工程光学基础教程 第一章.ppt

三、共轴球面系统 光路计算实例 共轴球面系统由许多单个球面构成，当计算出第一面后，其折射光线就是第二面的入射光线。 再由相邻两折射球面间的关系，求出下一个球面的折射光线。 2、费马原理导出折射定律 光程为极大、常值的实例 研究一个凹球面镜和一个椭球面： 凹球面镜反射是一个光程为极大值的例子：APBAQB； 椭球面是光程为常数的例子 第二节 成像的基本概念与完善成像条件一、光学系统及成像的概念 人们在研究光的各种传播现象的基础上，设计和制造了各种各样的光学仪器为生产和生活服务，如显微镜、望远镜。 所有的光学仪器中都是应用不同形状的曲面和不同介质做各种光学 零件——反射镜、透镜和棱镜等，如图所示。 下图是望远镜的典型光路图。由两个透镜组（物镜和目镜）和两个棱镜构成的。 绝大多数的透镜系统都有一条对称轴线，这样的系统称为“光轴”。无对称轴的光学系统称为“非共轴系统”。 球面系统：在各种不同形式的曲面中，球面和平面生产较易，所以大多数光学系统中的光学零件均由球面构成，这种光学系统称为球面系统。 我们主要研究的就是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统。 透镜据形状不同可分为两大类：会聚透镜或正透镜（焦距0），特点是边薄心厚，各种形状的正透镜见图（a）所示；发散透镜或负透镜，特点是心薄边厚，如图（b）所示。 正透镜的成像：如图所示 物点和像点： 像散光束： 二、完善成像的概念 发光物体可以被分解为无穷多个发光物点，每个物点发出一个球面波，与之对应的是以物点为中心的同心光束。经过光学系统之后，该球面仍然是一球面波，对应的光束仍是同心光束，那么，该同心光束的中心就是物点经过光学系统后所成的完善像点。 发光物上每个点经过光学系统后所成的完善像点的集合就是该物体经过光学系统后的完善像。 物体所在的空间称为物空间，像所在的空间称为像空间。 三、完善成像条件 表述一：入射波面为球面波时，出射波面也是球面波。 表述一：入射光是同心光束时，出射光也是同心光束。 表述一：物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。 　 光程 其意义为：等效于在同样的时间内光在真空中走过的距离。 等光程面的例子： 　　（1）椭球面 　　椭球面对　、　这一对 特殊点来说是等光程面，故 是完善成像。 （2）抛物面 反射镜等光程面是以　为 焦点的抛物面。无穷远物 点相应于平行光，全交于 （或完善成像于）抛物面 焦点。 四、物、像的虚实 实际光线相交所形成的点为实物点或实像点 光线的延长线相交所形成的点为虚物点或虚像点 a）实物成实像 b）实物成虚像　　 c）虚物成实像 d）虚物成虚像 　 　几点小结： （1）实物、虚物、实像、虚像视情况而定，但作为第一个（原始、出发的）物一定是“实体”。 （2）实像能用屏幕或胶片记录，而虚像只能为人眼所观察，不能被记录。 　 几个问题： （1）讨论实物发出的光线能否聚焦成一点（能否清晰成像）——像差理论。 （2）已知光线从何处来，经光学系统后到何处去？（成像规律、光路计算）——折射定律、反射定律的应用。 第三节 光路计算与近轴光学系统 大多数光学系统都是由折、反射球面或平面组成的共轴球面光学系统。平面看成是球面半径无穷大的特例，反射是折射在 时　　　 的特例。可见，折射球面系统具有普遍意义。物体经过光学系统的成像，实际上是物体发出的光束经过光学系统逐面折、反射的结果。 　因此，我们首先讨论光线经过单个折射球面折射的光路计算问题，然后再逐面过渡到整个光学系统。 光线通过光学系统时是逐面折、反射，设计计算也是逐面依次进行，故首先讨论单个折射面。 　　 球心 C，入射光 AE，法线EC，折射光 EA　　　I 、I为入射角和折射角，AC为光轴，O为球面顶点 　一、基本概念与符号规则 要讨论成像规律，即像的虚实，成像的位置、正倒和大小问题，必须计算出光线的走向，所以我们先讨论计算公式。 　 光线经过单个折射球面的情况如图所示。 包含光轴和物点的平面称为含轴面（纸面）或子午面。 计算的目的：光从何处来，经何处到哪里去（由此得出由物点发出的光线经过系统后能否交到一点完善成像）？ 首要问题：用什么量（怎样）来决定光线在空间中的位置？ 　　我们用两个量来表示一条光线： 　　（1）A到O的距离OA，记作L，称为截距。 　　（2）光轴到光线的夹角，记作U，称为孔径角。 L、U 两量唯一地确定了一条光线在子午面内（