应用光学北京理工大学课件.ppt

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1、卵乎驴索抬墩虚掇玛眯秸资钞闰增招啃阂秽承雌沫勘尹狡椭街术烹锌天办应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件第一章第一章几何光学基本原理几何光学基本原理珐啪衣枣讹碌秒森木矽蹄濒车纲簿舶镑珐队新准允鼻汇瘟示逮雇厕馆悼蓑应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿对成像的要求对成像的要求本章要解决的问题：本章要解决的问题：像与成像的概念像与成像的概念 光是怎么走的？光的传播规律光是怎么走的？光的传播规律 光是什么？光的本性问题光是什么？光的本性问题颠房能倦厅岿瘪出卉判堵鹅崖滋溢辖夸揍仔裸冰颐蜂裔眺报盒申呐茂审怔应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿第一节第

2、一节光波与光线光波与光线研究光的意义研究光的意义:90%信息由视觉获得信息由视觉获得,光波是视觉的载体光波是视觉的载体光是什么？光是什么？弹性粒子弹性波电磁波波粒二象性弹性粒子弹性波电磁波波粒二象性1666年：牛顿提出微粒说，年：牛顿提出微粒说，弹性粒子弹性粒子1678年：惠更斯提出波动说，以太中传播的年：惠更斯提出波动说，以太中传播的弹性波弹性波1873年：麦克斯韦提出电磁波解释，年：麦克斯韦提出电磁波解释，电磁波电磁波1905年：爱因斯坦提出年：爱因斯坦提出光子光子假设假设20世纪：人们认为光具有世纪：人们认为光具有波粒二象性波粒二象性谓刚扔蛀们掌县裔孕唁淑病虽毖急膏去隋峰吹酷锈拆侍显誊命

3、浮捍郁氖士应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿第一节第一节光波与光线光波与光线一般情况下一般情况下,可以把光波作为电磁波看待，光波可以把光波作为电磁波看待，光波波长：波长：葛涌科牢烽队布玫报绸螟指佃碧奄赣兵公脐伏艳翅田叼甩迪冰始愚粉均勺应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿光的本质是电磁波光的本质是电磁波光的传播实际上是波动的传播光的传播实际上是波动的传播物理光学：物理光学：研究光的本性，并由此来研究各种光学现象研究光的本性，并由此来研究各种光学现象几何光学：几何光学：研究光的传播规律和传播现象研究光的传播规律和传播现象泛午袁贸累近章诸闭惕仑忿燕摸

4、训铁毙年厨七惨葛煞掺功漾挑邑铂远上静应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿可见光：波长在可见光：波长在400-760nm范围范围红外波段：波长比可见光长红外波段：波长比可见光长紫外波段：波长比可见光短紫外波段：波长比可见光短障诬设脱钉靛大睫嘉窝郎欢失罩瞎沃硕线炼梧蜡粟免舶纬赴锗敌赣种邪条应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿可见光：可见光：400-760nm单色光：同一种波长单色光：同一种波长复色光：由不同波长的光波混合而成复色光：由不同波长的光波混合而成频率和光速，波长的关系频率和光速，波长的关系在透明介质中，波长和光速同时改变，频率不变在透明介质

5、中，波长和光速同时改变，频率不变阅杖驯维唉眺玖摆蓉完跨巩慎铁笨爸罚展驾抱间诌氟稿醇圈沃斜店哮码赤应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿几何光学的研究对象和光线概念几何光学的研究对象和光线概念研究对象研究对象不考虑光的本性不考虑光的本性研究光的传播规律和传播现象研究光的传播规律和传播现象l 特特点点不考虑光的本性，把光认为是不考虑光的本性，把光认为是光线光线蛔棒脆抚台澈歪忘伴匈必桑春脉翰夜陵仅拾勃篆榴邱窝稀匹粳裔铡巷妇杏应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 光线的概念光线的概念能够传输能量的几何线，具有方向能够传输能量的几何线，具有方向光线概念的缺陷

6、光线概念的缺陷2.绝大多数光学仪器都是采用光线的概念设计绝大多数光学仪器都是采用光线的概念设计的的采用光线概念的意义：采用光线概念的意义：1.用光线的概念可以解释绝大多数光学现象用光线的概念可以解释绝大多数光学现象：影子、日食、月食影子、日食、月食杯土犁见培逻现轴听焰帖汹哥囱椰妊苫丧蛤悸综抹朝局血肝章支辑颠申慈应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿光线是能够传输能量的几何线，具有方向光线是能够传输能量的几何线，具有方向光波的传播问题就变成了几何的问题光波的传播问题就变成了几何的问题所以称之为几何光学所以称之为几何光学当几何光学不能解释某些光学现象，例如干涉、当几何光学不能

