第二章幾何光學(xué)

1、第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像第一節(jié)第一節(jié) 成成 像像一、實像與虛像實物與虛物一、實像與虛像實物與虛物 1 1、同（單）心光束：各光線本身或其延長線交于同、同（單）心光束：各光線本身或其延長線交于同 一點的光束。一點的光束。3、實像與虛像：如果像點是真實光線的會聚點則稱、實像與虛像：如果像點是真實光線的會聚點則稱 該像點為實像；如果是光線的反向延長線的會聚該像點為實像；如果是光線的反向延長線的會聚 點，則該像點為虛像。點，則該像點為虛像。2、光具組：由若干反射面或折射面組成的光學(xué)系統(tǒng)。、光具組：由若干反射面或折射面組成的光學(xué)系統(tǒng)。PPPPP第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像4、實物

2、與虛物、實物與虛物QQQL1L2實物：對于某個光具組，入射的發(fā)散同心光束的發(fā)散實物：對于某個光具組，入射的發(fā)散同心光束的發(fā)散 中心稱為實物。中心稱為實物。虛物：對于某個光具組，入射的會聚同心光束的會聚虛物：對于某個光具組，入射的會聚同心光束的會聚 中心稱為虛物。中心稱為虛物。二、物方和像方二、物方和像方 物與像的共軛性物與像的共軛性 理想光具組：能使任何同心光束保持同心性的光理想光具組：能使任何同心光束保持同心性的光具組。具組。第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像三、物像之間的等光程性三、物像之間的等光程性QQQL1L2n1n2n3物點和像點之間各光線的光程相等。物點和像點之間各光線的光程相

3、等。定值 2321211LQnLLnQLn定值2221211LQnLLnQLn定值 2322LQnLQn第一次成像：第一次成像：第二次成像：第二次成像：整個成像過程：整個成像過程：定值 2321211LQnLLnQLn虛光程虛光程第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像符號規(guī)定：當(dāng)光線從左至右時符號規(guī)定：當(dāng)光線從左至右時（1）物點在頂點左邊，物距為正）物點在頂點左邊，物距為正s0；反之為負(fù)；反之為負(fù)s0；反之為負(fù)；反之為負(fù)s0；反之為負(fù)；反之為負(fù)s0；反之為負(fù)；反之為負(fù)r0；反；反 之，高度之，高度y（y）0；反之為負(fù)；反之為負(fù)s0；反之為負(fù)；反之為負(fù)s0；反之為負(fù)；反之為負(fù)s0；反之為負(fù)；反之

4、為負(fù)r0。第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像第三節(jié)第三節(jié) 薄透鏡薄透鏡QQ1Qs1s2s2s1A1A2nnLn12d2121rnnrnnnfrnnrnnnfLLlLnnff211111rrnffL透鏡放在空氣中透鏡放在空氣中一、焦距公式一、焦距公式第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像薄透鏡：厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于物距（像距）的透鏡。薄透鏡：厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于物距（像距）的透鏡。凸透鏡凸透鏡凹透鏡凹透鏡概念：凸透鏡；凹透鏡；主截面；孔徑概念：凸透鏡；凹透鏡；主截面；孔徑; ;光心光心二、成像公式二、成像公式高斯公式高斯公式: :1sfsf牛頓公式牛頓公式: :f fxxOFFQQxfxffxxfV第二章第

5、二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像三、密接透鏡組三、密接透鏡組21111fff21PPP光焦度光焦度光焦度單位：屈光度，記為光焦度單位：屈光度，記為D；即當(dāng)焦距以米為單位；即當(dāng)焦距以米為單位時，它的倒數(shù)單位為時，它的倒數(shù)單位為D。眼鏡的度數(shù)為屈光度的眼鏡的度數(shù)為屈光度的100倍。倍。四、焦面四、焦面物方焦面；第一焦面；前焦面物方焦面；第一焦面；前焦面像方焦面；第二焦面；后焦面像方焦面；第二焦面；后焦面副光軸，主光軸副光軸，主光軸第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像FPOFFF五、作圖法五、作圖法1、三條特殊光線法、三條特殊光線法FF第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像2、副軸法、副軸法FFAB

