工程光學復習資料樣本

資料內容僅供您學習參考，如有不當或者侵權，請聯(lián)系改正或者刪除。一、n·sinI＇=nsinI。sinIm=n＇/n。發(fā)生全反射的條件:①光線從光密介質向光疏介質入射,②入射角大于臨界角。光程s=nl=ct(l是介質中傳播的幾何路程)完善成像條件:入射光為同心光束,出射光也為同心光束。經(jīng)過物點和光軸的截面稱為子午面。i=(l-r)*u/ri＇=n*i/n＇u＇=u+i-i＇l＇=r(1+i＇/u＇)n＇/l＇—n/l=(n＇—n)/r,β=y＇/y=nl＇/n＇l,α=(n＇/n)*β2,γ=(n/n＇)/β,α*γ=βnuy=n＇u＇y＇,1/l+1/l＇=2/r,li+1=li＇—di二、每個物點對應于唯一的一個像點,稱作”共軛”。物方主平面和像方主平面是一對共軛面。牛頓公式(以焦點為坐標原點):xx＇=ff′,β=—f/x=—x＇/f＇高斯公式(以主點為坐標原點):f＇/l＇+f/l=1,β=—fl＇/f＇l物像空間介質相同時,f＇=—f,有1/l＇—1/l=1/f＇,β=l＇/l多光組系統(tǒng):li=li-1＇—di-1,xi=xi-1—△i-1,△i=di—fi＇+fi+1理想光學系統(tǒng)兩焦距之間關系f＇/f=—n＇/n理想光學系統(tǒng)的放大率α=—x＇/x=(—f＇/f)*β2=(n＇/n)*β2,γ=(n＇/n)/β理想光學系統(tǒng)的組合焦距f＇=—(f1＇f2＇)/△,f=(f1f2)/△?！鳛榈谝粋€系統(tǒng)的像方焦點到第二個系統(tǒng)物方焦點的距離。一般見Φ表示像方焦距的倒數(shù),Φ=1/f＇,稱為光焦度。三、平面鏡的旋轉特性:平面鏡轉動α,反射光線轉動θ,θ=2α。y=f＇tan2θ≈2f＇θ,tanθ≈θ=x/a→y=(2f＇/a)*x=K*x雙平面鏡成像:出射光線和入射光線夾角β=2α,α為雙平面鏡夾角。平行平板近軸區(qū)內的軸向位移為△l＇=d(1-1/l).平行平板不改變光線方向,平行平板不會使物體放大或縮小,對光束既不發(fā)散也不會聚,表明它是一個無焦元件,在光學系統(tǒng)中對光焦度無貢獻,物體經(jīng)平板成正立像,物像始終位于平板的同側,且虛實相反。物點以近軸光經(jīng)平行平面板成像是完善的。將一個或多個反射面磨制在同一塊玻璃上形成的光學元件成為反射棱鏡。普通棱鏡成像方向的規(guī)則如下:(1)光軸z軸:經(jīng)平面鏡與棱鏡系統(tǒng)反射后,其光軸出射方向即是z’的方向。(2)與主截面垂直的x軸:其反射后的方向由屋脊面的個數(shù)而定:當沒有屋脊面或屋脊面為偶數(shù)時,x’方向與x方向相同;當屋脊面為奇數(shù)時,x’方向與x方向相反。(3)位于主截面y軸:根據(jù)總反射次數(shù)而定:若總反射次數(shù)為奇數(shù)成鏡像;若總反射次數(shù)為偶數(shù),成一致像。斯密特棱鏡特點:光路在棱鏡中的光路很長,能夠折疊光路,使儀器緊湊。入射光線與出射光線之間的夾角為45°折射棱鏡是把兩個不同軸的折射平面做在同一塊光學材料的光學元件。

