幾何光學(xué)理想光具組課件

3.7理想光具組的基點(diǎn)和基面

理想光具組——共軸球面系統(tǒng)

高斯理論

三對(duì)基點(diǎn)和基面：焦點(diǎn)和焦平面、主點(diǎn)和主平面、節(jié)點(diǎn)和節(jié)平面.厚透鏡實(shí)際上是兩個(gè)單球面組合的簡(jiǎn)單光具組.3.7理想光具組的基點(diǎn)和基面

理想光具組——共軸球面系統(tǒng)1一、在空氣中厚透鏡物像公式的高斯形式S'1pp’一、在空氣中厚透鏡物像公式的高斯形式S'1pp’2二、厚透鏡的基點(diǎn)和基面厚透鏡的基點(diǎn)和基面物方主點(diǎn)H，物方主平面：通過H點(diǎn)垂直于主軸的平面，物距-s；像方主點(diǎn)H’，像方主平面：通過H’點(diǎn)垂直于主軸的平面，像距s'。物方焦點(diǎn)F，物方焦平面：通過F點(diǎn)垂直于主軸的平面,物方焦距-f；像方焦點(diǎn)F’，像方焦平面：通過F’點(diǎn)垂直于主軸的平面,像方焦距f‘。

二、厚透鏡的基點(diǎn)和基面厚透鏡的基點(diǎn)和基面3二、厚透鏡的基點(diǎn)和基面總之：

量度物距s和物方焦距f時(shí)，原點(diǎn)取在物方主點(diǎn)H；量度像距s‘和像方焦距f’

時(shí)，原點(diǎn)取在像方主點(diǎn)H’。

則物像關(guān)系的高斯公式成立：1/s’

-1/s=1/f’如果：物距x和像距xˊ分別從物方焦點(diǎn)F和像方焦點(diǎn)F′量起；物方焦距f和像方焦距f′分別從物方主點(diǎn)H和像方主點(diǎn)H′量起；那么：物像關(guān)系的牛頓公式成立

xx’=ff’。二、厚透鏡的基點(diǎn)和基面總之：43.8理想共軸球面系統(tǒng)的成像一、基本概念1、理想共軸球成系統(tǒng)（理想光具組opticalsystem）:物方的每個(gè)同心光束經(jīng)光具組后對(duì)應(yīng)為像方的一個(gè)同心光束。2、理想光具組的性質(zhì)（1841年高斯提出）（1）物方每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)像方一個(gè)點(diǎn)（共軛點(diǎn)）（2）物方每條直線對(duì)應(yīng)像方一條直線（共軛線）3.8理想共軸球面系統(tǒng)的成像一、基本概念5（3）物方每個(gè)平面對(duì)應(yīng)像方一個(gè)平面（共軛面）（4）光軸上任何一點(diǎn)的共軛點(diǎn)仍在光軸上（5）任何垂直于光軸的平面，其共軛面仍與光軸垂直

（6）在垂直于光軸的同一平面內(nèi)橫向放大率相同（7）在垂直于光軸的不同平面內(nèi)橫向放大率一般不等由此性質(zhì)，高斯提出共軸球面系統(tǒng)的基點(diǎn)基面理論，從而簡(jiǎn)化計(jì)算和作圖，提出三對(duì)基點(diǎn)(cardinalpoints)（焦點(diǎn)、主點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)），三對(duì)基面（焦平面、主平面、節(jié)平面）。（3）物方每個(gè)平面對(duì)應(yīng)像方一個(gè)平面（共軛面）（6）在垂直于光6O1O2O3O4O5n1n2n3n4n5n63、共軸光具組的求解方法（1）逐次求解法O1O2O3O4O5n1n2n3n4n5n63、共軸光具組的7這種方法對(duì)于二、三球面組合求解是可以的，但對(duì)有幾十個(gè)球面組合的情況（鏡頭）求解較復(fù)雜。（2）基點(diǎn)基面法對(duì)于組合系統(tǒng)先求出基點(diǎn)基面，然而可以一次求解出像的位置、性質(zhì)。并且可以借助計(jì)算機(jī)來進(jìn)行計(jì)算。二、共軸理想球面系統(tǒng)的基點(diǎn)、基面

1、焦點(diǎn)、焦平面(focus,focalplane)

