幾何光學(xué)基礎(chǔ) 理想光學(xué)系統(tǒng) 理想光學(xué)系統(tǒng)

理想光學(xué)系統(tǒng)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)教學(xué)目的思政元素專業(yè)、敬業(yè)、精益求精掌握理想光學(xué)系統(tǒng)的基本概念理解理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面掌握理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系三對(duì)基點(diǎn)和基面牛頓公式高斯公式運(yùn)用牛頓公式計(jì)算運(yùn)用高斯公式計(jì)算理想光學(xué)系統(tǒng)PART01

一、理想光學(xué)系統(tǒng)定義研究理想光學(xué)系統(tǒng)的意義

對(duì)于任意大范圍的物體以任意寬的光束成像都是完善的，這樣的光學(xué)系統(tǒng)就稱為理想光學(xué)系統(tǒng)。

實(shí)際上除了平面反射鏡，其它任何實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)都不能絕對(duì)完善成像，而研究理想光學(xué)系統(tǒng)的意義在于利用成像特性，比較可以評(píng)估實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。理想光學(xué)系統(tǒng)也稱高斯光學(xué)系統(tǒng)。理想光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)物方一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于像方唯一的一點(diǎn)，稱之為物方、像方的共軛點(diǎn)。物方一條直線對(duì)應(yīng)于像方唯一的一條直線，這一相對(duì)應(yīng)的直線稱為物方、像方的共軛線。如果物方一點(diǎn)位于一條直線上，其像方的共軛點(diǎn)必位于該直線的共軛線上。物方一平面對(duì)應(yīng)于像方唯一的一平面，稱之為物方、像方的共軛平面。一、理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面PART02

二、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面物體QQ’DeFF’xxF

F’

HH’NN’——三對(duì)基點(diǎn)HH’NN’像二、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面主點(diǎn)和主平面主點(diǎn)H和H’：

主平面與光軸的交點(diǎn)，一對(duì)共軛點(diǎn)。主平面——放大率

的一對(duì)共軛面。HH’QQ’節(jié)點(diǎn)和節(jié)平面角放大率為的共軛點(diǎn)，稱之為節(jié)點(diǎn)。（通過(guò)節(jié)點(diǎn)的光線方向不變）。過(guò)節(jié)點(diǎn)與光軸垂直的平面稱為節(jié)平面。光學(xué)系統(tǒng)在空氣中（即n=n’）時(shí)，節(jié)點(diǎn)和主點(diǎn)重合，節(jié)平面和主平面重合。

A’B’-y’AByHH’FF’NN’uu’二、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面焦點(diǎn)和焦平面像方（第二）焦點(diǎn)：平行于光軸的光線經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚于像方焦點(diǎn)F’。物方（第一）焦點(diǎn)：像方一條平行于光軸的光線，其所對(duì)應(yīng)的物方共軛光線與光軸交于F點(diǎn)，即為物方焦點(diǎn)。像方焦平面：過(guò)像方焦點(diǎn)F’且垂直于光軸的平面。物方焦平面：過(guò)物方焦點(diǎn)F且垂直于光軸的平面。1.焦點(diǎn)和焦平面二、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面焦點(diǎn)和焦平面2.焦距物方焦距：自物方主點(diǎn)H到物方焦點(diǎn)F的距離，用f表示。像方焦距：自像方主點(diǎn)H’到像方焦點(diǎn)F’的距離，用f’表示。正光學(xué)系統(tǒng)：f’>0，對(duì)光線起會(huì)聚作用。負(fù)光學(xué)系統(tǒng)：f’<0，對(duì)光線起發(fā)散作用。二、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面

如果光學(xué)系統(tǒng)兩邊的介質(zhì)相同，即n’=n，則前、后兩個(gè)焦距絕對(duì)值相等，但符號(hào)相反，即：2.焦距二、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面焦點(diǎn)和焦平面

與主光軸不平行的平行光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后必然會(huì)聚于像方焦平面上一點(diǎn)。FF’3.焦平面成像特點(diǎn)二、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面焦點(diǎn)和焦平面二、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面物像QQ’FF’HH’NN’-ff’H

N,H’

N’，f+f’0n’=1.3333n=1-n/f=F=+n’/f’當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)兩邊折射率不等時(shí)牛頓公式PART03

三、牛頓公式物距x——以物方焦點(diǎn)F為原點(diǎn)到物點(diǎn)A的距離。像距x’——以像方焦點(diǎn)F’為原點(diǎn)到像點(diǎn)A’的距離。根據(jù)相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例的關(guān)系高斯公式PART04

四、高斯公式物距l(xiāng)——以物方主點(diǎn)H為原點(diǎn)到物點(diǎn)A的距離

。像距l(xiāng)’——以像方主點(diǎn)H’為原點(diǎn)到像點(diǎn)A’的距離。代入牛頓公式：展開(kāi)化簡(jiǎn)，得：透鏡放在空氣中

高斯公式物聚散度：像聚散度：鏡片屈光力：?jiǎn)吻蛎嫱哥R放在空氣中聚散度例題：有一高度為10mm的物體位于焦距為-200mm的負(fù)薄透鏡的像方焦點(diǎn)處，求其像的位置和大小。（請(qǐng)用高斯公式和牛頓公式分別計(jì)算）解1：高斯公式得：HF’FH’例題：有一高度為10mm的物體位于焦距為-200mm的負(fù)薄透鏡的像方焦點(diǎn)處，求其像的位置和大小。（請(qǐng)用高斯公式和牛頓公式分別計(jì)算）解2：