通過將講座內(nèi)容與以前的筆記相結合來補充它。
1. 近軸光學
2. 一階光學成像原理
3. 成像公式
4.2.薄透鏡
5.bfl，后焦距
6.TTL總軌跡、總光學長度
7、成像光學：圖像、幾何光學成像公式
8. 三種常見的鏡頭系統(tǒng)形式
1. 近軸光學
近軸和遠場是幾何光學中非常重要的近似條件。 在之前的文章《法海：顯微鏡照明的神話》中，解釋了科勒照明中近軸遠場條件的目的：
科勒照明在近軸遠場條件下仍具有理想的均勻照明場。 其原因可以從菲涅爾-惠更斯原理的衍射理論中推導出來：只有在近軸遠場中，孔徑光闌處接收到的點元球面波前才可以近似地視為平面波前。 如果嚴重偏離近軸遠場，則孔徑光闌應被視為球面波前的疊加，光強分布表現(xiàn)為中心亮、周圍暗。
科勒照明屬于非像光學（又稱照明光學）的內(nèi)容。 在成像光學（Image）中，由于透鏡的成像作用，物體和圖像形成一一對應的共軛關系。 根據(jù)波動光學，圖像是通過理想光學透鏡組件的波前疊加形成的。 光的傳播通常是根據(jù)波前的每個點來計算的。 然而，由于實際組件中波前傳播過程的計算復雜度巨大（僅僅求解麥克斯韋方程組就是一堆微分方程），結果往往無法簡化。 因此，雖然波動光學可以更加詳細、準確地描述光的傳播，但基于工程應用的簡單性，目前的光學成像原理仍然是基于幾何光學理論來模擬的（顯然，實驗得到的結論總是適用的） 。
因此，利用幾何光學中的光線（Ray）來計算光路的方法在工程應用中仍然延續(xù)著。 由于光是垂直于電磁波振蕩方向的法向量，因此可以同時表示光傳播的方向和位置。 因此，一個物體可以看作是一系列的點源。 在已知的光學系統(tǒng)中，計算從物體的每個點開始。 光的軌跡與其成像的位置和大小的關系。 然而，在成像光學中，單條光線的運算被推廣為大量光線的矩陣運算。 本質(zhì)上，它仍然是基于斯涅耳定律的追跡光線（ray）。
斯涅爾定律：
n_{i}sin(theta _{i})=n_{t}sin(theta _{t})tag{1}
我們可以看到這種關系是非線性的。 這個特征直接使計算過程變得復雜。 特別是在穿過兩個或三個表面后，很難分析入射光和發(fā)射光之間的關系。 在動不動就有十幾個面的鏡頭組中，三角形函數(shù)的多重矩陣運算無疑會讓這個問題在計算機之前的時代無法解決。
因此，需要使用處理光學問題的傳統(tǒng)技術來解決該問題：近似。 當入射角很小時，入射角的正弦和正切與角度本身非常接近，即可以取：
sintheta tantheta thetatag{2}
這種近似的精度在 5° 時幾乎為千分之一，即使在 30° 時也不超過 5%。
因此，在小角度，即近軸條件下，折射方程可近似為：
n_{i}theta _{i}=n_{t}theta _{t}tag{3}
這樣的關系將折射定律轉化為線性方程，可以使用線性代數(shù)知識來求解。
盡管如今使用計算機計算三角函數(shù)已經(jīng)變得非常快，但在系統(tǒng)設計的定性分析中，仍然采用近軸近似方法來簡化設計中的計算復雜度。
2. 一階光學成像原理
1841年，德國科學家CF高斯提出一階光學的成像原理，即近軸光學（ ）。 該理論簡述如下：
“一階光學”是以物體與像平面的關系為鏡頭孔徑大小的線性方程，稱為一階光學。
在近軸光學中，需要定義光線的坐標系方向。 一般我們認為光從左到右的傳播為正，光從右到左的傳播為負。
近軸光學中基本參數(shù)的定義如下：
注：各個架構點（ ）的定義，無論是維基百科、百度百科甚至是一些教科書，都不嚴謹甚至是錯誤的。 這里的定義來自我自己根據(jù)各種教科書、外語等總結的。
①.焦點
只有沿光軸共線方向入射的平行光線會聚的無窮遠點稱為焦點。
由于光路是可逆的，因此平行光通過鏡頭的兩個方向上都有前焦點和后焦點焦點。 平行光從右向左通過透鏡組時產(chǎn)生的焦點稱為物側焦點（前焦點），反過來，當它從左向右通過透鏡組時產(chǎn)生的焦點稱為像側焦點焦點（后焦點）。
