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1、 工工 程程 光光 学学2.1理想光学系统理想光学系统2.2理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面2.3物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度2.4理想光学系统的图解求像理想光学系统的图解求像2.5光学系统的组合光学系统的组合2.6望远镜系统望远镜系统2.1理想光学系统理想光学系统 工工 程程 光光 学学2.1理想光学系统理想光学系统理想光学系统像与物是完全相似的物空间像空间点共轭点直线共轭直线直线上的点共轭直线上的共轭点理想光学系统理论高斯光学 工工 程程 光光 学学卡尔弗里德里希高斯C.F.Gauss是德国著名数学家、物理学家、天文学家、大地
2、测量学家。他有数学王子的美誉，并被誉为历史上最伟大的数学家之一.1777年4月30日1855年2月23日 工工 程程 光光 学学2.1理想光学系统理想光学系统共轴理想光学系统所成的像还有如下的性质：1.位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位于光轴上；2.位于过光轴的某一个截面内的物点对应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内；3.垂直于光轴的物平面，它的共轭像平面也必然垂直于光轴。我们一般选择无穷远物点和像方焦点、物方焦点和无穷远像点这两对共轭点为“基点”，一对主平面为“基面”。 工工 程程 光光 学学2.2理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面一、焦点焦点F，F与焦平面与焦平面物A物方
3、无穷远处像F:像方焦点物F：物方焦点像A像方无穷远处像方焦平面：过F垂轴平面物方焦平面：过F垂轴平面 工工 程程 光光 学学二、主点主点H，H和主平面和主平面H,H物（像）方主点，QH,QH物（像）方主平面，HQ与HQ共轭,=1，物、像方主面是一对物、像方主面是一对=1的物像共轭面的物像共轭面光学系统总包含一对主点（主平面），一对焦点（焦平面）光学系统总包含一对主点（主平面），一对焦点（焦平面）2.2理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面无限远轴外物点发出的光线，一定相交于像方焦平面上的某一点，这一点就是无限远轴外物点的共轭像点。 工工 程程 光光 学学像方焦距物方焦距单个折射球面、
4、球面镜和薄透镜都相当于两个主面重合在一起的情况。2.2理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面(H，H)，(F，无穷远像，无穷远像A),(无穷远物无穷远物A,F),三对共轭点称为光学系统的基点三对共轭点称为光学系统的基点 工工 程程 光光 学学平行于光轴的光线经理想光学系统后必通平行于光轴的光线经理想光学系统后必通过过像方焦点；像方焦点；过过物方焦点物方焦点的光线经理想光学系统后必为的光线经理想光学系统后必为平行于光轴的光线；平行于光轴的光线；过过节点节点的光线方向不变；的光线方向不变；任意方向的一束平行光经理想光学系统后任意方向的一束平行光经理想光学系统后必交于必交于像方焦平面像方焦
5、平面上一点；上一点；过过物方焦平面物方焦平面上一点的光线经理想光学系上一点的光线经理想光学系统后必为一束平行光。统后必为一束平行光。共轭光线在主面上的投射高度相等。共轭光线在主面上的投射高度相等。2.3理想光学系统的图解求像理想光学系统的图解求像 工工 程程 光光 学学当n=n时，主点即是一对节点。2.3理想光学系统的图解求像理想光学系统的图解求像 工工 程程 光光 学学1.求下图中物所对应的像2.已知主平面和一对共轭点，求物B的像，并确定焦点F,F的位置。2.3理想光学系统的图解求像理想光学系统的图解求像 工工 程程 光光 学学3.已知一对共轭点的位置和像方焦点的位置，求物像方主平面的位置和
6、物方焦点的位置。2.3理想光学系统的图解求像理想光学系统的图解求像 工工 程程 光光 学学2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度一、理想光学系统的物像位置关系和垂轴放大率一、理想光学系统的物像位置关系和垂轴放大率牛顿公式牛顿公式物距x像距x以以焦点焦点为原为原点来确定点来确定x、x的值。的值。 工工 程程 光光 学学高斯公式高斯公式2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物方截距像方截距以以主点主点为原为原点来确定点来确定、的值。的值。 工工 程程 光光 学学由于得 工工 程程 光光 学学二、理想光学系统两焦
