最新应用光学第二章-1PPT课件.ppt
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1、应用光学第二章应用光学第二章-1 共轴球面系统只有在近轴区才能成完善像共轴球面系统只有在近轴区才能成完善像,而对而对于宽光束于宽光束,当当u 较大时,成像就不完善,存在较大时,成像就不完善,存在像差像差。原因:原因:(1)光束太细,进入光学系统的能量太弱,)光束太细,进入光学系统的能量太弱,成像太暗。成像太暗。(2)只能对物面上很小的部分成像,不能反)只能对物面上很小的部分成像,不能反映全貌。映全貌。第一节第一节 理想光学系统与共线成像理论理想光学系统与共线成像理论DD(3)物空间中每一个平面对应于像空间中唯一平面,)物空间中每一个平面对应于像空间中唯一平面,这两个面称为这两个面称为共轭面共轭
2、面共轭面共轭面。(4)如果物空间任意一点)如果物空间任意一点D位于直线位于直线BC上,那么上,那么其在像空间的像其在像空间的像D也必位于也必位于BC的共轭线的共轭线BC上上。PAAPO1OkCCBB 把这种点对应点,直线对把这种点对应点,直线对应直线,平面对应平面的成应直线,平面对应平面的成像变换称为像变换称为共线成像共线成像,上述,上述定义称为定义称为共线成像理论共线成像理论。第二节 理想光学系统的基点与基面共轴球面系统:共轴球面系统:球面的曲率中心在同一轴线上的光学系统球面的曲率中心在同一轴线上的光学系统 只要找到相邻球只要找到相邻球面之间的关系,就可面之间的关系,就可以解决整个光学系统以
3、解决整个光学系统的光路计算问题。的光路计算问题。问题就是这么简单!前面讨论的单个折射球面的光路计算及成像特前面讨论的单个折射球面的光路计算及成像特性,对构成光学系统的每个球面都适用。性,对构成光学系统的每个球面都适用。n理想光组有一些特殊的点和平面,利用理想光组有一些特殊的点和平面,利用它们来讨论光组的成像特性,可以使问它们来讨论光组的成像特性,可以使问题大大的简化。题大大的简化。表征光组特性的点、面称为表征光组特性的点、面称为基点基点和和基面基面大家可要做大家可要做好笔记呦!好笔记呦!共轴理想光学系统的基点和基面共轴理想光学系统的基点和基面(一)无限远轴上物点发出的光线(一)无限远轴上物点发
4、出的光线 h 是轴上物点是轴上物点A发出的一条入射光线的投射高度发出的一条入射光线的投射高度UhLA由三角关系:由三角关系:当当 即物点向无限远处左移时,由于任何光即物点向无限远处左移时,由于任何光学系统口径有限,所以此时学系统口径有限,所以此时 即即无限远轴上物点发出的光线与光轴平行无限远轴上物点发出的光线与光轴平行hL(二)像方焦点、像方焦平面;像方主点、(二)像方焦点、像方焦平面;像方主点、主平面;像方焦距主平面;像方焦距AUF EhE F F 就是无限远轴上物点的像点,称就是无限远轴上物点的像点,称像方焦点像方焦点像方焦点像方焦点AE 是一条平行于光轴的入射光线是一条平行于光轴的入射光
5、线它通过理想光学系统后,出射光线它通过理想光学系统后,出射光线EF 交光轴于交光轴于F 过过F 点作垂直于光轴的平面,称为点作垂直于光轴的平面,称为像方焦平面像方焦平面像方焦平面像方焦平面它是无限远处垂直于光轴的物平面的它是无限远处垂直于光轴的物平面的共轭像平面共轭像平面共轭像平面共轭像平面将将AE延长与出射光线延长与出射光线EF 的反向延长线交于的反向延长线交于Q通过通过Q点作垂直于光轴的平面交光轴于点作垂直于光轴的平面交光轴于H点点,则则QH平面称为平面称为像方主平面像方主平面像方主平面像方主平面,H称为称为像方主点像方主点像方主点像方主点AUF EhEQ H 从像方主点从像方主点H 到像
6、方焦点到像方焦点F 之间的距离称为之间的距离称为像方焦像方焦像方焦像方焦距距距距,用用 f 表示表示 f 也遵从符号规则,它的起始原点是像方主点也遵从符号规则,它的起始原点是像方主点H根据三角关系,有:根据三角关系,有:AUF EhEQ H f -w(三)无限远(三)无限远轴外轴外物点发出的光线物点发出的光线F无限远轴外物点发无限远轴外物点发出的能够进入光学出的能够进入光学系统的光线总是相系统的光线总是相互平行的,光线与互平行的,光线与光轴有一定的夹角,光轴有一定的夹角,用用 w 表示。表示。这样一束平行光线经过理想光组后,一定相交于像这样一束平行光线经过理想光组后,一定相交于像方焦平面上的某
