工程光学学习ppt课件几何光学与成像理论.ppt

上篇 几何光学与成像理论;关于光------波、粒二相性;;第一章 几何光学基本定律与成像概念;第一节几何光学基本定律;; 二、几何光学基本定律 1、光的直线传播定律 2、光的独立传播定律 3、光的折射与反射定律 4、全反射现象 5、光路可逆性;;; 光的反射定律和折射定律（1） 折射率：光在真空中的速度C和光在介质中的速度V之比——这种介质的绝对折射率（简称折射率） 2介质对1介质的相对折射率： n211 2介质的折射率大，光速小——光密介质 1介质的折射率小，光速大——光疏介质 n211 2介质的折射率小，光速大——光疏介质 1介质的折射率大，光速小——光密介质;光的反射定律和折射定律（2） 问：折射率跟 有关,跟 无关。;光的反射定律和折射定律（3） 条件：光从一种各向同性的均匀介质传播到另一种各向同性的均匀介质 反射定律：反射光线、法线、入射光线在同一平面内，反射光线、入射光线分居法线两侧，|反射角|=|入射角| 折射定律：折射光线，入射光线，法线在同一平面内折射光线、入射光线分居法线两侧入射角的正弦与折射角的正弦之比是常数 ;;全反射现象 条件：光密--光疏 入射角临界角 应用：全反射棱镜，光纤 临界角=？ ;;;光路可逆性 应用;三、费马原理与马吕斯定律 光程：光在介质中传播的几何路径与该介质折射率的乘积。 费马原理:光从一点传播到另一点，其间无论经过多少次折射或反射，其光程为极值（最大、最小、常数）--极端光程定律 光线束在各向同性均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。即垂直于波面的光线束经任意多次折、反射后无论折、反射面形如何，出射光束仍垂直于出射波面;第二节 成像的基本概念与完善成像条件;在光学仪器中最常用的光学零件是透镜，目前绝大多数是球面透镜（系统）。;二、完善成像条件 入射为球面波出射波也为球面波 入射光线为同心光束，出射光线也为同心光束;三、物、像的虚实 实际光线相交形成的点为实物点或实像点。光线延长线相交形成的点为虚物点或虚象点。 实物、虚象对应发散同心光束，虚物、实像对应会聚同心光束。 前一系统形成的像应看作后一系统的物。;例1：;例2:;例3：;第三节 光路计算与近轴光学系统;光轴---对于单个球面来说，通过球心的直线称为光轴， 顶点---光轴与球面的交点o称为顶点。 OE为n和n‘两种介质的光滑分界面 单个折射球面的性质由r、n、n三个量所确定，称为结构参数。;由两个球面构成的透镜中，通过两球面球心的直线为光轴。;若有一个面为平面，则光轴通过球面的球心与平面垂直。;A.定义与结构参数（2）;B.符号规则（1---光路方向）;B.符号规则（2---线段方向）;原点;B.符号规则（3---角度方向）;A;总结：;二、实际光线的光路计算 1.求入射角I(△AEC正弦定理) 2.求出射角I’(折射定律) ;3.求像方孔径角 φ=I+U=I+U U=U+I-I 4.求像方截距(△A‘EC正弦定理);例：已知一折射球面其r =36.48mm，n =1， n’ =1.5163。轴上点A的截距 L=-240mm，由它发出一同心光束，今取U为-1°、-2 °、 -3 °的三条光线，分别求它们经折射球面后的光路。（即求像方截距L’ 和像方倾斜角U’ ）;U= -1°: U’= 1.596415° L’=150.7065mm;5.结论 A为顶点2U为顶角的圆锥面上的所有光线经折射后均会聚于A‘点 L一定，L‘是U的函数 单个折射球面成像不完善，这种现象称为“球差”;当物点位于光轴上无限远处时，可以认为它发出的光是平行于光轴的平行光，此时有 L＝－∞，U＝0;三、近轴光线的光路计算;;;结论： 轴上物点在近轴区以细光束成像完善，这个像称为高斯像。通过高斯像点且垂直于光轴的平面称为高斯像面。 这样(成像完善)的一对构成物像关系的点称为共轭点。;第四节 球面光学成像系统;当无限远物点发出的平行光入射时，有;一、单个折射球面成像 （一）垂轴放大率β;在一对共轭面上，　为常数，像与物相似。 物体成像特性：;讨论：;（二）轴向放大率 若物体沿光轴的方向也有一定的大小，它经球面成象后大小如何，这就是轴向放大率的问题。 沿光轴方向有一微小物体dl，经球面折射成象后变成dl`。定义轴向放大率为dl`与dl之比，用字母α表示，得α=dl`/dl;对于单个折射球面，轴向放大率公式可对式（1-19）微分并整理;对比垂轴放大率可得： 结论： 1.折射球面垂轴放大率恒为正，当物点沿轴向移动时，其像点沿光轴同方向移动。 2.轴向放大率与垂轴放大率不等，空间物体成像时要变形。;;1 角放大率只与共