【工程光学】理想光学系统

ref 《工程光学》第4版 郁道银

1.共轴理想光学系统成像性质

  • 焦点: 光轴上无限远点的共轭点
    • 物方焦点: 无限远轴上像点的共轭点
    • 物方焦距在这里插入图片描述
    • 像方焦点: 无限远轴上物点的共轭点
    • 像方焦距在这里插入图片描述
  • 焦平面: 过焦点⊥光轴的面
  • 主平面: β = ± 1 \beta=\pm 1 β=±1的一对共轭平面
    在这里插入图片描述
  • 主点: 主平面与光轴焦点
    • 焦距: 主点到焦点距离
    • f ′ f = − n ′ n \frac{f'}{f}=-\frac{n'}{n} ff=nn
    • 同一介质中 f ′ = − f f'=-f f=f
  • 节平面: γ = ± 1 \gamma=\pm 1 γ=±1的一对共轭平面
  • 节点: 节平面∩光轴
    • x J = f ′    x J ′ = f x_J=f' ~~ x_J'=f xJ=f  xJ=f
    • 在这里插入图片描述

2.成像性质

  • 在这里插入图片描述
  • 在这里插入图片描述

3.图解法

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

4.解析法

在这里插入图片描述

  • 牛顿公式
    • x x ′ = f f ′ xx'=ff' xx=ff
  • 高斯公式
    • f ′ l ′ + f l = 1 \frac{f'}{l'}+\frac{f}{l}=1 lf+lf=1
    • 同一介质
      • 1 l ′ − 1 l = 1 f ′ \frac{1}{l'}-\frac{1}{l}=\frac{1}{f'} l1l1=f1
  • 焦距关系
    • f ′ f = − n ′ n \frac{f'}{f}=-\frac{n'}{n} ff=nn

5.理想光学系统放大率

  • 垂轴放大率
    • β = y ′ y \beta=\frac{y'}{y} β=yy
    • β = − f f ′ l ′ l = n n ′ l ′ l      β = − f x = − x ′ f ′ \beta=-\frac{f}{f'}\frac{l'}{l}=\frac{n}{n'}\frac{l'}{l} ~~~~ \beta=-\frac{f}{x}=-\frac{x'}{f'} β=ffll=nnll    β=xf=fx
  • 轴向放大率
    • α = d x ′ d x = d l ′ d l \alpha=\frac{dx'}{dx}=\frac{dl'}{dl} α=dxdx=dldl
    • α = − f ′ f β 2 = n ′ n β 2      α = − x ′ x \alpha=-\frac{f'}{f}\beta^2=\frac{n'}{n}\beta^2 ~~~~ \alpha=-\frac{x'}{x} α=ffβ2=nnβ2    α=xx
  • 角放大率
    • γ = tan ⁡ U ′ tan ⁡ U \gamma=\frac{\tan U'}{\tan U} γ=tanUtanU
    • γ = n n ′ 1 β \gamma=\frac{n}{n'}\frac{1}{\beta} γ=nnβ1
  • α γ = β \alpha\gamma=\beta αγ=β

6.光学系统组合公式

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  • 光焦度:
    • φ 1 = 1 f 1 ′ , φ 2 = 1 f 2 ′ \varphi_1=\frac{1}{f_1'}, \varphi_2=\frac{1}{f_2'} φ1=f11,φ2=f21
    • φ = φ 1 + φ 2 − d φ 1 φ 2 \varphi=\varphi_1+\varphi_2-d\varphi_1\varphi_2 φ=φ1+φ2dφ1φ2

远摄型光组

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  • 正透镜在前, 负透镜在后
  • 组合焦距>机械筒长
  • 在长焦距镜头中缩小机械尺寸

反远距型光组

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  • 负透镜在前, 正透镜在后
  • 工作距>焦距
  • 短焦距,大工作距镜头(显微镜)

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