理想光学系统.ppt

*第二章理想光学系统基点基面成像特性由静止图形构成的动态图片§2.1理想光学系统的基本特性基点和基面一、理想光学系统它是一个理想模型，认为光学系统不仅在近轴条件下可以完善成像，而且对任意宽的光束（任意大的物体）都可以完善成像。二、共线成像理论这个系统对于任何一个物点发出的光线将出射光线相交于一点形成一个唯一的像点。对于多个物点集合成的线或面当然也形成（成像）唯一的点或面，这种成像变换谓之共线成像。1.在关于光轴的任一子午面内，成像性质不变。2.位于光轴的物点其共轭像点一定位于光轴上；子午面内的物点其共轭像点一定位于同一子午面内；垂直于光轴的物平面其共轭像平面也一定垂直于光轴。3.垂直于光轴的一对共轭平面内，物、像的几何形状完全相似，即垂轴放大率相等。理想光学系统具有以下基本特性：①点成点像。即物空间的每一点，在像空间必有一个点与之对应，且只有一个点与之对应，这两个对应点称为物像空间的共轭点。②线成线像。即物空间的每一条直线在像空间必有一条直线与之对应，且只有一条直线与之对应，这两条对应直线称为物像空间的共轭线。③平面成平面像。即物空间的每一个平面，在像空间必有一个平面与之对应，且只有一个平面与之对应。这两个对应平面称为物像空间的共轭面。④对称轴共轭。即物空间和像空间存在着一对唯一的共轭对称轴。当物点A绕物空间的对称轴旋转一个任意角α时，它的共轭像点A′也绕像空间的对称轴旋转同样的角度α，这样的一对共轭轴称为光轴。由此推广到：物空间的任一个同心光束必对应于像空间中的一个同心光束；若物空间中的两点与像空间中的两点共轭，则物空间两点的连线与像空间两点的连线也一定共轭；若物空间任意一点位于一直线上，则该点在像空间的共轭点必位于该直线的共轭线上。物方焦点F物方焦平面像方焦点F′像方焦平面物方主点H物方主平面像方主点H′像方主平面三、基点和基面一、图解法求像当一个理想光学系统的主平面和焦点位置确定以后，那么，任何一个物点、直线或平面的像即可由此而定。§2.2理想光学系统的物像关系典型光线和性质：①平行于光轴入射的光线经系统后过F′；②过F的入射光线经系统后平行于光轴；..HHFFff③倾斜于光轴的平行光束经系统后交于像方焦平面上。..HHFFff④自物方焦平面上一点发出的同心光束经系统后成为平行光束（倾斜于光轴）。⑤共轭光线在主平面上的投射高度相等。..HHFFff（一）轴外物点B或直线AB的像..HHFFffABAB（二）轴上物点A的像A′二、解析法求像1.牛顿公式以焦点为坐标原点计算物距和像距的物像公式，叫牛顿公式。如图所示，有一垂轴物体AB，其高度为y，经理想光学系统后成一倒像A′B′，像高为y′。由相似三角形BAF和FHN，H′M′F′和F′A′B′可得2．高斯公式以主点为坐标原点计算物距和像距的物像公式，叫高斯公式。l和l′分别表示以物方主点为原点的物距和以像方主点为原点的像距，由图可知3．焦距间的关系近轴光时当光学系统处于同一介质中时，即，则两焦距绝对值相等，符号相反：4．拉亥不变量此式对任何能成完善像的光学系统均成立。一、垂轴放大率§2.3理想光学系统的成像放大率*