《理想光学系统》PPT课件.ppt

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1、第三章理想光学系统1、掌握理想光学系统概念，重点掌握共线成像理论；2、掌握理想光学系统的焦点和焦平面，主点和主平面，焦距与节点；3、重点掌握理想光学系统的物像关系与放大率，了解物像关系特性曲线；4、掌握理想光学系统的组合；5、了解透镜的相关知识。本章内容教学重难点应用光学一.基本概念1.理想光学系统把光学系统在近轴区域成完善像的理论推广到任意大的空间，以任意宽的光束都成完善像的光学系统称为理想光学系统。2.高斯光学：在任意大的空间中以任意宽的光束都能够成完善像的“一阶光学”。3.共轭：物像对应关系称为“共轭”，物空间中一点在

2、像空间中有且只有一个对应点，称为“共轭点”。4.共线成像：点对应点，直线对应直线，平面对应平面的成像变换称为“共线成像”。3.1理想光学系统和共线成像为什么要定义理想像如果要成像清晰，必须一个物点成像为一个像点1.光轴上的物点对应的共轭像点必然位于光轴上；过光轴的某一截面内的物点对应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内；过光轴的任意截面成像性质都相同。2.垂直于光轴的物平面，它的共轭像平面也必然垂直于光轴，且平面物与共轭平面像的几何形状完全相似，即:在垂直于光轴的同一平面内，物体的各部分具有相同的放大率β。3.一个共轴理想光学

3、系统，如果已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面的位置和放大率，以及轴上两对共轭点的位置，则其他一切物点的共轭像点都可以根据这些已知的共轭面和共轭点来表示。二、理想光学系统的成像性质3.1理想光学系统和共线成像已知:两对共轭面的位置和放大率已知:一对共轭面的位置和放大率，和轴上两对共轭点的位置如果一个物点对应唯一的像点则直线成像为直线在OO上任取一点A，OO’可看作是A点发出的很多光线中的一条，A的唯一像点为A’，A’是所有出射光线的会聚点，A’当然在其中的一条QQ上。因为A点是在OO上任取的，即OO上所有点都成像在Q

4、Q’上，所以QQ’是OO’的像如果一个物点对应唯一的像点则平面成像为平面3.2理想光学系统的焦点与焦平面、主点和主平面、焦距与节点一.焦点和焦平面O1,Ok分别为理想光学系统的第一个面与最后一个面的顶点。FO1OkF’为光轴。A1E1//光轴,经理想光学折射后会聚于F’点。AkEk//光轴,经理想光学折射后会聚于F点。F,F’点称为焦点。过F与F’点作一垂直于光轴的平面分别为物方焦平面与像方焦平面。Attention:F与F’不是一对共轭点，F与像方无限远处光轴上点共轭。F与像方无限远处光轴上点共轭。同理：物方与像方焦平面也

5、不是共轭平面，其共轭平面分别在像方和物方无限远处的垂轴平面。3.2理想光学系统的焦点与焦平面、主点和主平面、焦距与节点无限远轴上物点和它所对应的像点F’——像方焦点当轴上物点位于无限远时，它的像点位于F’处。F’称为像方焦点通过像方焦点垂直于光轴的平面称作像方焦平面无限远的轴上像点和它所对应的物点F——物方焦点如果轴上某一物点F，和它共轭的像点位于轴上无限远，则F称为物方焦点。通过F垂直于光轴的平面称为物方焦平面它和无限远的垂直于光轴的像平面共轭。像方焦平面和垂直于光轴的无限远的物平面共轭像方焦点和像方焦平面性质：1、平行于

6、光轴入射的任意一条光线，其共轭光线一定通过F'点2、和光轴成一定夹角的光线通过光学系统后，必交于像方焦平面上同一点物方焦点和物方焦平面性质1、过物方焦点入射的光线，通过光学系统后平行于光轴出射2、由物方焦平面上轴外任意一点下发出的所有光线，通过光学系统以后，对应一束和光轴成一定夹角的平行光线。二.主点和主平面如上图所示：A1E1与GkF’的交点为Q’—为A1E1与FG1的“虚物点”。AkEk与FG1的交点为Q—为AkEk与F’Gk的“虚像点”。◆Q，Q’点共轭：A1E1与GkF’为共轭线，AkEk与FG1为共轭线。◆过Q点Q

7、’作垂直于光轴的平面QH,QH’分别为物方主平面与像方主平面。H,H’点分别为物方主点和像方主点。3.2理想光学系统的焦点与焦平面、主点和主平面、焦距与节点放大率β=1的一对共轭面——主平面主平面性质：任意一条入射光线与物方主平面的交点高度和出射光线与像方主平面的交点高度相同◆像方焦距：自像方主点到像方焦点的距离称“像方焦距”，f’。◆焦距正负：以相应的主点为原点来判断，如果由主点到相应的焦点的方向与光线的传播方向一致，则焦距为正，反之为负。f<0,f’>0◆解析式：h为平行于光轴的光线的高度。3.2理想光学系统的焦点与焦平

8、面、主点和主平面、焦距与节点三.焦距◆物方焦距：自物方主点到物方焦点的距离称“物方焦距”，f。一对主平面，加上无限远轴上物点和像方焦点F‘，以及物方焦点F和无限远轴上像点这两对共轭点，就是最常用的共轴系统的基点。根据它们能找出物空间任意物点的像。因此，如果已知一个共轴系统的一对主平面和两个