第二章：高斯光学2.ppt

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1、第二章:高斯光学（理想光学系统）理想光学系统最早由高斯提出，故通常把理想光学系统的理论称为高斯光学§2-4理想光学系统的基点与基面这里我们定义一些特殊的共轭点和共轭面作为理想光学系统的基点和基面。一、焦点与焦面F(像方焦点)(物方焦点)FAA像方焦平面物方焦平面像方焦点：无限远轴上的物点所对应的像点Fˊ物方焦点：无限远轴上的像点所对应的物点F物方焦面：过物方焦点的垂轴平面像方焦面：过像方焦点的垂轴平面焦点和焦面的性质：P321）像方焦点和焦平面的性质：①2）物方焦点和焦平面的性质：②F(像方焦点)(物方焦点)FAA像方焦平面物方焦平面说明：像(物)方焦平面和无限远的物(像)

2、平面共轭。由于光学系统的孔径总是有限的，所以，无限远轴外物点发出、能够进入光学系统的光线总是相互平行的，为斜平行光束。无限远轴外物点发出的斜平行光束经过光学系统后，成像于像方焦平面的轴外一点；<特殊光线>物方焦平面轴外一点发出的光束，经过光学系统后，变成一束斜平行光束。<特殊光线>FFBBFBBF二、主点与主面主面：垂轴放大率为1的一对共轭面包含物方主面，像方主面物方主点：物方主面与光轴交点像方主点：像方主面与光轴交点F(像方焦点)(物方焦点)FAA像方焦平面物方焦平面QQHH像方主平面物方主平面像方主点物方主点三、焦距像方焦距f：从像方主面到像方焦面的距离，从像

3、方主面起算，由左向右为正。物方焦距f：从物方主面到物方焦面的距离。从物方主面起算，由左向右为正。FFAAQQHH-ffU-Uh光焦度：光焦度表征光学系统的会聚或发散本领。Ф﹥0，对光束会聚作用；Ф﹤0，对光束发散作用。空气中，n=n′=1，故光焦度单位：在空气中，焦距为正1米的光焦度作为光焦度的单位，称为屈光度／折光度，用D表示。眼镜的度数=镜片的折光度100，因此，如果：f=400mm，则：=1/0.4=2.5个折光度=250度；f=-250mm，则：=1/(-0.25)=-4个折光度=-400度四、节点和节平面节点的定义：入射光线与出射光线总是相互平行的一

4、对特殊共轭点（光轴上）,分别用J和J表示。节平面：过节点的垂轴平面。节点的度量：以焦点为原点的坐标xJ和xJ表示,以焦点为原点，由左向右为正。FFHHJJ-xJxJf-fFQH与rtJBF全等,得：FH=JF-xJ＝-fHJN与rtHJN全等,得：xJ=FJ=FH+HJ=JF+HJ=HF=fxJ＝fQQNNBB节点的性质凡过J点的光线，其出射光线必过J，且和入射光线平行。即UJ=UJ；。这表明：通过节点的光线经过理想光学系统后，出射光线方向不变。若光学系统位于同一种介质中,则n=n,f=-f，则：节点与主点

5、重合。五、结论只要已知一个理想光学系统的一对主平面和两个焦点位置，成像性质就可以完全确定。所以，通常用一对主平面和两个焦点来代表一个光学系统。§2-5理想光学系统的物像关系理想光学系统的成像特性主要指成像的位置、大小、正倒与虚实。分析方法有图解法和解析法。一、图解法根据理想光学系统成像理论：从一点发出的光束经过系统后必交于一点，因此，只需任意二根光线即可确定像的位置。常用的三条特殊光线：平行于光轴入射的光线；通过焦点F的光线；通过节(主)点入射光线。作图求解物像关系时，可任选其中二根光线直接作图或作为辅助光线。注意点：光线在主面上等高的地方改变方向。FFHHA1轴外点B或轴外线

6、段AB的成像这种情况相对简单些，即直接任选三条特殊光线中的两条作图即可求解轴外B的的像。显然：物体AB的像是倒立的实像。ABNMNMB-yy2.负焦距系统对轴外物体成像P36FFABBA3虚物成像P36什么是虚物?虚物是如何形成的?虚物是由入射同心光束向前的延长线的交点形成，而非实际存在的物体，一般是由前一个系统的实像被当前系统所截得到。这里光线并非由虚物实际发出的！ABFFHHBA4轴上物点的成像有限远轴上物点A发出的同心光束中，没有一条是上述三条特殊光线，因此，必要借助于特殊的辅助光线：方法一：过焦点F平行于AM的光线；方法二：过主点H平行于AM的光线；

7、方法三：焦面上P点平行于光轴的光线；方法四：P点过主点H的光线；AFFHHMMAPP-f-lflFF轴上物点的成像（负焦距系统）负焦距光学系统的作图求解与正焦距系统一样,只是像方焦面与物方焦面容易搞混出错,因此,需要特别注意。HHAA方法三：焦面上P点平行于光轴的光线；P5两个及两个以上系统的成像解决了单个光学系统的成像问题，即解决了整个光学系统的成像问题。当物体经过两个及两个以上光学系统时，依次作出每条光线经过每个系统的成像即可。AFFHHA