（1）定義這種方法對(duì)于二、三球面組合求解是可以的，但對(duì)有幾十個(gè)球面組合8

平行于光軸的光束經(jīng)光組后的會(huì)聚點(diǎn)或過光軸上某點(diǎn)的光束經(jīng)光具組后平行于光軸的光束，則會(huì)聚點(diǎn)——像方焦點(diǎn)F’（第二焦點(diǎn)），某點(diǎn)——物方焦點(diǎn)F（第一焦點(diǎn)）

過焦點(diǎn)（F,F’）作垂直于光軸的平面——焦平面（物方焦平面，像方焦平面）（第一焦平面，第二焦平面）（2）確定F物方焦點(diǎn)物方焦平面平行于光軸的光束經(jīng)光組后的會(huì)聚點(diǎn)或過光軸上某點(diǎn)9F像方焦點(diǎn)像方焦平面F虛物方焦點(diǎn)F像方焦點(diǎn)像方焦平面F虛物方焦點(diǎn)10F’虛像方焦點(diǎn)（3）焦點(diǎn)、焦平面的性質(zhì)①物、像空間是共軛空間。F、F’及兩焦平面不是共軛點(diǎn)、共軛面，F(xiàn)與無窮遠(yuǎn)的像點(diǎn)共軛，無窮遠(yuǎn)的物點(diǎn)與F’共軛。焦平面同樣。②過物方焦點(diǎn)F的光線經(jīng)光具組后必是平行于光軸的平行光束；平行于光軸的平行光束經(jīng)光具組后必通過像方焦點(diǎn)F’。F’虛像方焦點(diǎn)（3）焦點(diǎn)、焦平面的性質(zhì)11③物方焦平面的任一點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)光具組后是平行光束，平行光束平行于副光軸。任意方向的入射平行光束經(jīng)光具組后必交像方焦平面上的一點(diǎn)。FF’F’F③物方焦平面的任一點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)光具組后是平行光束，平行光束12第三章總結(jié)一、基本概念及原理1、光線及光束光束：同心光束（單心光束）、平行光束、會(huì)聚光束、發(fā)散光束2、物和像實(shí)物、虛物；實(shí)像、虛像。3、折射率

第三章總結(jié)一、基本概念及原理134、頂點(diǎn)、光軸（主軸）、球心、中心、光心5、定律及原理獨(dú)立傳播定律。直線傳播定律。反射定律、折射定律、全反定律、光路可逆原理，惠更斯原理，費(fèi)馬原理。利用惠更斯原理和費(fèi)馬原理證明反射和折射定律。6、光學(xué)系統(tǒng)的成像性質(zhì)及規(guī)律平面鏡成像性質(zhì)平面折射成像性質(zhì)球面系統(tǒng)的成像性質(zhì)7、光學(xué)系統(tǒng)的符號(hào)法則（新笛卡爾法則）4、頂點(diǎn)、光軸（主軸）、球心、中心、光心6、光學(xué)系統(tǒng)的成像性14二、基本的公式

1、平面折射、反射

反射定律折射定律n1sin=n2sin三棱鏡光纖數(shù)值孔徑側(cè)向位移：AC=縱向位移：反射定律折射定律n1sin=n2si152、成像公式：

單球面折射:

單球面反射：2、成像公式：?jiǎn)吻蛎嬲凵?單球面反射：163.薄透鏡成像公式：

牛頓公式：高斯公式：3.薄透鏡成像公式：牛頓公式：174、放大率橫向放大率（折射）角向放大率：軸向放大率及三者關(guān)系：4、放大率橫向放大率（折射）角向放大率：軸向放大率及三者185、組合系統(tǒng)厚透鏡：

薄透鏡組合：

光組組合：

5、組合系統(tǒng)薄透鏡組合：光組組合：19放大率：同4：光焦度：組合系統(tǒng)的基點(diǎn)：放大率：同4：組合系統(tǒng)的基點(diǎn)：20幾何光學(xué)理想光具組課件21(2)6、簡(jiǎn)單光組的基點(diǎn)、基面

單球面折射：(2)6、簡(jiǎn)單光組的基點(diǎn)、基面

單球面折射：22單球面反射

薄透鏡

同種介質(zhì)中：五點(diǎn)重合

當(dāng)光從右向左入射時(shí)，所有的基點(diǎn)基面互換。單球面反射薄透鏡同種介質(zhì)中：23三、作圖方法1、球面光學(xué)系統(tǒng)軸外物點(diǎn)2、球面光學(xué)系統(tǒng)軸上物點(diǎn)