工程光学-高斯球面性质球面折射.pdfVIP

2015/12/18 工程光學-高斯球面性質 劉承揚 球面折射  任一個曲面都可看成是由無限個光學平面以不同方位組合 而成而成  在光學的應用上，光學曲面比光學平面的應用要廣泛的多， 因為具有曲面的元件除了和光學平面一樣會造成光線方向 的改變外，還能使光束產生發散(diverge)或會聚(converge) 的現象，因而有不同的成像方式  在各種特殊形式的曲面中，球面的優點為：設計簡單、便 於加工於加工  因此，球面是目前實際應用上最常使用的曲面  在這章，我們針對球面的光學性質來加以討論 1 2015/12/18 成像系統的光學名詞和概念  真實的光源都是具有體積大小的，然而為了使用上的方便，而有所謂 的點光源(point source) ，或稱為物點(object point) ，這是一個只有幾何 位置但沒有沒有體積大大小的的光源，也是一個實個實際上並並不存在的在的理想光源  在光學系統中，若光線實際上是由某一個點光源發出，則這個點光源 是一個實光點或實物點(real object point)  若只是實際光線的延伸線虛構成的發光點光源，則這個點光源就稱為 虛光點或虛物點(virtual object point)  若組成光束的所有光線都會交於某一點，這種光束稱為同心光束，所 交會的那交會的那一點即稱為此同心光束的心點即稱為此同心光束的心  若同心光束的心為實光點，則此同心光束稱為發散光束  若同心光束的心為虛光點，這個同心光束稱之為會聚光束  若光束為平行光束，即指光束的心在無限遠的地方  對於實際上的發光體或物體，可想像成是由許多點光源或物點所構成， 而每一個點光源或物點都會發出同心光束，再經由光學系統處理 成像系統的光學名詞和概念  單就發光體中一個物點來說，其同心光束經過光學系統後，射出的光 束仍會是一個同心光束  此同心光束的心，即稱為該物點對光學系統的像點(image point)  若像點是由光線實際交會而成的，稱為實像點(real image point)  若是由光線的延伸線索交會而成的，稱為虛像點(virtual image point)  由實像點所組成的像叫實像(real image)  由虛像點鎖組成的像就叫做虛像(virtual image) 2 2015/12/18 單一球面折射  對單一球面而言，若光線入射至球面上的某一點，例如下圖中的B點， 則此入射光相當於入射到與球面切於B點的平面上，此平面兩邊介質 的折射率分別與球面兩邊介質折射率相同，入射光線將在平面上有反 射與折射現象  過B點與球心O的連線即為入射光的法線，入射光線將滿足Snell定律 的折射角來決定經過球面後的光線走向 單一球面折射-凸球面  單一球面，其球心O在球面的右邊，我們定義此球面為凸球面(convex surface) ，球面至球心的距離稱為曲率半徑(curvature radius) ，以符號r 表示  光軸是通過球心O的一條直線，光軸與球面的交點A稱為頂點(vertex)  取折射率n’的材料，將其一端研磨成一凸球面，放置於n介質中，並假 設n小於n’ ，若把一點光源放置在n介質中的光軸上前後移動，將會發 現在某個位置上，此光點所發出的發散光束經球面的折射後，折射光 皆平行於光軸射出