折射棱鏡的偏向角δ為出射光線與入射光線的夾角。δ=(n—1)*α四、孔徑光闌:限制軸上物點成像光束寬度,并有選擇軸外物點成像光束位置作用的光闌。入射光瞳:孔徑光闌經(jīng)孔徑光闌前面光學系統(tǒng)所成的像。出射光瞳:孔徑光闌經(jīng)孔徑光闌后面光學系統(tǒng)所成的像。孔徑光闌、出瞳、入瞳是物像關系。視場光闌:限制成像范圍大小的光闌。物方遠心光路:入瞳位于無窮遠,軸外點主光線平行于光軸的光路。孔徑光闌安放在顯微鏡物鏡的像方平面處,作用是消除測量誤差。在長光路系統(tǒng)中,往往利用場鏡達到前后系統(tǒng)的光瞳銜接,以減小光學零件的口徑。對準平面:在物空間與景像平面共軛的平面。物方空間點成像相當于以入射光瞳中心為投影中心,以主光線為投影線,使空間點投影在對準平面上,再成像在景像平面上。景深:在景像平面生獲得的成清晰像的物空間深度稱為成像空間的景深。能清晰成像的最遠平面成為遠景平面;能清晰成像的最近平面成為近景平面。它們距對準平面的距離稱為遠景深度和近景深度。六、像差就是理想光路與實際光路之間的差異而造成的成像缺陷,是光學系統(tǒng)成像不完善程度的描述。球差:軸上物點經(jīng)過球面光學系統(tǒng)所產(chǎn)生的像差,簡稱球差。對軸上點A發(fā)出的某孔徑帶的光線與近軸光線交于不同點,形成球差。存在球差時,在像面上會產(chǎn)生圓形彌散斑。單透鏡自身不能校正球差。單正透鏡會產(chǎn)生負值球差,也被稱為球差校正不足或欠校正。單負透鏡會產(chǎn)生正值球差,也被稱為球差校正過頭或過校正。如果將正負透鏡組合起來,能使球差得到校正。這種組合光組被稱為消球差光組。彗差:由主光線和光軸所確定的平面稱為子午平面。子午平面內的光束稱子午光束。過主光線且與子午平面垂直的平面稱為弧矢平面?；∈钙矫鎯鹊墓馐Q弧矢光束。彗差是軸外物點發(fā)出寬光束經(jīng)過光學系統(tǒng)后,并不會聚一點,相對于主光線而是呈彗星狀圖形的一種失對稱的像差。不同孔徑的光線在像平面上形成半徑不同的相互錯開的圓斑,距離主光線點越遠,形成的圓斑直徑越大,這些圓斑相互疊加的結果就形成了帶有彗星形狀的光斑,光斑的頭部(尖端)較亮,至尾部亮度逐漸減弱,稱為彗星像差,簡稱彗差。彗差對成像的影響:影響像的清晰度,使成像的質量降低。彗差的大小與光束寬度、視場的大小有關。矯正方法:用全對稱系統(tǒng)或雙膠合透鏡。像散:產(chǎn)生于軸外點細光束成像,將會產(chǎn)生像散和場曲。軸外物點成像時形成兩條相互垂直且相隔一定距離的短線像的一種非對稱性像差被稱為像散。由子午光束所形成的像是一條垂直子午面的短線t稱為子午焦線。由弧矢光束所形成的像是一條垂直弧矢面的短線s稱為弧矢焦線。這兩條短線不相交但相互垂直且隔一定距離。兩條短線間沿光軸方向的距離即表示像散的大小。這兩條短線(焦線)光能量最為集中,它們是軸外點的像。像散是物點遠離光軸時的像差,且隨視場的增大而迅速增大,矯正方法:用雙分離透鏡或專設光闌。場曲:平面物形成彎曲像面的缺陷。當光學系統(tǒng)不存在像散(即子午像與弧矢像重合)時,垂直于光軸的一個物平面經(jīng)實際光學系統(tǒng)后所得到的像面也不一定于理想像面重合就形成一個曲面。有像散必然存在場曲,但場曲存在不一定有像散。像散是軸外點產(chǎn)生的沿軸方向的像差,場曲是平面上各點產(chǎn)生像散像差的集體表現(xiàn)?；?畸變是垂軸(橫向)放大率隨視場的增大而變化,所引起一種失去物像相似的像差。枕形畸變(正畸變):垂軸放大率隨視場角的增大而增大的畸變。桶形畸變(負畸變):垂軸放大率隨視場角的增大而減小的畸變?；兣c其它像差不同,它僅由主光線的光路決定?；兊拇嬖趦H引起像的變形,但不影響成像的清晰度。結構完全對稱的光學系統(tǒng)無畸變。色差:復色光成像時,由于不同色光而引起的像差稱為色差。位置色差產(chǎn)生原因:不同單色光波長不同,在同種媒質傳播時,偏著程度不同,波長愈短折射率愈大。