(第16周6)工程光学期末复习要点-2012

点对应点，直线对应直线，平面对应平面 的成像变换称为共线成像，上述定义称为 共线成像理论。
基点和基面的基本概念
※ 表征光组特性的点、面称为基点和基面
焦点、焦平面、主点、主平面
※ F ’ 就是无限远轴上物点的像点，称像方焦点 ※ 从像方主点H’ 到像方焦点F’ 之间的距离称为 像方焦距，用 f ’ 表示
A
B
光学系统与成像概念
光学系统的作用之一是对物体成像。一个被照明的物体 （或自发光物体）总可以看成是由无数多个发光点或物点 组成的，每个物点发出一个球面波，与之对应的是一束以 物点为中心的同心光束。如果该球面波经过光学系统后仍 为一球面波，那么对应的光束仍为同心光束，则称该同心 光束的中心为物点经过光学系统所成的完善像点。物体上 每个点经过光学系统后所成完善像点的集合就是该物体经 过光学系统后的完善像。 通常，我们把物体所在的空间称为物空间，把像所在 的空间称为像空间。物像空间的范围均为（-∞，+∞）。

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第七章 典型光学系统 大纲要求（掌握）
第一节 眼睛及其光学系统
知识要点：眼睛调节以及矫正方法（P-134）
第二节 放大镜
知识要点：放大镜的视觉放大率（P-139）
第三节 显微镜系统
知识要点：显微镜系统参数及计算（P-141）
第四节 望远镜系统
知识要点：了解分辨率的计算（P-146）
第五节 目镜 第六节 摄影系统
两边同除 ll
-x
-l
-f
x'
'
f f 1 l l
得到以主点为原点的物像位置公式—高斯公式
★ 特例：物像空间介质相同
f f 1 l l
y f l y f l
ff
1 1 1 l l f
l l
※ 节点定义：角放大率γ= +1的一对共轭点
知识要点：符号规则以及光路作图（P-8） 近轴光路计算（P-10）
第四节 球面光学成像系统
知识要点：放大率概念及公式计算（P-11）
费马原理

光从空间的一点到另一点的实际路径是沿着光程为极 值的路径传播的。或者说,光沿着光程为极大、极小 或常量的路径传播。 数学表达式：

( AB) ndl 0
(a) 测距原理：
(b) 调焦不准：
—— 物方远心光路
光学系统的景深
★ 成像空间的景深：（近景与远景深度之和） 在景象平面上所获得的成清晰像的物空间深度。
近景平面 远景 平面
1 2
对准 平面
p1
p2 p
p1
p p2
第六章 光线的光路计算及像差理论 大纲要求（掌握）
1
250 f
’
P’ y F’ f’
-l’
瑞利判断：
当一个像点衍射斑中心落在另一像点衍 射光环第一个暗环时，则两像点刚好能被分 辨（即两相邻点之间隔等于艾里斑半径时）。 艾里斑半径：a=0.61 /n’sinu’ 分辨率是能分辨物方两点间最短距离：
0.61 0.61 n sin u NA a
第五节 光学系统的景深
知识要点：了解景深的概念（P-68）
光阑
——限制成像光束和成像范围
孔径光阑 限制轴上点成像光束中边缘光线的最大倾角（孔径角） 视场光阑 限制物平面或物空间能被系统成像的最大范围（视场） 渐晕光阑 限制物空间轴外点发出的本来能通过上述两种光孔的成 像光束 消杂光光阑 限制杂散光（从视场外射入系统，或由镜头内部的光学 表面、金属表面及镜座内壁的反射和散射所产生）
完善成像条件
三种表述： 入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。 入射光为同心光束时，出射光亦为同心光束。 根据马吕斯定律，入射波面与出射波面对应点间的光程 相等，则完善成像条件还可以表述为：物点以及像点之间 任意二条光路的光程相等。
符号规则
近轴区光路计算
放大率概念与公式
第二章 理想光学系统 大纲要求（掌握）
f‘
f‘
1 R lr
f=lr
• 放大镜的放大率:仅由放大镜的焦距f ′ 所 决定，焦距越大则放大率越小。
结论 1) 当l’= ∞，或P’=f’时，0=250/f ’
l 250 P' 2) 正常视力的眼， P’-l’= 250mm ， 1 1 f f f
看书用
如果眼睛紧贴放大镜，即P’=0，则 y’
工程光学期末复习
一、教学大纲考察范围
二、试卷结构与题型介绍
三、难易程度分析 四、课程成绩
一、教学大纲考察范围
第一章 几何光学基本定律与成像概念 大纲要求（掌握） 第一节 几何光学基本定律和原理
知识要点：费马原理（P-5）
第二节 成像的基本概念与完善成像条件
知识要点：完善成像概念以及条件（P-6）
第三节 光路计算与近轴光路系统
2
②. 2a与Δ的关系 ：入瞳直径越大，景深越小。 ③. P与Δ的关系 ：拍摄距离越大，景深越大。 ④. F与Δ的关系 ：光圈数（ f ’/D）越大，景深越大。
第九章 光学系统的像质评价 大纲要求（了解）
第一节 瑞利判断和中心点亮度
第二节 分辨率
第三节 点列图
第四节 光学传递函数评价成像质量
第十一章 光的电磁理论基础 大纲要求（掌握）
B y A Q
Q'
H H'
F
F'
A'
-y' B
R R'
-x -l -f f' l' x'
'
物像位置也可相对主点的位置来确定， 相应位 置公式推导如下：
xl f
x l f
lf l f ll 代入牛顿公式并整理：
二、高斯公式
B y A Q F H R R' Q' H' F' A' -y' B f' l'
第一节 概述
知识要点：像差的基本概念（P-105）
第二节 光线的光路计算 第三节 轴上点球差
知识要点：了解球差概念及其消除方法（P-114）
第四节 第五节 第六节 第七节 第九节
正弦差和慧差 像散和场曲 畸变 色差 波像差
像差的大小反映了光学系统质量的优劣
几何像差主要有七种：
单色像差(光学系统对单 色差(由不同折射率引起 色光成像所产生的像差)有 的不同波长光线的成像位 置和大小也不同)有两种： 五种： 球差(轴上点像差) 位置色差(轴上点像差) 彗差(轴外点像差) 倍率色差(轴外点像差) 像散(轴外点像差) 场曲(轴外点像差) 畸变(轴外点像差)
A
B
C
Q2
★ 理想光学系统：主光线必然通过入瞳及出瞳的中心。
★ 主光线是通过孔径光阑、并参与成像的物光束的中心光线。
通光口径计算
D通 （ 2 h+hZ）
h为平行光轴光线投射高度 hz为主光线投射高度
孔径光阑在物镜 的像方焦平面上 1) 入瞳位于物方无穷远。 2) 轴外点的主光线平 行于主轴。 3) 主光线是物点成像 光束的中心轴，像 弥散斑的中心间隔 始终不变。
知识要点：两光组组合焦距公式（P-30） 望远镜视觉放大率（P-34）
第六节 透镜
理想光学系统、共线成像概念

