第三章--几何光学3.ppt

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第三章--几何光学3.ppt

§3.5 光在球面介面上的反射和折射 例题 3-2 §3.4 光连续在几个球面上的折射 虚物 §3.5 薄透镜 §3.8 近轴物点近轴光线成像条件 例题 3-3 光学纤维 ∴在顶角为2i的园锥体内的光线,均能在光纤内顺利传播。 棱镜 三棱镜顶角为A, 一、球面的几个概念 符号法则 球面顶点:O 球面曲率中心:C 球面曲率半径:r 球面主轴:连接O、C而得的直线。 主截面:通过主轴的平面。 2、符号法则: 1、基本概念: 线段长度均从顶点算起: A、凡光线与主轴交点在顶点右方者线段长度数值为正; 凡光线与主 轴交点在顶点左方者线段长度数值为负; B、物点或像点至主轴的距离在主轴上方为正,下方为负。 ② 光线的倾角均从主轴或球面法线算起,并取锐角度量;由主轴 (或法线)转向有关光线时: A、顺时针转动,角度为正;B、逆时针转动,角度为负。 沿轴线段 垂轴线段 新笛卡尔法则 r C O 主轴 球面反射对单心性的破坏 P A C O P` -s` -r -s -u i -i` -u` 在近轴光线条件下反射的物像公式 或 四、球面折射对光束单心性的破坏 P n -u -i1 A -i2 n` u` C P` O r -s s` 设nn’ 在近轴光线条件下 ③ 物像公式对凹球面折射同样适用。 物像共轭:P‘为P的像点,反之,当物点为P‘时,像点必在P点;这种 物像可易性称为物像共轭。它是光路可逆原理的必然结果。 其中:P、P’称为共轭点,光线PA、AP‘称为共轭光线。 ⑤ 物空间与像空间: 规定:入射线在其中进行的空间——物空间; 折射线(或反射线)在其中进行的空间——像空间。 P n n` P` O -s s` n` -s` P n P` O -s 物空间 像空间 物空间 像空间 S‘0:实像 S‘0:虚像 虚像在物空间,但实际存在的是像空间的发散光束,故像方折射率仍为n’. P O P` -s` -s 物空间 像空间 P’ P s’ -s 物空间 像空间 S‘0:实像 S‘0:虚像 ⑥ 焦点、焦距 F` f` A、像方焦点 F’、像方焦距 n n` O -s s’ B、物方焦点F、物方焦距 n n` O -s s’ F -f C、 ∵ “—”号表示 永远异号,物、像方焦点一定位于球面两侧。 ⑦ 球面反射从数学处理上可视为球面折射的特例 ∵ 在球面反射中,物像空间重合,且入射光线与反射光线行进方向相反 ∴ 在数学处理方法上,可假设: 物理上无意义 六、理想成象的两个普适公式 1、高斯公式: 高斯公式 对任何理想成像过程均适用 2、牛顿公式: P n n` C P` O r -s s` 若将取值原点由顶点O改为物、像方焦点F、F‘,则有如下关系 牛顿公式 对任何理想成像过程均适用 3、说明: ① 高斯公式、牛顿公式是近轴条件下理想成像的普适公式。只是在不同 情况下,焦距的形式不同而已。 一个折射率为1.6的玻璃哑铃,长20cm,两端的曲率半径为 2cm。若在离哑铃左端5cm处的轴上有一物点,试求像的位置和性质。 O2 s1’ n n` -s1 n O1 -s2 -s2’ P1‘ P2‘ P [解]:两次折射成像问题。 1、P为物对球面O1折射成像P1’ 2、P1‘为物对球面O2折射成像 也可用高斯公式、牛顿公式求解! 实际的光学系统大多由两个或两个以上的球面所构成。研究多个球面上的折射成像更具实际意义。 一、共轴光具组 1、定义: 多个球面所构成的系统,其曲率中心处在同一条直线上的光学系统,称为共轴光具组。该直线为共轴光具组的光轴。 反之,称为非共轴光具组。 2、共轴光具组的特点: ① 光在连续折射时,前一球面的像就是后一球面的物; 通过前一球面的光束必须能全部或部分通过下一个球面,才能保 证整个系统最后能够成像。——光线是近轴的。 二、逐个球面成像法 1、定义: 依球面的顺序,应用成像公式逐个对球面求像,最后得到整个共轴光具组的像。 2、注意事项 ① 必须在近轴光线条件下使用,才能得到最后像。 ② 前一球面面的像是后一球面的物;前一球面的像空间是次一球面的物空间;前一球面的折射线是后一球面的入射线。 ③ 必须针对每一个球面使用符号法则。对哪个球面成像就只能以它的顶点为取值原点,不能混淆。 ④ 计算次一个球面物距

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