第三章 理想光学系统(修改)

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1、第三章理想光学模型理想光学系统：对任意大的空间范围，用任意宽的光束都能得到完善像的光学系统。理想光学系统物像关系：点对点、线对线、面对面。（物像空间、有且仅有）第一节理想像和理想光学系统理想光学系统——能够对足够大空间内的点以足够宽光束成完善像的光学系统。在理想光学系统中有如下定义：1、物空间内每一点对应于像空间内唯一的一像点，这一对点称为共轭点。2、物空间内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、如果物空间的任意一点位于直线上，那么在像空间的共轭点也必须在该直线的共轭线上。4、任意垂轴

2、于光轴的平面，其共轭平面仍与光轴垂直；5、物空间中任意平面对应于像空间中唯一的共轭平面；6、物空间中任意同心光束对应于像空间中有一共轭的同心光束。理想光学系统对物体成完善像，实际的理想光学系统的性质只能在近轴区实现。共轴球面系统的成像特性（常用）：①位于光轴上的物点，其对应的像也一定位于光轴上；②物为垂直于光轴的线段时，其像也一定垂直于光轴；③物为垂轴（垂直于主轴）平面，则对应的像也一定是垂轴平面；④位于光轴某一截面的物点，其对应的像点也一定位于这个平面内，同时过光轴的任意截面的成像性质都是完全一样的；⑤位于垂

3、直于光轴的物体所对应的像，其几何形状物体完全相似，也就是说在整个物平面上，无论什么位置，物和像的大小之比始终为常数。理想光学系统可以由一个折射或反射面组成；也可以是k个折射、反射球面（或平面）组成；还可以由几个理想光学系统组成，只要满足共线成像关系。第二节理想光学模型的基点、基面为了研究理想光学系统的成像特性，需要建立一个简单的光学模型来代替理想光学系统。这个光学模型称为理想光学模型。能表征光学系统特性的点、面称为基点、基面。1.焦点和焦平面焦点：沿主轴方向的平行光束经球面反射（或折射）后将会聚于主轴上一点，该

4、点称为反射球面的焦点焦平面：过焦点的垂轴平面（物方焦点、像方焦点、物方焦面、像方焦面）。光学中的共轭平面指的是什么？在光学成像中，物方和像方具有一对一映射关系的两点Q和Q'，根据光路可逆原理，如果在Q点放置光源，将在Q'点成像，反之亦然。这样互相对应的两点，称为一对共轭点。共轭点可组成共轭线，进而有共轭面。AA'1BkB'hP1Pk'hF-uu'HH'F'-ff'会聚理想光学模型像方焦点F'——和物方无限远处的轴上点为共轭点；物方焦点F——和像方无限远处的轴上点为共轭点；PP'AA'1kBPP'B'1khF-u

5、uF'hHH'-f-f'物方焦点发散理想光学模型物方焦平面——过F的垂轴平面；这个焦平面就是与无限远处垂直于光轴的象平面共轭的物平面。像方焦平面——过像方焦点F'的垂轴平面。这个焦平面就是与无限远处垂直于光轴的物平面共轭的像平面。主点——光学系统垂轴放大率是＋1的轴上点。主平面——主平面就是通过主点而且垂直于光轴的平面。主平面都有两个，物方主平面和象方主平面。在物方主平面的物体会成像在像方主平面，而且大小和方向都会和物体一样。系统焦点和焦面的特性：①物方平行于光轴的入射光线，经过光学系统后，起出射光线必定通过像

6、方焦点F'与物方无限远的光轴上的一点共轭；②通过物方焦点F入射的光线，经过系统后，在像空间其出射光线必定平行于与光轴，即物方焦点与像方无限远光轴上一点共轭；③一个光学系统的物方焦点F和像方F'焦点不是一对共轭点；④自物方无限远的轴外点发出的入射光线，经光学系统后，在像空间必定通过像方焦平面上轴外某一点；⑤自物方焦平面上轴外点发出的入射光线，经光学系统后，其出射光线应为一束与光轴有一定倾斜角的平行光束。像方焦点、焦平面；像方主点、主平面；像方焦距将入射光线AB与出射光线E'F'反向延长，则两条光线必相交于一点，设

7、此点为Q'，如图所示，过Q'作垂直于光轴的平面交光轴于H'点，则H'称为像方主点，Q'H'平面称为像方主平面，从主点H'到焦点F'之间距离称为像方焦距，通常用f'表示，其符号遵从符号规则，像方焦距的起算原点是像方主点H'。物方主点H——物方主面和光轴的交点；像方主点H'——像方主面和光轴的交点。物像方焦点F、F'，物像方主点H、H'称为理想光学系统的基点，物像方焦平面和物像方主平面称为它的基面。第三节理想光学模型的物象共关系式牛顿公式和高斯公式一、牛顿公式：物距用x表示，它是物点A到物方焦点F的距离。符号规则是

8、以物方焦点F为原点到A点沿光线正方向为正，反之为负；像距用x'表示，它是像点A'到物方焦点F'的距离。符号规则是以像方焦点F'为原点到A'点沿光线正方向为正，反之为负。牛顿物象位置关系公式：xx''=ff垂轴放大率：y''xfb==-=-yfx'二、高斯公式物距用l表示，它是物点A到物方主点H的距离；符号规则：以物方主点H为原点到A点沿光线正方向为正，反之为负；像距用l'表示，它是像点