眼應(yīng)用光學(xué)第一章

1、眼應(yīng)用光學(xué)基礎(chǔ)眼應(yīng)用光學(xué)基礎(chǔ) 第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾幾何何光光 學(xué)學(xué)光的直線傳播光的直線傳播光的反射定律光的反射定律光的折射定律光的折射定律光的獨(dú)立傳光的獨(dú)立傳播播第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律一、基本概念一、基本概念光：光： 光是一種電磁波，通常又稱為光波。光是一種電磁波，通常又稱為光波。 可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍：可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍：380nm760nm。折射率：折射率： 某單色光波在真空中的傳播速度某單色光波在真空中的傳播速度c與在相應(yīng)介質(zhì)中與在相應(yīng)介質(zhì)中 的光速的光速v之比稱為該介質(zhì)的折射率：之比

2、稱為該介質(zhì)的折射率：n=c/v。 光密介質(zhì)：折射率相對(duì)較高的介質(zhì)光密介質(zhì)：折射率相對(duì)較高的介質(zhì) 光疏介質(zhì)：折射率相對(duì)較低的介質(zhì)光疏介質(zhì)：折射率相對(duì)較低的介質(zhì)光程：光程： 光在介質(zhì)中傳播的距離光在介質(zhì)中傳播的距離l與該光在介質(zhì)中折射率的乘積。與該光在介質(zhì)中折射率的乘積。第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律二、基本定律二、基本定律 1、光的直線傳播定律、光的直線傳播定律 在各向同性的均勻介質(zhì)中，光是沿直線傳播的在各向同性的均勻介質(zhì)中，光是沿直線傳播的第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)影子影子由于光沿直線傳播，在光的傳播

3、過(guò)由于光沿直線傳播，在光的傳播過(guò)程中，遇到不透明的物體時(shí)，在物程中，遇到不透明的物體時(shí)，在物體后面就形成一個(gè)光不能到達(dá)的區(qū)體后面就形成一個(gè)光不能到達(dá)的區(qū)域，從而形成一塊陰影，這個(gè)陰影域，從而形成一塊陰影，這個(gè)陰影就是物體的影子就是物體的影子。第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)二、基本定律二、基本定律 2、光的獨(dú)立傳播定律、光的獨(dú)立傳播定律 來(lái)自不同方向的光線在傳播途中相遇時(shí)，彼此互不影響，各來(lái)自不同方向的光線在傳播途中相遇時(shí)，彼此互不影響，各有獨(dú)立地傳播有獨(dú)立地傳播第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律第一章第一章

4、幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)二、基本定律二、基本定律 3、光的反射定律、光的反射定律 光的反射現(xiàn)象：光的反射現(xiàn)象： 光射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，有一部分光被反射回去的現(xiàn)象光射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，有一部分光被反射回去的現(xiàn)象叫光的反射。例如：我們能看到不發(fā)光的物體，就是由于物叫光的反射。例如：我們能看到不發(fā)光的物體，就是由于物體反射的光緣故。體反射的光緣故。第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律 光的反射定律：光的反射定律：n反射光線位于入射光線和法線所決定的平面反射光線位于入射光線和法線所決定的平面n反射光線和入射光線位于法線的兩側(cè)反射光線和入射光線位于法線的兩側(cè)n反射角反射

5、角=入射角入射角 符號(hào)相反符號(hào)相反第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)入射角反射角入射光線反射光線第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律1)1)求作反射光線求作反射光線2)已知物像，求作鏡面已知物像，求作鏡面3）（如圖）太陽(yáng)光與水平面成）（如圖）太陽(yáng)光與水平面成60角，要用一平角，要用一平 面鏡把面鏡把太陽(yáng)光反射到豎直的井底，畫(huà)出平面鏡放置的位置太陽(yáng)光反射到豎直的井底，畫(huà)出平面鏡放置的位置.60o第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)二、基本定律二、基本定律 4、光的折射定律、光的折射定律 光的折射現(xiàn)象：光的折射現(xiàn)象： 光由一種物質(zhì)進(jìn)入另一種物質(zhì)時(shí)傳播方向

