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《第3章：理想光学系统_498502952》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、光学工程基础几何光学谭峭峰tanqf@mail.tsinghua.edu.cn清华大学精仪系光电工程研究所第三章理想光学系统3.1理想光学系统与共线成像理论•几何光学的主要内容是研究光学系统的成像问题；•系统地讨论物像关系,挖掘出光学系统的基本参量,将物、像与系统间的内在关系揭示出来；•抛开光学系统的具体结构(r,d,n),将一般仅在光学系统的近轴区存在的完善成像拓展成在任意大的空间中以任意宽的光束都成立的理想模型,该理想模型就是理想光学系统。性质:•任何一个物点发出的光线在系统的折射或反射作用下所有的出射光线仍然相交于一点完善成像•每一个物点对
2、应于唯一的一个像点“共轭”•如果光学系统的物空间和像空间都是均匀透明介质,则入射光线和出射光线均为直线。点对应点，直线对应直线，平面对应平面。共线成像共轴理想光学系统特性:(1)位于光轴上的物点对应的共轭象点也必然位于光轴上;位于过(包含)光轴的某一个截面内的物点对应的共轭像点必位于同一平面内;同时,过(包含)光轴的任意截面成像性质都是相同的。因此,可以用一个过(包含)光轴的截面来代表一个共轴系统。垂直于光轴的物平面,它的共轭像平面也必然垂直于光轴。使AB绕光轴转180°图3-1过光轴的截面(2)垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何形状完全与
3、物相似,也就是说在整个物平面上无论那一部分,物和像的大小比例等于常数。图3-2垂直于光轴的PP'的截面(3)一个共轴理想光学系统,如果已知两对共轭面的位置和横向放大率;或者一对共轭面的位置和横向放大率,以及轴上的两对共轭点的位置,则所有其它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。基点基面BB′图3-3两对共轭面已知的情况横向放大率已知图3-4一对共轭面及两对共轭点已知的情况横向放大率已知3.2理想光学系统的基点与基面§3.2.1无限远的轴上物点和它对应的像点F′(1)无限远轴上物点发出的光线htanU=LL→∞U→0图3-5h、L和U
4、的关系(2)像方焦点F'、焦平面;像方主点、主平面图3-6理想光学系统的像方焦点像方主平面像方焦点像方主点图3-7理想光学系统的像方参数h像方焦距：f'=(3-1)tanU'以像方主点为原点。(3)无限远轴外物点发出的光线图3-8无限远轴外物点发出的光束§3.2.2无限远轴上像点对应的物点F根据光路可逆求取无限远轴上像点对应的物点F物方主物方平面焦点物方主点−图3-9理想光学系统的物方参数h物方焦距：f=(3-2)tanU以物方主点为原点。§3.2.3物方主平面与像方主平面间的关系图3-10两主面间的关系主平面的垂轴放大率为+1轴向放大率？角放大
5、率？图3-11理想光学系统的简化图一个共轴理想光学系统,如果已知两对共轭面的位置和横向放大率;或者一对共轭面的位置和横向放大率,以及轴上的两对共轭点的位置,则所有其它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。主点和焦点的位置3.3理想光学系统的物像关系对于确定的光学系统,给定物体位置、大小、朝向,求其像的位置、大小、正倒及虚实。§3.3.1图解法求像已知一个理想光学系统的主点(主面)和焦点的位置,利用光线通过它们后的性质,对物空间给定的点、线和面,通过画图追踪典型光线求出像的方法称为图解法求像。典型光线及性质：①平行于光轴入射的光线,它
6、经过系统后过像方焦点;②过物方焦点的光线,它经过系统后平行于光轴;③倾斜于光轴入射的平行光束经过系统后会交于像方焦平面上的一点;④自物方焦平面上一点发出的光束经系统的后成倾斜于光轴的平行光束;⑤共轭光线在主面上的投射高度相等。(1)对于轴外点B或一垂轴线段AB的图解法求像图3-12作图法求像(2)图解法求轴上点的像图3-13作图法求光线(3)轴上点经两个光组的图解法求像图3-14轴上点经两个光组成的像一定要看清楚主点和焦点的位置§3.3.2解析法求像知道主平面这一对共轭面、以及无限远物点与像方焦点和物方焦点与无限远像点这两对共轭点,则其它一切物点
7、的像点都可以根据这些已知的共轭面和共轭点来表示。这就是解析法求像的理论依据。(1)牛顿公式(2)高斯公式(1)牛顿公式−l：物距、l'：像距图3-15牛顿公式中的符号意义物和像的位置相对于光学系统的焦点来确定物距：−x像距：x'ΔABF~ΔHMFΔΔA'''~'''BFHNF−yf−y''x==牛顿公式y'−x−yf'xxf''=f(3-3)yf''x(3-4)垂轴放大率:β==−=−yxf'(2)高斯公式物和像的位置相对于光学系统的主点来确定xlf=−xlf'''=−xxf''=flf''+lf=ll'高斯公式ff'+=1(3-5)ll'ff'
8、ff''fx'=xf''+=+=+f'()xfxxxxffl''''+==xfxl+fff''flβ=−=−=−xf''xfl(3-6)
