几何光学基本定律与成像概念.ppt

1,工程光学,王红敏,2,工程光学,绪论第1章几何光学基本定律与成像概念第2章理想光学系统第3章平面与平面系统第4章光学系统中的光束限制,第5章光度学基础第6章光线的光路计算及像差理论第7章典型光学系统第8章现代光学系统第9章光学系统的像质评价,3,绪论,4,5,6,光学一直在发展之中并会有更大的发展（1）初级光学阶段（2）经典光学阶段（3）近代光学阶段工程光学的研究内容及应用工业、农业、医疗、航空航天、国防等,几何光学及其适用范围,7,第1章几何光学基本定律与成像概念,1.1几何光学的基本定律1.2成像的基本概念与完善成像条件1.3光路计算与近轴光学系统,8,第一章几何光学的基本原理1.1几何光学的基本定律,几何光学的基本定律,一、几个基本概念,3、光线:无直径、无体积携带光能带有方向的几何线，代表光的传播方向。,1、发光点：一个既无大小又无体积的几何点。,2、发光体（光源）：能辐射光能量的物体。许多发光点组成,4、波面：同一时刻振动位相相同的点构成的等相位面。光束,9,7、像散光束不聚交于同一点或不是由同一点发出的光束对应的波面形状为非球面。,6、平行光束没有聚交点而互相平行的光线束对应的波面为平面,几何光学的基本定律,5、同心光束：相交于同一点或由同一点发出的一束光线其对应的波面为球面。（会聚光束、发散光束）,10,二、几何光学的基本定律1、光的直线传播定律2、光的独立传播定律3、光的反射和折射定律两种介质,几何光学的基本定律,n=-n,11,反射定律：反射光线位于入射光线和法线所决定的平面；反射光线和入射光线位于法线两侧，且反射角与入射角绝对值相等，符号相反。折射定律：折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内；折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅取决于两种介质的性质。,4、光的全反射：光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于临界角。,几何光学的基本定律,12,全反射棱镜、光导纤维、分划板照明、3600平面光束仪,几何光学的基本定律,13,5、光路的可逆性,分划板照明,几何光学的基本定律,14,6、费马原理:光从一点传播到另一点，其光程为极值。,几何光学的基本定律,15,生活中光的应用实例海市蜃楼彩色喷泉钻石,7、马吕斯定律：光线与波面的正交性。入、出射波面对应点间光程为定值。,几何光学的基本定律,16,几何光学的基本定律,17,1.2成像的基本概念与完善成像条件一、光学系统与物像概念完善像点完善像物空间像空间光学系统共轴光学系统光轴二、完善成像条件入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。或入射光为同心光束时，出射光也为同心光束。或物点A1和像点Ak之间任意两条光路的光程相等。,成像的基本概念与完善成像条件,18,成像的基本概念与完善成像条件,19,四、物像的相对性AB相对镜子成像来说它是像；相对人眼成像来说它又是物；而对整个光组(包括镜子和人眼)成像来说，AB为中间像。所以，人眼从镜子里看物体，实际上经过了二次成像。凡研究成像过程中谈及物像关系时，均需指出它们所针对的光组。,三、物像的虚实,成像的基本概念与完善成像条件,共轭性：共轭点、共轭线、共轭面。,20,1.3光路计算与近轴光学系统一、基本概念与符号规则1、常用符号：n、n折射率r球面的曲率半径y物体的大小y像的大小I光线的入射角I光线的折射角L物体到折射面或反射面的距离（物方截距）L折射面或反射面到像的距离（像方截距）U入射光线和光轴倾斜的角度（物方孔径角）U出射光线和光轴倾斜的角度（像方孔径角）f光轴与法线的夹角,光路计算与近轴光学系统,21,光路计算与近轴光学系统,2、符号规则（一）光线行进方向从左向右。（二）沿轴线段：以球面顶点O为原点，与光线行进方向相同者为正，与光线行进方向相反者为负。（三）垂轴线段：以光轴为界，在光轴之上为正，在光轴之下为负。(四）角度符号（一律以锐角来衡量）：(1)光线与光轴的夹角：光轴转向光线，顺时针为正，逆时针为负。(2)光线与法线的夹角：光线转向法线，顺时针为正，逆时针为负。(3)光轴与法线的夹角：光轴转向法线，顺时针为正，逆时针为负。,22,二、实际光线和近轴光线的光路计算,光路计算与近轴光学系统,23,1、垂轴放大率b2、轴向放大率a3、角放大率g,一、单个折射面成像,单折射球面光学系统拉赫不变量,球面光学成像系统,1.4球面光学成像系统,24,结论：b0时，y、y同号，正像；否则，倒像；l、l同号，物像虚实相反，否则，物像虚实相同。|b|1时,|y|y|,成放大的像；反之，成缩小的像。a0,当物点沿轴向移动时，其像点沿光轴同向移动；ab,空间物体成像时要变形。g表示折射球面将光束变宽或变细的能力，只与共轭点的位置有关，与光线的孔径角无关。,球面光学成像系统,25,球面光学成像系统,26,二、球面反射镜1、物像位置公式2、成像放大率,n=-n,球面光学成像系统,27,a0，物体沿光轴移动时，像总是以相反方向移动。通过球心的光线沿原光路反射。球面镜对于其球心为等光程面。,结论,球面镜的拉赫不变量,球面光学