几何光学基本定律和成像概念

几何计算
′ ′
求出h1高，两块棱镜一样大
h x
｛ }
h1 x f1 a
x
'
h
y
'

x f1
'
h1 = ?棱镜 厚4h1,半口 径8.5，假 设高8.5， 厚度d= 8.5х4=34 等效空气 平板厚d = d/n
D/f1 ′= 1/4
f1 ′= 120

系统等效光路图
Ⅰ Ⅱ
г=6，D/f′=1/4 ，2w=8˚
视场边缘有50%的渐晕
棱镜渐晕25%
目镜渐晕25% 棱镜最后一面到分划板距离>14mm 可以为15、16、17、18mm.
否则第一个棱镜会挡住平行光束 出瞳距离Lz′ >8-10mm
物镜要与棱镜产生的象差平衡（五角屋脊 棱镜要考虑与物镜的象差平衡） △l′= d ( 1 - 1/n) 等效空气层厚度 d = d / n
沿轴尺寸较好计算，口径如何计算？ 孔径中心能量最大，要拦边缘光

系统
棱镜设计：
｛
形状
厚度：查光学设计手册
校象差：物镜和棱镜象差一起校正
y′ = f物 ′tgω′
г = tgω ′/ tgω
a≥14 (不超过20) b定为2mm
C = f′– 2 d– b – a 棱 镜 2nd=2d=67,2d=67/n=67/1.5162 保证不挡轴上光线 C ≥ 53.7024 目镜焦距知道，目镜口径可由渐晕求出
在光学设计中，显微物镜反追，由大量 向小量变化计算，很方便 书中p211,已用反追算好了，显微物镜结构 参数（反追）。 P211习题第1题，显微镜lz=-33.6, y=-10,r1=-23 （或-24）（改为大1 mm),反追计算
复习：几何光学、象差概念
改变（n,r,d) 完善光学系统象差
实际象差= 初级象差 + 高级象差
显微物镜：孔阑在低倍物镜 框上
视阑的设置：一般在物、像面上 光学仪器设计手册 （上） 图书馆 实用光学设计方法 与现代光学系统 光学设计 工程光学设计 光学设计手册
由任务书画光路图、计算光学参数 物镜：D/f′=1/4， D=30 , f1 ′=120 ,
目镜：г= 6 , г =-f1′ /f2 ′ , f2 ′= 20 .
先定棱镜口径 外形尺寸： NA , D/f ′, f′ , β , L , L′ Y , Y′, 2w , D入瞳 , D出瞳 , Lz′
孔阑的设置：位置、大小。
孔阑大小由光照度、分辨率、成像质 量确定
显微物镜NA，照相物镜D/f′

系统
不 同 光 学 系 统 孔 阑 设 置
远心光路： 物方：孔阑在象方焦面上 像方：孔阑在物方焦面上 目镜： 出瞳和眼瞳重合
结构和光束限制
望远镜光路图：
三、开普勒望远镜的外形尺寸计算
已知筒长L、Γ 、ω ，求开普勒望远镜外形尺寸。
反射棱镜成像特性:在光路中相当于平行平板 轴向位移 △L′= d ( 1 - 1/n)
｛
棱镜
简单棱镜 复合棱镜
屋脊棱镜
棱镜展开：沿反射面的次序依次展开
等效空气层的厚度
4D / n
简单望远系统结构
目镜型式
2ω′
Lz ′
f2 ′
冉斯登目镜 2ω：30˚-40 ˚
相对镜目距 Lz ′=1/4
凯涅尔目镜 2ω：40˚-50 ˚
相对镜目距 Lz ′=1/2
可选凯涅尔目镜
例子： L 175 ， 6 ，
2 w 7 ， D 4 mm
x
1、求 f 1 ， f 2
'
'
'
f 1 f 2 175 ' f 1 150 mm ' ' f1 6 f 2 25 mm ' f2
Ⅰ
Ⅱ

系统结构图
有两个渐晕
｛
棱镜最后一面:挡上边25% 光束
目镜 ：挡下边25%的光束
望远物镜选型：P410课本
物镜D/f1′=1/4， D=30 , f1′=120
双胶合物镜
双分离物镜
三片型物镜
摄远物镜
物镜可选双胶合
｛
f ′= 120
D/f′ = 1/4
г = tgω′/ tgω= -f1 ’ /f2 ’
好处：光线通过厚度为d的空气层，光线 不偏折
等效空气平板：
光线经过MOPN后，在NP面上B点出射情况与光线经过MORQ后在 T点出射情况完全相同，不同的是经过MOPN有折射，经过MORQ 则没有，称MORQ为MOPN的等效空气平板，令其厚度为 d 。
d d TB d l d d (1 1 n ) d n
球差δL′ = A1h 2 + A2h 4 + A3h6 +----
第二节 光学系统设计概述 由使用要求决定光学系统的性能参数、 外形尺寸和各光组结构 分四个阶段： 外形尺寸计算 初始结构计算
象差校正
象差平衡及象质评价
对光学系统要求
一 光学系统的基本特性 二 外形尺寸：
横向及纵向尺寸
各组光瞳之间的衔接
三 成象质量
光学系统的外形尺寸计算
由物镜和目镜组成的望远系统
不考虑反射倒象棱镜
结构计算： 物镜与目镜的焦距 物镜的通光孔径、孔阑、 出瞳直径、视场光阑直径、目 镜视场角、镜目距、目镜通光 孔径、视度调节量、物镜目镜 结构
视度调节 △=
5 f目 1000
'2
mm
带有棱镜转象系统的望远系统结构图：
设计要求：双筒棱镜望远系统的设计 （采用普罗I 型棱镜结构转象）
'
仔细计算外形尺寸
显微系统：p410 照明系统
目镜焦面与成象象面重合
P388 画显微镜的光学原理图
NA=0.1 NA=nsinu =0.1
β=-2
Sinu=0.1,u=-0.1, lu=l′u′,u′=0.05
显微镜系统
△ ≠ 0 ，物放在物镜的F1 前面
AB对物镜的象A1′B1′可在F2上，也可在 F2以内。 A1′B1′的象可在无穷远，也可在 250mm-∞之间 △L=1 mm , △L′=4mm 横向放大率α = β2 = 4
光学设计
成象理论（外形尺寸计算）
象差理论（完善光ห้องสมุดไป่ตู้系 统）
设计典型光学系统
光学设计的理论
设计报告： 系统设计说明书
象差曲线图
光学零件图纸
计算的打印结果 完成：
双筒棱镜望远系统设计
第一节 对光学系统的要求 光学系统设计 一 光学系统的基本特性
NA , D/f′
, f′ , β , L , L ′
Y , Y′, 2w ，2w′, D入瞳 , D出瞳 , Lz′ 外 形尺寸:计算垂轴与沿轴尺寸 三 成象质量:满足