工程光学 第3章 理想光学系统

《工程光学 第3章 理想光学系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第3章理想光学系统1.理想光学系统理论2.理想光学系统的基点和基面3.理想光学系统的物像关系4.理想光学系统的放大率5.理想光学系统的组合6.透镜第3章理想光学系统【本章教学要点】知识要点掌握程度相关知识共线成像理论熟悉理想光学系统的共线成像理论；重点掌握共轴光学系统的成像特点理想光学系统的概念；共轭的含义；由已知共轭点和共轭面确定已知物点的像点理想光学系统的基点和基面掌握理想光学系统的基点和基面有哪些物像方焦点、主点、焦面和主面；实际光学系统在近轴区基点位置和焦距的计算图解法和解析法求像掌握图解法求像用到的典型光线；重点掌握牛顿公式和高斯公式轴上点和轴外点

2、的图解法求像；物方焦距与像方焦距之间的关系知识要点掌握程度相关知识理想光学系统的组合熟悉多光组组合的计算方法；重点掌握两个光组组合的计算多光组组合的图解法求像；多光组组合的解析法求像中的过渡公式垂轴放大率、轴向放大率、角放大率了解三个放大率的概念；掌握如何根据垂轴放大率判断成像特性三个放大率之间的关系；多光组光学系统放大率与各个光组放大率之间的关系透镜熟悉单个折射面主点位置的确定；掌握透镜焦距的计算方法透镜的分类；正透镜和负透镜的焦距特点把光学系统在近轴区成完善像的理论推广到任意大的空间，以任意宽的光束都成完善像的光学系统称理想光学系统。本章主要介绍理想光学

3、系统的主要光学参数、成像关系和放大率、理想光学系统的光组组合和透镜。第一节理想光学系统理论几何光学的主要内容是研究光学系统的成像问题。为了系统的讨论物像关系，挖掘出光学系统的基本参量，将物、像与系统间的内在关系揭示出来，可暂时抛开光学系统的具体结构，将一般仅在光学系统的近轴区存在的完善成像拓展成在任意大的空间中以任意宽的光束都成完善像的理想模型，这个理想模型就是理想光学系统。1．理想光学系统理论理想光学系统理论是在1841年由高斯所提出来的，所以理想光学系统理论又被称为“高斯光学理论”。（1）在理想光学系统中，任何一个物点发出的光线在系统的作用下所有的出射光

4、线仍然相交于一点，也就是说每一个物点对应于唯一的一个像点。这种物像对应关系叫做“共轭”。（2）如果光学系统的物空间和像空间都是均匀透明介质，则入射光线和出射光线均为直线，根据光的直线传播定律，由点对应唯一像点可推出直线成像为直线、平面成像为平面。这种点对应点、直线对应直线、平面对应平面的理论称为共线成像理论。图2-1共轴理想光学系统2．共轴理想光学系统理论对于共轴光学系统，由于其轴对称性，所成的像还有如下的性质：（1）位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位于光轴上；（2）位于过光轴的某一个截面内的物点对应的共轭像点必位于其共轭像面内；由于过光轴的任意截面的成

5、像性质都是相同的，可以用一个过光轴的截面来代表一个共轴光学系统，如图2-1所示；（3）垂直于光轴的物平面，它的共轭像平面也必然垂直于光轴；（4）垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何形状与物相似，也就是说在整个物平面上无论哪一部分，像与物的大小之比等于常数。这一常数称为垂轴放大率β；利用共轴理想光学系统的这一性质，在通过仪器观察到的像来了解物时总是使物平面垂直于共轴系统的光轴，在讨论共轴光学系统的成像性质时，也总是取垂直于光轴的物平面和像平面；（5）一个共轴理想光学系统，如果已知两对共轭面的位置和放大率，可求出其它一切物点的像点；（6）一个共轴理想光学系统

6、，如果已知一对共轭面的位置和放大率以及轴上的两对共轭点的位置，则其它一切物点的像点也可以由已知的共轭面和共轭点求出；第二节理想光学系统的基点和基面1．无限远的轴上物点和它对应的像点1.1无限远轴上物点发出的光线如图2-4所示，是有限远轴上物点发出的一条入射光线的投射高度，由三角关系近似有tgU=式中，U是物方孔径角；L是物方截距。当L→∞，物点A即趋近无限远处，此时U→0，即无限远轴上物点发出的光线与光轴平行。图2-4有限远轴上物点发出光线1.2像方焦点、焦平面；像方主点、主平面；像方焦距如图2-5所示，AB是一条平行于光轴的入射光线，它通过理想光学系统后，

7、出射光线交光轴于。由理想光学系统的成像理论可知，就是无限远轴上物点的像点，称为像方焦点。过作垂直于光轴的平面，称为像方焦平面，这个焦平面就是与无限远处垂直于光轴的物平面共轭的像平面。图2-5像方焦点、像方主点和像方焦距=将入射光线AB与出射光线反向延长，则两条光线必相交于一点，过作垂直于光轴的平面交光轴于点，则称为像方主点，平面称为像方主平面，从主点到焦点之间距离称为像方焦距，通常用表示，其符号遵从符号规则，像方焦距的起算原点是像方主点。设入射光线AB的投射高度为h，出射光线的孔径角为,由图可知图2-5像方焦点、像方主点和像方焦距1.3无限远轴外物点发出的光

8、线无限远轴外物点发出的、能进入光学系统的光线总是相互