6、發(fā)生改變的光由一種物質(zhì)進(jìn)入另一種物質(zhì)時(shí)傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，叫做光的折射。如：插在水中的筷子變彎折了，就現(xiàn)象，叫做光的折射。如：插在水中的筷子變彎折了，就是由于光的折射的緣故。是由于光的折射的緣故。第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)光的折射定律：光的折射定律： 折射光線、入射光線、法線在同一平面時(shí)，折折射光線、入射光線、法線在同一平面時(shí)，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)。射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)。 或或 光從空氣斜射到水或其他介質(zhì)時(shí)，折射角小于光從空氣斜射到水或其他介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角；光從水或其他介質(zhì)斜射到空氣

7、時(shí)，折射角入射角；光從水或其他介質(zhì)斜射到空氣時(shí)，折射角大于入射角。大于入射角。sinsin ininsinsin i ni n第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律空氣空氣水水入射光線入射光線入射光線入射光線入射角入射角入射角入射角折射角折射角折射角折射角畫(huà)出下圖中的折射光線。畫(huà)出下圖中的折射光線。玻玻 璃璃玻玻 璃璃第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律二、基本定律二、基本定律 5、光的全反射現(xiàn)象、光的全反射現(xiàn)象第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律玻璃空氣猜想1：會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？猜想2：如果增大入射角，又

8、會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？玻璃空氣第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律臨界角：我們把光從某種介質(zhì)射向真空或臨界角：我們把光從某種介質(zhì)射向真空或空氣時(shí)使折射角變?yōu)榭諝鈺r(shí)使折射角變?yōu)?0時(shí)的入射角，稱作時(shí)的入射角，稱作這種介質(zhì)的臨界角。這種介質(zhì)的臨界角。玻璃空氣cnc1sin公式：公式：第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律 通過(guò)剛才的實(shí)驗(yàn)，思考在什么情況下發(fā)生了全反射？n1 光從玻璃(或水)入射到空氣中n2 入射角要大于某個(gè)值全反射的條件：1、光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)、光從光密介質(zhì)

9、射入光疏介質(zhì)2、入射角大于臨界角、入射角大于臨界角第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律全反射的應(yīng)用： 光導(dǎo)纖維（光纖）光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率大于外層的折射率光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率大于外層的折射率第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)三、基本成像概念三、基本成像概念（一）常用的光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)（一）常用的光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng) 光學(xué)元件光學(xué)元件是由表面為球面、平面或非球面，其間具有一定是由表面為球面、平面或非球面，其間具有一定折

10、射率的介質(zhì)構(gòu)成的。折射率的介質(zhì)構(gòu)成的。 光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)是由若干個(gè)光學(xué)元件（如透鏡、棱鏡、反射鏡及是由若干個(gè)光學(xué)元件（如透鏡、棱鏡、反射鏡及分劃板等）組成。分劃板等）組成。第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)常用的光學(xué)元件：常用的光學(xué)元件：1、透鏡、透鏡正透鏡（凸透鏡）：正透鏡（凸透鏡）： 對(duì)光束具有匯聚作用對(duì)光束具有匯聚作用負(fù)透鏡（凹透鏡）：負(fù)透鏡（凹透鏡）： 對(duì)光束具有發(fā)散作用對(duì)光束具有發(fā)散作用第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)常用的光學(xué)元件：常用的光學(xué)元件：2

11、、反射鏡、反射鏡 平面反射鏡：平面反射鏡： rbab a -iiqbpboqpn平面鏡成像第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律常用的光學(xué)元件：常用的光學(xué)元件：2、反射鏡、反射鏡 球面反射鏡：球面反射鏡： 凹面鏡：其作用相當(dāng)于凸透鏡。凹面鏡：其作用相當(dāng)于凸透鏡。 凸面鏡：其作用相當(dāng)于凹透鏡。凸面鏡：其作用相當(dāng)于凹透鏡。第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律常用的光學(xué)元件：常用的光學(xué)元件：3、棱鏡、棱鏡 反射棱鏡反射棱鏡 折

12、射棱鏡折射棱鏡pqrcbadfni1ei1-i2-i2折射棱鏡（二）成像概念（二）成像概念第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律aaec-lrl-uuiih0完善成像（理想成像）：完善成像（理想成像）： 若入射波為一同心光束，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后若入射波為一同心光束，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后仍為同心光束，稱為該光學(xué)系統(tǒng)的完善成像，仍為同心光束，稱為該光學(xué)系統(tǒng)的完善成像，否則為不完善成像。否則為不完善成像。完善成像的條件（三種表述）：完善成像的條件（三種表述）：n入射光為同心光束，出射光也為同心光束。入射光為同心光束，出射光也為同心光束。n入射波面為