6、PFaB、過物方焦點做出物方焦平面交入射光線與一點、過物方焦點做出物方焦平面交入射光線與一點A A。、過、過A A做副軸，過做副軸，過B B點做光線點做光線BPBP平行于副軸，則光平行于副軸，則光線線BPBP與主軸的交點即為像點。與主軸的交點即為像點。注：注：真實光線、實物、實像、主軸、透鏡是實線，真實光線、實物、實像、主軸、透鏡是實線，其余為虛線。其余為虛線。六、透鏡組成像六、透鏡組成像第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像第四節(jié)第四節(jié) 理想光具組理論理想光具組理論一、理想成像與共線變換一、理想成像與共線變換1、理想光具組、理想光具組物方的物方的同心光束同心光束應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)化為像方的應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)化為像方

7、的同心光束同心光束。2、共線變換、共線變換共軛點、共軛線、共軛面共軛點、共軛線、共軛面3、理想光具組的軸對稱性質(zhì)、理想光具組的軸對稱性質(zhì)（1）光軸上任何一點的共軛點仍在光軸上。）光軸上任何一點的共軛點仍在光軸上。（2）垂直于光軸的平面共軛面仍與光軸垂直。）垂直于光軸的平面共軛面仍與光軸垂直。（3）同一平面內(nèi)橫向放大率相同，不同平面內(nèi)橫向）同一平面內(nèi)橫向放大率相同，不同平面內(nèi)橫向 放大率會有不同。放大率會有不同。（4）望遠(yuǎn)系統(tǒng)：平行于光軸的光束的共軛光束仍與）望遠(yuǎn)系統(tǒng)：平行于光軸的光束的共軛光束仍與 光軸平行。光軸平行。第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像二、理想光具組的基點和基面二、理想光具

8、組的基點和基面物像之間的共軛關(guān)系完全由幾對特殊的點和面所決物像之間的共軛關(guān)系完全由幾對特殊的點和面所決定，即共軸理想光具組的定，即共軸理想光具組的基點基點和和基面基面。1、基點、基點物方焦點和像方焦點物方焦點和像方焦點物方主點和像方主點物方主點和像方主點2、基面、基面物方焦平面和像方焦平面物方焦平面和像方焦平面物方主平面和像方主平面物方主平面和像方主平面物方節(jié)點和像方節(jié)點物方節(jié)點和像方節(jié)點第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像QFO1O2FQnHH三、物像關(guān)系三、物像關(guān)系1、成像公式、成像公式1sfsff fxxssQFHHFQxx第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像2、橫向放大率與角放大率

9、、橫向放大率與角放大率sstguutgWHHQQu-usssfs fxfsnsnyyVffVWnyuuyn亥姆霍茲亥姆霍茲- -拉格郎日定理：拉格郎日定理：第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像3、節(jié)點、節(jié)點HHQQ-u-uFFNN節(jié)點：軸上角放大率為節(jié)點：軸上角放大率為1的一對共軛點分別稱為物的一對共軛點分別稱為物 方節(jié)點與像方節(jié)點。方節(jié)點與像方節(jié)點。注：有些情況下物方節(jié)點與像方節(jié)點是與物方主點注：有些情況下物方節(jié)點與像方節(jié)點是與物方主點 和像方主點重合的。和像方主點重合的。第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像四、惠更斯目鏡與冉斯登目鏡四、惠更斯目鏡與冉斯登目鏡1、惠更斯目鏡、惠更斯目鏡組

10、成：同材料平凸透鏡，組成：同材料平凸透鏡，f f場場= 3f= 3f視視，間距等于視鏡，間距等于視鏡焦距的焦距的2 2倍。倍。特點：配備叉絲會有象差，視角可達(dá)特點：配備叉絲會有象差，視角可達(dá)40400 0，在，在25250 0范圍范圍內(nèi)更清晰。內(nèi)更清晰。第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像2 2、冉斯登目鏡、冉斯登目鏡組成：同材料平凸透鏡，焦距相等，凸面相向平面組成：同材料平凸透鏡，焦距相等，凸面相向平面向背，間距等于焦距的向背，間距等于焦距的2/32/3。特點：可以在特點：可以在Q Q點即整個目鏡的物方焦平面上裝分點即整個目鏡的物方焦平面上裝分劃板。劃板。第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)

