通過將講座內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，可以使用線性代數知識來求解。
盡管如今使用計算機計算三角函數已經變得非常快，但在系統設計的定性分析中，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，FFL
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節點
是光軸上的兩點。 經過光學系統后，可以在其方向上顯示第一節點，并可以平行于該方向觀察第二節點。 當光學系統固定在兩側都有空氣的介質中時，節點將與主點重合。 下圖中，N_1為最前節點，也稱為第一節點、-節點； N_2是后節點，也稱為第二節點、圖像方形節點。
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）。 在光學系統中，透鏡的折光力和有效焦距互為倒數。 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（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，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： 保靖县| 密山市| 红桥区| 龙江县| 定安县| 内丘县| 吴江市| 晋江市| 沛县| 双鸭山市| 黔西县| 桂东县| 同江市| 桐梓县| 清新县| 鞍山市| 清水河县| 始兴县| 道真| 北票市| 宁化县| 五河县| 米易县| 桓仁| 绥化市| 乌拉特中旗| 罗江县| 阳西县| 葫芦岛市| 抚宁县| 佛坪县| 宁夏| 宝兴县| 咸丰县| 德兴市| 肥乡县| 黄浦区| 仪陇县| 绥中县| 伊金霍洛旗| 丹东市|