13、球面波時(shí)，出射波也為球面波。入射波面為球面波時(shí)，出射波也為球面波。n物點(diǎn)物點(diǎn)a及其像點(diǎn)及其像點(diǎn)a之間任意兩條光路的光程相之間任意兩條光路的光程相等，即（等，即（aa）=常數(shù)。常數(shù)。第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律物、像的虛實(shí)：物、像的虛實(shí)：1）物、像的定義）物、像的定義 發(fā)出入射光波的，稱為物。發(fā)出入射光波的，稱為物。 由出射光波所形成的，稱為像。由出射光波所形成的，稱為像。2）實(shí)物和實(shí)像）實(shí)物和實(shí)像 實(shí)物：由實(shí)際光線構(gòu)成的物（實(shí)物：由實(shí)際光線構(gòu)成的物（a） 實(shí)像：由實(shí)際光線構(gòu)成的像（實(shí)像：由實(shí)際光線構(gòu)成的像（a）3）虛物和虛

14、像）虛物和虛像 虛物：由實(shí)際光線的延長(zhǎng)線相交構(gòu)成的物稱為虛物虛物：由實(shí)際光線的延長(zhǎng)線相交構(gòu)成的物稱為虛物 虛像：由實(shí)際光線的延長(zhǎng)線相交構(gòu)成的像稱為虛像虛像：由實(shí)際光線的延長(zhǎng)線相交構(gòu)成的像稱為虛像第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律物、像的虛實(shí)：物、像的虛實(shí)：4）實(shí)像與虛像的區(qū)別）實(shí)像與虛像的區(qū)別 實(shí)像可以由人眼或接收器件接收，而虛像卻只能被人眼實(shí)像可以由人眼或接收器件接收，而虛像卻只能被人眼所觀察，不能被接收器件接收。所觀察，不能被接收器件接收。5）物空間和像空間）物空間和像空間 物空間：通常把物（包括虛物）所在的空間稱為物空間物

15、空間：通常把物（包括虛物）所在的空間稱為物空間 像空間：像（包括虛像）所在的空間稱為像空間。像空間：像（包括虛像）所在的空間稱為像空間。第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)第一節(jié) 幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的基本定律實(shí)物實(shí)像虛物實(shí)像虛物虛像實(shí)物虛像一、單折射球面的成像一、單折射球面的成像第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像nnrdhaodcal-le1、基本概念、基本概念光光 軸：軸：經(jīng)過(guò)折射球面球經(jīng)過(guò)折射球面球 心的直線心的直線子午面子午面：通過(guò)物點(diǎn)：通過(guò)物點(diǎn)a和光軸和光軸 的截面稱為子午

16、面的截面稱為子午面物物 距：距：折射球面頂點(diǎn)折射球面頂點(diǎn)o到軸上物點(diǎn)到軸上物點(diǎn)a的距離的距離物方孔徑角：物方孔徑角：入射光線與光軸的夾入射光線與光軸的夾 eao像像 距：距： 折射球面頂點(diǎn)折射球面頂點(diǎn)o到軸上像點(diǎn)到軸上像點(diǎn)a的距離。的距離。像方孔徑角：像方孔徑角：出射光線與光軸的夾角出射光線與光軸的夾角eao一、單折射球面的成像一、單折射球面的成像2、符號(hào)規(guī)則、符號(hào)規(guī)則n線段：線段：a、沿軸線段：、沿軸線段：l , l , r 規(guī)定光傳播方向自左規(guī)定光傳播方向自左 向右為正向右為正 以折射球面的頂點(diǎn)以折射球面的頂點(diǎn)o為原點(diǎn)，由頂點(diǎn)到為原點(diǎn)，由頂點(diǎn)到a,a或球心或球心c的方向和光的方向和光線傳播

17、方向相同時(shí)取線傳播方向相同時(shí)取“+”，反之取，反之取“-”，所以，所以l取取-，l 和和r為為+ b、垂軸線段：、垂軸線段：h , y , y 以光軸為基準(zhǔn)，在光軸上方為正，下方以光軸為基準(zhǔn)，在光軸上方為正，下方為負(fù)為負(fù)第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像一、單折射球面的成像一、單折射球面的成像2、符號(hào)規(guī)則、符號(hào)規(guī)則n角度：角度：a、光線與光軸：、光線與光軸： eao eao 由光軸轉(zhuǎn)向光線所形成的銳角由光軸轉(zhuǎn)向光線所形成的銳角 順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。b、光線與法線：入射角、光線與法線

