几何光学理想光具组课件.pptx

1、3.7 理想光具组的基点和基面w理想光具组共轴球面系统 高斯理论w 三对基点和基面：焦点和焦平面、主点和主平面、节点和节平面.厚透镜实际上是两个单球面组合的简单光具组.一、在空气中厚透镜物像公式的高斯形式fsspsspssff tpff tprnrntrrnfortffnffffnpspsfntsnsfnssnrnfnrnfnrntsnstssnnnsrnssnssnnnrnnsnsn111,)1(11)1(1:)(11111111,1OO11,1,O,12212121212111221121121111令：其中则：令：对的距离像相对于顶点是第一折射球面形成的：对S1pp二、厚透镜的基点和基面

2、1.厚透镜的基点和基面物方主点H，物方主平面：通过H点垂直于主轴的平面，物距-s；像方主点H，像方主平面：通过H点垂直于主轴的平面，像距s。物方焦点F，物方焦平面：通过F点垂直于主轴的平面,物方焦距-f；像方焦点F，像方焦平面：通过F点垂直于主轴的平面,像方焦距f。二、厚透镜的基点和基面总之：w量度物距s和物方焦距f 时，原点取在物方主点H；w量度像距s和像方焦距f 时，原点取在像方主点H。则物像关系的高斯公式成立：1/s -1/s=1/f w如果：物距x和像距x分别从物方焦点F和像方焦点F量起；物方焦距f和像方焦距f分别从物方主点H和像方主点H量起；那么：物像关系的牛顿公式成立 x x=f

3、f。（3）物方每个平面对应像方一个平面（共轭面）（4）光轴上任何一点的共轭点仍在光轴上（5）任何垂直于光轴的平面，其共轭面仍与光轴垂直（6）在垂直于光轴的同一平面内横向放大率相同（7）在垂直于光轴的不同平面内横向放大率一般不等由此性质，高斯提出共轴球面系统的基点基面理论，从而简化计算和作图，提出三对基点(cardinal points)（焦点、主点、节点），三对基面（焦平面、主平面、节平面）。O1O2O3O4O5n1n2n3n4n5n61011011rnnsnsn2122122rnnsnsnkkkkkkkrnnsnsn1113、共轴光具组的求解方法（1）逐次求解法k321kkkuynuynuy

4、nuyn222111000这种方法对于二、三球面组合求解是可以的，但对有几十个球面组合的情况（镜头）求解较复杂。（2）基点基面法对于组合系统先求出基点基面，然而可以一次求解出像的位置、性质。并且可以借助计算机来进行计算。二、共轴理想球面系统的基点、基面 1、焦点、焦平面(focus,focal plane)（1）定义 平行于光轴的光束经光组后的会聚点或过光轴上某点的光束经光具组后平行于光轴的光束，则会聚点像方焦点F（第二焦点），某点物方焦点F（第一焦点）过焦点（F,F）作垂直于光轴的平面焦平面（物方焦平面，像方焦平面）（第一焦平面，第二焦平面）（2）确定 F物方焦点物方焦平面F像方焦点像方焦平

5、面F虚物方焦点F虚像方焦点（3）焦点、焦平面的性质物、像空间是共轭空间。F、F及两焦平面不是共轭点、共轭面，F与无穷远的像点共轭，无穷远的物点与F共轭。焦平面同样。过物方焦点F的光线经光具组后必是平行于光轴的平行光束；平行于光轴的平行光束经光具组后必通过像方焦点F。物方焦平面的任一点发出的光线经光具组后是平行光束，平行光束平行于副光轴。任意方向的入射平行光束经光具组后必交像方焦平面上的一点。FFFF一、基本概念及原理1、光线及光束、光线及光束光束：同心光束（单心光束）、平行光束、会聚光束、发散光束2、物和像、物和像实物、虚物；实像、虚像。3、折射率、折射率 vcn 4、顶点、光轴（主轴）、球心

6、、中心、光心、顶点、光轴（主轴）、球心、中心、光心5、定律及原理、定律及原理独立传播定律。直线传播定律。反射定律、折射定律、全反定律、光路可逆原理，惠更斯原理，费马原理。利用惠更斯原理和费马原理证明反射和折射定律。6、光学系统的成像性质及规律、光学系统的成像性质及规律平面镜成像性质平面折射成像性质球面系统的成像性质7、光学系统的符号法则 （新笛卡尔法则）二、基本的公式 1、平面折射、反射、平面折射、反射 反射定律 ii折射定律 n1sin =n2sin1i2i三棱镜 2sin)2sin(minAAn光纤数值孔径 2200sincgnninNA侧向位移：inndiiid)1()lgcos(sin

7、AC=纵向位移：)1(nndpp 2、成像公式：、成像公式：单球面折射单球面折射:nnrnnfnnnrnfrnnrnnsnsn,单球面反射：单球面反射：rnrffrss2,22113.薄透镜成像公式：薄透镜成像公式：2211222211112211221112rnnrnnnnfrnnrnnnnfrnnrnnrnnrnnsnsn牛顿公式：高斯公式：1sfsff fxx4、放大率横向放大率（折射）fxxfssyyfxxfsnsnyy 反射角向放大率：1nnxffxuu轴向放大率及三者关系：rnnf fxxf fxxdssddxxd2225、组合系统厚透镜：厚透镜：PHSHPSf fxxsfsfnd

8、,12121薄透镜组合：薄透镜组合：f fxxsfsfnd,12121光组组合：光组组合：f fxxsfsfnd,12121放大率：同4：光焦度：发散光学系统无焦光学系统会聚光学系统000组合系统的基点：fKFXfFKXfHFXfFHxHHFfffFHfffffFFxffFFxffdffHHdFFKKH,)1(,21211111222221212121(2)fKFXfFKXFHHFfffffffdfdfHHpfdfdfHHpkKHH,21211222116、简单光组的基点、基面、简单光组的基点、基面单球面折射：两侧分属三点重合三点重合OFFKKCHHO,单球面反射 的中点重合于三点重合三点重合OCFFKKCHHO,薄透镜 ffKHHK 同种介质中：五点重合 KKHHO,当光从右向左入射时，所有的基点基面互换。两侧分居三点重合OFFHHO,三、作图方法1、球面光学系统轴外物点、球面光学系统轴外物点()KF球面反射通过光心球面折射三条典型 一般作两条通过焦点透镜平行于光轴组合系统2、球面光学系统轴上物点：组合系统透镜球面折射球面反射第一焦平面法第二焦平面法 3、已知像求物时，基点互换后作图4、光从右向左入射时，基点互换后作图