应用光学0307-3.ppt

1、逐面成像并放大,第三章 理想光学系统 (作业 p78 2,3,4,5,6,7,8,9) 31 理想光学系统和共线成像 实际光学系统：只有近轴区单色光才能完善成像，范围和成 像光束很小，失去意义。 对实用光学系统应当做到: 用一定宽度的光束，对一定大小的范围成像、成基本理想的像应用光学所期望解决的问题。 为此，建立一个能完善成像的模型理想光学系统 一、理想光学系统 定义：对任意大的成像范围，以任意宽的光束成完善像的光学系统称为理想光学系统。 模型，实际光学系统中唯有平面镜能实现这一要求（理想）。 实际光学系统中的近轴区单色光成像时可认为和理想系统差不多。,研究该模型的意义： 利用其成像特性比较和

2、估计实际光学系统的成像质量！实际上像是建立了一个标准，以便在实际制作和优化光学系统时能有一个修正依据。 理想光学系统是1841年由高斯提出来的，因此理想光学系统理论又称“高斯光学”，后来又由阿贝做出发展。 二、共线成像 理想光学系统处于均匀介质中，它应具有如下特征： 1 物、像空间光线为直线且条条对应共轭线； 2 一物点对应一像点共轭点； 3 物空间一平面对应像空间一平面共轭面。 这种关系，成像理论称为共线光学，共线成像。,可归纳为： 物点对像点，一对共轭点 入射光线对应出射光线，共轭线 物平面对应像平面，共轭面 已知，实际光学系统近轴区可以满足共线成像，计算实际光学系统时都以近轴区成像特性为

3、标准。如l ，像的倒正、虚实等等。几何光学理想像；实际光线实际像。二者所存在的偏差：大小、位置、形状等，就是像差。 （计算像差既要计算近轴光线也要计算实际光线） 32 理想光学系统的基点与基平面 基点基面对应的内容 焦点、焦平面 主点、主平面 节点、节平面 理想光学系统所包含的特征点、特征面,无论理想光学系统的内部结构（n r d）如何，它总是能满足共线成像要求的，因此，完全可以用这些特征点来研究它的成像规律，这样就可使一个复杂的光学系统问题变得更加简单。 这样，作图时不必画详图，只画出模型即可。 一、焦点、焦平面 研究焦点的形成,图示可清楚地看出： a)无限远处光轴上A点发出同心光束在光学系

4、统前成为平行于光轴的光线； b)A1 E1光线经折射后与沿光轴传播的光线AO1交与F点，形成一对共轭点； c)平行于光轴的光线A1 E1与GkF为共轭光线，则F是A发出的同心光束在光学系统后对应的同心光束的会聚点焦点（后焦点、第二焦点）； d)过焦点F且垂直于光轴的平面称为焦平面。它与物方无穷远处A点的垂直于光轴的平面共轭。 同理，由像方光轴上无穷远处一点发出的光线也可进行如上的分析，得到物方焦点（前焦点、第一焦点）和物方焦平面。其共轭关系比照上面的分析进行。 e)关于无限远处轴外点的分析,二、主点、主平面 已知光学系统存在垂轴放大率，研究是否存在1的共轭面。 如图所示，光线1、2高度一致，其

5、共轭光线分别是1、2。 根据光线可逆原理，将1和2视为入射线，则其与第一面相交并延长后得交点Q，形成一“虚物点”。同理，将其共轭线延长后得交点Q，形成一“虚像点”。所以Q 和Q 共轭。 因为1、2光线高度一致，所以 Q ,Q 到光轴距离相等。 分别过 Q, Q作光轴的垂面，交光轴于 H ，H 则， HQ为垂轴物， H Q为垂轴像，且为正立 H Q / HQ =1 称放大率 1 的这一对共轭平面为主平面。 物方主平面 H 物方主点（前主点、第一主点） 像方主平面 H像方主点（后主点、第二主点） 入射到任一主面上的光线将 等高地传播到另一主面上， 然后出射。,三、焦距 有了主点、主平面，方可讨论焦

6、距问题。 焦距：主点到焦点的距离，表示f 和f 标定规则：以主点为原点算起； 符号规则：与光线传播方向一致为正；反之为负。 若平行光轴入射光线入射高为h，其共轭光线与光轴的夹角为u，则根据前面的图示可知： 像方焦距： 物方焦距： 由此，对于理想光学系统，无论其结构如何，只要知道了主点和焦点的位置，则该光学系统的特性就完全确定了；并可以方便地利用作图和解析的方法对它的成像特性进行研究了。 （讨论顶焦距含义、测量焦距的实验）,四、理想光学系统二焦距之间的关系 研究如下理想系统成像：系统主点、焦点、焦距确定，对任意大物、以任意宽光束成像。 图示的意义： 增加新量 x（牛顿量）,标定规则； l, f ,l ,f的标定规则 由 AMH和 AMH 可得到 (x+ f ) tgU=(x+f)tgU (1) 由图中所示两对相似三角形，得 代入 (1)式， y f tg