镜渐晕系数KD:二．光束限制和线视场 虚像平面w2’w1’w3’2a’2hP’场阑出瞳yKD=1KD=0.5KD=0F’（a）KD=1 （b）KD=0.5

（c）KD=0

’2hf’yFF’孔径光阑视场光阑渐晕光阑

’2hf’yFF’

’2hf’yFF’§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w’A’AB’B-UU’FeFo’§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h2h1108lz’18-wh2h1108lz’18KD=1-wh2h1108lz’18-w108h2lz’h118KD=0KD=0.5§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？入瞳在第1透镜右边22.22mm处，其直径为44.44mm；出瞳在第2透镜左边22.22mm处，其直径为44.44mm。（a） （b） （c）12孔阑入瞳-

-u1-u1'12孔阑入瞳-

-u1-u1'12孔阑入瞳-

-u1-u1

KD=1时，如图（a），