光学第二章23629.ppt

第4章 光的电磁理论 第2章 理想光学系统 　　 以基点、基面概念为基础、用几何光学讨论理想光学系统的成像规律，并介绍了实际光学系统的光阑与像差。 第2章 理想光学系统 2.1　理想光学系统及其基点、基面 2.2　理想光学系统的物像关系 2.3　理想光学系统的放大率 2.4　理想光学系统的组合 2.5　单透镜 2.6　光学系统中的光束限制（简介） 　 2.7　像差的概述（简介） 2.8　波像差(自学) 2.9　矩阵运算在几何光学中的应用（自学） 2.1 理想光学系统及其基点、基面 理想光学系统条件 点物成点像　即物空间的每一点，对应于像空间唯一的一点，这两个对应点称为物像空间的共轭点。 线物成线像　即物空间的每一条直线对应于像空间唯一的一条直线，这两条对应直线称为物像空间的共轭线。 平面物成平面像　即物空间的每一个平面，对应于像空间唯一的一个平面，这两个对应平面称为物像空间的共轭面。 2.1 理想光学系统及其基点、基面 研究理想光学系统的意义 用它作为衡量实际光学系统成像质量的标准。通常把理想光学系统计算公式（近轴光学公式）计算出来的像，称为实际光学系统的理想像。 在设计实际光学系统时，用它近似表示实际光学系统所成像的位置和大小，即实际光学系统设计的初始计算。 2.1 理想光学系统及其基点、基面 理想光学系统的基点和基面 　图示为一理想光学系统，O1和OK 两点分别是第一界面和最后一界面的顶点， O1OK为光轴。 焦点和焦面性质 平行于光轴的入射线经理想光学系统后必过F?点。 过F点的入射线经理想光学系统后必平行于光轴。 2.1 理想光学系统及其基点、基面 　像方焦平面 通过像方焦 　点F?且垂直于光轴的平面 　物方焦平面 通过物方焦 　点F且垂直于光轴的平面。 　特性： 任何一束入射的平行光，经理想光学系统后必会聚于像方焦平面的某一点 物方焦平面上任何一点发出的光束，经理想光学系统后必为一平行光束。 2.1 理想光学系统及其基点、基面 主点和主面 　主平面　垂轴放大率为+1的共轭面为。其中，QH称为物方主平面，Q?H?称为像方主平面。 　物方主平面与光轴的交点H称为物方主点，像方主平面与光轴的交点H?称为像方主点。 2.1 理想光学系统及其基点、基面 理想光学系统的基点和基面 一对主点和一对焦点构成了光学系统的基点, 一对主面和一对焦平面构成了光学系统的基面。 基点和基面的特性 基点、基面完全描述了一个理想光学系统的基本特性。 由基点、基面可确定理想光学的物像关系。 2.2 理想光学系统的物像关系 图解法求像 轴外物点　利用下列两条光线确定像点 平行于光轴的入射光线，出射光线必经过像方焦点F?； 过物方焦点F的入射光线，出射光线必平行于光轴。 2.2 理想光学系统的物像关系 轴上物点　根据焦平面的性质有两种方法： 过F作与任意光线平行的辅助光线，两平行光束经光学系统后应会聚于像方焦平面上一点，由此确定任意光线的出射方向。 过任意光线与物方焦平面交点作平行于光轴的辅助线，其出射线必过F?。则任意光线的出射线平行于辅助线的出射线。 2.2 理想光学系统的物像关系 解析法求像 牛顿公式 以焦点为坐标原点计算物距和像距的物像公式 F到物点的距离称为焦物距x； F?到像点的距离称为焦像距x?。 由?BAF??NHF 　?H?M? F? ??A? B? F? 可得 2.2 理想光学系统的物像关系 高斯公式 以主点为坐标原点计算物距和像距的物像公式 将 代入牛顿公式 得 2.2 理想光学系统的物像关系 两焦距之间的关系 　由图可得将将前两式代入第三式整理得 再与拉-亥公式 比较得2.2 理想光学系统的物像关系 当　　　， 有 牛顿公式可改写为 高斯公式可改写为 2.2 理想光学系统的物像关系 理想光学系统的拉亥公式 　将 　代入 　得　 2.3 理想光学系统的放大率 放大率 垂轴放大率 由图可得该式为以焦点为原点的垂轴放大率公式。 2.3 理想光学系统的放大率 　由牛顿公式 　得 　即 　上式代入 　得 　 　该式为以主点为原点的垂轴放大率公式。　 2.3 理想光学系统的放大率 轴向放大率 　由对牛顿公式 　可得 　上式右边乘以和除以ff?，并用垂轴放大率公式，可得如果光学系统处于同一介质中，则。 2.3 理想光学系统的放大率 角放大率 由图得 则有 由拉亥不变量公式 有 2.3 理想光学系统的放大率 由得 2.3 理想光学系统的放大率 三种放大率之间的关系 　由得 2.3 理想光学系统的放大率 节点和节平面 在理想光学系统中角放大率为＋1的一对共轭点称为节点（物方节点J和像方节点J?）。 过物方节点并垂直于光轴的平面称为物方节平面，过像方节点并垂直于光轴的平面称为像方