为了揭示物、像、成像系统三者之间的内在联系，
可暂时抛开成像系统的具体结构，将一般仅在光
学系统近轴区存在的完善像拓展成在任意大的空 间以任意宽光束都能完善成像的理想模型，即称 为理想光学系统，又称为高斯光学系统。
基于物理光学： 波象差(实际波面与理想球面 波的偏差：衍射后球面波为复杂的艾里斑)
球差的概念和形成

球差：光轴上物点以宽光束经光学系统成像所产生的像差. 是由于透镜球面上各点的聚光能力不同而引起的。由于近 轴光线与远轴光线的会聚点并不一致，会聚光线并不是形 成一个点，而是一个以光轴为中心对称的弥散圆，这种像 差就称为球差。球差的存在引起了成像的模糊， 消除方法：采用齐明透镜，增大物镜的孔径角，消除球差.
a
(n 1)a
第四章 光学系统中的光束限制 大纲要求（掌握）
第一节 光阑
知识要点：光阑、光瞳、主光线的基本概念（P-57）
第二节 照相系统中的光阑 第三节 望远镜系统中成像光束的选择
知识要点：望远镜系统通光口径公式（P-63）
第四节 显微镜系统中的光束限制与分析
知识要点：远心光路的作用（P-66）
第一节 平面镜成像
知识要点：单、双平面镜成像（P-41）
第二节 平行平板 第三节 反射棱镜 第四节 折射棱镜与光楔
知识要点：了解光楔的偏向角计算（P-52）
第五节 光学材料
n n n n l l r
n n
l l
图 3-1
物像位于异侧， 物像虚实不同 像与物对称于平面镜
第一节 理论光学系统与共线成像理论
知识要点：理想光学系统、共线成像概念（P-16）
第二节 理想光学系统基点与基面
知识要点：了解基点和基面的基本概念（P-20）
第三节 理论光学系统的物象关系
知识要点：牛顿公式与高斯公式计算（P-23）
第四节 理想光学系统的放大律
知识要点：节点的定义（P-27）
第五节 理想光学系统的组合
入射光瞳与出射光瞳
★入射光瞳：孔径光阑经其前面光学系统所成的像（物空间） ★出射光瞳：孔径光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）
照相机镜头中的孔径光阑
主光线（Chief ray）：
★定义：离轴物点发出的、通过孔径光阑中心的光线。 出瞳
Q1
L1
孔径光阑
Q1
L2
入瞳
Q1