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  • 什么是理想光学系统?

    作者:佚名 来源:网络文档 时间:2021-06-02 17:06 阅读:6559 [投稿]
    在几何光学中,所谓的理想光学系统,就是对足够大空间内的各个点能以足够宽光束成完善像、理想像的光学系统。

    如图2所示,O1和Ok两点分别是理想光学系统第一面和最后一面的顶点,FO1OkF′为光轴。物空间的一条平行于光轴的直线AE1经光学系统折射后,其折射光线GkF′交光轴于F′点,另一条物方光线FO1与光轴重合,其折射光线OkF′无折射地仍沿光轴方向射出。由于像方GkF′、OkF′分别与物方AE1、FO1相共轭,因此,交点F′为AE1和FO1交点(位于物方无穷远的光轴上)的共轭点,所以F′是物方无穷远轴上点的像,所有其它平行于光轴的入射光线均会聚于点F′,点F′称为光学系统的像方焦点(或称后焦点、第二焦点)。显然,像方焦点是物方无限远轴上点的共轭点。

    同理,点F称为光学系统的物方焦点(或称前焦点、第一焦点),它与像方无穷远轴上点相共轭。任意一条过F点的入射光线经理想光学系统折射后,出射光线必平行于光轴。通过像方焦点F′且垂直于光轴的平面,称为像方焦平面(像方焦面);通过物方焦点F且垂直于光轴的平面,称为物方焦平面(物方焦面)。显然,像方焦平面的共轭面在无穷远处,像方焦平面上任何一个物点发出的光束,经理想光学系统出射后必为一平行光束;同样,物方焦平面的共轭面也在无穷远处,任何一束入射的平行光,经理想光学系统折射后,必会聚于像方焦平面上的某一点。必须指出,焦点和焦面是理想光学系统的一对特殊的点和面。物方焦点F和像方焦点F′彼此之间不共轭,同样,物方焦平面和像方焦平面也不共轭。


    图3

    如图3所示,延长入射光线AE1和出射光线GkF′,得到交点Q′;同样,延长入射光线BEk和G1F,可得交点Q。设光线AE1和BEk的入射高度相同,且都在子午面内。显然点Q和点Q′是一对共轭点。点Q是光线AE1和FQ交成的“虚物点”;点Q′是光线BEk和GkF′交成的“虚像点”。过点Q和点Q′作垂直于光轴的平面QH和Q′H′,则这两个平面亦相互共轭。由图3可知,位于这两个平面内的共轭线段QH和Q′H′具有相同的高度,且位于光轴的同一侧,故其垂轴放大率β =+1。我们称垂轴放大率为+1的这一对共轭面为主平面,其中的QH称为物方主平面(或前主面、第一主面),Q′H′称为像方主平面(或后主面、第二主面)。物方主平面QH与光轴的交点H称为物方主点,像方主平面Q′H′与光轴的交点H′称为像方主点。

    主点和主平面也是理想光学系统的一对特殊的点和面。物方主平面和像方主平面、物方主点和像方主点,它们彼此之间是共轭的。

    自物方主点H到物方焦点F的距离称为物方焦距(或前焦距、第一焦距),用f表示;自像方主点H′到像方焦点F′的距离称为像方焦距(或后焦距、第二焦距),用f′表示。焦距的正、负是以相应的主点为原点来确定的。若由主点到相应焦点的方向与光线传播方向相同,则焦距为正;反之为负。图3上中所示的情况为f<0,f′>0。

    由△FQH和△F′Q′H′得到物方焦距和像方焦距的表达式为



    图4

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