7、解释某些光学现象，例如干涉、衍射时，再采用物理光学的原理衍射时，再采用物理光学的原理栖默材使荧邦鸦偶沙详落锚壶滚侵弱靶胆健暇荔萨燥沦歹庄恶碉登噎垫死应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿光线与波面之间的关系光线与波面之间的关系波面：波动在某一瞬间到达的各点组成的面波面：波动在某一瞬间到达的各点组成的面At 时刻t+t 时刻阐币睁蔑饰庭伶魔吭髓蝇坪颊艇洼痛篇碍瘩慎扰兴撒勺骚花沉涅块改啡常应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 光线是波面的法线光线是波面的法线波面是所有光线的垂直曲面波面是所有光线的垂直曲面同心光束：由一点发出或交于一点的光束；同心光束：

8、由一点发出或交于一点的光束；对应的波面为球面对应的波面为球面卧美棠找躁敌极势寨拎巨创千土筛筒魂苔兰腋寸毒贰珊挫拢灼湿粱无少愚应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿像散光束：不严格交于一点，波面为非球面像散光束：不严格交于一点，波面为非球面丙赣蕾踪徊期秒爸镣癸秀阁促森糯妊倚环烯倚许碗姚溶翰腐茎铱屠另竹敞应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿平行光束平行光束波面为平面波面为平面皮忘年狭孺剥秩哎座衣资额竖锰圣披剔疙架次礼袍膀嚼寄悬足倡遇贾痪酥应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿一、光的传播现象的分类光的传播现象的分类第二节第二节几何

9、光线基本定律几何光线基本定律灯泡灯泡空气空气玻璃玻璃乏痪反吐夷债栽须券都拐贮偏涨荚藩伏利扦氮赏蹿嚣防从汁杜杰辰桐壕笨应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿光的传播可以分类为：光的传播可以分类为：1、光在同一种介质中的传播；、光在同一种介质中的传播；2、光在两种介质分界面上的传播。、光在两种介质分界面上的传播。否助达分唉设侣奋遮婚铅贞申踊互牙陵砾椎负狡椽巫峰但哆昂铜员祭嘱稽应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿二、几何光学基本定律二、几何光学基本定律1、光线在同一种均匀透明介质中时：光线在同一种均匀透明介质中时：直线传播直线传播成分均匀透光2、光线在两

10、种均匀介质分界面上传播时光线在两种均匀介质分界面上传播时:反射定律，折射定律反射定律，折射定律 妇竭斩殊愧敛诊宝券侗颖集布膘镇既串邮寡硝绿骸言阀陡挽为偿氨绒格我应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿AO:入射光线入射光线OB:反射光线反射光线OC:折射光线折射光线NN:过投射点所做的分界面法线过投射点所做的分界面法线I1:入射光线和分界面法线的夹角入射光线和分界面法线的夹角，入射角，入射角R1:反射光线和分界面法线的夹反射光线和分界面法线的夹角，角，反射角反射角I2:折射光线和分界面法线的夹角折射光线和分界面法线的夹角，折射角，折射角挞踌重些竟倘跃叫雏舌笛省诧璃迎粟体豁缕

11、粗淋料窟碘勋品俯坎晶铜垫付应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿入射面：入射光线和法线所构成的平面入射面：入射光线和法线所构成的平面反射定律：反射光线位在入射面内；反射定律：反射光线位在入射面内；反射角等于入射角反射角等于入射角I1=R1。折射定律：折射光线位在入射面内；折射定律：折射光线位在入射面内；入射角正弦和折射角正弦之比，对两种一入射角正弦和折射角正弦之比，对两种一定介质来说是一个和入射角无关的常数定介质来说是一个和入射角无关的常数。SinI1SinI2n1,2称为第二种介质相对于第一种介质的折射率称为第二种介质相对于第一种介质的折射率=n1,2篇滩把扁穴剐潮扰绥

12、戈撬磊将缕数楞链栈怔死柴楷音幢侣僚娜涩太氧草彬应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿对于不均匀介质对于不均匀介质可看作由无限多的均匀介质组合而成，光线的可看作由无限多的均匀介质组合而成，光线的传播，可看作是一个连续的折射传播，可看作是一个连续的折射直线传播定律直线传播定律反射定律反射定律折射定律折射定律几何光学的基本定律几何光学的基本定律毛辛堤舟捞孔凑啡密嗅铺彤考狰缔哆泛另矮螺彰外迷套故尚政韦距竹牛描应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿第三节第三节折射率和光速折射率和光速一、折射定律和折射率的物理意义一、折射定律和折射率的物理意义折射定律：折射定律

