最新第二章--几何光学成像分解课件ppt.ppt

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1、第二章--几何光学成像分解§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

2、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，就说光具组使Q成像Q’,Q为物点，Q’为像点。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”

3、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。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”四、物像之间的等光程性§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)由几何关系折射定律正弦定理有将（2.11

4、）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！1、单个折射球面的物像距公式2、像方焦距和物方焦距公式用焦距表示物像距公式：焦距之比等于物像两方介质折射率之比焦距：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（设入射光从左向右）(1)折射情形：若Q在A之左/右，则物距s>0(实物)/s<0

5、(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r<0(凹面)/r>0(凸面)3、本书采用的符号约定物方焦距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；V>0为正立像，V<0为倒立像。（说法不准确）7、折射球面的横

6、向放大率8、反射球面的横向放大率（∵物方与像方是同一空间）在傍轴（近轴）条件下球面镜成像作图法的三条特殊光线：平行于主光轴的傍轴入射光线经球面镜反射后过像方焦点F’，或其反向延长线过焦点（根据焦点的定义）；过物方焦点F的入射光线经球面镜反射后，其反射光平行于主光轴（根据焦点的定义）；过球面曲率中心C的入射光线，其折射光线不发生偏折。9、球面镜成像作图方法1、共轴光具(球面)组多个球面的曲率中心都在同一直线上的系统。四、逐次成像2、逐个球面成像法近轴光线情况下，前一球面所成的像作为后一球面的物，对各球面依次成像的方法。经过共轴球面组后，最后的总的放大率为各个球面放大率

7、的乘积。可推广到多个共轴球面上：五、拉格朗日—亥姆霍兹定理倾角u:由光轴转向光线逆时针为正——拉格朗日-亥姆霍兹定理(书上错误)例1：若折射凸球面的曲率半径为3cm，物点在折射球面顶点左侧9cm处，左方（物方）折射率为1.0，右方（像方）折射率为1.5，试计算像的位置及横向放大率。2、如图所示的一凹球面镜，曲率半径为40cm，一小物体放在离镜面定点A前10cm处，试作图表示像的位置、虚实和正、倒，并计算出像的位置和横向放大率。4、薄透镜:透镜厚度与球面的曲率半径相比可忽略不计3、主轴:两球面曲率中心连线一、基本概念§2-3薄透镜1、透镜：有一个或两个表面为球面的