第二章理想光学系统（精通）ppt课件.ppt

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1、第二章理想光学系统（精通）7/30/20211理想光学系统中的基本概念1.理想光学系统(又称高斯光学）将近轴光学理论推广到任意空间，理想模型，都能完善成像。2.共轭：高斯光学中，物像点一一对应关系，称为共轭。3.共线成像：点对点、直线对直线、平面对平面的成像变换称为共线成像。4：光轴：沿光轴的光线不会改变方向，即使经过透镜后也不会改变！7/30/20212第一节共轴理想光学系统的成像性质1、位于光轴上的物点对应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物面的共轭像面内；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（很有用）。2、垂直于光轴的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β。3、一个共轴理想光学系统，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7/30/20213性质一的理解（第一句话）光轴上物点其共轭像点必在光轴上：过光轴的光线方向不变！轴上物点像点轴上物点所成像必然在光轴上！7/30/20214性质一的理解（第二，

3、三句话）位于过光轴的某一截面（子午面）内的物点对应的共轭像点必位于该物面的共轭像面内，过光轴的任意截面成像性质相同！把三维问题简化为两维问题！！7/30/20215性质一的理解（第四句话）垂直于光轴的物平面，它的共轭像平面也必然垂直于光轴：反证法。ABA,B离光轴等距，一开始A在上，B在下，图中黑线，物体在垂直于光轴的平面内旋转180度图中红线，A在下，B在上。A’B’AB转过180度以后，由于A。B点距离光轴相等，物体和原来一样，所以所成像应该和原来一样，但是按照前面假定，像不垂直就出现右图的情况！！矛盾！！！7/30/20216

4、性质二的理解垂直于光轴的平面物与其共轭平面像的几何形状完全相似（注意是相似）pABCPA=PB=PC7/30/20217PA=PB=PC=y过PABC作一垂直于光轴的平面得到下图PABCDaaP’A’B’C’D’P’A’=P’B’=P’C’=y’aa7/30/20218性质三的理解一个共轴理想光学系统，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。O1O2O1’O2’OABA’B’7/30/202192：理想光学系统的基点基

5、面通常将理想光学中（高斯光学）已知的共轭面和共轭点分别称为共轴系统的“基面”和“基点”，原则上有无穷多。一般将：一对主点，焦点，节点，主平面，焦平面，节平面称为光学系统的基点和基面。节点是指角放大率为一的点。注意像方焦距是H’F’,从主点H’算起到焦点F’H’F’FH投射高度h投射高度为什么不直接测焦距？？7/30/202110为什么需要基点基面？一：原则上近轴公式可以解决任意多个折射面的成像问题，但是，需要多次逐面计算，而且物平面位置改变后需要重新计算。二：选择主平面和焦点，在一定程度上决定了光学系统的成像特性，加上后面的解析公式

6、可以更加方便的计算。三：选择主平面的好处：将实际光学系统中多次折射反射等效于共轭光线的一次偏折代替。7/30/202111节点、节平面F焦平面物方节点像方节点应用：拍摄超大相片由于镜头往往不够大，所以使照相机物镜绕着节点转动逐个拍摄，延长曝光时间，最后将拍摄得的像组合。7/30/202112证明：如果一个光学系统两边介质相同，那么主平面和节平面重合；如果两边介质不同，那么不重合。问题：像方焦点能否位于像方主平面的左侧？如果可以，那么在左侧时代表什么意思？7/30/202113例子三片型照相机r结构参数如下（长度单位为mm）dn26.

7、67189.67-49.6625.4772.11-35.005.207.951.66.72.81.61401.67541.61407/30/2021143：物像关系几何光学目的就是求像，（对于确定的光学系统，给定物体的位置、大小、方向，求像的位置、大小、正倒及虚实）。两种方法：图解法（形象，定性），解析法（精确，定量）。各有优缺点，一般两种方法结合使用。7/30/202115图像法（追迹法）已知一个光学系统的主点（主面）和焦点的位置，利用光线通过它们后的性质，对物空间给定的点、线和面，通过画图追踪典型光线的方法求像。1。平行于光轴入

8、射的光线，经过系统后过像方焦点；2。过物方焦点的光线，经过系统后平行于光轴；3。倾斜于光轴入射的平行光束经过系统后会交于像方焦平面上的一点；4。自物方焦平面上一点发出的光束经系统后成倾斜于光轴的平行光束；5。共轭光线在主平面上的投射高