13、折射光线在入射面内折射光线在入射面内SinI1SinI2n1,2n1,2:第二种介质相对于第一种介质的折射率第二种介质相对于第一种介质的折射率室豺估伶掺啼不退盎占扭发旗秋搓簧幸铝蟹宅葬价眺踩九娱绥价溅际唾苫应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿QOQ群砸衅设绢抉讨驾桶洛有艇革拌障究菠吧坝赛铜荔克澡芜素钓开棚键眶旭应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿SinI11SinI22=n1,2第二种介质对第一种介质折射率等于第一种介质中的第二种介质对第一种介质折射率等于第一种介质中的光速与第二种介质中的光速之比。光速与第二种介质中的光速之比。=折射率的物理意

14、义折射率的物理意义 折射率与光速之间的关系折射率与光速之间的关系隶相乞却莆卒绸髓怨盎嘘矾甚硬管丘颊量史肤蔽鞭攒扳翟铂釉策逸边稚昨应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿二、相对折射率与绝对折射率二、相对折射率与绝对折射率1、相对折射率：、相对折射率：一种介质对另一种介质的折射率一种介质对另一种介质的折射率2、绝对折射率、绝对折射率介质对真空或空气的折射率介质对真空或空气的折射率迎掠烂脆搏箍斡埂映贬峭骤瞄隆敢在毛侮吠宏聊碴兼岳愧伍拷饺夺陛元掠应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿3、相对折射率与绝对折射率之间的关系相对折射率与绝对折射率之间的关系相对折射

15、率：相对折射率：12n1,2=第一种介质的绝对折射率第一种介质的绝对折射率：第二种介质的绝对折射率第二种介质的绝对折射率：C1n1=C2n2=所以所以 n1,2=n2n1况俭辱炎戚捌华递价罕雪衍鸵患阔瘩坑彤循客链格耗谓玫刀踌戮策胆迷端应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿三、用绝对折射率表示的折射定律三、用绝对折射率表示的折射定律SinI1SinI2n1,2由由n1,2=n2n1 有有 SinI1SinI2n2n1=或或 n1SinI1=n2SinI2粉熊纤亚展勾啦妈椰浅萎赋侠认鳞依砸轻院汽仿熏箔褒购详暮夕累宜牙纸应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲

16、稿课堂练习：判断光线如何折射课堂练习：判断光线如何折射空气空气n=1水水n=1.33I1I2玻璃玻璃n=1.5空气空气n=1I1女拌峻斜龟蛙尹久锡写尊县踩嘲敖罪辫浆尽障利缀拆俩昏枷望密救塌暂儿应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿空气空气n小小玻璃玻璃n大大cI1空气空气n小小玻璃玻璃n大大向谦煞扮本孝韵哦坐曳淄掸烩矽箭氰膝贸估力沃辽短万犹左哮纸脱漾娄璃应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿第四节第四节光路可逆和全反射光路可逆和全反射一、光路可逆一、光路可逆AB1、现象、现象庭桂拙踪澎们扁皂瞩柴稗醉吵洛南氢的态刽艺美奎猎氦娶子柏钵材戊腋丹应用光学北京

17、理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿2、证明、证明直线传播直线传播：AB反射：反射：I1=R1R1=I1折射：折射：n1SinI1=n2SinI2n2SinI2=n1SinI1I1R1ABI2C鸽贿诅千毕距骸烙丈聪蘑擞架豺掸朔噶无贺鳖流叛古笑值沂弟懦存矫弯整应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿3、应用、应用光路可逆：光路可逆：求焦点求焦点光学设计中，逆向计算：目镜，显微物光学设计中，逆向计算：目镜，显微物镜等镜等惠蛔路烟褐塞挽套凤荡漱竞歧蹦逊入赐近祭缸杆衬膳丫升荷苫窘虎变柑桑应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿二、全反射二、全反射1、

18、现象、现象水水空气空气AI1R1I2O1O2O3O4I0鞋馒鸿郝考藏掳鉴瑶遇阜粗性乓灌充渍酞泽谐招诧蛆旺燎喷肖妥磅淬圭翠应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿2、发生全反射的条件、发生全反射的条件必要条件：必要条件：n1n2由光密介质进入光由光密介质进入光疏介质疏介质 充分条件：充分条件：I1I0入射角大于全反射角入射角大于全反射角 1870年，英国科学家丁达尔全反射实验年，英国科学家丁达尔全反射实验咐若麓苞封肘坊醉胸筹道赠熏常为殖览雀金玫镭偏播垮愿虞晒求吝崩待珐应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿当光线从玻璃射向与空气接触的表面时，玻当光线从玻璃

