《应用光学-完善成像》由会员分享，可在线阅读，更多相关《应用光学-完善成像（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 一、完善成像（perfect） 物理意义：在均匀介质中，点物发出球面波经光学 系统后仍为球面波并会聚于 一点，则该点即 为该物点的完善像。一般地，物点A,B,C像点A,B,C完善成像的条件：一物点对应一像点。物由点构成，推论到，物 像二、实物点和实像点物和像的认识：把光学系统的入射线会聚点 或入射线之延长线会聚点的集合称为该系统的物 ； 把相应之出射线会聚点或出射线之延长线 会聚点的集合称为该系统的像。物和像的概念具有相对性 实物点和实像点:由实际光线所形成的物点或像点 实物和实像：由实物点和实像点构成的物或像实像特点：实际光线交点可由接收器接受人眼可视 三、虚物点和虚像点 虚物和虚像光线的
2、延长线所形成的物点或像点虚物点或虚像点构成的物和像虚像特点：光线延长线交点不可由接收器接收人眼可视 四、物像空间光学系统的物、像所在的空间注意 物像空间并不以光学系统作为划分的绝对 界限（参见前页右下图） 五、等光程面光程 S=n l (A)l=vt 光在真空中相同时间所走过的路程为： S=Ct=vtc/v=nl (B)比较上式与光程的定义式可知：光在介质中的光程即为光以相应的时间间隔内 在真空中所传播的路程。等光程面：由A点发出的光线经某介质面的作用后 都会聚于B点，且光程相等，该介质面即为关于 A、B的等光程面。结论：等光程面皆为非球面。第一章作业题 p15，2、4、5第二面（斜面）的临界
3、角第二章 球面和球面系统 作业：P38：3， 4，5，6，7等光程面都是非球面，为何还要研究球面？ 21 光线经过单个球面的折射一、球面与球面系统的表示如图为单球面系统的一个切面。研究成像，就要研究光线经过光学材料的传播问题， 即可理解为光线经光学材料的折射问题，亦即将折射定 律逐次应用到光线传播时所经过的每一个界面。直线经过球面的曲率中心C，A和A都在其上光轴！AOA. 切面 包含物、像点和光轴的一个截面，称为 子午面。该面反映了球面的对称性，由该面的研究就可得到 成像的一般规律。物像表示：物点 A 像点 A 广义 物像（垂轴）入射光线的特征表示：L 物方截距U 物方孔径角出射光线的特征表示
4、：L 像方截距U像方孔径角入射高度（入射高）：h界面特征表示：r 曲率半径 O 顶点（原点） C 曲率中心介质特征表示： n ,n两种介质的折射率二、符号规则 方便系统地将特征量用数学表示式联系 起来，因而具有更普遍的意义 1 沿轴线段：以顶点算起，向左为负，向右为正 2 垂轴线段：以光轴为准，向上为正，向下为负 3 光线与光轴交角：锐角量度，由光轴转向光线，顺时针 为正，逆时针为负 4 光线与法线交角： 锐角量度，光线转向法线，顺正逆负 5 光轴与法线交角： 锐角，光轴转向法线，顺正逆负 6 折射面之间的间隔：d 由前一顶点到后一顶点，与光线 传播方向一致为正，反之为负注意：折射光学系统中
5、d 恒为正值图形标示规则：图上皆标出各特征量的绝对值 符号规则的简单表述： 沿轴线段左负右正，垂轴线段上 正下负，角度顺正逆负A EC中再利用正弦定理，则有：（4）（1）（4）称为实际光线的光路计算公式。整个物理过程未作任何近似，反映了光线传播的实际。 讨论：1 本组公式是最为基础的，成像规律研究的基础。对一个面的推导，适用多个面的情况。方法：光线追迹追踪光线的轨迹。2 若物点位于物方光轴上无穷远处，光线到折射球 面可认为是平行于光轴的平行光束。 初始坐标参量为:L=U=0实际光线宽光束宽光束4 计算数据位数的要求一般取六位，每个计算 结果都要求如此。为使计算过程、步骤清晰， 易于检查和寻找错
6、误， 在手工计算时则是列成表格。5 校对公式从另外一个角度去验证计算结果的正确与否。四、近轴光的计算公式近轴光：光线与光轴交角孔径角U很小，靠近光轴的 光线。此时，用小写字母表示L U l uL U lu近轴光成像时：sinUu sinUu sinIi sinI i 近轴光的折射成像公式：1 说明光线在近轴区，可用角度的弧度值代替其正弦值 2 近轴区没有明显界限，而由允许的相对误差大小确定例如 若允许误差u 角不超过50。通常35o范围内有相当的精度。讨论： 1 代入l,u 求lu时发现，l不随u而变，l不再是u的函数， 所以，近轴区内，像点和物点对应共轭。a)点对应点，完善成像即轴上物点以细
7、光束成像时像点是完善的。b)近轴光所成的像称为高斯像， l称为高斯像距。这同几何光学中高斯公式中的概念是统一的。 c)几何光学中的高斯公式、焦距概念和近轴光线中的光学 性质一致。 2 由近轴公式可得到常用的下列公式第二式表示成不变量形式阿贝不变量，物像空间Q值相 等。数值随共轭点位置而异。第三式表示近轴光经球面折射前、后的u和u角关系。第四式表示物像位置l和l之间的关系。22 单折射球面成像的放大率、拉赫不变量以下内容皆为在近轴区的讨论。由于是讨论近轴区，需注意成立的条件：垂轴小物成像 垂轴小物用细光束成像 一、垂轴放大率 符号定义式 利用ABCABC 得到与定义式比较，得到利用阿贝不变量变换
8、可得（A)讨论：介质折射率已知，求出物像截距后便可得到垂轴放大率有正负之分0 倒像，像的虚实与物一致0 正像，像的虚实与物相反 1, 放大,像物 1, 缩小, 像物 由(A)式可知，垂轴放大率仅决定于共轭面的位置，在一 对共轭面上垂轴放大率为常数，像物相似。（像是平面的）二、轴向放大率讨论小物轴向尺寸的放大问题。物体沿轴向有大小，成像后 如何变换？处理方法：一定体积的物体，轴向尺寸的放大率转换为一对 共轭点沿光轴移动量之间的关系。设物点移动dl，像点相应移动dl，定义式 微分单球面折射成像公式：讨论：1 适用于移动微小距离dl ，2 恒为正值，说明物像移动方向相同，3 若物点移动有限距离时，上
9、述定义式则无意义，这时需 要引入新的定义式，即用截距差表示的（平均）轴向放大率。对A1(l1,l1 ) 和A2(l2,l2 ) 分别代入成像公式，可以得到 1 2分别表述A1， A2两点共轭面上的垂轴放大率。三、角放大率近轴区，一对共轭光线与光轴的夹角u和u之比定义式 根据近轴光特点上式两边同乘以n/n ，则有四、三个放大率之间的关系五、拉赫不变量体现单折射球面物像空间各量的关系传递不变量 形式虽然简单，说明一对共轭平面中，三者的乘积为一常量。 意义：成像时忽略其他能量损失，传递的能量不变。 注意：一般不给出单位，只给出数值成像时忽略其他能量损失，传递的能量不变成像时忽略其他能量损失，传递的能量不变逐面成像并放大逐面成像并放大