②要點
當平行光線在光學系統(tǒng)中聚焦時，首先聚焦在焦點上的光線向相反方向延伸，其次平行入射光直接延伸，使兩條線相交，而與光學折射效應無關。 平行光束從中心軸到邊緣的交點形成一個面，即主平面。 主平面與光軸相交的點稱為主點。
當平行光從左向右穿過透鏡組的主點時，稱為后主點（或第二主點，即上圖中的P'點）。 當依次通過透鏡組時，主點稱為前主點。 點（或稱為第一主點，即上圖中的點 P）。
由于在鏡頭系統(tǒng)中，物體通常位于鏡頭組的左側，圖像通常位于鏡頭組的右側，因此也可以通過物側和像側來區(qū)分前后，即物側主點、像側主點、物側焦點。 、圖像焦點等
③有效焦距Focal，EFL
主點到焦點的距離稱為有效焦距。 前焦點到前主點的距離等于后焦點到后主點的距離，兩者都是有效焦距。
④前焦，F(xiàn)FL
從鏡頭組件前表面（V 點）到前焦點（F）的距離。 它也可以稱為物空間焦距。
⑤后焦，BFL
從鏡頭組件后表面（V'點）到后焦點（F'）的距離。 也可稱為像側焦距、后焦距。
⑤節(jié)點
是光軸上的兩點。 經(jīng)過光學系統(tǒng)后，可以在其方向上顯示第一節(jié)點，并可以平行于該方向觀察第二節(jié)點。 當光學系統(tǒng)固定在兩側都有空氣的介質(zhì)中時，節(jié)點將與主點重合。 下圖中，N_1為最前節(jié)點，也稱為第一節(jié)點、-節(jié)點； N_2是后節(jié)點，也稱為第二節(jié)點、圖像方形節(jié)點。
⑦曲率
曲率 () 是描述幾何形狀彎曲程度的量，例如曲面偏離平面的程度，或者曲線偏離直線的程度。 在光學中，曲率和曲率半徑可以在整個界面上固定（球面透鏡，曲率恒定），也可以在整個界面上變化（非球面鏡，曲率可變）。
一般來說初中物理透鏡成像規(guī)律，當曲率圓中心在右側時，R大于0，當曲率圓中心在左側時，R小于0。同理，焦距在右側為正值焦距，左焦距處的焦距為負。
⑧屈光力
折射率表示鏡片彎曲光線的能力，也稱為折射率和光焦度（鏡片焦度）。 在光學系統(tǒng)中，透鏡的折光力和有效焦距互為倒數(shù)。 屈光力通常用希臘字母Phi表示。 由于焦距單位是長度單位（m、cm、mm），因此折光力表示為等效焦距的導數(shù)（m^{-1}、cm^{-1 }、mm^{-1 })為單位，稱為屈光度()
3. 鏡子制造者的公式
對于任何特定的鏡頭，焦距可以根據(jù)鏡頭制造商的公式計算：
frac{1}{f}=(frac{n}{n_m}-1)left[ frac{1}{R_1}-frac{1}{R_2}+frac{T(n-1) )}{} right]標簽{4}
這里：
f：鏡頭焦距
n：鏡片材料的折射率
n_m：是透鏡材料周圍材料的折射率
R_1：是透鏡靠近光源的表面的曲率半徑
R_2：是遠離鏡片這一側的表面的曲率半徑
T：是鏡片的厚度（鏡片兩個表面沿光軸的距離）
曲率（）是曲率半徑的倒數(shù)，用字母C表示：
C=frac{1}{R}tag{5}
令 C_1=frac{1}{R_1} , C_2=frac{1}{R_2} 則折射率 Phi 為：
Phi=frac{1}{f}=(n-1)[C_1-C_2+frac{T(n-1)}{n}]tag{6}
如果空氣折射率n_m=1，且厚度T相對于曲率半徑R_1、R_2來說非常小，那么這種透鏡稱為薄透鏡，厚度T 主站蜘蛛池模板： 调兵山市| 高雄县| 锦州市| 河南省| 资中县| 金乡县| 威海市| 枣庄市| 乌拉特前旗| 克东县| 建阳市| 潮安县| 兴海县| 广德县| 锡林浩特市| 沛县| 新巴尔虎左旗| 钟祥市| 廊坊市| 红原县| 双峰县| 乌鲁木齐市| 安远县| 洪雅县| 长兴县| 杭锦后旗| 永福县| 威海市| 二连浩特市| 叶城县| 公安县| 闽侯县| 平阳县| 天气| 大埔县| 邵阳市| 西宁市| 阿鲁科尔沁旗| 玉林市| 武强县| 伊春市|