应用光学 教学课件 作者 刘晨 第3章 理想光学系统.pptx

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1、应用光学第3章　理想光学系统3.1　理想光学系统的概念及性质3.2　理想光学系统的基点和基面、焦距3.3　理想光学系统的成像3.4理想光学系统的组合3.5透镜3.1　理想光学系统的概念及性质3.1.1　理想光学系统的概念3.1.2　理想光学系统的性质3.1.1　理想光学系统的概念实际的光学系统要求用一定宽度的光束、对一定大小的范围成像。在估计其成像质量时，需利用理想光学系统成像的概念。如果光学系统对任意大的范围，以任意大的光束成像都是完善的，这样的光学系统便定义为理想光学系统。3.1.2　理想光学系统的性质1)物空间的每一点对应于像空间

2、中的一点，且只有唯一的一点与之相对应，这两个对应点称为物像空间的共轭点。2)物空间中的每一条直线对应于像空间中的一条直线，且只有唯一的一条直线与之相对应，这两条对应直线称为物像空间的共轭线。3)物空间的任意一点位于直线上，那么其在像空间内的共轭点也必位于该直线的共轭线上。4)物空间中的任一平面对应于像空间中的一个平面，且只有唯一的一个平面与之相对应，这两个对应平面称为物像空间的共轭面。3.2　理想光学系统的基点和基面、焦距3.2.1　焦点、焦平面3.2.2　主点和主平面3.2.3　焦距3.2.4　节点和节平面3.2.1　焦点、焦平面图3

3、-1　基点和基面3.2.1　焦点、焦平面图3-2　无限远轴外点和物方焦平面上点发出的光束a)无限远轴外点发出的光束　b)物方焦平面上点发出的光束3.2.2　主点和主平面如图3-1所示，延长入射光线A1E1和出射光线GkF′得交点Q′，同样延长光线A′kEk及物方的共轭光线G1F交于Q点。根据光路的可逆性，物方光线FG1入射于光学系统后，其像方光线必沿EkA′k出射，物方光线A1E1入射于光学系统后，其像方光线必沿GkF′方向出射，显然Q和Q′是一对共轭点，分别过Q和Q′作垂直于光轴的平面QH、Q′H′交光轴于H点和H′点，此两平面同样也

4、是共轭的。由图可知QH=Q′H′=h，故其放大率β=+1，称这对放大率为+1的共轭面为主平面，QH称为物方主平面(前主面或第一主面)，Q′H′称为像方主平面(后主面或第二主面)。主平面和光轴的交点H和H′称为主点，H为物方主点(前主点或第一主点)，H′为像方主点(后主点或第二主点)，显然，物方主点和像方主点是一对共轭点。3.2.3　焦距由光学系统的物方主点H到物方焦点F的距离称为光学系统的物方焦距(前焦距或第一焦距)，以f表示。同样由像方主点H′到像方焦点F′的距离称为像方焦距(后焦距或第二焦距)，以f′表示。为区别焦点在主点的左边还是

5、右边，焦距有符号，其正、负是以相应的主点为原点来确定的，即物方焦距以物方主点为原点，像方焦距以像方主点为原点，如主点到相应焦点的方向与光线传播方向一致则为正，反之则为负。3.2.4　节点和节平面图3-3　过节点的光线3.3.1　图解法3.3.2　解析法3.3.3　理想光学系统物、像焦距间关系,光焦度和拉赫公式3.3.4　理想光学系统的放大率及相互关系3.3.5　由多个光组组成的理想光学系统的成像3.3　理想光学系统的成像3.3　理想光学系统的成像一个理想光学系统，只要知道了基点和基面的位置，利用它们的性质便可对物体进行图解求像或解析求像

6、。3.3.1　图解法可供选择的特定光线和可利用的性质主要有：1)平行于光轴入射的光线，经系统后过像方焦点。2)过物方焦点的光线，经过系统后平行于光轴。3)过节点的光线相互平行。4)倾斜于光轴入射的平行光束经过系统后交于像方焦平面上的一点。5)自物方焦平面上一点发出的光束经光学系统后成倾斜于光轴的平行光束。6)光线与主面的交点，其高度相等。1.轴外点图解求像2.轴上点图解求像3.3.1　图解法1.轴外点图解求像图3-4　轴外点图解求像2.轴上点图解求像1)要看清光学系统的基点的位置，特别是焦点(物方焦点、像方焦点)的位置，像方焦点(物方焦

7、点)可以在光学系统的左边，也可以在光学系统的右边，这两种情况下引出的光线是不一样的。2)如果光学系统不位于同一介质中，即f′≠-f，主点与节点不重合，这时就不能在主点处引出关于节点的光线。3)在作图中，应注意物、像的虚实性，实物、实像是以实际光线相交，以实线表示，虚物、虚像是以光线的延长线相交，以虚线表示。4)根据物像的共轭关系和光路的可逆性，可以通过作图由物求像，反之也可以根据已知的像的位置和大小求物。2.轴上点图解求像5)上述作图规则可应用于两个以上光学系统的连续求像，这时可以把经第一个光学系统所成的像看作是物，再对第二个光学系统成

8、像。2.轴上点图解求像图3-6　轴上点图解求像3.3.2　解析法1.牛顿公式2.高斯公式图3-7　解析法求像1.牛顿公式2.高斯公式2.高斯公式3.3.3　理想光学系统物、像焦距间关系,光焦度和拉赫公式1.