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理想光学系统

perfect optical system

能产生清晰的、与物貌完全相似的像的光学系统。光学系统是由透镜、反射镜、棱镜及光阑等多种光学元件按一定次序组合成的整体。曲率中心在同一直线上的两个或两个以上折射(或反射)球面组成的光学系统称为共轴球面系统,曲率中心所在的那条直线称为该光学系统的主光轴。对单个折射球面或球面反射镜,主光轴是连结球面顶点(球面受光部分的中点)与其曲率中心的直线。有一定关系的光线组成光束,凡光束中各光线(或其延长线)均交于同一点,则此光束称为同心光束。入射的同心光束经理想光学系统后,出射光束也必定是同心光束。入射同心光束的交点称为物点,出射同心光束的交点称为像点。

理想光学系统具有下述性质 :①光学系统物方一个点(物点)对应像方一个点(像点)。即从物点发出的所有入射光线经光学系统后,出射光线均交于像点。由光的可逆性原理,从原来像点发出的所有光线入射到光学系统后,所有出射光线均交于原来的物点,这一对物、像可互换的点称为共轭点。某条入射光线与对应的出射光线称为共轭光线。②物方每条直线对应像方的一条直线,称共轭线;物方每个平面对应像方的一个平面,称为共轭面。③主光轴上任一点的共轭点仍在主光轴上。任何垂直于主光轴的平面,其共轭面仍与主光轴垂直。④对垂直于主光轴的共轭平面,横向放大率(见凸透镜)为常量。

高斯光学

研究理想光学系统上述物、像两方一一对应关系的理论称为高斯光学,光纯粹是一种几何理论,首先由德国科学家C.F.高斯在1841年的著作中阐明。实际中不存在真正的理想光学系统,平面反射镜是个例外,但其横向放大率恒为1。共轴球面系统严格说不是理想光学系统,但在傍轴条件下可近似地满足理想光学系统的要求,理想光学系统的概念和理论正是以此为原型抽象和概括出来的,故高斯光学也称傍轴光学。

在共轴球面系统中,若入射光线和出射光线靠近主光轴,且与主光轴的夹角μ很小,使sinμ≈tgμ≈μ,cosμ≈1近似成立,则相应的光线称为傍轴光线,上述条件称为傍轴条件。在傍轴条件下共轴球面系统可近似看作理想光学系统。

单个折射球面(或反射球面

单薄透镜

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对细小平面以细光束成完善像

实际光学系统

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对具有一定大小的物(视场)

以宽光束(孔径)

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一个光学系统必须由若干元件组成,经反复精密计算,使其成像接近完善

开始时,首先将系统看成是理想的

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理想光学系统及其原始定义

理想光学系统——像与物是完全相似的

物空间

像空间

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共轭点

直线

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共轭直线

直线上的点

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共轭直线上的共轭点

理想光学系统理论——高斯光学

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更多的资料可以看这里:http://jpkc.zju.edu.cn/k/548/course/chp4.html