22理想光学系统.PPT

2.2 理想光学系统 把实际光学系统在近轴区以近轴光线成完善像的理论推广到任意大的空间和任意宽的光束，这样的光学系统称之为理想光学系统 2.2.1 理想光学系统的共线理论 2.2.2 理想光学系统的基点与基面 2.2.2.1 理想光学系统的焦点和焦平面 2.2.2.2 理想光学系统的主点和主平面 2.2.2.3 光学系统的焦距 2.2.2.5 理像光组的节点 2.2.3 理想光学系统的物象关系 2.2.3.1 作图法求像 2.2.3.2 解析法求像 2.2.4 理想光学系统的多光组成像 2.2.4.1 多光组成像的一般过程 2.2.4.2 多光组系统的等效系统 2.2.4.3 双光组组合 2.2.4.4 双光组组合的应用实例 2.2.5 实际光学系统的基点和基面 2.2.5.1 透镜 2.2.1 理想光学系统的共线理论 高斯光学的基本核心就是共线成像。 所谓共线成像，就是指在理想光学系统中的一一对应关系。 点对应点、直线对应直线、平面对应平面的成像变换即称之共线成像，物象一一对应的关系称之为共轭关系。 按照这一共线理论，还可以得到如下推论： 如果一条物方光线经过物点P， 则对应的像方光线必经过其共轭点P′； 如果物方的平面垂直于光轴，则像方对应的共轭平面也垂直于光轴； 在任何一对共轭的垂轴平面内，垂轴放大率为一常数，即垂轴的平面物体物像相似。 例2-4： 如图2-11，已知Q、Q′为某理想光学系统的一对共轭面， 并且已知该共轭面的垂轴放大率，同时已知该系统的另外两对共轭物像点C、C′和D、D′，试求图中任一物点P的像点。 解： 由P点过C点和D点分别作两条光线⑴和⑵，交Q面于A点和B点,由于共轭面的垂轴放大率已知，根据推论③，故容易得到Q′面上的A′点和B′点，即AB和A′B′为这对共轭面上的一对共轭物像。根据推论①，光线⑴的共轭光线⑴′必经过A′点和C′点，光线⑵的共轭光线⑵′必经过B′点和D′点，得到光线⑴′和⑵′的相交点P′,即为所求之像。 人们规定了用两对特殊的共轭点和一对特殊的共轭面来描述某个特定的系统，并根据这些特殊的点和面来讨论其它物体的物象关系。这些点和面我们称之为理想光学系统的基点 和基面。 2.2.2 理想光学系统的基点与基面 理想光学系统的基点和基面包括了这样一些特殊的共轭点和共轭面： 无限远的轴上物点和它对应的共轭像点； 无限远的轴上像点和它对应的共轭物点； 一对垂轴放大率等于+1的共轭平面； 一对角放大率等于+1的共轭点。 2.2.2.1 理想光学系统的焦点和焦平面 如图2-12所示，系统的像方焦点F′是无穷远轴上物点在像方的共轭点，由无限远轴上点发出光束的是平行于光轴的光线，经光学系统后将会聚于F′点。 过F′点作垂直于光轴的平面，该平面称之为系统的像方焦平面。 如图2-13，会聚于像方焦平面上轴外点的光束与物方无限远轴外点发出的斜平行光束共轭。 如果轴上有一物点所对应的像点位于像方无限远，则该物点称之为物方焦点F。 过F点垂直于光轴的平面称之为物方焦平面，物方焦平面与无限远处垂直于光轴的像平面共轭。 物方焦平面上的轴外一点发出的光束将对应于像方某一角度的斜平行光束交于无限远的轴外点。如图2-14。 2.2.2.2 理想光学系统的主点和主平面 垂轴放大率等于+1的一对共轭平面称为主平面，主平面与光轴的交点称为主点。 属于物方的称为物方主面和物方主点，物方主点用H表示；属于像方的称为像方主面和像方主点，像方主点用H’表示。 如图2-15，过F点的入射光线与平行于光轴的出射光线延长相交于Q点，过Q点作垂直于光轴的平面，该平面即为物方主面。 如图2-15，物方主面与像方主面是一对垂轴放大率为+1共轭面。 任何光线只要知道它与物方主面的交点，就可以方便地确定它在像方主面的共轭点，像方共轭光线由此而定位。 2.2.2.3 光学系统的焦距 我们把焦面到主面的距离称为光学系统的焦距，它描述了光学系统的折光能力。H′到F′的距离称为像方焦距f’，H到F的距离称之为物方焦距f。由图2-15，显然有 （2-35a） （2-35b） 我们把像方焦距为正的光组称为正光组，像方焦距为负的光组称为负光组。 光焦度φ，它是系统像方焦距的倒数，即 （2-36） 2.2.2.5 理像光组的节点 实际应用中还有一对共轭点极其有用，即角放大率为+1的一对共轭点，称之为节点，用J、J′表示。如果一条光线