工程光学1第二章-理想光学系统课件.ppt

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1、第二章 理想光学系统掌握理想光学系统的基本理论、特性、物像关系及系统组合；通过作图法或计算法来了解分析理想光学系统的基本成像特性、物像位置关系的求取等。2.1理想光学系统与共线成像理论2.2 理想光学系统的基点和基面2.3理想光学系统的物像关系2.4理想光学系统的放大率2.5理想光学系统的组合2.6透镜 12.1理想光学系统与共线成像理论一、基本概念1、理想光学系统：将一般仅在光学系统的近轴区存在完善成像拓展成在任意大的空间中以任意宽的光束都成完善像的理想模型。1841年由高斯所提出来的，所以理想光学系统理论又被称为“高斯光学”。2、共轭：物像的一一对应关系。2二、共线成像理论（理想光学系统的

2、理论基础）如果光学系统的物、像空间都是均匀、透明介质（1）物空间中的每一点都对应于像空间的相应点，且只对应一点。（一一对应）（2）物空间中每一条直线对应于像空间的相应直线，且是唯一的。（3）物空间中每一平面都对应于像空间的相应平面。简单的说：物空间的任一点、线、面都有与之相共轭的点、线、面存在，且是唯一的。32.2理想光学系统的基点和基面一、基面和基点 基点：物方焦点，像方焦点；物方主点，像方主点；物方节点，像方节点。基面：物方主面，像方主面；物方焦面，像方焦面。二、焦点、焦面1.焦点（FF）Focalpoint光学系统物方焦点F像方焦点F注：F，F不是共轭点4理想光学系统简化图三、主点及主面

3、垂轴放大倍率1的这一对共轭平面叫做主平面。主平面与光轴的焦点叫主点。物方主点像方主面 物方主面像方主点6四、焦距（f f）focallength1.定义：物方焦距f：系统物方主点到物方焦点间的距离 像方焦距f：系统像方主点到像方焦点间的距离 f-f 2.公式：tgu=h/f f=h/tgu tgu=h/f f=h/tguh焦距有符号，以主点为原点73.f、f 之间的关系像方焦距与物方焦距之比为相应折射率之比的负值。若在同一介质，f f82.3理想光学系统的物像关系 一、图解法求像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，

4、通过画图追踪典型光线求像。2、可选择的典型光线和可利用的性质：1）平行于光轴入射的光线，一定通过像方焦点；2）过物方焦点的光线，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必会聚于像方焦面上的一点；4）物方焦面上一点发出的光束经系统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；6）经过节点的任何一对共轭光线互相平行。103、实例：1）对垂轴线段求像：ABF F H HAB11物体位于1倍焦距内，成放大虚像H HABABFF133）负透镜对实物求像 154）负透镜对虚物求像 B16 例题1：已知物、像，求F，F.例题2：已知物、像和焦点，求H，H.例题3：物在焦点

5、上，求像.例题4：物在物方主面上，求像.例题5：物在物、像方主面之间，求像.课堂习题:位于空气中的正透镜，用作图法对物距l2f和2f的轴上点求各自像点的位置。18二、解析法求像 1、牛顿公式：xx=ff 牛顿公式的垂轴放大率公式：以焦点为原点注意x，x的符号192、高斯公式：当f=f 时 高斯公式的垂轴放大率公式：20说明几点：1）垂轴放大率与物体的位置有关，某一垂轴放大率只对应一个物体位置；2）对于同一共轭面，是常数，因此平面物与其像相似；3）理想光学系统的成像性质主要表现在像的位置、大小、虚实、正倒上，利用上述公式可描述任意位置物体的成像问题21例题6有一高度为10 mm的物体位于焦距为-

6、200 mm的负薄透镜的像方焦点处，求其像的位置和大小。HFFH解：根据牛顿公式：22例题8有一薄凸透镜对一实物成一缩小一半的倒立实像，现将此物向透镜方向移近100mm，则得与物等大的像，求f 代入高斯公式：得：l1=300mm;l1=150mm解：得得根据高斯公式：图示24三、由多个光组组成的理想光学系统成像 1、光学间隔：（有符号数）11d1f1（f2）kdkfkfk+126 理想光学系统的拉格朗日-亥姆霍兹不变式（拉赫不变式）四、理想光学系统的拉赫不变式h292.4理想光学系统的放大率一、放大率 Magnification Ratio31 二、特殊点的放大率1、主点 Principle

7、points：2.焦点 Focal points：3.节点 Nodal points：32三、用平行光管测焦距的依据332.5理想光学系统的组合一、两个光组组合分析等效系统的基点公式MHf-lF-xF-lH-f1H1H1df1-f2H2H2F1FF1F2 F2f2-f xFl Hl FHFM1.以焦点为原点：（1）焦点位置：（2）焦距：（3）等效系统：(2-28,29)(2-30,31)34Hf-lF-xF-lH-f1H1H1df1-f2H2H2F1FF1F2 F2f2-f xFl Hl FHF2.以主点为原点：(2-3639)35例题9:设计一系统，f1000，第一面到像面的距离L700（筒长），最后一面到像面的距离L400。解：图示可参考教材p32图22836二、多光组组合计算（正切法）3710P32382.6透镜Lens一、透镜定义：由两个折射面包围一种透明介质所形成的光学元件。分类：正透镜（会聚透镜）：f0中间厚，边缘薄负透镜（发散透镜）：f0中间薄，边缘厚39二、透镜焦距公式单个折射面的高斯公式牛顿过渡公式光学间隔两光组组合焦距计算公式40光焦度为：41