主讲人李玲教授[025].ppt

第一章 几何光学
Chap. 1 Geometrical Optics
主讲人：李玲 教 授
光束：有一定关系的光线的集合。
同心光束：光束本身或其延长线相交于一点。
S
发散的同心光束
光束的心在无穷远
会聚的同心光第一章 几何光学
Chap. 1 Geometrical Optics
主讲人：李玲 教 授
光束：有一定关系的光线的集合。
同心光束：光束本身或其延长线相交于一点。
S
发散的同心光束
光束的心在无穷远
会聚的同心光束
S
光学系统：光在传播过程中遇到的折射或反射平面、球面以及由这样的几个界面组成的系统，例如透镜，放大镜，显微镜，照相机等成像助视光学仪器。
理想光学系统：能严格地保持光束的同心性的光学系统。
实物: 未经光学系统变换的发散单心光束的心．
实像: 经光学系统变换后的会聚单心光束的心．
会聚单
心光束
发散单
心光束
S
实物实像
虚物实像
会聚单
心光束
会聚单
心光束
虚物: 未经光学系统变换的会聚单心光束的心．
虚物虚像
虚像: 经光学系统变换后的发散单心光束的心．
L1
L2
L3
•
S
•
•
•
S1是透镜L1的实像，是透镜L2的虚物；
S2是透镜L2的虚像，是凹面镜L3的实物．
S3是最后实像点.
由几个折射球面组成的光学系统，前面光学系统的像，是后面光学系统的物，要确定某光束的心是像还是物，首先要确定光学系统．
1
2
3
4
P1
P1’
P2’
P3’
P4’
P1
P2’
P1’
P4’
P3’
P2’
例题
试写出下列界面的物点像点，注明物像的性质
实物
实像
实物
虚像
实物
实像
虚物
实像
注 意一
物空间：未经光学系统变换的光束所在的几何空间。
虚物点所在的几何空间也属于物空间，或称为延拓物空间。
像空间：经光学系统变换后的光束所在的几何空间。
虚像所在的几何空间也属于像空间，或称为延拓像空间。
•
•
假设光线自左向右入射，以球面顶点为参照。
（1） 物点在顶点左侧，物距s>0；物点在球面右侧，物距s<0。（实物物距大于零，虚物物距小于零）
（2） 对于折射球面，像点在顶点右侧，像距s’>0；像点在顶点左侧，像距s’<0。对于反射球面，像点在顶点右侧，像距s‘<0；像点在顶点左侧，像距s’>0。 （实像像距大于零，虚像像距小于零）
•
•
•
•
（3） 物体线段在主光轴之上，y>0；物体线段在主光轴之下，y<0。 （y坐标轴）
（4） 球面曲率中心在顶点右侧，其曲率半径r>0；球面曲率中心在顶点左侧，r<0。（x坐标轴）
•
•
•
•
•
•
（5） 角度自主光轴或球面法线算起向光线转一锐角，逆时针方向为正，顺时针方向为负。
•
•
单球面折射系统
一般说来，由同一点发出的光线，经单球面折射后，不再交于一点，即点物不能成点像。但是在近轴条件（光线与光轴的夹角很小，有sin ≈tan ≈ ）下，夹角区域内轴上发出的同心光束，经系统变换后，仍为同心光束。此时，单球面成像系统可视为理想光学系统。
注 意二
(1)单球面折射系统的成像公式
（2—1）
•
•
h
由近轴条件得
由几何关系
自S发出的光线S M 是一条近轴光线，M为入射点，入射角和折射角都很小，由折射定律
即
在近轴条件下
整理得
上式为单球面折射系统的成像公式．
将上两式代入（1-4-1）式，得
令
P定义为 折射球面的光焦度, 它表征系统对光线的曲折本领.
P 0 为会聚系统，
P 0 为发散系统，
P= 0 为无焦系统.
(2)单球面折射系统的焦点、焦距
物方焦点
将S 代入
得物方焦距
（2）像方焦点
将S   代入
得像方焦距
物方焦点在顶点左侧，物方焦距f>0；像方焦点在顶点右侧，像方焦距f‘>0。
（实物实像焦距为正，虚物虚像焦距为负）
两边除以P ，得高斯公式
高斯公式
（3）单球面折射系统的垂轴放大率
近轴条件下，在入射点 处，由折射定律
在上图的折射系统中,
是
的像.
由几何关系,得
将
代入上式得
我们定义垂轴放大率律为
因此
可以用垂轴放大率 的值辨别物像性质：
< 0 物像互为倒立,实物实像或虚物虚像.
> 0物像互为正立, 实物虚像或虚物实像.
> 1, 像放大；
= 1 , 物像