18、：入射角 折射角折射角 由光線以銳角方向轉(zhuǎn)向法線，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。由光線以銳角方向轉(zhuǎn)向法線，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。c、光軸與法線：、光軸與法線： oce 由光軸以銳角方向轉(zhuǎn)向法線，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。由光軸以銳角方向轉(zhuǎn)向法線，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像nnrdhaodcal-le第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像（二）單球面近軸區(qū)的物像關(guān)系（二）單球面近軸區(qū)的物像關(guān)系1、定義：、

19、定義： 近軸光線：近軸光線：當(dāng)物方孔徑角很小時(shí)，它的正弦值可近似地用弧度值來(lái)代當(dāng)物方孔徑角很小時(shí)，它的正弦值可近似地用弧度值來(lái)代 替，即替，即sini=i ，此時(shí)的光線很靠近光軸，稱為近軸光線。，此時(shí)的光線很靠近光軸，稱為近軸光線。 近近 軸軸 區(qū)：區(qū)：近軸光線所在的區(qū)域稱為近軸區(qū)。近軸光線所在的區(qū)域稱為近軸區(qū)。2、公式：、公式： l=r(1+i/u) 可以看出，對(duì)一給定的可以看出，對(duì)一給定的l值，無(wú)論值，無(wú)論u為何值，為何值，l均為定值，這表明，均為定值，這表明， 軸上物點(diǎn)在近軸區(qū)內(nèi)以細(xì)光束成像是完善的，這個(gè)像通常稱為軸上物點(diǎn)在近軸區(qū)內(nèi)以細(xì)光束成像是完善的，這個(gè)像通常稱為 高斯像高斯像，過(guò)高

20、斯像點(diǎn)作垂直于光軸的垂面即為，過(guò)高斯像點(diǎn)作垂直于光軸的垂面即為高斯像面高斯像面。3、高斯像點(diǎn)：高斯像點(diǎn)：近軸光線所形成的像點(diǎn)稱為高斯像點(diǎn)。近軸光線所形成的像點(diǎn)稱為高斯像點(diǎn)。 高斯像面：高斯像面：通過(guò)高斯像點(diǎn)且垂直于光軸的像面稱為高斯像面。通過(guò)高斯像點(diǎn)且垂直于光軸的像面稱為高斯像面。 高斯公式：高斯公式：n / l n / l=(n n )/r第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像（二）單球面近軸區(qū)的物像關(guān)系（二）單球面近軸區(qū)的物像關(guān)系垂軸（橫向）放大率垂軸（橫向）放大率：像的大小與物的大小之比：像的大小與物的大小

21、之比 = y / y = n l / n l討論：討論：1 1、 0 0 0 時(shí)，物像位于折射面同側(cè)，此時(shí)成正立的像，時(shí)，物像位于折射面同側(cè)，此時(shí)成正立的像， 像的虛實(shí)與物相反。像的虛實(shí)與物相反。 3 3、當(dāng)、當(dāng) 1 ，表示成放大的像；，表示成放大的像； 0 時(shí)，時(shí)，f 0，像方焦點(diǎn)位于球面頂點(diǎn)的右邊，此時(shí)折射球，像方焦點(diǎn)位于球面頂點(diǎn)的右邊，此時(shí)折射球 面對(duì)光束起匯聚作用；面對(duì)光束起匯聚作用；當(dāng)當(dāng)f 0 時(shí)，時(shí)，f 0，像方焦點(diǎn)位于球面頂點(diǎn)的左邊，此時(shí)折射球，像方焦點(diǎn)位于球面頂點(diǎn)的左邊，此時(shí)折射球 面對(duì)光束起發(fā)散作用。面對(duì)光束起發(fā)散作用。第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)

22、第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像二、共軸球面系統(tǒng)兩折射面之間的過(guò)渡公式二、共軸球面系統(tǒng)兩折射面之間的過(guò)渡公式 過(guò)渡公式：過(guò)渡公式：就是用來(lái)確定光線經(jīng)過(guò)前一球面后，下一球面成像時(shí)的物方相應(yīng)就是用來(lái)確定光線經(jīng)過(guò)前一球面后，下一球面成像時(shí)的物方相應(yīng) 參數(shù)（如物距參數(shù)（如物距 l，物方孔徑角，物方孔徑角u，折射率，折射率n等）表達(dá)式的公式。等）表達(dá)式的公式。兩個(gè)折射面之間的過(guò)渡公式：兩個(gè)折射面之間的過(guò)渡公式：21nn21uu211lld第一章第一章 幾

