光学课程教学电子教案几何光学成像的基本概念.pptVIP

§2.1 几何光学成像的基本概念 主要内容 (1) 发光点 本节重点 2 光学成像的几何学原理 2.1 几何光学成像的基本概念 1. 发光点 3. 光具组 4. 光学系统的物与像 5. 物空间与像空间 6. 光学系统理想成像的条件 2 光学成像的几何学原理 2. 光束 发光点：理想的点光源 实发光点：实际发出光线的光源点 虚发光点：光线或其反向延长线的交点 图2.1-1 理想点光源 实发光点 Q Q 虚发光点 说明： 类似于几何点，发光点只有几何位置，没有大小和形状 2.1 几何光学成像的基本概念 2 光学成像的几何学原理 光束：空间一些具有一定关系的光线的集合 同心光束（单心光束）：光线本身或其延长线可以交于一点的光束 像散光束：空间彼此不能交于一点，但有一定关系的光线的集合 Q 同心光束 图2.1-2 同心光束与像散光束 像散光束 P1 P2 说明： 均匀各向同性的透明介质中，同心光束对应有限远处发光点发出的球面波或无限远处发光点发出的平面波，像散光束对应着非球面的高次曲面波。 2.1 几何光学成像的基本概念 2 光学成像的几何学原理 (2) 光束 光具组：由若干反射或折射面组成的光学系统 理想光具组：能够使通过系统的同心光束仍保持同心性的光学系统 Q Q 理想光具组 图2.1-3 理想光具组 2.1 几何光学成像的基本概念 2 光学成像的几何学原理 (3) 光具组 实物点：发散的入射光束的顶点。 物点：发光点，或入射同心光束的顶点 虚物点：会聚的入射光束的顶点，或入射光束延长线的交点 像点：光具组（光学系统）出射的同心光束之顶点 实像点：会聚的同心出射光束之顶点 虚像点：发散的同心出射光束之顶点 说明： ① 对于给定的光学系统，无论物与像是实是虚，均具有共轭特点，这是光路可逆性原理的必然结果。 ② 实物、实像的意义在于有光线实际发自或通过该点，而虚物、虚像仅仅是由光的直线传播性质给人眼造成的一种错觉，实际上并没有光线经过该点。 2.1 几何光学成像的基本概念 2 光学成像的几何学原理 (4) 光学系统的物与像 图2.1-4 物与像 Q Q 光具组 实物成实像 实物成虚像 Q Q 光具组 虚物成实像 Q Q 光具组 虚物成虚像 Q Q 光 具 组 2.1 几何光学成像的基本概念 2 光学成像的几何学原理 物空间（物方）：包含入射光束及其延长线的空间 像空间（像方）：包含出射光束及其延长线的空间 任何情况下，物方包含所有的实、虚物点，像方包含所有的实、虚像点。物空间只与物点或入射光束发生关系，像空间只与像点或出射光束发生关系。 对一个具体的光具组，物方可能不仅包含位于光具组前面的空间，而且也包含其后面的空间。像方的概念也同样如此。 说明： 2.1 几何光学成像的基本概念 2 光学成像的几何学原理 (5) 物空间与像空间 表述1——同心性不变：由物点发出的同心光束通过光具组后应保持其同心性不变 表述2——等光程成像：由物点发出的所有光线通过光具组后均应以相等的光程到达像点 2.1 几何光学成像的基本概念 2 光学成像的几何学原理 Q Q 光具组 (6) 光学系统理想成像的条件 说明： ① 同心性不变条件与等光程性条件等价。要保持同心性不变，就必须满足等光程性。反过来，只要满足了等光程性，也就必然保证了同心性不变。 ② 不满足理想成像条件时，也就是说，如果通过光具组后光束的同心性被破坏，则出射光束变像散光束，像点变为弥散斑。 ③ 由于等光程性与同心性不变条件的等效性，因此也可以这样定义物的共轭像点：对于一个物点，如果相应的光学系统能使其所发出的所有光线，均以相等的光程通过另一点，则该点与物点共轭，称为像点。 2.1 几何光学成像的基本概念 2 光学成像的几何学原理 2.1 几何光学成像的基本概念 1. 物空间与像空间的基本概念 2. 光学系统理想成像的条件 2 光学成像的几何学原理