理想光学系统.pdf

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1、第二章理想光学系统冯丽爽博士仪器科学与光电工程学院光电工程系北京航空航天大学2014年春问题的提出:1.实际光学系统宽光束成像时，一般为不完善像；2.只有在近轴区成完善像，但由于光能太少，并无实际意义。3.问题：如何衡量所设计光学系统的好坏？例如：不同照相机的镜头，成像质量不同。如何进行好与坏的判断？与理想光学系统成像质量相比较目录Contents理想光学系统与共线成像理论理想光学系统的基点和基面理想光学系统的物像关系理想光学系统的放大率理想光学系统的组合透镜3一、理想光学系统1.定义：在任意大的空间，以任意宽的光束均能成完善像的光学系统，叫理想光学系统。二、性质符合共线成像理

2、论：①物空间中每一点A↔像空间相应一点Aˊ，且只有一点与之对应（共轭点）②物空间中每一条直线BC↔像空间一相应直线BˊCˊ，且只有一条直线与之对应（共轭直线）③物空间中每一个平面P↔像空间中的一个平面Pˊ，且只有一个平面与之对应（共轭面）④如果物空间任意一点D位于直线BC上，那么在其像空间内的共轭点Dˊ也必位于该直线的共轭直线B’C’上。三、推广由④推出：物空间的任意一个同心光束必对应于像空间中另一共轭的同心光束。共线成像理论：理想光组的成像可以通过一定的几何关系来确定，这种几何关系（点对点、线对线、平面对平面的成像变换）叫共线成像理论。理想光组理论是1841年高斯提出建立的

3、，所以理想光组理论又称为高斯光学。符合共线成像理论的像成高斯像（完善像）。四、讨论1.共轴理想光学系统（系统具有对称性），其成像具有以下性质：光轴上物点的共轭像点也必在光轴上。位于过光轴的任意截面的物点，对应的共轭像点必位于该平面的共轭像平面内，且过光轴的任意截面成像性质是相同的。可以用一个共轴截面代表共轴系统。垂直于光轴的物平面，共轭像平面必垂直于光轴。四、讨论2.物像相似性：一个正方体经光学系统成像后，成为非立方体。物与像不具有相似性。垂直于光轴的任一共轭平面具有物像相似性。2dl'nl'n'2=2dlnl'nynlynl相片以后讨论共轴系统成像

4、＝》垂直于光轴的物平面和像平面四、讨论3.共轭面和共轭点：已知共轴理想光学系统M的两对共轭面O1（O1ˊ）、O2（O2ˊ）的位置和放大率β1、β2求：任一物点O的共轭像点OAO'B'O21O1O'A'O'B2β1β2四、讨论3.共轭面和共轭点：已知共轴理想光学系统M的一对共轭面O1（O1ˊ）的位置和放大率β1，以及轴上的两对共轭点O2（O2ˊ）、O3（O3ˊ）的位置求：任一物点O的共轭像点OˊOBAO3O1'O2'O3'OA‘1O2B'O'β1一般采用一些特殊的共轭点和共轭面称为共轴系统的基点和基面。四、讨论理想光学系统的特性（重复）：1.满足共线成像理论；2.分析时，把它看作黑

5、匣子。不涉及结构，功能满足共线成像理论。利用一些特殊的点、面可以确定理想光学系统的成像行为-基点、基面。目录Contents理想光学系统与共线成像理论理想光学系统的基点和基面理想光学系统的物像关系理想光学系统的放大率理想光学系统的组合透镜12一、焦点、焦平面o一个光学系统的像方焦点和物方焦点是不共轭的。o通过像方焦点所做的垂轴平面称为像方焦平面。共轭面是物方无限远的垂轴平面。o通过物方焦点所做的垂轴平面称为物方焦平面。共轭面是像方无限远的垂轴平面。一、焦点、焦平面引申焦平面性质：o自物方无限远轴外点发出的平行光束经光学系统后必然会聚于像方焦平面。o自物方焦平面上一点发出的平行光束

6、经光学系统后必平行的出射。二、主点、主平面二、主点、主平面o定义：β=+1的平面叫主平面。主平面与光轴的交点为主点，用H,H’表示。引申：一个光学系统中，由物平面到像平面的转折靠主平面，由出射点高度决定。o焦距：物方主点H到物方焦点F的距离叫物方焦距（thefirst/objectfocallength），f表示。像方主点H’到像方焦点F’的距离叫像方焦距（thesecond/imagefocallength），fˊ表示。hftanUkUˊkhftanU1三、节点、节平面节点定义：1的一对共轭点。用J,Jˊ表示。uln1uln'★物理意义：过节点的

7、入射光线经系统后出射方向不改变。★特例：n=n'1JJ11n=n'：节点与主点重合节平面和主平面重合n≠nˊ节点、节平面位置??????第二节理想光学系统的基点和基面共轴理想光学系统的基点和基面★一对主点、一对主平面；（共轭）★一对节点、一对节平面；（共轭）★一对焦点、一对焦平面；（非共轭）（J）（Jˊ）共轴理想光学系统的简化图：用基点和基面的位置表征。四、实际光学系统的基点位置和焦距计算例：三片型照相物镜1、结构参数：r/mmd/mmn26.67189.6