工程光学基础复习资料.doc

第一章 第一节 基本原理 几何光学四个基本定律 1）直线传播2）独立传播 3）折射定律 ；全反射：光密进入光疏，临界角 4）反射定律 ，等效于时的折射定律 光线传播的可逆性 光程：几何路径与介质折射率的乘积， 费马原理：光从一点传播到另一点，光程导数为零（极大、极小、或常数）。 第二节 成像 完善成像：同心光束经光学系统后仍为同心光束；点物成点像。 该光学系统称为理想光学系统。 物、像、虚、实 进入光学系统前为物方，经过光学系统后为像方； 物方同心光束的汇聚点在物方则为实，否则为虚；像方虚实同理。 第三节 光路计算与近轴 折射球面基本概念：球心、曲率半径、光轴、球面顶点、子午面、（弧矢面、主光线、上光线、下光线、辅轴）、两种介质折射率 子午面内光线位置：截距、孔径角 单个球面（能够进行光线计算，尤其是近轴条件下的光线计算）： 近轴光线（）（1-19）~（1-22） 单个折射球面物像位置关系： 第四节 球面光学系统 单个折射球面 垂轴放大率：；某一对共轭平面上像的大小与物的大小的比值。 沿轴放大率：；沿光轴方向像点移动量与物点移动量的比值。 角放大率：；某一对共轭光线像方孔径角与物方孔径角的比值。 三者关系： 共轴球面系统： 过渡公式 - 能够利用过渡公式和单个球面光线计算公式进行光路计算（如课后题16） 第二章 理想光学系统 第一节 理想光学系统与共线成像理论 理想光学系统：点物→点像；同心光束→同心光束；球面波→球面波 共轴理想光学系统： 1）对称性-子午面表示整个光学系统； 2）轴上物点→轴上像点； 3）物直线（物面）垂直光轴→像直线（像面）垂直光轴； 4）一对垂直光轴的共轭面具有相同的垂轴放大率。 物点→像点 两对共轭面的位置和放大率 一对共轭面的位置和放大率，及轴上两对共轭点的位置 第二节 基点与基面 焦点：无穷远点的共轭点； 主平面：垂轴放大率为+1的一对共轭面； 节点：角放大率为+1的一对共轭点。 根据一对主平面和一对焦点可以确定任意物点的共轭像点位置。 第三、四节 物像关系与放大率 图解法 根据一对主平面和一对焦点可以确定任意物点的共轭像点位置。 解析法 牛顿公式 高斯公式 第五节 理想光学系统组合 放大率： 两个光组组合： ：是由到的距离 ：是由到的距离 ：组合系统像方焦距 ：组合系统物方焦距 正切计算法： 经过第i个光学系统： 第i个到第i+1个： 组合系统的焦距： 组合系统像方主点到最后一个光组的像方主点的距离： 第六节 透镜 单个折射球面（近轴近似条件） 焦点：； 主点：物方主平面、像方主平面重合，位于球面顶点的切面 第三章 平面与平面系统 平面镜物像关系 ； ； 旋转特性：；为光线偏转角度，为平面反射镜偏转角度 双平面镜：；为两个平面镜夹角 棱镜 - 全反射棱镜 折射棱镜与光楔 最小偏向角满足： 第四章 光阑与光束限制 光阑：限制成像光束和成像范围的器件 孔径光阑，入射光瞳，出射光瞳 视场光阑，入射窗，出射窗 视场与视场角 光阑判断方式：向前成像，对轴上一点光束最宽的是入瞳，对应的是孔径光阑，然后其余的对入瞳的张角最小的为入窗，对应的为视场光阑，其余的光阑有可能为渐晕光阑。 渐晕现象：轴外点成像光束宽度小于轴上点成像光束宽度 渐晕系数：（光束宽度的比值） 物方远心光路：孔径光阑位于像方焦平面，应用于测量大小 像方远心光路：孔径光阑位于物方焦平面，应用于测量距离 场镜：可用于缩小后续系统的光学元件尺寸 景深的概念；景深和焦深计算公式的推导 第六章 像差理论 七种几何像差：球差、彗差、场曲、像散、畸变、位置色差、倍率色差 每一种像差的含义；初级像差与孔径、视场的关系。 若用u表示孔径大小，y表示视场大小，则： 初级球差，即与孔径有关 初级慧差，即与孔径、视场都有关 初级场曲，即与视场有关 初级像散，即与视场有关 初级畸变，即与视场有关 单个折射球面的三对齐明点： 球面顶点 曲率中心 ； 齐明透镜（P114例1例2） 等晕成像；不晕成像。 像差特征曲线：根据曲线得到像差大小 宽光束子午慧差（与连线中点对于的横坐标值）：； 宽光束场曲（与连线斜率的倒数）：； 细光束场曲：处切线斜率的倒数。 第七章 典型光学系统 眼睛结构对应的光学系统中的孔径光阑：眼瞳 非正常眼特点；非正常矫正：近视-负透镜；远视-正透镜；散光-柱面镜 明视距离D=250mm 人眼光谱范围：400~700nm，最敏感555nm 放大镜 - 视觉放大率： 放大镜标注的视觉放大率，物体位于放大镜前焦面，眼睛调焦无穷远 不同渐晕系数时，物方视场、像方视场角的计算方法（P139图7-9） 显微镜：物镜、目镜组成 显微镜视觉放大率： 其中为物镜的垂轴放大率，为目镜的视觉放大率，为整个显微系统的等效像方焦距； 数值孔径：； 显微镜分辨