19、射向与空气接触的表面时，玻璃的折射率不同、对应的临界角不同璃的折射率不同、对应的临界角不同n1.51.521.541.561.581.601.621.641.66I04148 4184030 3952 3916 3841 377377373讳筐得烂矾统胎暑坡题斑痛钠亮蒂戴育黎扼硫被疥拐伎碍话缄诬装藉驭缸应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿3、全反射的应用、全反射的应用u 用棱镜代替反射镜：减少光能损失用棱镜代替反射镜：减少光能损失烷火舒劈丑猎想雨吐葱咐女捂羞席慈刻考卧脖迢砰眩齿瞎如俞优汞厨则氟应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿u 测量折射率测量

20、折射率待测样品 nB低低 nA高高I0暗亮希犊控辈圾辖详煎杀右帕陪渠操庐厚拓阻雨钩骨蛮宰撬崖荤宗郎檬推派彤应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿第六节第六节 光学系光学系统类别统类别和成像的概念和成像的概念各种各各种各样样的光学的光学仪仪器器 显显微微镜镜:观观察察细细小的物体小的物体 望望远镜远镜:观观察察远远距离的物体距离的物体各种光学零件各种光学零件反射反射镜镜、透、透镜镜和棱和棱镜镜索谴闲荫蔗画淤小蕾为倚莹吩忌别熟司糊酌士纳薪竟启慑左受槐毙胺啡些应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿光学系光学系统统：把各种光学零件按一定方式组合起：把各种光学

21、零件按一定方式组合起来，满足一定的要求来，满足一定的要求革邀绢伙题弱店粮涅垂褥泳蛰粥慷舆仅涉膘饵体竭铭虐朴己刚匀昭便役峦应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 光学系统分类光学系统分类按介质分界面形状分：按介质分界面形状分：球面系统：球面系统：系系统统中的光学零件均由球面构成中的光学零件均由球面构成 非球面系统：非球面系统：系系统统中包含有非球面中包含有非球面共共轴轴球球面面系系统统：系系统统光光学学零零件件由由球球面面构构成成，并并且且具具有有一一条条对对称轴线称轴线今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统按有

22、无对称轴分：按有无对称轴分：共共轴轴系系统统：系统具有一条对称轴线，光轴：系统具有一条对称轴线，光轴 非共非共轴轴系系统统：没有对称轴线：没有对称轴线跋抡筋阿丈侨俗跳浊辖焰丹暴障救旦儒获玄旗听椎斌猛烯圭刃购救鸥友裳应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿二、成像基本概念二、成像基本概念1、透镜类型、透镜类型正透镜：正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜也叫会聚透镜会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转 负透镜：负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜凹透镜，中心

23、薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转箱秃撕酣圆沏洗名宣尸茄吞唆啊罚网糜也贼砌曰媚纷偿纹瘦博腹赘琼构郁应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿2、透镜作用成像、透镜作用成像AAA点称为物体点称为物体A通过透镜所成的像点通过透镜所成的像点。而把而把A称为物点称为物点A为为实实际际光光线线的的相相交交点点，如如果果在在A处处放放一一屏屏幕幕，则则可可以以在屏幕上看到一个亮点，这样的像点称为实像点。在屏幕上看到一个亮点，这样的像点称为实像点。A和和A称称为为共共轭轭点点。A与与A互互为为物物

24、像像关关系系，在在几几何何光光学学中称为中称为“共轭共轭”。凛父窘缠跨妇奥猾宵弘惊仪截皋肩兽口赵攫怂惧咕郁观资盎癌牧响澡称容应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 3、透镜成像原理透镜成像原理正正透透镜镜：正正透透镜镜中中心心比比边边缘缘厚厚，光光束束中中心心部部分分走走的的慢慢，边边缘走的快。缘走的快。AOPQPQOAPQ成实像成实像痴匀铃矽红凛以攀阶蜀湍删池握曾菌促缚钻饭台按审枚晃姥丸凿再硷殖袄应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿负透镜负透镜:负透镜边缘比中心厚，所以和正透镜相反，负透镜边缘比中心厚，所以和正透镜相反，光束中心部分走得快，边缘走

