物理光学与应用光学第二章ppt课件.ppt

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1、到哪里找这样的系统呢？为了揭示物、像、成像系统三者之间的内在联系，可暂时抛开成像系统的具体结构，将一般仅在光学系统近轴区存在的完善像拓展成在任意大的空间以任意宽光束都能完善成像的理想模型，即称为理想光学系统，又称为高斯光学系统（1841年由高斯提出）。理想光组的成像作为衡量实际光学系统成像质量的标准◆进行光学设计的时候，开始只是提出性能要求，如放大倍数等。这时，光组的具体参数是未知的，因此无法用近轴光学公式计算。为什么要研究理想光学系统？由理想光组所抽象出来的光学特征公式进行光组的初始计算，也就是以理想光组理论为基础，根据要求，寻找和确定一个能满足要求的光学系统的整体方案。称为光

2、学系统的外形尺寸计算，也称轮廓计算理想光组可有任意多个折、反射球面或多个光组组成。寻找理想光组的特征点、面就可以代表整个光组的光学特性，用以讨论成像规律。P•A•A’P’O1OkBCC’B’理想光学系统，物像关系具有以下性质：（1）物空间一个物点对应像空间中唯一的像点，这种一一对应关系称为共轭，这两个对应点称为共轭点。（2）物空间中每一条直线对应于像空间中唯一相应直线，这两条直线称为共轭线。（3）物空间中每一个平面对应于像空间中唯一平面，这两个面称为共轭面。（4）如果物空间任意一点D位于直线BC上，那么其在像空间的像D’也必位于BC的共轭线B’C’上。D’D第一节共线成像理论※把

3、这种点对应点，直线对应直线，平面对应平面的成像变换称为共线成像，上述定义称为共线成像理论。二、共轴理想光学系统的成像性质过主光轴的一个截面1、位于光轴上物点的共轭像点必然在光轴上；位于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，其共轭像平面也必然垂直于光轴，且平面物与其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。O1'O2'O1O2OO'（1）已知两对共轭面的位置和放大率：★利用光轴上的已知共轭点；★由已知共轭面的放大率确定出射光线的方向。BAA'B'3.一个

4、共轴理想光学系统，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，则其它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。（2）已知一对共轭面的位置和放大率，以及轴上另外两对共轭点的位置OO'O1O2O3O3'O2'O1'★利用光轴上的已知共轭点；★由已知共轭面的放大率确定出射光线的方向。ABA'B'第二节理想光学系统的基点与基面共轴球面系统：球面的曲率中心在同一轴线上的光学系统只要找到相邻球面之间的关系，就可以解决整个光学系统的光路计算问题。问题就是这么简单！前面讨论的单个折射球面的光路计算及成像特性，对构成光学系统的每个球面

5、都适用。理想光组有一些特殊的点和平面，利用它们来讨论光组的成像特性，可以使问题大大的简化。※表征光组特性的点、面称为基点和基面共轴理想光学系统的基点和基面（一）无限远轴上物点发出的光线h是轴上物点A发出的一条入射光线的投射高度由三角关系：－Uh－LA当即物点向无限远处左移时，由于任何光学系统口径有限，所以此时※即无限远轴上物点发出的光线与光轴平行h－L（二）像方焦点、像方焦平面；像方主点、主平面；像方焦距AU’F’E’hE※F’就是无限远轴上物点的像点，称像方焦点AE是一条平行于光轴的入射光线它通过理想光学系统后，出射光线E’F’交光轴于F’※过F’点作垂直于光轴的平面，称为像方

6、焦平面它是无限远处垂直于光轴的物平面的共轭像平面将AE延长与出射光线E’F’的反向延长线交于Q’通过Q’点作垂直于光轴的平面交光轴于H’点，※则Q’H’平面称为像方主平面，H’称为像方主点AU’F’E’hEQ’H’※从像方主点H’到像方焦点F’之间的距离称为像方焦距，用f’表示f’也遵从符号规则，它的起始原点是像方主点H’根据三角关系，有：AU’F’E’hEQ’H’f’-w（三）无限远轴外物点发出的光线F'无限远轴外物点发出的能够进入光学系统的光线总是相互平行的，光线与光轴有一定的夹角，用w表示。这样一束平行光线经过理想光组后，一定相交于像方焦平面上的某一点，这一点就是无限远轴外

7、物点的共轭像。（四）物方焦点、物方焦平面；物方主点、主平面；物方焦距E’hF－UE※如果轴上某一点F的共轭像点在无限远处，即由F发出的光线经光组后与光轴平行，则F称为系统的物方焦点。BQE’B的反向延长线与FE交于Q，过Q点做与光轴垂直的平面，与光轴交于H点。※则QH平面称为物方主平面，H点称为物方主点。※从物方主点H到物方焦点F之间的距离称为物方焦距，用f表示f也遵从符号规则，它的起始原点是物方主点H。这里为-fE’hF－UEH-fB（五）物方主平面与像方主平面之间的关系光学