軸上物點而言,按色光的波長由短到長,其相應的像點離透鏡由近到遠地排列在光軸上,這種現(xiàn)象稱為位置色差。位置色差的特點:(1).近軸區(qū)也存在位置色差;(2).與材料和孔徑均有關,屬于寬光束像差、軸向像差;(3).正透鏡產(chǎn)生負位置色差,負透鏡產(chǎn)生正位置色差。位置色差的校正方法:(1).用不同材料的正、負透鏡,制成雙膠合透鏡;(2).正、負透鏡相距一定間隔。倍率色差:光學材料對不同色光的折射率不同,則該光學系統(tǒng)對不同色光就有不同的焦距,不同色光的焦距不等時,其放大率也不等,軸外物體而言,因而就有不同的像高,這就是倍率色差。倍率色差的特點:(1).近軸區(qū)也存在倍率色差;(2).與材料和視場均有關,屬于細光束像差、垂軸像差;(3).對位置色差的依賴性很強。位置色差得到校正后,倍率色差一般也同時得到校正。(4).正透鏡產(chǎn)生負位置色差,負透鏡產(chǎn)生正位置色差;(5).與畸變、彗差類似,對孔徑光闌位置依賴性很強。、倍率色差的校正方法:(1).用相同或不同材料的正、負透鏡,相距一定間隔;(2).采用消彗差的對稱型系統(tǒng),全對稱系統(tǒng)完全無倍率色差。分類:球差、位置色差為軸上點像差,其余為軸外點像差;球差、彗差、位置色差屬于寬光束像差,像散、場曲、畸變、倍率色差屬細光束像差。寬光束像差隨孔徑增大而迅速增大,是大孔徑系統(tǒng)(如顯微物鏡、望遠物鏡等)必須校正的;細光束像差隨視場的增大而快速增大,是大視場系統(tǒng)(如目鏡等)必須校正的。彗差、畸變和倍率色差是在垂軸方向量度的,屬垂軸像差,球差、像散、場曲和位置色差在沿軸方向量度,屬軸向像差。七、(一)眼睛及其光學系統(tǒng)遠點距離lr,近點距離lp,1/lr=R,1/lp=P,單位為屈光度D,1D=1m-1。調節(jié)范圍為(R-P)遠點距離的倒數(shù)表示近視或遠視的程度,1D稱作100度。Ф=1/f＇=1/lr。物體對人眼的張角稱作視角,人眼能分辨的物體間最小視角稱作視角鑒別率ε。ε≈60″=1＇眼睛的分辨能力或視角敏銳角是極限鑒別率的倒數(shù)。光學系統(tǒng)的放大率和被觀察物體所需的分辨率的乘積等于眼睛的分辨率。(二)放大鏡目視光學儀器Г=tanw＇/tanw,w＇為用儀器觀察物體時物體的像對人眼所張的視角,w為人眼直接觀察時對人眼的視角。放大鏡與眼睛組成目視光學系統(tǒng),眼睛是孔徑光闌,又是出瞳。放大鏡框是視場光闌,又是出、入射窗,放大鏡本身是漸暈光闌。(三)顯微鏡Г=tanw＇/tanw=-(250mm)△/f0＇fe＇=β*(250mm)/fe＇=βГe,f0＇為物鏡焦距,fe＇為目鏡焦距。共軛距M:顯微鏡物鏡從物鏡平面到像平面的距離。M=l＇-l,物鏡焦距f＇=-Mβ/(β-1)2線視場2y=500tanw＇/βГe=500tanw＇/Г出瞳直徑D＇=500NA/Г按道威判斷,分辨率以能分辨的物方兩點間最短距離δ=0.5λ/NA柯勒照明:前組透鏡為柯勒鏡,后組透鏡為成像物鏡,柯勒鏡的視場光闌是成像物鏡的孔徑光闌,柯勒鏡的孔徑光闌是成像物鏡的視場光闌,”窗對瞳,瞳對窗”的光管。①物鏡框為孔徑光闌,決定光束大小。②入瞳就是物鏡框。③出瞳是物鏡框經(jīng)目鏡成的像④分劃板為視場光闌⑤眼睛只有在出瞳附近,才可看到整個視場。(四)望遠系統(tǒng)Г=-f0＇/fe＇=-D/D＇D和D＇分別為入、出瞳的大小,L=fe′+(-f0)極限分辨角φ=140″/D,按道威判斷為φ=120″/D有效視覺放大