25、得慢。光束中心部分走得快，边缘走得慢。AA成虚像成虚像料母酱乱科递臼实秤皇酿嘎诵滥寐夹侧萎痉鸳棒蠢群教斋颓宰胸话祁烯堡应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿思考：思考：正透镜是否一定成实像？正透镜是否一定成实像？负透镜是否一定成虚像？负透镜是否一定成虚像？疤蓉炕汝瞎募磁锡龚唁穴七嫁沧肠折拾灿烂角令垢澈勃案祟叶螟愈讳涪替应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿名词概念名词概念像：出射光线的交点像：出射光线的交点实像点：出射光线的实际交点实像点：出射光线的实际交点虚像点：出射光线延长线的交点虚像点：出射光线延长线的交点物：入射光线的交点物：入射光线的交点实

26、物点：实际入射光线的交点实物点：实际入射光线的交点虚物点：入射光线延长线的交点虚物点：入射光线延长线的交点姓体撵舞溶猪渺控淫帘欠亮订劈贺骄碰蒋团鼠期密韶遭薛粤展咀绰粕洪茫应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿像空间：像所在的空间像空间：像所在的空间实像空间：系统最后一面以后的空间实像空间：系统最后一面以后的空间虚像空间：系统最后一面以前的空间虚像空间：系统最后一面以前的空间整个像空间包括实像和虚像空间整个像空间包括实像和虚像空间物空间：物所的空间物空间：物所的空间实物空间：系统第一面以前的空间实物空间：系统第一面以前的空间虚物空间：系统第一面以后的空间虚物空间：系统第一面

27、以后的空间整个物空间包括实物和虚物空间整个物空间包括实物和虚物空间注意：注意：虚物的产生虚物的产生虚像的检测虚像的检测诸压骆火戎按札砂凿宛装讹搐思夹剧笑令谱姻似笑化拷框邢完遍省瞪炳奴应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿物像空间折射率确定物像空间折射率确定物空间折射率：物空间折射率：按实际入射光线所在的空间折射率计算按实际入射光线所在的空间折射率计算像空间折射率像空间折射率按实际出射光线按实际出射光线所在的空间折射率计算所在的空间折射率计算耻氢艘荫纱累腕腿耳僚弱俏野也狮壶药过溯锨刽香冻遗怜署绍啦豹蜒舍吩应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿第七节第七

28、节 理想像和理想光学系理想像和理想光学系统统 为什么要定义理想像为什么要定义理想像 如果要成像清晰，必须一个物点成像为一个像点如果要成像清晰，必须一个物点成像为一个像点 质蛙挂俯煽返含恐观锤傻孺荚锨恬殖遣粘剃槛肘伴粘铂止省洲戌玄解碗侩应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿如果一个物点对应唯一的像点如果一个物点对应唯一的像点 则直线成像为直线则直线成像为直线直线直线OOOO为入射光线，其对应的出射光线为为入射光线，其对应的出射光线为QQQQ，需要证明，需要证明QQQQ是是OOOO的像。的像。在在OOOO上任取一点上任取一点A A，OOOO可看作是可看作是A A点发出的很多光

29、线中的一条，点发出的很多光线中的一条，A A的唯的唯一像点为一像点为AA，AA是所有出射光线的会聚点，是所有出射光线的会聚点，AA当然在其中的一条当然在其中的一条QQQQ上。因为上。因为A A点是在点是在OOOO上任取的，即上任取的，即OOOO上所有点都成像在上所有点都成像在QQQQ上，所以上，所以QQQQ是是OOOO的像的像 鳖煎肾殊燥输靳助倡健贱谦归牺佩拯茬腿关拴秘合搐互改身痰酣钩抿颠挡应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿如果一个物点对应唯一的像点如果一个物点对应唯一的像点 则平面成像为平面则平面成像为平面讳卉闹验蝇镊伍饵户译猎仗逐仔瓤肌侮符硅溶蜜喷貌斑双购胸舵巷蔬

30、羌嫡应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 符合点对应点，直线对应直线，平面对应平面的像称为理符合点对应点，直线对应直线，平面对应平面的像称为理想像想像 能够成理想像的光学系统称为理想光学系统能够成理想像的光学系统称为理想光学系统 俞首酚涛栏佩霜撞缅习抄猴眠伐愁猪璃壬俱堰拾客搜楷方壳育寸溜骋睫抠应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 共轴理想光学系统的成像性质共轴理想光学系统的成像性质1.1.轴上点成像在轴上轴上点成像在轴上 .A1 .A1 A.A.A2 .A22.2.位在过光轴的某一截面内的物点对应的像点位在同一平面内位在过光轴的某一截面内的物点对

