哈尔滨工业大学几何光学习题课件-几何光学2.pptVIP

* 薄透镜成像、光学仪器、光阑和光度学问题 几何光学 (二) 基本概念和公式复习 例题分析 作业题讲解 基本概念和公式复习 1 基本概念 孔径光阑 ：对轴上物的通光口径限制最厉害的光阑。 入射光瞳 出射光瞳 孔径光阑在物方的共轭 视场光阑：对成像的物面(主光线)限制最厉害的光阑。 入射窗 出射窗 焦平面：通过焦点与光轴垂直的平面 薄透镜：两个折射球面的顶点之间的距离很小 的透镜。 物方焦面 像方焦面 焦面上任一点的共轭点为无穷远点 孔径光阑在像方的共轭 视场光阑在物方的共轭 视场光阑在像方的共轭 光学仪器 显微镜：在放大镜（目镜）前再加一个焦距极短的的会聚透镜组(物镜)， 且两透镜间的间距远大于它们的焦距。作用——放大视角 光通量：将辐射通量以视见函数为权重因子折合成对眼睛的有效数量。 发光强度：点光源沿某一方向上单位立体角内发出的光通量。 光亮度：面元在某一方向上单位投影面积的发光强度。 光度学 放大镜：焦距很短的会聚透镜。 作用——放大视角（M在几到几十的范围内） 望远镜 开普勒型 伽里略型 作用——放大视角 放大和显微系统区别——观察物点位置不同 照度：照射在单位面积上的光通量。 光辐射 光接收 2 回顾成像公式 薄透镜成像公式 磨镜者公式 薄透镜横向放大率 逐次成像中的换算关系: 放大镜的视角放大率 显微镜的视角放大率 望远镜的视角放大率 3 薄透镜成像的符号法则和逐次成像计算法与单球面的情况相同 4 薄透镜逐次成像作图法的步骤 (1) 使用已知条件按比例绘出初始光路图，并在图中画出已知量； (2) 第一次利用特殊光线作图法作图； (3) 以后各次成像均用任意光线作图法作图； (4) 按比例测量成像后各个待求量的值； (5) 每次作图后均应检验，没有错误后在进行下一次作图。 5 确定孔径光阑和视场光阑的步骤： (1) 把光具组中所有光阑当作物，逐个地相对其前方系统成像； (2) 由已知的轴上的物点向每个像的边缘引直线，其中与主轴夹角最小的锐 角即为入射孔径角u0，对应的像即为入射光瞳，入射光瞳对应的共轭物 即为孔径光阑； (3) 将孔径光阑向其后方系统成像，这个像即为出射光瞳。由轴上像点向出 射光瞳边缘连直线，与主轴所夹的锐角即为出射孔径角u’0 ； (4) 由入射光瞳中心向前方系统所成的每一个像的边缘引直线，其中与主光 轴夹角最小的锐角称为入射视场角，对应的像即为入射窗，入射窗对应 的共轭物即为视场光阑； (5) 视场光阑经后方系统所成的像称为出射窗，出射窗的边缘与出射光瞳中 心的连线与主光轴所夹的锐角称为出射视场角。 例题分析 分析光路——三次成像过程（第一次折射成像；第二次反射成像； 第三次折射成像） 解法一：利用单球折反射面成像公式和传递关系求解 1、如图，置于空气中的薄透镜的曲率半径分别为 和 ，折射率为 ，后表面镀铝反射膜。高度为 的小物置于薄透镜左方 处的光轴上，求该物通过薄透镜最后成像的位置、高度以及像的虚实、倒正和放缩情况。 ?第一次折射成像 第一次成正立缩小虚像 ?第二次反射成像 第二次成倒立缩小实像 ?第三次折射成像 第三次成正立的、放大的实像 最后成像 最后成像于薄透镜左方8cm处，像高为0.2cm，成倒立的、缩小的实像 解法二：利用薄透镜和反射面成像 （1）首先求出薄透镜的焦距 （2）第一次成像 第一次成正立的、放大的虚像 （3）第二次反射成像 第二次成倒立的、缩小的实像 （4）第三次折射成像 第三次成倒立的、缩小的实像 最后成像于薄透镜左方8cm处，像高为0.2cm，成倒立的、缩小的实像 最后成像 比较两种成像过程后可知，薄透镜的三次成像相当于五次单球折反射面成像，因此两种方法的中间成像结果不同了。但由于五次成像过程中有两次成像过程正好相反，一次会聚过程和一次发散过程，互相抵消了，最终还是相当于三次单球折反射面的成像过程，因此，两次成像方法的最终结果是相同的。 2、如图，置于空气中的凹透镜和凸透镜的焦距分别为 口径均为 ，两个透镜相距 在凹透镜左方 处的光轴上放置物点 图法和计算法求该系统的孔径光阑、入射光瞳、出射光瞳、视场光阑、入射窗和出射窗。 和 ， ， ， 分别使用作 孔阑 出瞳 入瞳 视阑 入窗 出窗 解： 作图法求解 计算法求解 (1) 相对 成像 (2) 求孔径角 从Q向凹透镜的像 的边缘连线， 若 , 则 , 且 ( ) 相对自身成像 ，与自身完全重合 从Q向凸透镜的