应用光学(第二章)-1

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1、第二章理想光学系统共轴球面系统只有在近轴区才能成完善像,而对于宽光束,当u较大时，成像就不完善，存在像差。原因：（1）光束太细，进入光学系统的能量太弱，成像太暗。（2）只能对物面上很小的部分成像，不能反映全貌。第一节理想光学系统与共线成像理论只能对细光束成完善像的光学系统是无实用价值的！寻找一个能对较大范围、较粗光束及较宽波段范围都能成满意像的光学系统，就是应用光学所需要解决的中心问题。到哪里找这样的系统呢？为了揭示物、像、成像系统三者之间的内在联系，可暂时抛开成像系统的具体结构，将一般仅在光学系统近轴区存在的完善像拓展成在任意大的空间以任意宽光束都能完善成像的理想模型

2、，即称为理想光学系统，又称为高斯光学系统（1841年由高斯提出）。理想光组的成像作为衡量实际光学系统成像质量的标准◆进行光学设计的时候，开始只是提出性能要求，如放大倍数等。这时，光组的具体参数是未知的，因此无法用近轴光学公式计算。为什么要研究理想光学系统？由理想光组所抽象出来的光学特征公式进行光组的初始计算，也就是以理想光组理论为基础，根据要求，寻找和确定一个能满足要求的光学系统的整体方案。称为光学系统的外形尺寸计算，也称轮廓计算。理想光组可有任意多个折、反射球面或多个光组组成。寻找理想光组的特征点、面就可以代表整个光组的光学特性，用以讨论成像规律。P•A•A’P’O1O

3、kBCC’B’理想光学系统，物像关系具有以下性质：（1）物空间一个物点对应像空间中唯一的像点，这种一一对应关系称为共轭，这两个对应点称为共轭点。（2）物空间中每一条直线对应于像空间中唯一相应直线，这两条直线称为共轭线。D’D（3）物空间中每一个平面对应于像空间中唯一平面，这两个面称为共轭面。（4）如果物空间任意一点D位于直线BC上，那么其在像空间的像D’也必位于BC的共轭线B’C’上。P•A•A’P’O1OkCC’B’B※把这种点对应点，直线对应直线，平面对应平面的成像变换称为共线成像，上述定义称为共线成像理论。第二节理想光学系统的基点与基面共轴球面系统：球面的曲率中心在

4、同一轴线上的光学系统只要找到相邻球面之间的关系，就可以解决整个光学系统的光路计算问题。问题就是这么简单！前面讨论的单个折射球面的光路计算及成像特性，对构成光学系统的每个球面都适用。理想光组有一些特殊的点和平面，利用它们来讨论光组的成像特性，可以使问题大大的简化。※表征光组特性的点、面称为基点和基面大家可要做好笔记呦！共轴理想光学系统的基点和基面（一）无限远轴上物点发出的光线h是轴上物点A发出的一条入射光线的投射高度－Uh－LA由三角关系：当即物点向无限远处左移时，由于任何光学系统口径有限，所以此时※即无限远轴上物点发出的光线与光轴平行h－L（二）像方焦点、像方焦平面；像方

5、主点、主平面；像方焦距AU’F’E’hE※F’就是无限远轴上物点的像点，称像方焦点AE是一条平行于光轴的入射光线它通过理想光学系统后，出射光线E’F’交光轴于F’※过F’点作垂直于光轴的平面，称为像方焦平面它是无限远处垂直于光轴的物平面的共轭像平面将AE延长与出射光线E’F’的反向延长线交于Q’通过Q’点作垂直于光轴的平面交光轴于H’点，※则Q’H’平面称为像方主平面，H’称为像方主点AU’F’E’hEQ’H’※从像方主点H’到像方焦点F’之间的距离称为像方焦距，用f’表示f’也遵从符号规则，它的起始原点是像方主点H’根据三角关系，有：AU’F’E’hEQ’H’f’-w（

6、三）无限远轴外物点发出的光线F'无限远轴外物点发出的能够进入光学系统的光线总是相互平行的，光线与光轴有一定的夹角，用w表示。这样一束平行光线经过理想光组后，一定相交于像方焦平面上的某一点，这一点就是无限远轴外物点的共轭像。（四）物方焦点、物方焦平面；物方主点、主平面；物方焦距E’hF－UE※如果轴上某一点F的共轭像点在无限远处，即由F发出的光线经光组后与光轴平行，则F称为系统的物方焦点。BQE’B的反向延长线与FE交于Q，过Q点做与光轴垂直的平面，与光轴交于H点。※则QH平面称为物方主平面，H点称为物方主点。※从物方主点H到物方焦点F之间的距离称为物方焦距，用f表示f也

7、遵从符号规则，它的起始原点是物方主点H。这里为-fE’hF－UEH-fB（五）物方主平面与像方主平面之间的关系光学系统E1EkBAO1OKP1PkFF'Q'QH'H-ff’hh入射高度为h的AE1的延长线与PkF’的反向延长线决定了Q’根据光路的可逆性，入射高度同样为h的BEk的延长线和P1F的反向延长线交于Q。由于这两组光线是共轭的，所以Q与Q’点必是共轭点，QH与Q’H’也是一对共轭面(补充说明一下）结论：主平面的横向放大率为＋1。※在追迹光线时，出射光线在像方主平面上的投射高度一定与入射光线在物方主平面上的投射高度相等。