7、距的关系和拉氏公式二、理想光学系统两焦距的关系和拉氏公式2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度 工工 程程 光光 学学若n=n,则f =-f得：2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度 工工 程程 光光 学学四、轴向放大率、角度放大率及其与横向放大率的关系四、轴向放大率、角度放大率及其与横向放大率的关系由xx=ff得xdx+xdx=0当n=n时立体物像不再相似立体物像不再相似1.轴向放大率像与物沿轴移动量之比2.角放大率角放大率像方、物方倾斜角像方、物方倾斜角的正切之比的正切之比若n=n2.4物像位置和三种放
8、大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度 工工 程程 光光 学学3.对薄凸透镜，几个特殊位置的对薄凸透镜，几个特殊位置的、（1）物在无穷远，像与像方焦点重合（2）物在2倍物方焦距处，像为等大倒立的实像2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度 工工 程程 光光 学学（3）物与物方焦面重合时（4）物与H重合2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度 工工 程程 光光 学学2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度 工工 程程 光光 学学2.4物像位置和三种放
9、大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度正透镜成像（图中移动的黑线为物，红线为像） 工工 程程 光光 学学负透镜成像（图中移动的黑线为物，红线为像）2.4物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度物像位置和三种放大率、两种焦距和光焦度 工工 程程 光光 学学例题：一薄凸透镜焦距为200mm，一物体位于透镜前300mm处，求像的位置和垂轴放大率。 工工 程程 光光 学学例:一组合系统如图所示，薄正透镜的焦距为20mm，薄负透镜的焦距为-20mm，两单透镜之间的间隔为10mm，当一物体位于正透镜前方100mm处，求组合系统的垂轴放大率和像的位置。对薄正透镜：对薄负透镜：对薄正透镜：
10、对薄负透镜：对薄正透镜：对薄负透镜：对薄正透镜： 工工 程程 光光 学学三、光学系统焦距的测定三、光学系统焦距的测定必须用轴外平行光可以根据视场角求焦距注意：当节点与主点不重合时不能直接使用公式焦距测定必须提供一定角度的平行光焦距测定必须提供一定角度的平行光平行光管平行光管 工工 程程 光光 学学焦距仪 工工 程程 光光 学学节点和节平面节点和节平面=1的一对共轭点的一对共轭点当光学系统的当光学系统的n=n即即f=-f时，系统的节点与主点重合时，系统的节点与主点重合如未加说明则默认n=n 工工 程程 光光 学学2.5光学系统的组合光学系统的组合一、两个光组的组合一、两个光组的组合已知F1,F1
11、,H1,H1,F2,F2,H2,H2以及d(),（光学间隔）求总光组的F,F,H,H以第二个光组的像方焦点、像方主点为起始点。以第一个光组的物方焦点、物方主点为起始点 工工 程程 光光 学学2.5光学系统的组合光学系统的组合 工工 程程 光光 学学一般光组在空气中，有f=-f,于是两个有一定焦距的光组组合，系统的总焦距或光焦度除与各自的光焦度有关外，还与其间隔d有关2.5光学系统的组合光学系统的组合光焦度：像方焦距的倒数 工工 程程 光光 学学二、多光组组合二、多光组组合2.5光学系统的组合光学系统的组合Ukhkh1 工工 程程 光光 学学 工工 程程 光光 学学正切计算法正切计算法初值初值u
12、1=0,h1任选任选 工工 程程 光光 学学2.5光学系统的组合光学系统的组合 工工 程程 光光 学学2.6望远镜系统望远镜系统望远镜系统是以平行光入射，再以平行光出射的系统系统特点系统特点=0最简单的望远镜至少有两个独立光组，第一光组的像方焦点与第二光组的物方焦点重合开普勒望远镜伽利略望远镜 工工 程程 光光 学学目视系统的视角放大率：远处物体经系统所成的像对眼睛张角w的正切与该物体直接对眼睛张角w的正切之比。望远镜系统的视角放大率： 工工 程程 光光 学学显微镜系统结构特点：物体置于物镜两倍焦距与一倍焦距间，成倒立放大的实像。像平面正好与目镜的物方焦平面重合。显微镜系统显微镜系统 工工 程
13、程 光光 学学厚透镜的焦距(置于空气中)2.7透镜焦距透镜焦距 工工 程程 光光 学学以透镜的第一个球面顶点为原点，到物方主点的距离以透镜的第二个球面顶点为原点，到像方主点的距离表示物方主点为原点，到像方主点的距离。 工工 程程 光光 学学置于其他介质中薄透镜的焦距() 工工 程程 光光 学学例：求一半径为30mm，折射率为1.5的玻璃球的焦距和主平面。方法一：直接用公式 工工 程程 光光 学学FFn=1.5 工工 程程 光光 学学方法二： 看成两个光组组合F2F 工工 程程 光光 学学 工工 程程 光光 学学方法三：正切计算法： 工工 程程 光光 学学方法四：两个折射面组合第一个折射面：第二个折射面： 工工 程程 光光 学学位于水中时：
