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春之气息PPT模板 第二章 共轴球面系统的物像关系Coaxial Spherical System 本章是本课程的理论基础 也是本课程的重点。 §2.1近轴球面光学系统的光路计算 §2.2球面光学成像系统 §2.3理想光学系统 §2.4理想光学系统的基点与基面 §2.5理想光学系统的物象关系 §2.6理想光学系统的放大率 §2.7节点 §2.8理想光学系统的组合 §2.9透镜 §2.10矩阵方法 §2.1 近轴光学系统的光路计算 大多数光学系统都是由折、反射球面或平面组成的共轴球面光学系统 折射球面系统具有普遍意义 光学系统的成像实际上是物体各点发出的光线经光学系统逐面折、反射的结果 所以首先讨论单个折射球面折射的光路计算问题，再过渡到整个光学系统 实际光学系统中，光线和球面的位置可能是多种多样的，为使推导出的公式在各种情况下都适用，对参数符号做了规定 §2.2球面光学成像系统 本节讨论有限大小的物体经过折射球面在近轴区的成像情况 有限大小的物体经折射球面的成像，除了物象位置外，还会涉及像的正倒、虚实、放大率等问题。 细小物平面以细小光束成像 物平面是靠近光轴的很小的垂轴平面，并以细光束成像，就可以认为其像面也是平的，成的是完善像，称为高斯像，我们将这个成完善像的不大区域称为近轴区 2.轴向放大率 指光轴上一对共轭点沿轴移动量之间的关系 物点沿轴移动一微小量dl，相应的像移动dl? 3. 角放大率 4. 三个放大率之间的关系 3.轴上物点近轴光路 ①物平面以细光束经球面所成的像 细光束， A—— 》 A，完善成像 同心球面 A1A A2—— 》曲面 A1 AA2 ，完善成像 由物象位置公式， l 变小， l也变小，平面 B1AB2—》曲面 B1 AB2，不再是平面,像面弯曲 ② 细小物平面以细光束经折射球面成像： 对于细小平面，认为像面弯曲可以忽略，平面物 —— 》平面像，完善成像 二、球面反射镜 §2.2 球面光学成像系统 2．球面反射镜的焦距 三共轴球面系统 §2.2 球面光学成像系统 1.由入射光线求出射光线 对一个面的操作 + 过渡 上面讨论的单个折、反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都适用。 只要找到相邻两个球面之间的光路关系（过渡公式），就可以解决整个光学系统的光路计算问题，并分析成像特性。 2. 共轴球面系统的拉亥公式 3.成像放大率 总的放大率为各折射球面放大率的乘积 例如照相机的变焦镜头通常是由四部分组成：前固定组、变倍组、补偿组和后固定组。变焦镜头的放大率就等于四部分放大率之积。 三个放大率之间的关系与单个折射球面的完全一致 §2.3 理想光学系统 Perfect Optical System 1.理想光学系统定义 球面系统只有在近轴区范围时，才能够成完善像（J） 实际使用的光学仪器 把光学系统在近轴区成完善像的理论认为推广到任意大的空间，即任意宽的光束成完善像的光学系统称理想光学系统 2.成像性质 ①点 —— 共轭点 ②直线 —— 共轭直线，平面 —— 共轭面 ③主光轴上任一点的共轭点仍在主光轴上。任何垂直于主光轴的平面，其共轭面仍与主光轴垂直。 ④对垂直于光轴的共轭平面，横向放大率为常量 只有垂直于光轴的平面才具有物像相似的性质 ⑤一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，以及轴上的两对共轭点的位置，则其他一切物点的像点都可以根据这些已知的共轭面和共轭点来表示 注意： 理想光学系统是一种假设 用作实际光学系统设计的初步计算，用它近似地表示实际光学系统所成像的位置和大小 理想光学系统的像可作为衡量光学系统成像质量的标准 把理想光学系统计算公式计算出来的像，称为实际光学系统的理想像，实际像与理想像的差别就是像差 §2.4 理想光学系统的基点与基面 只要知道了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，则任意物点的像点就可以根据这些已知的共轭面和共轭点求得 因此，该光学系统的成像性质就可以用这些已知的共轭面和共轭点来表示，称为共轴系统的基点和基面 一般选择特殊的面和共轭点作为基面和基点 一 焦点和焦面（Focus length and Planes） F及F面的性质 平行于光轴入射的任一条光线，经系统出射后必通过F点 斜平行光束，经系统出射后，交于F面上一点 F及F面的性质 过F点入射的任一光线，经系统后平行于光轴出射 过F面上任一点发出的光线，经系统后为一斜平行光束出射 注意：F和F 彼此之间不共轭，F面和F面之间不共轭 二 主点和主面 (Principle Poi