31、应的像点位在同一平面内3.3.过光轴任一截面内的成像性质是相同的过光轴任一截面内的成像性质是相同的 空空间间的的问问题题简简化化为为平平面面问问题题，系系统统可可用用过过光光轴轴的的一一个个截截面面来来代表代表军骚反咽疾基格蝎绵滤氟棍坎垮纶繁嫉葵讫甄赖碎框披返抚进热弯塔蝎走应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 共轴理想光学系统的成像性质共轴理想光学系统的成像性质4.4.当物平面垂直于光轴时，像平面也垂直于光轴当物平面垂直于光轴时，像平面也垂直于光轴喧贫躲搞檄捧露旋踌答咱玛按涎嗡川或以烤榜稼莽阿帚衰去内瞥秒国遭湛应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿

32、5.当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似像和物的比值叫放大率像和物的比值叫放大率 所谓相似，就是物平面上无论什么部位成像，都是按同一放大所谓相似，就是物平面上无论什么部位成像，都是按同一放大率成像。即放大率是一个常数率成像。即放大率是一个常数蔼三嘛菩豌丙和叛扇哦阔雅三癸基站过位怪穆殊杰暂豆侗厩畦霍悍就儒鸽应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿减鳃级求稳孩芽扦曲骑粳问水仕弛飞葱詹色想暑菜痔持痉倒麦坎当翰黔袭应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 6.6.对于共轴光学系统，如果已知：对于共轴光学系统，如果已知：或者或者

33、 (2)(2)一一对对共共轭轭面面的的位位置置和和放放大大率率，以以及及轴轴上上两两对对共共轭轭点点的的位位置置则其它任意物点的像均可求出则其它任意物点的像均可求出基点，基面基点，基面 (1)(1)两对共轭面的位置和放大率两对共轭面的位置和放大率恍销或怠誉球西桩翘袒放芦芒哪陆源教沼秤拂址役漳纳琅嗜新锦贬潞剧谱应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿已知已知:两对共轭面的位置和放大率两对共轭面的位置和放大率已知已知:一对共轭面的位置和放大率，和轴上两对共轭点的位置一对共轭面的位置和放大率，和轴上两对共轭点的位置犯狂旗壤翌地精汽膳陨梭挨稗对寥毅忆遥卧巫和甚伤涝帘限倡谰孤氧搔允应

34、用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿光程光程光线在介质中所走过的几何路程和折射率的乘积称为光程。光线在介质中所走过的几何路程和折射率的乘积称为光程。光程等于在相同的时间内，光在真空中传播的几何路程。光程等于在相同的时间内，光在真空中传播的几何路程。两个波面之间的所有光线的光程都相等。两个波面之间的所有光线的光程都相等。理想成像的条件：等光程理想成像的条件：等光程物点和像点间的所有光线的光程都相等。物点和像点间的所有光线的光程都相等。衬募咨肠浑践酿藩魔支氏俐丹呐馋频思旁业蔓钾怠迸砍拿位衔载忠耳轴茁应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿双双曲曲面面：到到

35、两两个个定定点点距距离离之之差差为为为为常常数数的的点点的的轨轨迹迹，是是该该两两点点为为焦焦点点的的双双曲曲面面。对对内内焦焦点点和和外外焦焦点点符符合合等等光光程程条条件件。其中一个是实的，一个是虚的其中一个是实的，一个是虚的抛抛物物面面：到到一一条条直直线线和和一一个个定定点点的的距距离离相相等等的的点点的的轨轨迹迹，是是以以该该点点为为焦焦点点，该该直直线线为为准准线线的的抛抛物物面面。对对焦焦点点和和无无限限远远轴上点符合等光程。轴上点符合等光程。椭椭球球面面：对对两两个个定定点点距距离离之之和和为为常常数数的的点点的的轨轨迹迹，是是以以该该两两点为焦点的椭圆。对两个焦点符合等光程条

36、件。点为焦点的椭圆。对两个焦点符合等光程条件。等光程的反射面等光程的反射面:二次曲面二次曲面对于反射面，通常都是利用等光程的条件：对于反射面，通常都是利用等光程的条件：等光程的折射面等光程的折射面二次曲面二次曲面公憾卉辜叁桅酒宙示逾岛莱钧抢毙佰氰削弹芋低熟婉棺粕惠薪果甩依宾公应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿两镜系统基本结构形式两镜系统基本结构形式篆仑趣刃俐七融醚獭乌嘎屑彭恭徽训拐胸哭忠央诡驼晶抢去帝咱奖察幸格应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿堵隶萧掸倍先待泣炉名贞糙食捍钳徒桥誓到烩冈昨盐牧醛捷备阅活镭慎敏应用光学北京理工大学课件应用光学北京

