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1、第三章第三章 理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng) 31 理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成象理論理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成象理論 理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng) 對任意大的物體，以任意寬的光束對任意大的物體，以任意寬的光束繞光學(xué)系統(tǒng)成象，均是完善的；或物空間的同心光束經(jīng)繞光學(xué)系統(tǒng)成象，均是完善的；或物空間的同心光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后仍為同心光束；或物空間一點對應(yīng)象空間過光學(xué)系統(tǒng)后仍為同心光束；或物空間一點對應(yīng)象空間一點。一點。 共線成象理論共線成象理論 對于理想光學(xué)系統(tǒng)，有對于理想光學(xué)系統(tǒng)，有 點點 點點 直線直線 直線直線 面面 面面共線成象理論是作圖法或解析法求解物象關(guān)系的基礎(chǔ)。共線成象理論是作圖法或解析法求解物象關(guān)系的基礎(chǔ)。共
2、軛共軛共軛共軛共軛共軛 32 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點、基面理想光學(xué)系統(tǒng)的基點、基面1. 焦點、焦平面焦點、焦平面物方焦點：對應(yīng)像點在像方光軸上無限遠處物方焦點：對應(yīng)像點在像方光軸上無限遠處像方焦點：對應(yīng)物點在物方光軸上無限遠處像方焦點：對應(yīng)物點在物方光軸上無限遠處焦點焦點焦平面：過焦點的垂軸平面焦平面：過焦點的垂軸平面說明：說明：1）F、F不是一對共軛點，物不是一對共軛點，物方焦平面和像方焦平面也不為共軛面。方焦平面和像方焦平面也不為共軛面。 2 2）由物方無限遠處射來的任何）由物方無限遠處射來的任何方向的平行光束，匯聚于像方焦平面上方向的平行光束，匯聚于像方焦平面上一點。一點。2. 主點、主平面
3、主點、主平面定義：物象方定義：物象方=+1 的共軛平面為物象方主平面。的共軛平面為物象方主平面。主平面與光軸的交點為主點主平面與光軸的交點為主點H、H。說明：說明：1） H、H是一對共軛點，主平面上任一線段均以相等是一對共軛點，主平面上任一線段均以相等大小及相同方向成在另一主平面上。大小及相同方向成在另一主平面上。2 2）薄光組：）薄光組：FF H、H 3. 焦距焦距以主點作為原點來度量，主點到焦點的距離稱為焦距。以主點作為原點來度量，主點到焦點的距離稱為焦距。物方主點物方主點H到物方焦點到物方焦點F的距離稱為物方焦的距離稱為物方焦距（前焦距或第一焦距）距（前焦距或第一焦距） UtghftgU
4、hf 象方主點象方主點H到象方焦點到象方焦點F的距離稱為象方的距離稱為象方焦距（后焦距或第二焦距）焦距（后焦距或第二焦距） 說明：說明：1）對于理想光學(xué)系統(tǒng)，不管其結(jié)構(gòu)（對于理想光學(xué)系統(tǒng)，不管其結(jié)構(gòu)（r,d,n）如何，只）如何，只要知道其焦距值和焦點或主點的位置，其光學(xué)性質(zhì)就確要知道其焦距值和焦點或主點的位置，其光學(xué)性質(zhì)就確定了。定了。UtglltgUhUtgfxtgUfxfyyxfyyx,UtgfyyftgUufyyfunnff3）正光組）正光組 f 0 0； 負光組負光組 f 0 0 0 ）實物成實像實物成實像物在焦面上，成像無限遠物在焦面上，成像無限遠實物點成實像點實物點成實像點實物成虛
5、像實物成虛像虛物成實像虛物成實像例：負光組（例：負光組（ f00 ）實物成虛像實物成虛像虛物成虛像虛物成虛像說明：說明： 用圖解法求像較為簡明和直觀，但精度是不高的。用圖解法求像較為簡明和直觀，但精度是不高的。二、解析法二、解析法1. 牛頓公式牛頓公式 物和象的位置物和象的位置以焦點以焦點F、F為原點來確定，為原點來確定，以以x x、xx表示。表示。AFxFAx,由圖，有：由圖，有：fxyyxfyy,ffxx由此，得：由此，得：（牛頓公式）（牛頓公式）fxxfyy放大率公式為：放大率公式為： 2. 高斯公式高斯公式 物和象的位置物和象的位置以焦點以焦點H、H為原點來確定，為原點來確定，以以l
6、l、ll表示。表示。由圖，有：由圖，有：AHlHAl,flxflx,代入牛頓公式，得：代入牛頓公式，得：l lflf l1lflffnfnlnlnfffll111光學(xué)系統(tǒng)在同一種介質(zhì)中時，有光學(xué)系統(tǒng)在同一種介質(zhì)中時，有 高斯公式：高斯公式：放大率公式為：放大率公式為： lllnlnllffxfffxf fxxffxfffx則：則：3.3.垂軸放大率特性曲線：垂軸放大率特性曲線：000， 物象虛實相反物象虛實相反。例：空氣中有一薄光組，當(dāng)把一高例：空氣中有一薄光組，當(dāng)把一高20mm的物置于物方焦的物置于物方焦點左方點左方400mm處時，將會在光組像方焦點右方處時，將會在光組像方焦點右方25mm處
