应用光学 教学课件 作者 刘晨 第2章　共轴球面光学系统.pptx

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1、应用光学第2章　共轴球面光学系统2.1　实际光线的光路计算2.2　近轴光线的光路计算和近轴光学的基本公式2.3　共轴球面系统的成像2.4　球面反射镜2.1　实际光线的光路计算2.1.1　光线的坐标和符号规则2.1.2　实际光线的光路计算公式2.1　实际光线的光路计算图2-1　光线经单一球面折射示意图2.1.1　光线的坐标和符号规则(1)沿轴线段　通常规定光线的传播方向自左向右，而沿轴线段的方向顺光线方向为正，逆光线方向为负。(2)垂轴线段　以光轴为准，在光轴之上为正，在光轴之下为负。(3)角度　以锐角度量，顺时针为正，逆时针为负。2.1.2　实际光线的光路计算公式2.1.

2、2　实际光线的光路计算公式2.1.2　实际光线的光路计算公式图2-2　光线转面情况示意图2.2　近轴光线的光路计算和近轴光学的基本公式2.2.1　近轴光线和近轴光学2.2.2　近轴光线的光路计算公式2.2.3　近轴光学的基本公式2.2.4　近轴光学的研究意义2.2　近轴光线的光路计算和近轴光学的基本公式图2-3　实际光线非理想成像示意图2.2.1　近轴光线和近轴光学若物点A发出的光线与光轴的夹角U非常小，则其对应的角度I、I′和U′都非常小。这些角度的正弦值可以用弧度来代替，此时的相应角度以小写字母u、i、i′和u′表示。这种光线靠近光轴，故称之为近轴光线。光轴附近的这个

3、区域称为近轴区。观察图2-3不难发现，近轴区内，孔径角很小，而相应的像距变化也非常小。也就是说，越靠近光轴的光线，聚焦情况越好。对于这一部分特殊光线下面将进一步研究，这就是近轴光学的内容。所谓近轴光学就是研究近轴区域物像关系的光学。2.2.2　近轴光线的光路计算公式2.2.3　近轴光学的基本公式图2-4　近轴光线物像位置关系示意图2.2.4　近轴光学的研究意义1)可作为衡量实际光学系统成像质量的标准。2)可近似地表示实际光学系统像的性质。2.3　共轴球面系统的成像2.3.1　单个折射球面的放大率和拉赫不变量2.3.2　共轴球面系统的放大率和拉赫不变量2.3.1　单个折射球

4、面的放大率和拉赫不变量1.垂轴放大率2.轴向放大率3.角放大率4.拉格朗日-赫姆霍兹不变量1.垂轴放大率图2-5　近轴光线物像大小关系示意图2.轴向放大率3.角放大率4.拉格朗日-赫姆霍兹不变量2.3.2　共轴球面系统的放大率和拉赫不变量1.共轴球面系统的放大率2.共轴球面系统的拉赫不变量1.共轴球面系统的放大率2.共轴球面系统的拉赫不变量2.4　球面反射镜2.4.1　球面反射镜的物像位置关系2.4.2　球面反射镜的放大率2.4.3　球面反射镜的拉赫不变量2.4.1　球面反射镜的物像位置关系2.4.2　球面反射镜的放大率2.4.3　球面反射镜的拉赫不变量【重点内容】1)对

5、于任意实际光线，可以根据式(2-1)～式(2-5)求出其通过光学系统后的出射光线的坐标。2)对于近轴区域的光线，可以根据式(2-6)～式(2-10)求出出射光线的坐标；也可以直接采用式(2-12)求解。3)光学系统有垂轴放大率、轴向放大率和角放大率。4)共轴球面系统的物像空间不变量为nuy。5)由于反射可以看作是n=-n′的特殊的折射，因此，只要在折射公式中使得n′=，就可以直接得到反射公式。【例题】表2-1　例2-1的解题数据【例题】【例题】