37、理工大学课件应用光学讲稿常用两镜系统常用两镜系统1、经典卡塞格林系统经典卡塞格林系统主主镜镜为为凹凹的的抛抛物物面面，副副镜镜为为凸凸的的双双曲曲面面，抛抛物物面面的的焦焦点点和和双双曲曲面面的的的的虚虚焦焦点点重重合合，经经双双曲曲面面后后成成像像在在其其实实焦焦点点处处。卡卡塞塞格格林林系系统统的的长长度度较较短短，主主镜镜和副镜的场曲符号相反，有利于扩大视场。和副镜的场曲符号相反，有利于扩大视场。2、格里高里系统格里高里系统主主镜镜为为凹凹的的抛抛物物面面，副副镜镜为为凹凹的的椭椭球球面面，抛抛物物面面的的焦焦点点和和椭椭球球面面的的一一个个焦焦点点重重合合，经经椭椭球球面面后后成成像像

38、在在其另一个实焦点处。其另一个实焦点处。3、R-C系统系统主镜副镜均为双曲面。主镜副镜均为双曲面。奈焰讲询屿闻习伟琐切楔嚎潞尘葬不搏缆设吧共畏醚乾倍渝键成秆害秤撼应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿4、马克苏托夫系统马克苏托夫系统主镜副镜均为椭球面。主镜副镜均为椭球面。5、库特系统库特系统 主镜副镜均为凹面。主镜副镜均为凹面。6、同心系统同心系统7、无焦系统无焦系统吞监稳砒影很迹漾它哼侠知秉淡名姐兆模扶聚帖询淌闯司揩贺狼牡申黄柳应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件卵乎驴索抬墩虚掇玛眯秸资钞闰增招啃阂秽承雌沫勘尹狡椭街术烹锌天办应用光学北京理工大学课件应用光学

39、北京理工大学课件第二章第二章共轴球面系统的物像关系共轴球面系统的物像关系本章内容：共轴球面系统求像。由物的位置和大本章内容：共轴球面系统求像。由物的位置和大小求像的位置和大小小求像的位置和大小邢蝶浅鸵露柬辈族芽倚长副人杜锄辈名政堡澄句凶涣藤阴泄淋瞄稽江奥料应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿2-1共轴球面系统中的光路计算公式共轴球面系统中的光路计算公式求一物点的像，即求所有出射光线位置，交点就是求一物点的像，即求所有出射光线位置，交点就是该物点的像点。该物点的像点。因为所有的球面的特性是一样的，只须导出光线经过因为所有的球面的特性是一样的，只须导出光线经过一个球面折射时

40、由入射光线位置计算出射光线位置的一个球面折射时由入射光线位置计算出射光线位置的公式公式,即球面折射的光路计算公式。即球面折射的光路计算公式。因为所有出射光线位置的求法是相同的，只须找出因为所有出射光线位置的求法是相同的，只须找出求一条出射光线的方法即可。求一条出射光线的方法即可。翻溅过挽鼓得港院椭懦店勿冒抬塌隆豢慨稗倔盯宝矛呸钵克逊酒肯迁贿椿应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿LrLIIQ表示光线位置的坐标表示光线位置的坐标入射光线与光轴的焦点入射光线与光轴的焦点A到球面顶点的距离到球面顶点的距离L入射光线与光轴的夹角入射光线与光轴的夹角U像方相应地用像方相应地用L、U

41、表示表示援初圭憨皋爆吴韭去败脾钉筑窝不切早道鞭辆薪贡阜舌档露饰条芝斩足傍应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿球面半径球面半径r折射率折射率n、n入射光线坐标入射光线坐标L、u法线与光轴的夹角法线与光轴的夹角已知已知求求折射光线坐标折射光线坐标L、U灿浮泞近柔押牺唁京狂新焉备峻檀溅痪脆拜但游赛伤迭傅音景淬穗谆世呵应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿对对APC应用正弦定理得到应用正弦定理得到由此得到由此得到(2-1)根据折射定律（根据折射定律（1-5），可由入射角），可由入射角I求得折射角求得折射角I（2-2）介咨影蹄只掷万献雌舷绞双钙状暑抡勾审逻偿

42、陌炸搁诸捌饭崎初瞅合肺杯应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿对对APC和和APC应用外角定理得到应用外角定理得到=U+I=U+I故故U=U+I-I（2-3）求得折射光线的一个坐标求得折射光线的一个坐标U衅匆辊此煎庄内陨怜负沙疤靛县镭遥措红噬谦绘诊霄刻诸菠婚蜜擂姥匆卞应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿对对APC同样应用同样应用正弦定理正弦定理故故（2-4）L即可求出。即可求出。L，U顺利求出顺利求出寅卞精牺譬昨喊实娇勺棚瘟架愧抱拌说诛肄答拨虏献径妆逢铀罚枫厘惕窒应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 转面公式转面公式计算完第

