光学-第5章 光学系统的成像分析

《光学-第5章 光学系统的成像分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、本科课程论文《光学系统的成像分析》课程名称信息光学姓名姜婷婷学号1415222007专业电子科学与技术任课教师任洪亮开课时间第1周~第18周教师评阅意见：论文成绩评阅日期课程论文提交时间：2016年12月nn日第5章光学系统的成像分析5.1、成像系统概述···································25.2、透镜的结构及变换作用·····························31.透镜的结构································42.透镜的成像····································43.薄透

2、镜的厚度函数····························124.薄透镜的相位变换及其物理意义·····················135.3、透镜的傅里叶变换性质·······················141、透镜的一般变换特性·······················142、物在透镜之前·······················143、物在透镜之后·······················145.4、透镜的空间滤波特性·······················145.5、参考文献·································

3、········17前言光学成像系统可以看成一种光学信息处理系统，采用频谱分析方法和线性系统理论全面研究光学系统成像的过程，已经成为现代光学中的一种重要手段，并且是光学信息处理技术的重要理论基础。前面提到，要在衍射屏后的自由空间观测夫琅禾费衍射，其条件是相当苛刻的。于在近距离观测夫琅禾费衍射，就需借助会聚透镜来实现。在单色单位平面波垂直照射衍射屏的情况下，夫琅禾费衍射就是衍射屏函数的傅里叶变换。所以透射物体的夫琅禾费衍射就是实现傅里叶运算的物理手段。5.1成像系统概述(一)、光源:1，初级光源：如果物体是自身发光，则称为初级光源.2，次级光源：如果物体被其他光源照明，则成为次级光源.

4、(二)、像:1，实像：光线确实交汇在一点所形成的像2，虚像：光线并不交汇，但光线看起来都来自一个点形成的像(三)、限制条件对光学系统的研究，除特别情况外，通常都要再加一个限制条件：只研究轴对称系统。5.2透镜的结构及变换作用(一)：透镜的结构1.定义：顾名思义，透镜是由透明物质制成的，通常是一块曲面玻璃，它的两个表面是凸(凹、平)形的曲面，这种曲面玻璃就称为透镜。正透镜：焦距为正2.透镜负透镜：焦距为负3.常见类型：图5.2.1各种类型的透镜4.透镜的基点及主面：（1）光轴：通过表面的曲率中心作一直线，这条直线就是光轴（2）法线：球心到入射光线与顶平面交点的直线（3）基点：基点有六个

5、，如图所示，焦点F1，焦点F2，主点P1，主点P2，节点N1，节点N2（4）主面：第一主面和第二主面分别是通过第一主点和第二主点而垂直于光轴的面(a)(b)图5.2.2透镜的基点及主面从图5.2.2（a）可以看出，把发自F1的光线的入射光线和出射光线延长，它们在第一主面上相交，在后一情况下，入射光线和出射光线在第二主面上相交。两个主面在光轴附近经常会非常接近于平面，所以通常把它们叫做主平面。有效焦距（简称焦距）：从任一主点到对应焦点的距离。当透镜置于真空或空气中时，其焦距为：对于薄透镜，很小，则上式可化为：且有对于薄透镜，通常假定其两个主平面重合，如图5.2.3所示。（二）、透镜的成

6、像对正焦距，即＞0时，有：（5.2.3）上式常称为透镜定律，而满足这个表达式的物平面和像平面称为共轭平面。还有：（5.2.4）像高与物高之比成为横向放大率，它与上述各量之间的关系如下：（5.2.5）对负焦距，即时，有：（三）、薄透镜的厚度函数正透镜的厚度包括三个部分。两个表面分别在两边产生弧拱，另外必须有一定的边缘厚度。问题：如何求凸透镜的厚度函数？图5.2.6博透镜的侧视和前视1、厚度函数：如图5.2.6（a）和（b）分别是透镜的侧面图和前视图，z轴与透镜的主光轴重合，曲率半径分别为和，中心最大厚度为，折射率为n。设在坐标（）处的厚度为，显然是坐标的函数，称为厚度函数。2、厚度函数

7、的计算图5.2.7厚度函数的计算由图5.2.7所示，在点处的透镜厚度记作，表示该薄透镜的厚度函数，对应于和的拱高分别为和。对于薄透镜来说表面的曲率半径比透镜最大厚度大得多。为了求出厚度函数，将沿垂直于Z轴的方向剖成三部分，于是有：式中：、、分别表示图5.2.7中三部分坐标处的厚度。用几何方法可以方便的得到透镜的厚度函数。令光轴为Z轴，取原点在第一球面的顶点处，这样由前面所述的符号法则有：由图5.2.7所示的几何关系可得:(5.2.10)(5.2.11)对于