8.1理想光学系统的基本特性、基点和基面

1、 工程光学 几何光学（第八章 理想光学系统)1本章的主要内容本章主要介绍理想光学系统的相关知识,内容包括：8.1 理想光学系统的基本特性、基点和基面8.2 理想光学系统的物像关系8.3 节点和节平面8.4 理想光学系统的组合8.5 透镜8.6 光学系统中的光束限制8.7 像差概念2引言由第七章的内容可知，当物体通过折射球面成像时，除位于近轴区内的物体外，均不能成完善像。但近轴区的成像范围和光束宽度均很小，实用意义不大。 如果能把近轴光学系统成完善像的范围扩大到任意空间，即空间任意大的物体以任意宽的光束通过光学系统时均能成完善像，则这样的光学系统成为理想光学系统。 38.1 基本特性、基点和基面

2、8.1.1 理想光学系统的基本特性 理想光学系统具有以下基本特性： 点成点像 物空间的每一点，在像空间必有一个点与之对应，且只有一点与之对应，这两个对应点称为物像空间的共轭点。 线成线像 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。 平面成平面像 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推广：8.1 基本特性、基点和基面8.1.1 理想光学系统的基本特性 对称轴共轭 物空间和像空间存在着唯一一对共轭对称轴。当物点A绕物空间的对称轴旋转一个任意角时，它的共轭像点

3、A也绕像空间的对称轴旋转同样的角度，这样的一对共轭轴称为光轴。 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。58.1 基本特性、基点和基面8.1.1 理想光学系统的基本特性 上述定义只是理想光学系统的基本假设。在均匀透明介质中，除平面反射镜具有上述理想光学系统的性质外，任何实际的光学系统都不能绝对完善成像。 研究理想光学系统成像规律的实际意义是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

4、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。 理想光学系统的基本特性很重要，它是推导几何光学许多重要定律的基础。在今后学习中注意领会其思想。68.1 基本特性、基点和基面8.1.2 理想光学系统的基点和基面 理想光学系统的基点和基面是指表征理想光学系统特性的焦点、焦平面、主点、主平面。利用这些特殊的点和面来讨论光学系统的成像特性，可使讨论的问题大为简化。7理想光学系统光轴 如图，平行光线AE1和FO1的交点与像方共轭光线 和 的交点F共轭，所以F是物方无穷远轴上点的像，F点称为理想光学系统像方焦点

5、。由此，任一条平行光轴的入射线经理想光学系统后，出射线必过F点。8.1 基本特性、基点和基面8.1.2 理想光学系统的基点和基面 同理，有一物方焦点F，它与像方无穷远轴上点共轭。任一条过F点的入射线经理想光学系统后，出射线必平行于光轴。FAE1FO1 像方焦点 物方焦点GkOk88.1 基本特性、基点和基面8.1.2 理想光学系统的基点和基面 物方焦平面 通过物方焦点F且垂直于光轴的平面。光轴物方焦平面像方焦平面 像方焦平面 通过像方焦点F且垂直于光轴的平面。98.1 基本特性、基点和基面8.1.2 理想光学系统的基点和基面 物方焦平面的共轭像面在无穷远处，物方焦平面上任何一点发出的光束，经理

6、想光学系统后必为一平行光束。同样，像方焦平面的共轭面也在无穷远处，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。 注意：焦点和焦平面是理想光学系统的一对特殊的点和面。焦点F和F彼此之间不共轭，两焦平面彼此之间也不共轭。10F光轴FAE1GkBEkG1QQHH8.1 基本特性、基点和基面8.1.2 理想光学系统的基点和基面 如图，入射光线AE1和出射光线GkF 的 延长线相交于点Q，FG1和EkB的延长线交于点Q，设AE1和EkB具有同样的高度，则光线AE1和GkF共轭， FG1和EkB共轭，则共轭线的交点Q和Q必共轭。由此推得，过Q和Q点作垂直于光轴的平面QH和QH也相互共轭。 图中QH和Q H 具有同样的高度，且位于光轴的同侧（上侧），故这两面的垂轴放大率 +1，称这对垂轴放大率为+1共轭面为主平面。 主平面11u-uh8.1 基本特性、基点和基面8.1.2 理想光学系统的基点和基面 像方焦距：像方主点到像方焦点F的距