工程光学第二章理想光学系统教学提纲.ppt

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1、工程光学第二章理想光学系统性质1：位于光轴上物点的共轭像点必然在光轴上；过光轴的任意截面成像性质相同。由此得到：（1）可用一个过光轴的截面来代表一个共轴系统；（过光轴的截面一般称为子午面）（2）垂直于光轴的物平面，其共轭像面必然垂直于光轴；二、共轴理想光学系统的成像性质性质2：垂直于光轴的平面物与其共轭平面像必然是几何相似，具有相同的放大率性质3：利用已知的共轭点/面求物像关系O1O2O1'O2'ABB'A'O'O（2）已知一对共轭面的位置和放大率，及轴上两对共轭点的位置（1）已知两对共轭面的位置和放大

2、率O1O2O1'ABB'A'O3'OO3O2'O'M注意：上面的论证并没有限定要预知什么样的共轭面和共轭点，它们可以是任意的。实际中，为了应用方便，一般采用一些特殊的共轭面和共轭点作为共轴系统的基面和基点。第二节理想光学系统的基点和基面一、无限远的轴上物点和它对应的像点F′内容提要：先讨论无限远物体轴上物点发出的光线通过光学系统的特征→定义焦点、焦平面→主点、主平面；再讨论位于无限远的物体轴外物点发出的光线通过光学系统的特征及成像位置。（一）无限远轴上物点发出的光线Ah-U-LABE′F′物方截距L→∞

3、孔径角U→0ABE′F′像方焦点F′——无限远轴上物点的像点（二）像方焦点、焦平面；像方主点、主平面；像方焦距像方焦平面——无限远处垂直于光轴的物平面的共轭像。ABE′F′hQ′H′像方主点H′像方焦距f′——起算原点是像方主点H′f′1、像方焦点、焦平面2、像方主点、主平面、像方焦距像方主平面理想光学系统的像方参数（三）无限远轴外物点发出的光线▲由于光学系统的口径大小有限，无限远轴外物点发出的、能进入光学系统的光线总是相互平行的，且与光轴有一定夹角，夹角常用ω表示。▲无限远轴外物点的共轭像点位于像方焦

4、平面上。二、无限远轴上像点对应的物点FFhQH-f-U理想光学系统的物方参数三、物方主平面与像方主平面间的关系FhQHQ′H′F′h▲QH与Q’H’为共轭面1、主平面的物理意义▲垂轴放大率β=Q’H’/QH=+1，出射光线在像方主平面的投射高度与入射光线在物方主平面的投射高度相等。共轴理想光学系统的简化图：用基点和基面的位置表征。★一对主点、一对主平面；（共轭）★一对焦点、一对焦平面；（非共轭）2、共轴理想光学系统的基点和基面FHH’F’例：三片型照相物镜方法：在近轴区追迹平行于光轴的光线。四、实际光学

5、系统的基点位置和焦距计算▲共轴球面系统的近轴区就是实际的理想光学系统，在实际系统的近轴区追迹平行于光轴的光线，就可计算出实际系统近轴区的基点位置和焦距。l=-∞F′（1）结构参数r/mmd/mmn26.675.201.6140189.677.95-49.661.61.6174525.476.772.112.81.6140-35.00（2）求物镜像方焦距、像方焦点、像方主点★起始坐标★用六次近轴光线的光路计算公式和过渡公式求像距和倾角★像方焦距★像方主点★像距和倾角特别注意：l或l'都是以球面顶点为起算原

6、点！！hH′F′f′u′（3）求物镜物方焦距、物方焦点、物方主点★起始坐标方法：原则上要作反向光路计算，但通常是把系统倒转，即把第一面作为最后一面，把最后一面作为第一面，并随之将曲率半径改变符号。★物距和倾角★物方焦点位置★物方焦距★物方主点注意：上面计算出的物方焦距和像方焦距的量值是相同的，这不是偶然的巧合，其原因留待后续内容中解释。（1）平行于光轴入射的光线，经系统后必经过像方焦点；第三节理想光学系统的物像关系一、图解法求像▲典型光线及性质（5条）焦平面性质——主面性质焦点定义几何光学的基本内容之一

7、：已知物求其像。（2）过物方焦点的入射光线，经系统后平行于光轴；（3）倾斜于光轴入射的平行光束，经过系统后出射光束交于像方焦平面上的一点；（4）自物方焦平面上一点发出的光束，经系统后成倾斜于光轴的平行光束出射。（5）共轭光线在一对主面上的投射高度相等。（一）轴外点B或一垂轴线段AB的图解法求像▲依据：理想的成像情况下，从一点发出的一束光线经光学系统作用后仍交于一点。▲方法：求物点发出的两条特定光线在像方空间的共轭光线，二者的交点为共轭像点。（二）轴上物点成像——利用焦平面的性质解法1：解法2：a)（三）

8、轴上点经两个光组的成像b)d)c)H1’H2H2’(b)HH'例：作图法求图中AB的像A'B'ABA'B'AB(a)B'A'二、解析法求像由△BAF∽△FHM，△B′A′F′∽△N′H′F′得▲解析法的理论依据：利用已知的一对共轭面、两对共轭点，可求其他一切物点的像点。▲按照物（像）位置表示中坐标原点选取的不同，解析法求像的公式有两种：牛顿公式——以焦点为坐标原点；高斯公式——以主点为坐标原点。（一）牛顿公式牛顿公式：（2-3）（2-4）以