几何光学成像分解课件.pptVIP

第二章几何光学成像

?§2-1成像?§2-2共轴球面组傍轴成像?§2-3薄透镜?§2-4理想光具组理论

几何光学用几何学方法来研究光的直线传播、反射、折射、成像等问题的学科称为几何光学。波动光学揭示了光的本质，所有的光学现象都可以用波动的概念来解释，但是在实际应用中，用几何学方法来研究将更为方便，这不必涉及光的本质，从几个简单的基本实验定律出发，就可以解决许多光学技术及照明工程等问题。几何光学所研究的是波动光学的极限情况，只有当波面（障碍物）线度远比光的波长大时，几何光学才适用，所以几何光学是在一定条件下的近似理论。

几何光学的基本概念一、光线与波面１、光线：表示光传播方向的几何线，不是具体的一束光。２、光束：是同一光源发出的许多光线的集合。３、波面：在几何光学中，垂直于光线传播方向的几何平面或曲面。

二、几何光学的基本定律１、直线传播定律：光在均匀介质中沿直线传播。２、反射定律：光在两种介质的界面上反射时，反射角等于入射角。３、折射定律：光在两种介质的界面上折射时，折射角i与入射角i满足关系：21４、光的独立传播定律：光在传播过程中与其他光束相遇时，各光束都各自独立传播，不改变其传播方向。５、光路可逆原理：光可以逆着原来的方向传播。

§2-1成像一、同心光束实像和虚像同心光束：各光线本身或延长线交于同一点（顶点）的光束。在反射或折射之后，光线的方向虽然变了，但光束中仍能找到一个顶点，这个顶点便是发光点的像。实像：经过反射或折射后光束中各光线仍能会聚到一点，该点称为实像。虚像：经反射或折射后，是发散的，但光线的反向延长线仍能交到一点，该点称虚像（仍保持单心性）。

二、实物、实像和虚像的区别与联系由反射面或折射面组成的光学系统叫做光具组。一个以Q点为中心的同心光束经光具组的反射或折射后转化为另一以Q点为中心的同心光束，就说光具组为像点。’使Q成像Q,Q为物点，Q’’经过光具组后，出射光线（以经过光具组最后一个界面为准）是会聚的同心光束则Q为实像，出射光线是’发散的同心光束则Q为虚像。’对于某光具组:入射的是发散的同心光束,则相应的发散中心称为实物。入射的是会聚的同心光束,则相应的会聚中心称为虚物。

三、物方和像方物与像的共轭1、理想光具组:一个能使任何同心光束保持同心性的光具组2、物方(物空间):由物点组成的空间3、像方(像空间):由像点组成的空间4、共轭点:物点和像点称“共轭点”物方和像方的点一一对称，由光路可逆性原理，将发光点移到原来像点的位置，使光线沿反方向入射光具组，则它的像将在原来物点的位置上。这样一对相互对应的物点和像点称为共轭点。

四、物像之间的等光程性由费马原理知:物点与像点之间各光线的光程都相等——“等光程性”

§2-2共轴球面组傍轴成像共轴球面光具组：由球心在同一直线上的一系列折射或者反射球面组成的光学仪器。光轴：各球心的连线叫做光具组的光轴傍轴（近轴）光线：限制在光轴附近的光线。一、光在单个球面上的折射1、基本概念:

2、球面折射光的同心性被破坏光程由几何关系及余弦定理,有:(书上错误)折射定律由几何关系正弦定理有

将（2.11）平方，代入（2.9）、（2.10）整理后则有(书上错误)3、球面反射对光束单心性的破坏单心光束经过球面反射后，也不再保持单心性。因此，经球面反射也不能成像！

二、轴上物点成像焦距、物像距公式1、单个折射球面的物像距公式傍轴（近轴）条件：开方后取倒数并除以r，整理后得：（单个折射球面的物像距公式）在傍轴条件下可以成像！

2、像方焦距和物方焦距公式焦距：焦点到镜面的距离；物(像)方焦点：像(物)在无穷远时物(像)点的位置物方焦距像方焦距焦距之比等于物像两方介质折射率之比用焦距表示物像距公式：

3、本书采用的符号约定（设入射光从左向右）(1)折射情形：若Q在A之左/右，则物距s0(实物)/s0(虚物)若Q′在A之左/右，则像距s′0(虚像)/s′0(实像)若C在A之左/右，则曲率半径r0(凹面)/r0(凸面)物方焦距f正负号与s相同；像方焦距正负号与相同

(2)反射情形：物空间与像空间重合。若像点Q′在顶点A之左，则像距s′0（实像）若像点Q′在顶点A之右，则像距s′0（虚像）球面反射的物像公式：

三、傍（近）轴物点成像与横向放大率

1、共轭点2、共轭平面3、物平面∏4、像平面∏′5、符号约定在轴线上方y(y′)06、横向放大率︱V︱1为放大，︱V︱1为缩小；V0为正立像，V0为倒立像。（说法不准确）

7、折射球面的横向放大率在傍轴（近轴）条件下8、反射球面的横向放大率（∵物方与像方是同一空间）

9、球面镜成像作图方法