23、何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像三、理想（高斯）光學(xué)系統(tǒng)三、理想（高斯）光學(xué)系統(tǒng) 當(dāng)物體通過(guò)折射球面成像時(shí)，除位于近軸區(qū)內(nèi)的物體外，均不能成完善像。當(dāng)物體通過(guò)折射球面成像時(shí)，除位于近軸區(qū)內(nèi)的物體外，均不能成完善像。但近軸區(qū)的成像范圍和光束寬度均很小，實(shí)用意義不大。如果能把近軸光學(xué)系但近軸區(qū)的成像范圍和光束寬度均很小，實(shí)用意義不大。如果能把近軸光學(xué)系統(tǒng)成完善像的范圍擴(kuò)大到任意空間，即空間任意大的物體以任意寬的光束通過(guò)統(tǒng)成完善像的范圍擴(kuò)大到任意空間，即空間任意大的物體以任意寬的光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)均能成完善像，則這樣的光學(xué)系統(tǒng)成

24、為光學(xué)系統(tǒng)時(shí)均能成完善像，則這樣的光學(xué)系統(tǒng)成為理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng)。理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng)：能夠?qū)θ我鈱捒臻g的任意寬光束成完善像的光學(xué)系統(tǒng)。：能夠?qū)θ我鈱捒臻g的任意寬光束成完善像的光學(xué)系統(tǒng)。 理想光學(xué)系統(tǒng)具有以下基本特性基本特性： 點(diǎn)點(diǎn)成點(diǎn)點(diǎn)像 物空間的每一點(diǎn)物空間的每一點(diǎn)，在像空間必有一個(gè)點(diǎn)像空間必有一個(gè)點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)，且只有一點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)，這兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)稱為物像空間的共軛點(diǎn)共軛點(diǎn)。 線線成線線像 物空間的每一條直線物空間的每一條直線在像空間必有一條直線像空間必有一條直線與之對(duì)應(yīng)，且只有一條直線與之對(duì)應(yīng)，這兩條對(duì)應(yīng)直線稱為物像空間的共軛線共軛線。 平面平面成平面平面像 物空間的每一個(gè)平面每一個(gè)

25、平面，在像空間必有一個(gè)平面像空間必有一個(gè)平面與之對(duì)應(yīng)，且只有一個(gè)平面與之對(duì)應(yīng)，這兩個(gè)對(duì)應(yīng)平面稱為物像空間的共軛面共軛面。第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像推廣： 物空間的任一個(gè)同心光束同心光束必對(duì)應(yīng)于像空間中的一個(gè)同心光束同心光束。 若物空間中的兩點(diǎn)與像空間中的兩點(diǎn)共軛，則物空間兩點(diǎn)的連線連線與像空間兩點(diǎn)的連線連線也一定共軛。 若物空間任意一點(diǎn)位于一直線上，則該點(diǎn)在像空間的共軛點(diǎn)該點(diǎn)在像空間的共軛點(diǎn)必位于該直線的共軛線該直線的共軛線上。第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸

26、球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像 上述定義只是理想光學(xué)系統(tǒng)的基本假設(shè)基本假設(shè)。在均勻透明介質(zhì)中，除平面反射鏡具有上述理想光學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)外，任何實(shí)際的光學(xué)任何實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)都不能絕對(duì)完善成像系統(tǒng)都不能絕對(duì)完善成像。 研究理想光學(xué)系統(tǒng)成像規(guī)律的實(shí)際意義是用它作為衡量實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。通常把理想光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算公式理想光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算公式（近軸光學(xué)公式）計(jì)算出來(lái)的像，稱為實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的理想像理想像。另外，在設(shè)計(jì)實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，用它近似表示實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)所成像的位置和大小，即實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始計(jì)算實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始計(jì)算。 理想光學(xué)系統(tǒng)的基本特性很重要，它是推導(dǎo)幾何光學(xué)許多重要定律