11、成像第五節(jié)第五節(jié) 光學(xué)儀器光學(xué)儀器一、投影儀一、投影儀sfsfsssV第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像二、照相機二、照相機第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像三、眼睛三、眼睛第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像折射率折射率n4/3光焦度光焦度58.48m-1折射面的曲折射面的曲率半徑率半徑R5.7mm網(wǎng)膜的曲率網(wǎng)膜的曲率半徑半徑R9.8mm物方焦距物方焦距f-17.1mm像方焦距像方焦距f 22.8mm人眼的調(diào)節(jié)功能人眼的調(diào)節(jié)功能1 1、改變眼睛的焦距使距離不同的物體都能在視網(wǎng)、改變眼睛的焦距使距離不同的物體都能在視網(wǎng) 膜上形成清晰的像，這個過程

12、稱為眼睛的調(diào)節(jié)。膜上形成清晰的像，這個過程稱為眼睛的調(diào)節(jié)。眼睛能看清的最遠(yuǎn)點稱為遠(yuǎn)點（無窮遠(yuǎn)）；眼睛能看清的最遠(yuǎn)點稱為遠(yuǎn)點（無窮遠(yuǎn)）；眼睛能看清的最近點稱為近點（眼睛能看清的最近點稱為近點（25cm25cm）。）。第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像2 2、眼睛的矯正、眼睛的矯正遠(yuǎn)點在眼前有限距離的眼稱為近視眼；近點變遠(yuǎn)的遠(yuǎn)點在眼前有限距離的眼稱為近視眼；近點變遠(yuǎn)的眼稱為遠(yuǎn)視眼。眼稱為遠(yuǎn)視眼。散光眼：眼睛在眼角膜和晶狀體的兩個對稱平面上散光眼：眼睛在眼角膜和晶狀體的兩個對稱平面上 的焦距不同物點成像為兩條線，分別包含的焦距不同物點成像為兩條線，分別包含 在兩對稱平面內(nèi)，這種眼睛會帶來色散。在

13、兩對稱平面內(nèi)，這種眼睛會帶來色散。矯正方法：配帶合適光焦度的透鏡。矯正方法：配帶合適光焦度的透鏡。矯正方法：配帶柱面透鏡矯正方法：配帶柱面透鏡第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像視角視角最小分辨角：能夠分辨的兩點對眼睛所張的視角。最小分辨角：能夠分辨的兩點對眼睛所張的視角。黃斑區(qū)的最小分辨角接近黃斑區(qū)的最小分辨角接近1，當(dāng)在夜間時眼睛的最，當(dāng)在夜間時眼睛的最小分辨角大概為小分辨角大概為10以上。以上。眼睛的水平視場角約為眼睛的水平視場角約為1600，垂直方向約為，垂直方向約為1300，但是只有但是只有67的范圍內(nèi)才能看清楚。的范圍內(nèi)才能看清楚。第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像四、放大鏡

14、四、放大鏡fcmwwM25記為記為:M:M第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像五、顯微鏡五、顯微鏡第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像2125ffscmUUMwUwU注：注：212121252525fcmfLffcmfcmMfff21212525fcmfLffLcmM第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像六、望遠(yuǎn)鏡六、望遠(yuǎn)鏡通過望遠(yuǎn)鏡所觀察的像實際并不比原物大通過望遠(yuǎn)鏡所觀察的像實際并不比原物大, ,只是相當(dāng)只是相當(dāng)于把遠(yuǎn)處的物體移近于把遠(yuǎn)處的物體移近, ,增大視角增大視角, ,以利觀察以利觀察. .第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像開普勒望遠(yuǎn)鏡開普勒望遠(yuǎn)鏡2121ffffUUM第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡2121ffffM第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像伽利略制伽利略制造的兩架造的兩架望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡，現(xiàn)收藏于現(xiàn)收藏于意大利佛意大利佛羅倫薩科羅倫薩科學(xué)博物學(xué)博物館。館。第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像七、棱鏡光譜儀七、棱鏡光譜儀第二章第二章 幾何光學(xué)成像幾何光學(xué)成像S ，ABCDi1i2i1i2bf S DddD0lim角色散率：角色散率： ddn