理想光学系统课件.ppt

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1、第3章理想光学系统理想光学系统的定义和成像特性理想光学系统的基点和基面物象位置关系三种放大率、拉赫公式和两种焦距间的关系理想光学系统的图解求像理想光学系统的光焦度光学系统的组合望远系统透镜教学目标掌握理想光学系统的物像关系、基点和基面。牢固掌握图解法求像的方法。牢固掌握理想光学系统的双光组组合和透镜的焦距、基点（基面）。理解多光组组合的焦距计算公式。了解各种厚透镜的基点、基面位置。掌握望远系统的特性。引言研究近轴光学的实际意义1.近轴区成像可作为衡量实际光学系统成像质量的标准。以近轴区成像质量为依据，衡量光学系统的像差大小，以判断实际光学系统的不完善程度，进而通过不断改变

2、光学系统的结构参数，使之在非近轴区具有近轴成像的质量。2.用近轴区成像近似地表示实际光学系统所成像的位置和大小。在设计光学系统或者分析系统的工作原理时，往往首先需要近似地确定像的位置和大小。3.1理想光学系统的基本特性理想光学系统：它使任意空间大小的物体以任意宽的光束均能成完善像。一、理想光学系统的成像特性：1.点物成点像物空间每一点对应于像空间内唯一的一个像点，这一对点称为物象空间的共轭点。2.直线成直线像物空间内的每一条直线对应于像空间内唯一的一条直线，这一对线称为共轭线。3.1理想光学系统的基本特性3.平面成平面像物空间的每一个平面，在像空间必有唯一的一个平面与之相

3、对应，这样的两个对应平面称为物象空间的共轭面。结论：符合物象空间点对点、线对线、平面对平面的像称为理想像、完善像或高斯像。3.1理想光学系统的基本特性4.共轴理想光学系统的成像特性共轴光学系统具有轴对称性即位于轴上的点，其对应的像点也必然位于光轴上。共轴光学系统具有面对称性即位于过光轴的某截面内的物点对应的物点，必位于同一平面内。子午面是共轴系统的对称面，也是子午面上物点发出的光束的对称面。子午面：包含光轴的平面。物平面垂直于光轴，像平面也垂直于光轴位于垂直于光轴同一平面内的物体，其像的几何形状和物完全相似，也就是说，在整个物平面上，无论什么位置，垂轴放大率为常数。注：当

4、光学系统物象空间满足理想成像关系时，一般来说，物像并不相似。在共轴理想光学系统中，只有垂直于光轴的平面才具有物像相似的性质。5.由已知共轭面和共轭点确定一切物点的像点a.已知两对共轭面的位置和垂轴放大率b.已知一对共轭面的位置和垂轴放大率以及两对共轭点的位置3.2理想光学系统的基点和基面设想：把一个实际光学系统看作理想光学系统的前提下，将其抽象成一个与光学系统结构参数无关的模型来代替实际光学系统，然后根据这个模型找到任意物体经系统后所成的像。光学模型：焦点、焦平面，主点、主平面，节点、节平面1.焦点、焦平面F’点是物空间无限远轴上点的共轭像点，称为理想光学系统的像方焦点（

5、或第二焦点或后焦点）。过F’点作垂直于光轴的平面，称为像方焦平面（或后焦平面）。由物方无限远射来的任何方向的平行光束，经光学系统后会聚于像方焦平面上一点。像方焦平面是物方无限远垂轴平面的共轭像面。F点是像空间无限远轴上点的共轭像点，称为光学系统的物方焦点（或第一焦点或前焦点）。注意：这里F和F’不是一对共轭点。由光学系统物方焦平面上任一点发出的光束，经光学系统后平行出射，物方焦平面是像方无限远垂轴平面的共轭像面。总结：物方无限远轴上点和像方焦点是一对共轭点；物方焦点和像方无限远轴上点是一对共轭点；物方无限远垂轴平面和像方焦平面是一对共轭平面；物方焦平面和像方无限远垂轴平面

6、是一对共轭平面。主平面：垂轴放大率为的共轭面称为光学系统的主平面，QH为物方主平面，Q’H’为像方主平面；主点：主平面与光轴的交点H和H’称为主点，H称为物方主点，H’称为像方主点。注：除望远系统外，所有系统都有一对主平面。光学系统总是包含一对主点（主平面），一对焦点（焦平面），前者是一对共轭点（面），后者不是。2.主点、主平面物、像方焦点的位置是以物、像方主点为原点来确定的。物方焦距：自光学系统的物方主点H到物方焦点F的距离，称为物方焦距（或称前焦距或第一焦距），以f表示。像方焦距：自光学系统的像方主点H’到像方焦点F’的距离，称为像方焦距（或称后焦距或第二焦距），以f

7、’表示。焦距的正负是以相应的主点为原点来确定的，如果由主点到焦点的方向与光线的传播方向相同，则焦距为正，否则为负。3.焦距f’>0的系统称为正系统，f’<0的系统称为负系统。焦距的大小可由入射高度h和物、像方孔径角给出。像方焦距：平行于光轴的入射光线高度为h，其共轭出射光线与光轴夹角为u’，则像方焦距为：物方焦距：4.单个折射球面的主平面和焦点根据主平面定义，有两主平面是一对共轭面，满足物像位置关系公式将（1）式代入（2）式，得：结论：单个折射球面的两个主点与顶点重合，其物、像方主平面为过球面顶点的切平面。已知主点，只要知道焦