應(yīng)用光學(xué)第三章

1、第三章第三章 理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng) 31 理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成象理論理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成象理論 理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng) 對(duì)任意大的物體，以任意寬的光束對(duì)任意大的物體，以任意寬的光束繞光學(xué)系統(tǒng)成象，均是完善的；或物空間的同心光束經(jīng)繞光學(xué)系統(tǒng)成象，均是完善的；或物空間的同心光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后仍為同心光束；或物空間一點(diǎn)對(duì)應(yīng)象空間過光學(xué)系統(tǒng)后仍為同心光束；或物空間一點(diǎn)對(duì)應(yīng)象空間一點(diǎn)。一點(diǎn)。 共線成象理論共線成象理論 對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，有對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，有 點(diǎn)點(diǎn) 點(diǎn)點(diǎn) 直線直線 直線直線 面面 面面共線成象理論是作圖法或解析法求解物象關(guān)系的基礎(chǔ)。共線成象理論是作圖法或解析法求解物象關(guān)系的基礎(chǔ)。共

2、軛共軛共軛共軛共軛共軛 32 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)、基面理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)、基面焦點(diǎn)、焦平面焦點(diǎn)、焦平面物方焦點(diǎn)：對(duì)應(yīng)像點(diǎn)在像方光軸上無限遠(yuǎn)處物方焦點(diǎn)：對(duì)應(yīng)像點(diǎn)在像方光軸上無限遠(yuǎn)處像方焦點(diǎn)：對(duì)應(yīng)物點(diǎn)在物方光軸上無限遠(yuǎn)處像方焦點(diǎn)：對(duì)應(yīng)物點(diǎn)在物方光軸上無限遠(yuǎn)處焦點(diǎn)焦點(diǎn)焦平面：過焦點(diǎn)的垂軸平面焦平面：過焦點(diǎn)的垂軸平面說明：說明：1）F、F不是一對(duì)共軛點(diǎn)，物不是一對(duì)共軛點(diǎn)，物方焦平面和像方焦平面也不為共軛面。方焦平面和像方焦平面也不為共軛面。 2 2）由物方無限遠(yuǎn)處射來的任何）由物方無限遠(yuǎn)處射來的任何方向的平行光束，匯聚于像方焦平面上方向的平行光束，匯聚于像方焦平面上一點(diǎn)。一點(diǎn)。2. 主點(diǎn)、主平面主點(diǎn)、

3、主平面定義：物象方定義：物象方=+1 的共軛平面為物象方主平面。的共軛平面為物象方主平面。主平面與光軸的交點(diǎn)為主點(diǎn)主平面與光軸的交點(diǎn)為主點(diǎn)H、H。說明：說明：1） H、H是一對(duì)共軛點(diǎn)，主平面上任一線段均以相等是一對(duì)共軛點(diǎn)，主平面上任一線段均以相等大小及相同方向成在另一主平面上。大小及相同方向成在另一主平面上。2 2）薄光組：）薄光組：FF H、H 3. 焦距焦距以主點(diǎn)作為原點(diǎn)來度量，主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離稱為焦距。以主點(diǎn)作為原點(diǎn)來度量，主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離稱為焦距。物方主點(diǎn)物方主點(diǎn)H到物方焦點(diǎn)到物方焦點(diǎn)F的距離稱為物方焦的距離稱為物方焦距（前焦距或第一焦距）距（前焦距或第一焦距） UtghftgUhf

4、象方主點(diǎn)象方主點(diǎn)H到象方焦點(diǎn)到象方焦點(diǎn)F的距離稱為象方的距離稱為象方焦距（后焦距或第二焦距）焦距（后焦距或第二焦距） 說明：說明：1）對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，不管其結(jié)構(gòu)（對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，不管其結(jié)構(gòu)（r,d,n）如何，只）如何，只要知道其焦距值和焦點(diǎn)或主點(diǎn)的位置，其光學(xué)性質(zhì)就確要知道其焦距值和焦點(diǎn)或主點(diǎn)的位置，其光學(xué)性質(zhì)就確定了。定了。UtglltgUhUtgfxtgUfxfyyxfyyx,UtgfyyftgUufyyfunnff3）正光組）正光組 f 0 0； 負(fù)光組負(fù)光組 f 0 0 0 ）實(shí)物成實(shí)像實(shí)物成實(shí)像物在焦面上，成像無限遠(yuǎn)物在焦面上，成像無限遠(yuǎn)實(shí)物點(diǎn)成實(shí)像點(diǎn)實(shí)物點(diǎn)成實(shí)像點(diǎn)實(shí)物成虛像實(shí)物