27、的基礎(chǔ)。在今后學(xué)習(xí)中注意領(lǐng)會(huì)其思想。第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面：理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面：基點(diǎn)基點(diǎn)焦點(diǎn)焦點(diǎn)(f,f)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)(j,j)主點(diǎn)主點(diǎn)(h,h)基面基面焦平面焦平面主平面主平面第一章第一章 幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)1、焦點(diǎn)、焦平面：、焦點(diǎn)、焦平面：barrhhqqbffa-xxf

28、-fy-y-ll像方焦點(diǎn)像方焦點(diǎn) f： f是物空間無(wú)限遠(yuǎn)是物空間無(wú)限遠(yuǎn)軸上點(diǎn)的共軛像點(diǎn)，稱軸上點(diǎn)的共軛像點(diǎn)，稱為理想光學(xué)系統(tǒng)的像方為理想光學(xué)系統(tǒng)的像方焦點(diǎn)（或第二焦點(diǎn)或后焦點(diǎn)（或第二焦點(diǎn)或后焦點(diǎn)）。過(guò)像方焦點(diǎn)焦點(diǎn)）。過(guò)像方焦點(diǎn)f且垂直于光軸的平面稱且垂直于光軸的平面稱為像方焦平面為像方焦平面第二節(jié)第二節(jié) 球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像球面和共軸球面系統(tǒng)的理想成像注：注：1、由物方無(wú)限遠(yuǎn)射來(lái)的任何方向的平行光、由物方無(wú)限遠(yuǎn)射來(lái)的任何方向的平行光 束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后會(huì)聚于像方焦平面上束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后會(huì)聚于像方焦平面上 一點(diǎn)。一點(diǎn)。 2、像方焦平面是物方無(wú)限遠(yuǎn)垂軸平面的、像方焦平面是物方無(wú)限遠(yuǎn)垂軸平面的

29、 共軛像面。共軛像面。第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí) 物方焦點(diǎn)物方焦點(diǎn) f： f點(diǎn)是像空間無(wú)限遠(yuǎn)軸上點(diǎn)的共軛點(diǎn)是像空間無(wú)限遠(yuǎn)軸上點(diǎn)的共軛像點(diǎn)，稱為理想光學(xué)系統(tǒng)的物方焦點(diǎn)（或第一焦點(diǎn)像點(diǎn)，稱為理想光學(xué)系統(tǒng)的物方焦點(diǎn)（或第一焦點(diǎn)或前焦點(diǎn)）。過(guò)物方焦點(diǎn)或前焦點(diǎn)）。過(guò)物方焦點(diǎn)f且垂直于光軸的平面稱且垂直于光軸的平面稱為物方焦平面。為物方焦平面。注：注：由光學(xué)系統(tǒng)物方焦平面上任一點(diǎn)發(fā)出的光束，經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)物方焦平面上任一點(diǎn)發(fā)出的光束，經(jīng) 光學(xué)系統(tǒng)后平行出射，物方焦平面是像

30、方無(wú)限遠(yuǎn)垂軸光學(xué)系統(tǒng)后平行出射，物方焦平面是像方無(wú)限遠(yuǎn)垂軸平面的共軛像面。平面的共軛像面。理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面2、主點(diǎn)、主平面、主點(diǎn)、主平面第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)主平面：主平面：垂軸放大率為垂軸放大率為 的的共軛面稱為光學(xué)系統(tǒng)的主平面，共軛面稱為光學(xué)系統(tǒng)的主平面，qh為物方主平面，為物方主平面，qh為像方主平面為像方主平面主點(diǎn)：主點(diǎn)：主平面與光軸的交點(diǎn)主平面與光軸的交點(diǎn)h和和h稱為主點(diǎn)，稱為主點(diǎn)，h稱為物方主稱為物方主點(diǎn)，點(diǎn)，h稱為像方主點(diǎn)。稱為像方主點(diǎn)。注：注：光學(xué)系統(tǒng)總是包含一對(duì)主光學(xué)系統(tǒng)總是包含一對(duì)主點(diǎn)（主平面），一對(duì)焦點(diǎn)（焦點(diǎn)

