第三章理想光学系统.ppt

第1页，共22页，星期日，2025年，2月5日第三章理想光学系统§3-1理想光学系统与共线成像理论§3-2理想光学系统的基点与基面§3-4理想光学系统的放大率§3-3理想光学系统的物像关系§3-5理想光学系统的组合§3-6透镜和薄透镜2第2页，共22页，星期日，2025年，2月5日第一节理想光学系统与共线成像理论一、引入理想光学系统的意义几何光学设计研究的根本目的：得到满足多方面要求的完善像。能有满足多方面要求并成完善像的实用系统吗？近轴条件能令实用系统满足要求吗？引入理想光学系统的意义：1、提供了方便的研究方法和工具；3、提供了衡量实际系统成像质量的标准。2、指明了实际系统的设计方向和目标；3近轴光学系统？第3页，共22页，星期日，2025年，2月5日理想光学系统——物经这种光学系统所成的像是完善的。基本性质物空间像空间光学系统点点直线直线RSMR’S’M’平面平面共轭直线上的点，其像点必在共轭直线上；推论：物方同心光束像方同心光束；物点绕光轴旋转一角度，其像点必绕光轴转过同样角度。二、理想光学系统的基本性质（共线理论）4第4页，共22页，星期日，2025年，2月5日三、理想光学系统理论与实际系统的光线线理论的对立统一理想光学系统理论——高斯光学两种理论并存于实际光学系统的设计研究中无限多个实际系统一个理想系统实际系统理想系统近轴条件实际系统理想系统结构组合优化设计5第5页，共22页，星期日，2025年，2月5日第二节理想光学系统的基点与基面一、焦点F、F’，焦平面过像方F’的垂轴平面称为像方焦面或后焦平面；过物方F的垂轴平面称为物方焦面或前焦平面。注意这里F与F’不为共轭点前焦点，物方焦点后焦点，像方焦点物方无穷远轴上点A共轭F’F共轭像方无穷远轴上点A’TE1O1Oku’F’EkSkR∞A’FS1-uh∞1、基本概念和性质：6第6页，共22页，星期日，2025年，2月5日2、焦点、焦平面的推论1、所有平行于光轴的物方光线，其像方光线均(实或虚)交会于系统的像方焦点；F′3、所有平行并与光轴成一定夹角的物方光线，其像方光线均(实或虚)交会于系统的像方焦面上某点；F′2、所有通过物方焦点的光线，其像方光线均平行于光轴；F4、所有通过物方焦面上某点的光线，其像方光线均平行且与光轴成一定夹角。F7第7页，共22页，星期日，2025年，2月5日-uu’hH’Q’f’O1OkF’FH-fQ二、主点H、H’，主平面显然：Q、Q′为一对垂轴放大率β=+1的一对共轭点；过Q、Q′的两垂轴平面为β=+1的一对共轭面，称为物(像)方主面；物方(像方)主面与光轴的交点称为物方(像方)主点(H、H’)。根据理想系统基本性质，可作光路图如下：重要性质：射向物方主面上某点的光线，必从像方主面等高点出射。H′H8节点J、J’，节平面（略）第8页，共22页，星期日，2025年，2月5日三、焦距特别注意：1、系统有两个焦距：f、f′；2、注意两个焦距的起点和终点；3、折射系统两个焦距的符号相反；4、两个焦距的绝对值不一定相等。定义理想系统的一对焦点、一对主点确定后，焦距也就随之确定，并且该理想系统的模型也完全确定了，进一步可方便地建立理想光学系统理论的两个重要基本方法——图解法和解析法。物方焦距f：物方主点H到物方焦点F的距离；像方焦距f′：像方主点H′到像方焦点F′的距离。H’f’F’FH-f9第9页，共22页，星期日，2025年，2月5日四、两焦距的关系对近轴区，有结合两焦距的关系若n’=n,则f=-f’，如空气中折射系统；若n’=-n,则f=f’,如反射球面。若包含k个反射面，则由即并由代入之得理想光学系统的拉氏公式10ABA’yHH’B’FF’-y’l’-lx’-xU’-U-ff’nn’