5、成虛像虛物成實(shí)像虛物成實(shí)像例：負(fù)光組（例：負(fù)光組（ f00 ）實(shí)物成虛像實(shí)物成虛像虛物成虛像虛物成虛像說明：說明： 用圖解法求像較為簡明和直觀，但精度是不高的。用圖解法求像較為簡明和直觀，但精度是不高的。二、解析法二、解析法1. 牛頓公式牛頓公式 物和象的位置物和象的位置以焦點(diǎn)以焦點(diǎn)F、F為原點(diǎn)來確定，為原點(diǎn)來確定，以以x x、xx表示。表示。AFxFAx,由圖，有：由圖，有：fxyyxfyy,ffxx由此，得：由此，得：（牛頓公式）（牛頓公式）fxxfyy放大率公式為：放大率公式為： 2. 高斯公式高斯公式 物和象的位置物和象的位置以主點(diǎn)以主點(diǎn)H、H為原點(diǎn)來確定，為原點(diǎn)來確定，以以l l、l

6、l表示。表示。由圖，有：由圖，有：AHlHAl,flxflx,代入牛頓公式，得：代入牛頓公式，得：l lflf l1lflffnfnlnlnfffll111光學(xué)系統(tǒng)在同一種介質(zhì)中時(shí)，有光學(xué)系統(tǒng)在同一種介質(zhì)中時(shí)，有 高斯公式：高斯公式：放大率公式為：放大率公式為： lllnlnllffxfffxf fxxffxfffx則：則：3.3.垂軸放大率特性曲線：垂軸放大率特性曲線：000， 物象虛實(shí)相反物象虛實(shí)相反。例：空氣中有一薄光組，當(dāng)把一高例：空氣中有一薄光組，當(dāng)把一高20mm的物置于物方焦的物置于物方焦點(diǎn)左方點(diǎn)左方400mm處時(shí)，將會(huì)在光組像方焦點(diǎn)右方處時(shí)，將會(huì)在光組像方焦點(diǎn)右方25mm處處成一

7、虛像。成一虛像。求：求：1. 光組的焦距；光組的焦距； 2. 像的大?。幌竦拇笮。?3. 物右移物右移200mm，像移動(dòng)多大距離？，像移動(dòng)多大距離？例：有一光組將物放大例：有一光組將物放大3倍，成像在影屏上，當(dāng)透鏡向物倍，成像在影屏上，當(dāng)透鏡向物體方向移動(dòng)體方向移動(dòng)18mm時(shí)，物象放大率為時(shí)，物象放大率為4倍。求光組焦距。倍。求光組焦距。三、由多個(gè)光組組成的理想光學(xué)系統(tǒng)三、由多個(gè)光組組成的理想光學(xué)系統(tǒng)112dll11kkkdll 112 xx211HHd11kkkxx 211FF（光學(xué)間隔）（光學(xué)間隔）相應(yīng)于高斯公式：相應(yīng)于高斯公式：相應(yīng)于牛頓公式：相應(yīng)于牛頓公式：2111ffd1111kkk