31、（主平面），一對(duì)焦點(diǎn)（焦平面），前者是一對(duì)共軛點(diǎn)平面），前者是一對(duì)共軛點(diǎn)（面），后者不是。（面），后者不是。1barrhhqqbffa-xxf -fy-y-ll一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面物方焦距物方焦距：自光學(xué)系統(tǒng)的物方主點(diǎn)h到物方焦點(diǎn)f的距離，稱為物方焦距（或稱前焦距或第一焦距），以f表示。像方焦距像方焦距：自光學(xué)系統(tǒng)的像方主點(diǎn)h到像方焦點(diǎn)f的距離，稱為像方焦距（或稱后焦距或第二焦距），以f表示。焦距的正負(fù)焦距的正負(fù)是以相應(yīng)的主點(diǎn)為原點(diǎn)來(lái)確定的，如果由主點(diǎn)到焦點(diǎn)的方向與光線的傳播方向相同，則焦距為正，否則為負(fù)3 3、焦距、焦距 物、像方焦點(diǎn)的位置是以物、像方主點(diǎn)

32、為原點(diǎn)以物、像方主點(diǎn)為原點(diǎn)來(lái)確定的。barrhhqqbffa-xxf -fy-y-ll第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)則：角放大率：角放大率：理想光學(xué)系統(tǒng)的角放大率 定義為像方空徑角 的正切與物方孔徑角 的正切之比，即utantan luhlu4、節(jié)點(diǎn)：、節(jié)點(diǎn)：tan tanuu又因?yàn)椋簎tan tanulul節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)： 角放大率為+1的特殊共軛點(diǎn)。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)位于同 一均勻介質(zhì)中時(shí)，節(jié)點(diǎn)與主點(diǎn)重合。一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面第一章第

33、一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)角放大率角放大率= +1的一對(duì)共軛點(diǎn)的一對(duì)共軛點(diǎn)即：1tguutg即： u = u物空間物空間 物方節(jié)點(diǎn)物方節(jié)點(diǎn) j像空間像空間 像方節(jié)點(diǎn)像方節(jié)點(diǎn) j hhjjffuu-f f 一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)：通過(guò)物方節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)：通過(guò)物方節(jié)點(diǎn)j j 的入射光線，其出射光線必的入射光線，其出射光線必 經(jīng)過(guò)像方節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)像方節(jié)點(diǎn) j j ，且方向不變。，且方向不變。 在同一介質(zhì)中，由于在同一介質(zhì)中，由于 f = - f , 故有故有 x j = - x j，即即=1此時(shí)節(jié)點(diǎn)此時(shí)節(jié)點(diǎn)j ，j 與主點(diǎn)與主點(diǎn)h，h 重合

34、！重合！hhjjffuu第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面一、理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)理想光理想光學(xué)系統(tǒng)學(xué)系統(tǒng)的物像的物像關(guān)系關(guān)系作圖法求像作圖法求像公式法求像公式法求像牛頓公式牛頓公式高斯公式高斯公式第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)二、理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系二、理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系圖解法求像圖解法求像q若物、象方折射率相等，通過(guò)光心（透鏡中心）的光線經(jīng)透鏡后方向不變?nèi)粑?、象方折射率相等，通過(guò)光心（透鏡中心）的光線經(jīng)透鏡后方向不變q通過(guò)物方焦點(diǎn)的光線，經(jīng)透鏡后平行于光軸

35、通過(guò)物方焦點(diǎn)的光線，經(jīng)透鏡后平行于光軸q平行于光軸的光線，經(jīng)透鏡后通過(guò)像方焦點(diǎn)平行于光軸的光線，經(jīng)透鏡后通過(guò)像方焦點(diǎn)1、薄透鏡成像、薄透鏡成像 當(dāng)理想光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)和焦點(diǎn)位置已知時(shí)，欲求一垂軸物體ab經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)的像，只需過(guò)b點(diǎn)作兩條入射光線。如圖，其中一條光線平行于光軸，出射光學(xué)必過(guò)像方焦點(diǎn)f；另一條光線過(guò)物方焦點(diǎn)，出射光學(xué)必平行于光軸。兩出射光線的交點(diǎn)b就是物點(diǎn)b的像。因ab垂直于光軸，故過(guò)像點(diǎn)b作垂軸線段ab就是物體ab經(jīng)系統(tǒng)后所成的像。abab第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)二、理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系二、理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系圖解法求像圖解法求像2、對(duì)于軸外點(diǎn)、對(duì)于軸外點(diǎn)b或一垂軸線段或一垂軸線段ab的圖解法求像的圖解法求像 第一章第一章 幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)幾何光學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)3、軸上點(diǎn)的圖解法求像、軸上點(diǎn)的圖解法求像 方法一：過(guò)物方焦