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《第3章：理想光学系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第三章第三章理理想想光光学学系系统统3.1理想光学系统与共线成像理论¢几何光学的主要内容是研究光学系统的成像问题；¢系统地讨论物像关系,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；¢暂时抛开光学系统的具体结构(,,)rdn,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立的理想模型,这个理想模型就是理想光学系统。23.1理想光学系统与共线成像理论性质¢任何一个物点发出的光线在系统的折射或反射作用下所有的出射光线仍然相交于一点“共轭”¢每一个物点对应于唯一的一个像点¢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
2、线和出射光线均为直线,根据光线的直线传播定律,由符合点对应点的物像空间关系可推论出直线成像为直线、平面成像为平面的性质¢这种点对应点、直线对应直线、平面对应平面的成像变换谓之共线成像。33.1理想光学系统与共线成像理论共轴理想光学系统特性(1)位于光轴上的物点对应的共轭象点也必然位于光轴上;位于过(包含)光轴的某一个截面内的物点对应的共轭像点必位于同一平面内;同时,过(包含)光轴的任意截面成像性质都是相同的。因此,可以用一个过(包含)光轴的截面来代表一个共轴系统。另外,垂直于光轴的物平面,它的共轭像平面也必然垂直于光轴。43.1理想光学系统与共线成像理论共轴理想光学系统
3、特性使AB绕光轴转180度A'BAB'图3-1过光轴的截面53.1理想光学系统与共线成像理论共轴理想光学系统特性(2)垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何形状完全与物相似,也就是说在整个物平面上无论那一部分,物和像的大小比例等于常数。BACDAP=BP=CP=yϕϕA′P′=B′P′=C′P′=y′PP'PD=ycosϕϕϕP′D′=y′cosϕ,A'D'C'PD′′=y′B'PDy图3-2垂直于光轴的P.P′截面63.1理想光学系统与共线成像理论共轴理想光学系统特性(3)一个共轴理想光学系统,如果已知两对共轭面的位置和横向放大率;或者一对共轭面的位置和横向放大率,
4、以及轴上的两对共轭点的位置,则所有其它物点的像点都可以根据这些已知的共轭面和共轭点来表示。基点基面73.1理想光学系统与共线成像理论共轴理想光学系统特性1O'A'OO21'OO1AO'2IL图3-3两对共轭面已知的情况83.1理想光学系统与共线成像理论共轴理想光学系统特性2OBA'''O3O1O2O3OOA'12O'B'IL图3-4一对共轭面及两对共轭点已知的情况93.2理想光学系统的基点与基面101．无限远的轴上物点和它对应的像点F′(1)无限远轴上物点发出的光线htgU=Lh−UAL→∞−LU→0图3-5h,L和U的关系11无限远的轴上物点和它对应的像点F′(2)像
5、方焦点F′、焦平面;像方主点、主平面ABE'F'图3-6理想光学系统的像方焦点12无限远的轴上物点和它对应的像点F′(2)像方焦点F′、焦平面;像方主点、主平面像方主平面ABQ'像方焦点E'hH'U'F'f'h像方主点f′=tgU′(3-1)图3-7理想光学系统的像方参数13无限远的轴上物点和它对应的像点F′(3)无限远轴外物点发出的光线F'−ω图3-8无限远轴外物点发出的光束142．无限远轴上像点对应的物点F(1)无限远轴上物点发出的光线物方主平面物方焦点QhF−UH−f物方主点hf=tgU(3-2)图3-9理想光学系统的物方参数153．物方主平面与像方主平面间的关系
6、主平面的垂轴放大率为QQ'hhFHH'F'+1图3-10两主面间的关系16物方主平面与像方主平面间的关系FHH'F'图3-11理想光学系统的简化图174．实际光学系统的基点位置和焦距的计算l=−∞图3-12三片照相物镜18实际光学系统的基点位置和焦距的计算(1)三片型照相物镜的结构参数19实际光学系统的基点位置和焦距的计算(2)为求物镜的像方焦距f′,像方焦点F′的位置及像方主点H′的位置lF′′=67.4907初始坐标l1=−∞()u1=010h=10mmf′=10121869.ihr=/=80.055mm111llf′=′−′HF′′=-14.5644mm20实际光
7、学系统的基点位置和焦距的计算(3)为求物镜的像方焦距f,像方焦点F′的位置及像方主点H′的位置，原则上要作反向光路计算l=−∞图3-13左右倒置的三片照相物件21实际光学系统的基点位置和焦距的计算(3)初始坐标l1=−∞()u1=0h=10mml=-70.01841Fmmihr=/111f=-80.055mmr1=35mml=12.0366Hmm223.3理想光学系统的物像关系对于确定的光学系统,给定物体位置、大小、朝向,求其像的位置、大小、正倒及虚实。231．图解法求像已知一个理想光学系统的主点(主面)和焦点的位置,利用光线通过它们后的
