应用光学-02.ppt

《应用光学-02.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第二章:理想光学系统本章主要介绍理想光学系统及其成像特性，主要内容：理想光学系统与共线成像理论理想光学系统的基点与基面理想光学系统的物像关系理想光学系统的放大率理想光学系统的组合透镜几种典型光学系统的理想光学性质§2-1理想光学系统与共线成像理论一、理想光学系统实际光学系统在近轴区（微小物体、细光束）成完善像，将这种完善成像特性推广到任意大的空间中的物体以任意宽的光束都能完善成像的这样一种理想成像模型。借助这一模型研究光学系统的成像特性，无需涉及光学系统的具体结构。是实际光学系统设计所追求的目标和比较的标准。理想光学系统理论是高斯1841年建立，称为高斯光学。二、共线成像理论--

2、--高斯光学理想光学系统完善成像(物)点对(像)点,且唯一；共轭：物像这种一一对应的关系。共线成像：当物像空间都是均匀介质时，入(出)射光线为直线，由直线传播定律及点对点关系直线对直线平面对平面的性质，这种点对点、线对线和面对面的成像变换即称为共线成像。有关推论：一般系统多为共轴光学系统，根据上述共线成像的理论，对于共轴的理想光学系统可以推得：位于光轴上的物点其对应像点也必然在光轴上。更一般地：(物)点在线上(像)点在(对应共轭)线上。垂直于光轴的平面物体，其共轭平面像也垂直于光轴,且与物完全相似,即像与物的大小之比等于常数(放大率)。已知两对共轭面的位置和放大率，或者

3、一对共轭面的位置和放大率及轴上两对共轭点的位置，则系统的成像特性确定，其它物点的像点均可由这些已知共轭点和面来表示<已知物像求光瞳或反之>。通常将这些已知共轭点和面称为基点和基面。当然，作为基点基面的这些共轭点和面通常取一些特殊的点和面。共线成像理论小结点对点；直线对直线；点在线上；平面对平面；同心光束对应同心光束。AAppBCBC理想光学系统DD§2-2理想光学系统的基点与基面这里我们定义一些特殊的共轭点和共轭面作为理想光学系统的基点和基面。物空间平行于光轴的光线光学系统或平行或与光轴相交。我们先考虑与光轴相交的情况。一、理想光学系统的焦点与焦面F

4、(像方焦点)(物方焦点)FAA像方焦平面物方焦平面二、理想光学系统的主点与主面调整光线FQ的入射孔径角U，总可以使得出射光线QA与AQ的入射高度相等，这样，物方两入射光线都交于Q，像方两出射光线(的延长线)也都交于Q，就好像都是从Q点出射一样。这表明Q和Q是一对共轭点，即物像方主面(点)是一对共轭面(点)。显然：QH与QH相等且同侧，故主面的垂轴放大率为+1。这说明：出射光线在像方主平面上的高度与入射光线在物方主平面上的高度相等。这一性质在作图求解物像关系中非常有用。F(像方焦点)(物方焦点)FAA像方焦平面物方焦平面QQHH像方主平面物方主平面像方主点物

5、方主点三、理想光学系统的焦距像方焦距f：从像方主面到像方焦面的距离，从主面起算，顺正逆负。物方焦距f：从物方主面到物方焦面的距离。FFAAQQHH-ffU-Uh四、轴外物体的成像光束根据高斯光学的共线成像理论：像(物)方焦平面和无限远的物(像)平面共轭。由于光学系统的孔径总是有限的，所以，无限远轴外物体发出的、能够进入光学系统的光线总是相互平行的，为斜平行光束。无限远轴外物点发出的斜平行光束经过光学系统后，成像于像方焦平面的轴外一点；<特殊光线>物方焦平面轴上一点发出的光束，经过光学系统后，变成一束斜平行光束。<特殊光线>FFBBFBBF五、理想光学系统的节

6、点节点的定义：角放大率=1的一对特殊共轭点,分别用J和J表示。既然=1，则U=U。这表明：通过节点的光线经过理想光学系统后，出射光线方向不变。节点的度量：以焦点为原点的坐标xJ和xJ表示,顺正逆负。FFHHJJ-xJxJf-frtFQH与rtJBF全等,得：FH=JFxJ＝frtHJN与rtHJN全等,得：xJ=FJ=FH+HJ=JF+HJ=HFxJ＝fQQNN节点的性质如果f>0，f<0，则：xJ>0，xJ<0，即J在F之右

7、f

8、，J在F之左

9、f

10、；因J=+1，UJ=UJ；当一束平行光入射时

11、，系统绕垂直于像方节点的轴线作微小转动时，光屏上像的位置不动。应用：全景摄像机，获得大的摄影范围。JHHHHJJFF节点的性质若光学系统位于同一种介质中,则nk=n,f=-f，则：节点与主点重合。通过主(节)点的光线不改变方向。平行入射过焦点，通过焦点变平行----几何作图求解物像关系的基本规律。六、理想光学系统的基点理想光学系统的主点、节点和焦点统称为其基点。基点表征了理想光学系统的特性，决定了理想光学系统的成像性质。可以只用基点（面）位置表征理想光学系统。七、物