7、一点方焦平面上的某一点,这一点就是,这一点就是无限远轴外物点无限远轴外物点无限远轴外物点无限远轴外物点的共轭像的共轭像的共轭像的共轭像。(四)物方焦点、物方焦平面;物方主点、(四)物方焦点、物方焦平面;物方主点、主平面;物方焦距主平面;物方焦距EhFUE 如果轴上某一点如果轴上某一点F的共轭像点在无限远处,即由的共轭像点在无限远处,即由F发出的光线经光组后与光轴平行,则发出的光线经光组后与光轴平行,则 F 称为系统的称为系统的物方焦点物方焦点物方焦点物方焦点。BQEB的反向延长线与的反向延长线与FE交于交于Q,过过Q点做与光轴垂直的平面,与光轴交于点做与光轴垂直的平面,与光轴交于 H点。点。则
8、则QH平面称为平面称为物方主平面物方主平面物方主平面物方主平面,H点称为点称为物方主点物方主点物方主点物方主点。从物方主点从物方主点H 到物方焦点到物方焦点F 之间的距离称为之间的距离称为物方焦距物方焦距物方焦距物方焦距,用用 f 表示表示 f 也遵从符号规则,它的起始原点是物方主点也遵从符号规则,它的起始原点是物方主点H。这里为。这里为-fEhFUEH-fB(五)物方主平面与像方主平面之间的关系(五)物方主平面与像方主平面之间的关系光学系统光学系统E1E kBAO1OKP1P kFFQQHH-ff hh入射高度为入射高度为 h 的的 AE1 的延长线与的延长线与Pk F 的反向延长线决定了的
9、反向延长线决定了Q 根据光路的可逆性,入射高度同样为根据光路的可逆性,入射高度同样为 h 的的 BEk 的延长线和的延长线和 P1F 的反向延长线交于的反向延长线交于Q。由于这两组光线是共轭的,所以由于这两组光线是共轭的,所以Q与与Q点必是共轭点,点必是共轭点,QH与与QH也是一对共轭面也是一对共轭面(补充说明一下补充说明一下)结论:结论:结论:结论:主平面的横向放大率为主平面的横向放大率为主平面的横向放大率为主平面的横向放大率为1 1。在追迹光线时,出射光线在像方主平面上的投射高度在追迹光线时,出射光线在像方主平面上的投射高度一定与入射光线在物方主平面上的投射高度相等。一定与入射光线在物方主
10、平面上的投射高度相等。QH与与QH在光轴同侧,且高度都为在光轴同侧,且高度都为h,故其横向放大率为:,故其横向放大率为:1光学系统光学系统E1E kBAO1OKP1P kFFQQHH-ff hh单个折射球面的主平面和焦点n 一、球面的主点位置一、球面的主点位置 在近轴区,单个折射球面成完善像。在这种情况下,可以看在近轴区,单个折射球面成完善像。在这种情况下,可以看成理想光组,也具有基点、基面。成理想光组,也具有基点、基面。主平面上,主平面上,1,由近轴区横向放大率公式:,由近轴区横向放大率公式:显然,要使上式成立,只能显然,要使上式成立,只能 l=l=0因此对于单个折射球面而言,因此对于单个折
11、射球面而言,H,H和和O 相重合,而且相重合,而且物方主平面和像方主平面与球面顶点物方主平面和像方主平面与球面顶点O相切。相切。二、球面焦距公式 在主点已知的情况下,只要求得单个折射面的焦距即可在主点已知的情况下,只要求得单个折射面的焦距即可确定相应焦点和焦平面的位置。确定相应焦点和焦平面的位置。当物点位于物方焦点时,有:当物点位于物方焦点时,有:l=f,l=代入公式代入公式可得单个折射球面的物方焦距:可得单个折射球面的物方焦距:以以 H 为原点,即可确定物方焦点为原点,即可确定物方焦点F和物方焦平面的位置和物方焦平面的位置同理,可求得单个折射球面的像方焦距为:同理,可求得单个折射球面的像方焦
12、距为:对于单个反射球面,有对于单个反射球面,有 n=-n。由上两个公式可以得出:。由上两个公式可以得出:将将 n=-n 代入以下各式:代入以下各式:可得单个反射面的放大率公式:可得单个反射面的放大率公式:三、球面节点节点:角放大率节点:角放大率1的一对共轭点。的一对共轭点。由公式由公式可知:可知:得:得:l=l=r代入公式代入公式结论结论:单个折射球面得一对节点(单个折射球面得一对节点(J、J)均位于球心)均位于球心C,不与主点重合。不与主点重合。原因原因:n n同理,对于反射球面,同样有:同理,对于反射球面,同样有:l=l=r 由于单个折(反)射球面在近轴区可以看成是理想光组,由于单个折(反
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