第三章 理想光学系统(一)

-y’
P P’
B’
32
图解法求像
B’ A
H H’ F’ F
A’ B
33
轴上物点的图解法求像（一）
O2 F’
21
光学系统的焦面(Focal planes)
22
光学系统的焦点、焦面
(Focal points & planes)
象方焦点(Image focal point)(或称为后焦 点)
物方焦点(Object focal point)(或称为前焦 点)
23
光学系统的主点、主面
(Principal Points & Planes)
13
共轴理想光学系统的性质
物像的对称性
位于光轴上的物点对应的像点必然位于光轴上 位于过光轴的某一截面上的物点对应的像点必位
于同一平面 过光轴的任意截面成像性质都是相同的 垂直光轴的物平面，其像平面也必然垂直于光轴
可用一个过光轴的截面代表一个共轴系统
14
共轴理想光学系统的性质
物像的相似性
在整个物平面上无论什么位置，物与像的大小比 例等于常数
垂直光轴的同一平面上的各部分具有相同的放大 率
A
EG
G’
B
O’ P’
Q’
OP
Q
A’
H
E’
B’
H’
15
共轴理想光学系统的性质
物像的可确定性
如果已知 两对共轭面的位置和放大率 或者一对共轭面的位置和放大率以及轴上两对
共轭点的位置 则其它一切物点的像点都可以根据这些已知的共
轭面、点（基面、点）确定
光学系统完善成象的条件
物空间同心光束经光学系统后仍为同心光束 物空间上一点通过光学系统后仍成像为一点
A
A’
4
理想光学系统（Ideal Optical System）
理想光学系统
对任意大的范围，以任意宽的光束成像都是完善 的光学系统
5
研究理想光学系统的意义
利用理想光学系统成象特性比较 和估计实际光学系统的成象质量。
9
共轭点的性质(一)
直线成像为直线
Q PA
Q’ A’ P’
10
共轭点的性质(二)
平面对应平面
Q
KBiblioteka Baidu
T
P
OH
T’
P’ Q’
H’
P’
K’
O’
11
理想像和理想光学系统
点对应点 直线对应直线 平面对应平面
12
共轴理想光学系统的性质
系统具有对称性
物像的对称性 物像的相似性 物像的可确定性
16
共轴理想光学系统的性质
物像的可确定性(一) 已知两对共轭面的位置和放大率，则其
它一切物点的像点都可以根据这些已知 的共轭面（基面）确定。
A
OP
O’ P’ A’
17
共轴理想光学系统的性质
物像的可确定性
如果一对共轭面的位置和放大率以及轴上两对 共轭点的位置，则其它一切物点的像点都可以 根据这些已知的共轭面、点（基面、点）确定
焦平面、节平面）的概念。 掌握理想光学系统的物象关系的作图法和解析法 掌握理想光学系统组合的各基点（面）计算 掌握理想光学系统的各种放大率和光焦度的概念 掌握理想光学系统的组合的基点和光焦度的计算 [时间] 6学时 [教学方法]课堂讲授
2
理想光学系统和共线成象的概念
3
完善成象 Perfect Imaging
A O PQ
O’ P’ Q’
18
理想光学系统的
焦点、焦平面、主点、主平面
19
光学系统结构的分类
望远系统
(Telescope System)
有限焦距系统
(Finite Focus System)
20
光学系统的焦点、焦面 (Focal points & planes)
A
E1
G1
F O1
E2
B
G2
A
h1
F -u
E1 Q’ Q E2
P
G’
O
O’
H’ H
A’
u’ F’
f’
－f
24
光学系统的主点、主面
光学系统的一对放大率为＋1的共轭面为 主平面
一个主面上的任一线段以相等的大小和 相同的方向成象在另一主面上
物方主平面(或称为前主面) 象方主平面(或称为后主面)
25
光学系统的主点
主平面于光铀的交点称为主点 物方主点(前主点)：物方主平面与光轴的
第三章 理想光学系统
Ideal Optical System
1
大纲要求
[内容] 理想光学系统和共线成象理论的定义 理想光学系统的各基点和基面 理想光学系统的物像关系 理想光学系统的光焦度和放大率 理想光学系统的组合 [目的要求] 掌握理想光学系统的各基点（主点、焦点、节点）、各基面（主平面、
交点，以H表示 像方主点（后主点）：像方主平面与光
轴的交点，以H’表示
26
光学系统的焦距(Focal Length)
物方焦距(前焦距)：自光学系统的物方主点 H到物方 焦点 F 的距离，以字母 f表示之。
象方焦距(后焦距)：象方主点到象方焦点 F’的距离， 以字母 f’表示之，
焦距的正、负是以相应的主点为原点来确定的。如果 由主点到相应焦点的方向与光线的传播方向一致，则 焦距为正、反之为负
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图解法求像
在理想成象的情况下，从一点发出的光束 经光学系统拆射后，必然交于一点。
两条特定光线：
一条是通过物点和物方焦点的光线，经光学系 统拆射后的出射光线平行于光轴
一条是通过物点，平行于光轴入射的光线，经 光学系统拆射后的出射光线交于像方焦点
31
图解法求像
B
y F
A
Q Q’
H H’ F’ A’
6
共线成象（变换/光学） Projective transformation
理想光学系统处在均匀介质中，物空 间光线和像空间光线都是直线，物空 间一点，在象空间仍为一点。其位置 是用光线通过一定的几何关系确定下 来的。
7
共线成象理论的初始几何定义
点点对应：物点和像点一一对应，互为共 轭点(conjugate points)
27
光学系统的焦距
象方焦距的表达式：
f ' h tgU '
物方焦距的表示式：
f h tgU
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理想光学系统的物象关系 一、图解法求像 二、解析法求像
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图解法求像(Ray Tracing)
根据理想光学系统主点和焦点的性质， 已知物空间任意位置的点、线和面， 用作图办法求其共轭的点、线和面的 位置，称为图解法求象。
线线对应：一条光线经过光学系统后，仍 为一条直线，一一对应，互为共轭线 (conjugate lines)
点线相应：如果一点位于一条直线上，经 过光学系统后，也必然位于这条直线的共 轭线上
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共线成象理论的推论
同心光束经过光学系统后，必有一共轭 同心光束
物空间中任意平面对应于象空间中有一 共轭平面