应用光学(第三章理想光学系统).ppt

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）。 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。 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。 理想光学系统，物像关系具有以下性质： ※ 把这种点对应点，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。 §2-8 共轴理想光学系统的基点—主平面和焦点（§2-5、2-6、2-7） 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。 （一）无限远轴上物点发出的光线 （二）像方焦点、像方焦平面；像方主点、主平面；像方焦距 （三）无限远轴外物点发出的光线 （四）物方焦点、物方焦平面；物方主点、  主平面；物方焦距 （五）物方主平面与像方主平面之间的关系 单个折射球面的主平面和焦点 一、球面的主点位置 二、球面焦距公式 三、球面节点 小结： §2-9 用作图法求光学系统的理想像(§2-8) 可供选择的典型光线和可供利用的性质有： （3）倾斜于光轴的平行光线，经过系统后交于像方焦平面上某一点。 （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。 （6）光轴上的物点其像必在光轴上。 已知F 和F ’，求轴上点A的像 方法３： 过A作垂直于光轴的辅助物AB，按照前面的方法求出B’，由B’作光轴的垂线，则交点A’就是A的像。 方法4： 利用过主点光线方向不变，作过主点的辅助光线。利用像方焦平面上发出的光线过光组后平行射出的性质。然后作平行辅助光线的出射光线。 （二）负光组轴上点作图★ 方法2： 方法3： （三）正光组，实物成像 (b) 物在二倍焦距上 实物成等大倒立实像，位于二倍像方焦点上。分立两侧 （c）物在二倍焦距之内，一倍焦距之外 成放大倒立实像，像在二倍焦距外两侧 （d）物在焦平面上 成像于像方无限远, 两侧 (e) 物在一倍焦距内 实物成放大正立虚像，同侧 （四）正光组、虚物成像 (a )虚物在一倍焦距内 (b)虚物在一倍焦距之外，二倍焦距之内 (c)虚物在二倍焦距之外 （五）负光组，实物成像 （a）物在二倍焦距外 （b）物在一倍焦距外，二倍焦距内 （c）物在一倍焦距内 （六）负光组，虚物成像 （a）虚物，右侧，一倍焦距内 （b）虚物，右侧，一倍焦距以外，二倍焦距以内 （c）虚物，右侧，二倍焦距以外 求物的位置 §2-10 理想光学系统的物像关系式(§2-9 ) 一、牛顿公式 一、牛顿公式 二、高斯公式 二、高斯公式 §2-11 光学系统的放大率(§2-10 ) 二、轴向放大率 角放大率与横向放大率之间的关系： 四、三种放大率之间的关系 §2-12 物方焦距和像方焦距的关系 此公式表明，光学系统的像方焦距与物方焦距之比等于相应介质折射率之比。 光学系统的光焦度 讨论： 理想光组的拉赫公式 §2-13 节平面和节点 性质：通过物方节点 J 的入射光线，经光组后其出射光线必经过像方节点 J ’，且方向不变。 排成弧形 §2-14 无限远物体理想像高的计算公式 当物体位于无限远时，如何去计算理想像的像高？ 利用无限远物平面成像在像方焦平面上 而物平面上的每一点所对应的光束对光学系统来说都是一束平行光线 利用平行光束与系统光轴的夹角来表示无限远轴外物点的位置，并利用它来计算轴外物点的像高。 §2-15 理想光学系统的组合 一、焦点位置公式 三、主点位置的确定 四、等效光组的横向放大率 五、过渡公式 用主物距和主像距表示时 ，有过渡公式： 由Δ表示： 六、焦距有限的系统和无焦系统 七、摄远与反摄远物镜 2. 反摄远物镜 §2-16 理想光学系统中的光路计算公式 §2-17 单透镜的主平面和焦点位置的计算公式 若用光焦度形式来表示,可写成: 2. 透镜主点（面）和焦点（面）的位置 3. 各种透镜基点（面）位置分析 即 d 增大到 即 d 增大到 （2）平凸透镜 （二）薄透镜 薄透镜图示： 将（1）和（3）写成一般形式： 若要求f 和 l F ,可将组合光组倒转180度，再按照上述方法计算。 所以上式可以写成： (3) 上述计算方法就称为正切计算法。 则可迭代求出 f ’ 和 l’F 当求多光组组和的基点位置和焦距大小时，应取初值 例如：