7、處成一虛像。成一虛像。求：求：1. 光組的焦距；光組的焦距； 2. 像的大??；像的大??； 3. 物右移物右移200mm，像移動多大距離？，像移動多大距離？例：有一光組將物放大例：有一光組將物放大3倍，成像在影屏上，當(dāng)透鏡向物倍，成像在影屏上，當(dāng)透鏡向物體方向移動體方向移動18mm時，物象放大率為時，物象放大率為4倍。求光組焦距。倍。求光組焦距。三、由多個光組組成的理想光學(xué)系統(tǒng)三、由多個光組組成的理想光學(xué)系統(tǒng)112dll11kkkdll 112 xx211HHd11kkkxx 211FF（光學(xué)間隔）（光學(xué)間隔）相應(yīng)于高斯公式：相應(yīng)于高斯公式：相應(yīng)于牛頓公式：相應(yīng)于牛頓公式：2111ffd1111
8、kkkkffd 光學(xué)間隔光學(xué)間隔和主面間隔和主面間隔d d的關(guān)系為的關(guān)系為: : （主面間隔）（主面間隔）kkkyyyyyyyy22111k21垂軸放大率為：垂軸放大率為： 四、光學(xué)系統(tǒng)的光焦度四、光學(xué)系統(tǒng)的光焦度1lflffnfnlnlnnnff稱為光學(xué)系統(tǒng)的光焦度，以符號稱為光學(xué)系統(tǒng)的光焦度，以符號表示。表示。 fnfnfn若光學(xué)系統(tǒng)處于空氣中，若光學(xué)系統(tǒng)處于空氣中， ，則：，則： ff111 nn2 2）正光組）正光組00，對光束起會聚作用，對光束起會聚作用，越大，會聚本領(lǐng)越大；越大，會聚本領(lǐng)越大； 負光組負光組0 f2 2. 分類分類1）開普勒望遠鏡）開普勒望遠鏡2）伽利略望遠鏡）伽利
9、略望遠鏡3. 成像特點：成像特點：222111,xffx1221ff12, 0 xx22221111,xffxxffx111222xffffx1122ffff111222,fQHtgUfQHUtg21fftgUUtg1122QHQH2211,ffff2121212ffffff若望遠系統(tǒng)位于空氣中：若望遠系統(tǒng)位于空氣中： 說明：說明： 1） 為常量，與物象位置無關(guān)；為常量，與物象位置無關(guān)； 2 2）l=l= , , l=l= ；l=l=有限，有限， l=l= 有限；有限； 3 3）通常望遠系統(tǒng)所說的放大率指的是）通常望遠系統(tǒng)所說的放大率指的是 ； 4 4）一望遠系統(tǒng)與一望遠系統(tǒng)組合，仍為望遠）一
10、望遠系統(tǒng)與一望遠系統(tǒng)組合，仍為望遠系統(tǒng)。望遠系統(tǒng)加一個有限焦距的系統(tǒng)，組合成系統(tǒng)。望遠系統(tǒng)加一個有限焦距的系統(tǒng)，組合成為一有限焦距系統(tǒng)。為一有限焦距系統(tǒng)。 132211fUtghhhUtghf31ff二、顯微系統(tǒng)二、顯微系統(tǒng)：1. 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點1）物鏡和目鏡均為正光組；）物鏡和目鏡均為正光組；2）較大，較大，f1、 f2 較小，較小， f1、f2 2. 成像特點：成像特點：1）物體位于物鏡前焦點附近，成一倒立放大實象物體位于物鏡前焦點附近，成一倒立放大實象； 2）該實象位于目鏡前焦點右邊附近（或前焦點上）該實象位于目鏡前焦點右邊附近（或前焦點上）； 3）該實象經(jīng)過目鏡成一正立放大的虛像。該
11、實象經(jīng)過目鏡成一正立放大的虛像。 1111ffx222fx2121ffxx22121ffxx2121xxff物移動小距離，像移物移動小距離，像移動很大距離。動很大距離。大孔徑光束入射，小大孔徑光束入射，小孔徑光束出射?？讖焦馐錾洹３傻沽⒎糯蟮奶撓?，成倒立放大的虛像，很大，具有觀察微小物很大，具有觀察微小物體的能力。體的能力。三、照相物鏡系統(tǒng)三、照相物鏡系統(tǒng)：, 0, 0成像特點：成像特點：1）無限遠無限遠 ：2）有限遠有限遠 ，物距減小，物距減小，增大；增大；3）00，成倒立實像（實物成實像）；，成倒立實像（實物成實像）；xf4）物距一定時，若需）物距一定時，若需增大，則需長焦距物鏡。增大，
12、則需長焦距物鏡。四、攝遠物鏡四、攝遠物鏡（長焦距物鏡）（長焦距物鏡）LldfdflldfffffffF12121211已知：已知： 筒長筒長L、后截距、后截距l(xiāng)、和焦距和焦距 f 求：求：f1、 f2 計算公式：計算公式：反攝遠物鏡（短焦距物鏡）：反攝遠物鏡（短焦距物鏡）：LldfdflldfffffffF12121211 某透鏡將位于它前面的高為某透鏡將位于它前面的高為20mm20mm的物體成一倒立的高為的物體成一倒立的高為120mm120mm的實像，若把物向透鏡方向移動的實像，若把物向透鏡方向移動10mm10mm，則像成在無限，則像成在無限遠，求：遠，求：(1)(1)透鏡的焦距透鏡的焦距ff；(2)(2)移動前原位置時的物距和像距。移動前原位置時的物距和像距。
大學(xué)物理：第三章 理想光學(xué)系統(tǒng)
