薄透镜成像PPT课件

9.3薄透镜成像一．薄透镜由两个折射球面组成，过两球面圆心的直线为光轴，顶点间距d。d与焦距相比可以忽略；薄透镜，通常可以认为，两球面顶点重合，称为光心。二．薄透镜成像公式1．用逐次成像法推导即为常用透镜公式，对各种凹凸透镜都是适用的，Φ为焦度。若在空气中，n0=1第一次成像正透镜与负透镜焦距为正值的透镜是正透镜；焦距为负值的透镜是负透镜。正透镜的像方焦点在像方；负透镜的像方焦点在物方。正透镜使入射的平行光汇聚在像方焦点；负透镜使入射的平行光发散。空气中，中间厚边缘薄的透镜是正透镜；中间薄边缘厚的透镜是负透镜。薄透镜的组合u1=uv1=-u2v2=vOL1I1IL2u1=uv1=-u2v2=vOL1I1IL2对于第二个透镜，u2=-v1有两式相加得：例1：两个透镜L1与L2组成共轴透镜组，两者的焦距分别为f1＝15cm与f2＝25cm，它们之间的距离为d＝70cm，若一物体在L1前20cm处，求此透镜组所成的像在何处？例2若d＝45cm，则L1透镜所成得像为虚物，对L2来说，其物距为－15Cm，则：物镜目镜薄透镜作图法三对共轭的特殊光线平行于光轴的入射光线←→经过像方焦点的光线经过物方方焦点的光线←→平行于光轴的像方光线经过透镜光心的入射光线←→经过透镜光心的像方光线正透镜作图法：平行光线汇聚到焦平面上像方焦点物方焦点像方焦平面物方焦平面负透镜作图法平行于光轴的入射光线←→经过像方焦点的光线经过物方方焦点的光线←→平行于光轴的像方光线经过透镜光心的入射光线←→经过透镜光心的像方光线像方焦点物方焦点像方焦平面物方焦平面7.3.1Somespecialraysforconverginganddiverginglenses(1).Lightraysparalleltotheaxisofaconverginglensarerefractedthroughthefocalpointontheoppositesideofthelens.Firstandsecondfocalpointofalens.Planesthroughthefocalpointsofalensarecalledfocalplanes.透镜组的逐次成像计算法对第一个透镜用成像公式计算，确定像的位置与虚实性将该像作为第二个透镜的物，再次进行成像，依次逐个进行。如果像是下一个透镜的实物，则直接应用公式进行计算；如果是虚物，则其物距是负值。3． 实物与虚物，实像与虚像发出同心光束的物点，为实物点；物方同心光束延长后汇聚所成的点，为虚物点。同心光束汇聚在像方形成的点，为实像点；像方发散的同心光束反向延长后汇聚的点，为虚像点。实物成实像实物成虚像虚物成实像虚物成虚像2.单色象差:1.象差来源:1)非近轴光线（单色象差）；2)非单色光（色差);3)*元件的面是非球面磨制误差;4)*各元件的主光轴不重合装配误差;5)*元件的材料是非理想材料(非均匀、各向异性、有杂质的吸收和散射等)几何象差球差慧差孔径角过大造成象散场曲畸变视场角过大造成单色像差概述轴上物点的单色像差——球差此处光束截面最小图示：不同大小球差的照片球差的校正：变折射率透镜中间折射率大加光阑；复合透镜，如正负透镜组合、球面曲率及折射率的配合等；非球面透镜；不同波长的光，焦距不同,像的位置不同．在1,2,3三截面上,形成的光环半径不同.近轴物近轴光线成像的色差色差:位置（轴向）色差放大率（横向）色差3.减小单色象差的：(3)适当位置设置光阑照相机光圈、底片框···(1)正、负透镜适当组合消球差；(2)用菲涅耳螺纹透镜；3慧差(Coma)慧差的产生靠近光轴的物点发出的大孔径光线不聚焦于一点PXY慧尾形的弥散像不同大小慧差的照片慧差的校正：复合透镜；加光阑；不晕点---同时消除了球差和慧差的一对共轭点非球面透镜；（2）像散（轴外点细光束）透镜竖直面上的光线,交于子午焦线.水平面上的光线，交于弧矢交线．光轴像散使轴外物点的像变成两条分离的线．子午焦线弧矢焦线物点物面像面像的质量最好lslt最小弥散圆主光线子午焦线弧矢焦线子午面：主光线和光轴的平面弧矢面：包含光轴并垂直于子午面的平面屏幕像场弯曲光轴透镜像点轨迹这种像差的大小与透镜的形状及光束截面的粗细无关,只决定于系统中各透镜的焦距与其折射率之间的关系.成清晰像的最佳像面不为平面.场曲的产生物平面对应的子午面、弧矢面、最小弥散圆平面为曲面场曲与像散结伴而生桶形畸变枕形畸变像失真，但不影响像的清晰度（是由于垂轴放大率不同）.畸变光学系统对共轭面上不同高度的物体垂轴放大率不同产生畸变.正畸变负畸变物像物平面枕形畸变桶形畸变5畸变(Distortion)类似于正球差，入射角度大的出射光线比理想成像光线向光轴偏折得更厉害离光轴远的物点放大率变小光阑在透镜前面桶形畸变光阑在透镜后面，情况相反枕形畸变