应用光第二章--共轴球面系统的物像关系课件

第二章共轴球面系统的物像关系Coaxial Spherical System1基本概念光轴：若光学系统由球面组成，它们的球心位于同一直线上，则称为共轴球面系统，这条直线为该光学系统的光轴。实际上，光学系统的光轴是系统的对称轴子午面：通过物点和光轴的截面物方截距像方截距物方孔径角像方孔径角2符号规则光线的传播方向：自左向右为正线段沿轴:以球面顶点o为起点，自左向右为正，L，r，L垂轴 h，光轴为起点，向上为正，向下为负。球面的曲率半径：球心在球面顶点的右方为正，反之为负角度(一律以锐角来度量，顺时针转为正，反之为负；正切方法）光线与光轴的夹角：光轴转向光线-U，U光线与法线的夹角：光线转向法线 I，I光轴与法线的夹角：光轴转向法线 折射球面之间的长度由前一面顶点算起到下一面顶点，自左往右为正符号意义34l由折射球面的入射光线求出射光线 单个折射球面成像已知：r,n,n,L,U 求：L,U 5由以上几个公式可得出L 是U的函数这一结论，不同 U的光线经折射后不能相交于一点(点斑)，不完善成像6l近轴光线经折射球面折射并成像 近轴光线：与光轴很靠近的光线，即-U很小，sin(-U)-U，此时用小写：sin(-U)=-usinI=iL=l近轴光线所在的区域叫近轴区7l近轴区域物像关系 近轴条件有近轴条件有8l光焦度 物理意义0 会聚0 平面折射0 发散9l物像放大率 El-lnnAOC-UUrABABC 和和A B C相似相似B10l轴向放大率 11l角放大率 12l三个放大率关系 l拉赫公式（不变量）13l符号关系 14例题例题2.115l折射平板成像 16例题例题2.217单个反射球面成像l条件 l对应公式 1819l符号关系 2021例题例题2.322共轴球面系统成像2324例题例题2.425262728理想光学系统l概念(1841年高斯提出的，故又称为高斯系统)理想光学系统：在光学系统中任意大空间和任意宽光束具有在近轴区域 的光学特性，该系统称为理想光学系统；是一假想的、抽象的理论模型。核心：共线成像（点、线、面）物点像点-共轭点 物空间直线像空间直线-共轭线 物空间平面像空间平面-共轭面29理想光学系统的基点与基面l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l基面 物方主面，像方主面；物方焦面，像方焦面l像方焦点与像方焦面 像方焦点的性质平行于光轴入射的任意一条光线，其共轭光线一定通过F；和光轴成一定夹角的平行光束，通过光学系统后必交于像方焦平面上同一点。30l物方焦点与物方焦面 物方焦点的性质通过物方焦点入射的光线，通过光学系统后平行射出；物方焦平面上轴外任意一点发出的光线，通过光学系统后对应一束和光轴成一定夹角的平行光线；通常总是用一对主平面和两个焦点位置来代表一个光学系统。31l主点与主平面 放大率的一对共轭面主平面物方主平面和像方主平面物方主点和像方主点 主平面的性质主平面的性质物空间任一条光线与物方主平面的交点为物空间任一条光线与物方主平面的交点为B B，则它的共轭出则它的共轭出射光线和像方主平面交于射光线和像方主平面交于BB，且且B B与与BB距光轴同侧等高。距光轴同侧等高。32单个折射球面的主平面和焦点单个折射球面的主平面和焦点 主平面主平面 结论：球面的两个主点H,H与球面顶点重合。其物方主平面和像方主平面即为过球面顶点的切平面。33 焦点焦点34 球面反射镜的焦距球面反射镜的二焦点重合，凹球面反射镜:r 0，f0,f0，虚焦点，光束发散35l节点 角放大率=1的一对共轭点通过节点的光线其传播方向不变。若光学系统位于同一介质中，则主点与节点重合。36理想光学系统的物像关系l图解法依据：四条典型光线 3738l解析法 牛顿公式以系统焦点为原点的物像关系39高斯公式放大率以系统焦点为主点的物像关系4041例：给定物距100，物高为10，透镜的主平面和焦点位置，即求它的像面位置和放大率。42解：解：（牛顿公式）（牛顿公式）43解：解：（高斯公式）（高斯公式）44理想光学系统的组合45464748计算举例：计算举例：已知两个光学系统的焦距分别为：已知两个光学系统的焦距分别为：求此组合系统的主平面和焦点位置求此组合系统的主平面和焦点位置l1、焦点位置的计算l2、焦点的计算495051525354实验：用平行光管测定物镜焦距55平行光管待测物镜5657实际光学系统的基点与基面585960单透镜基点与基面已知r1,r2,d,n,求透镜的主平面和焦点。611.应用单个折射球面的焦距公式，得：应用单个折射球面的焦距公式，得：2.透镜的厚度透镜的厚度d就是主平面之间的距离就是主平面之间的距离。求解过程：求解过程：623.3.计算焦距。计算焦距。计算焦距。计算焦距。4.4.计算主平面位置。计算主平面位置。计算主平面位置。计算主平面位置。635.5.两个主平面之间的距离。两个主平面之间的距离。两个主平面之间的距离。两个主平面之间的距离。6.6.薄透镜情况：薄透镜情况：薄透镜情况：薄透镜情况：6465666768Summary6970作业：9，10，12，1571