8、kffd 光學(xué)間隔光學(xué)間隔和主面間隔和主面間隔d d的關(guān)系為的關(guān)系為: : （主面間隔）（主面間隔）kkkyyyyyyyy22111k21垂軸放大率為：垂軸放大率為： 四、光學(xué)系統(tǒng)的光焦度四、光學(xué)系統(tǒng)的光焦度1lflffnfnlnlnnnff稱為光學(xué)系統(tǒng)的光焦度，以符號(hào)稱為光學(xué)系統(tǒng)的光焦度，以符號(hào)表示。表示。 fnfnfn若光學(xué)系統(tǒng)處于空氣中，若光學(xué)系統(tǒng)處于空氣中， ，則：，則： ff111 nn2 2）正光組）正光組00，對(duì)光束起會(huì)聚作用，對(duì)光束起會(huì)聚作用，越大，會(huì)聚本領(lǐng)越大；越大，會(huì)聚本領(lǐng)越大； 負(fù)光組負(fù)光組0 f2 2. 分類分類1）開普勒望遠(yuǎn)鏡）開普勒望遠(yuǎn)鏡2）伽利略望遠(yuǎn)鏡）伽利略望遠(yuǎn)

9、鏡3. 成像特點(diǎn)：成像特點(diǎn)：222111,xffx1221ff12, 0 xx22221111,xffxxffx111222xffffx1122ffff111222,fQHtgUfQHUtg21fftgUUtg1122QHQH2211,ffff2121212ffffff若望遠(yuǎn)系統(tǒng)位于空氣中：若望遠(yuǎn)系統(tǒng)位于空氣中： 說明：說明： 1） 為常量，與物象位置無關(guān)；為常量，與物象位置無關(guān)； 2 2）l=l= , , l=l= ；l=l=有限，有限， l=l= 有限；有限； 3 3）通常望遠(yuǎn)系統(tǒng)所說的放大率指的是）通常望遠(yuǎn)系統(tǒng)所說的放大率指的是 ； 4 4）一望遠(yuǎn)系統(tǒng)與一望遠(yuǎn)系統(tǒng)組合，仍為望遠(yuǎn)）一望遠(yuǎn)系

10、統(tǒng)與一望遠(yuǎn)系統(tǒng)組合，仍為望遠(yuǎn)系統(tǒng)。望遠(yuǎn)系統(tǒng)加一個(gè)有限焦距的系統(tǒng)，組合成系統(tǒng)。望遠(yuǎn)系統(tǒng)加一個(gè)有限焦距的系統(tǒng)，組合成為一有限焦距系統(tǒng)。為一有限焦距系統(tǒng)。 132211fUtghhhUtghf31ff二、顯微系統(tǒng)：二、顯微系統(tǒng)：1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）物鏡和目鏡均為正光組；）物鏡和目鏡均為正光組；2）較大，較大，f1、 f2 較小，較小， f1、f2 2. 成像特點(diǎn)：成像特點(diǎn)：1）物體位于物鏡前焦點(diǎn)附近，成一倒立放大實(shí)象；物體位于物鏡前焦點(diǎn)附近，成一倒立放大實(shí)象； 2）該實(shí)象位于目鏡前焦點(diǎn)右邊附近（或前焦點(diǎn)上）；該實(shí)象位于目鏡前焦點(diǎn)右邊附近（或前焦點(diǎn)上）； 3）該實(shí)象經(jīng)過目鏡成一正立放大的虛像。該實(shí)象經(jīng)過目鏡成一正立放大的虛像。 1111ffx222fx2121ffxx22121ffxx2121xxff物移動(dòng)小距離，像移物移動(dòng)小距離，像移動(dòng)很大距離。動(dòng)很大距離。大孔徑光束入射，小大孔徑光束入射，小孔徑光束出射?？讖焦馐錾洹３傻沽⒎糯蟮奶撓?，成倒立放大的虛像，很大，具有觀察微小物很大，具有觀察微小物體的能力。體的能力。三、照相物鏡系統(tǒng)：三、照相物鏡系統(tǒng)：, 0, 0成像特點(diǎn)：成像特點(diǎn)：1）無限遠(yuǎn)無限遠(yuǎn) ：2）有限遠(yuǎn)有限遠(yuǎn) ，物距減小，物距減小，增大；增大；3）00，成倒立實(shí)像（實(shí)物成實(shí)像）；，成倒立實(shí)像（實(shí)物成實(shí)像）；xf4）物距一定時(shí)，若需）物距一定時(shí)，若需增大，