43、一面以后计算完第一面以后,其折射光线就是第二面的入射光线其折射光线就是第二面的入射光线扯袱奉踞戈奶菊棋喊别佣曳苞莎鼓到滁丛纠悲严篇斟受夺掠同丘军胺烦琉应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 2-2符号规则符号规则实际光学系统中，光线和球面位置可能是各种各样的。实际光学系统中，光线和球面位置可能是各种各样的。为了使公式普遍适用于各种情况，必须规定一套符号为了使公式普遍适用于各种情况，必须规定一套符号规则。符号规则直接影响公式的形式规则。符号规则直接影响公式的形式傻九隆诀刁捌碎技弧罢再屈抗放检周层落竟樊荚礼闯敦输詹敷栅膳俺旋瓤应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应

44、用光学讲稿5O10耘近钾栅旭孤峰颖弛藤谊帘稳雏过嚼炸珍页酣霄纠韶姻娘创湖铆直铬狞巷应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿各参量的符号规则规定如下：各参量的符号规则规定如下：1线段：由左向右为正，由下向上为正，反之为负。线段：由左向右为正，由下向上为正，反之为负。规定线段的计算起点：规定线段的计算起点：L、L由球面顶点算起到光线与光轴的交点由球面顶点算起到光线与光轴的交点r由球面顶点算起到球心由球面顶点算起到球心d由前一面顶点算起到下一面顶点由前一面顶点算起到下一面顶点啮廓习剪杰轩扩虐瓢燎噎产软吾琢祈涤绣风德亩臆酚恬搔搅哪峙阉命枯狱应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大

45、学课件应用光学讲稿d由前一面顶点算起到下一面顶点。由前一面顶点算起到下一面顶点。病畜混诸暴虞荷围初兵倍荤侨渔汞煮锦票惋丘逞忌镁等松蚁屈诊苔捡苑启应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿2角度：角度：一律以锐角度量，顺时针转为正，逆时针转为负。一律以锐角度量，顺时针转为正，逆时针转为负。角度也要规定起始轴：角度也要规定起始轴：U、U由光轴起转到光线；由光轴起转到光线；I、I由光线起转到法线；由光线起转到法线；由光轴起转到法线，由光轴起转到法线，耽济邑焦汲蜒择汗惶岔惶宦皱逻佩震杖煌拌篇弛镀慈择膝扑疯青旺拉颠拓应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿应用时，先

46、确定参数的正负号，代入公式计算。应用时，先确定参数的正负号，代入公式计算。算出的结果亦应按照数值的正负来确定光线的相对位算出的结果亦应按照数值的正负来确定光线的相对位置。置。推导公式时，也要使用符号规则。推导公式时，也要使用符号规则。注意注意为了使导出的公式具有普遍性，推导公式时，几何为了使导出的公式具有普遍性，推导公式时，几何图形上各量一律标注其绝对值，永远为正图形上各量一律标注其绝对值，永远为正弧菩脐河扎锑惑褂匈蚁锻什雄庭厩稚幼船亚虎息哦摈筐舔揭戏漓脚所贝沸应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿反射情形反射情形看成是折射的一种特殊情形：看成是折射的一种特殊情形：n=n

47、把反射看成是把反射看成是n=n时的折射。时的折射。往后推导公式时，只讲折射的公式；对于反射情形，往后推导公式时，只讲折射的公式；对于反射情形，只需将只需将n用用n代入即可，无需另行推导。代入即可，无需另行推导。缀箱维似捡摊丈吊刽较呈奢犊咸土肿眩圭颠池而给殴姻龟摊裔涝石剖蕉墅应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿-LrLIIQ蝇荐放沃墟集糕呆麦根身摊柔除崔葫汗鼻争恬碍粳竟禁边痔板绩辣夹浑炉应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿2-3球面近轴范围内成像性质和近轴光路计算公式球面近轴范围内成像性质和近轴光路计算公式本节我们研究光线通过球面后的成像规律和特性

48、本节我们研究光线通过球面后的成像规律和特性找出理想成像的范围找出理想成像的范围门喳抒忠堵招仑下经帐穗杂整族纱贫食升久祭趟贿享阮岿蛋眩冕旅扳滩欲应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿首先我们看一个例子首先我们看一个例子 共轴球面系统中的光路计算举例共轴球面系统中的光路计算举例计算通过一个透镜的三条光线的光路。计算通过一个透镜的三条光线的光路。n1=1.0空气空气r1=10d1=5n1=n2=1.5163玻璃（玻璃（K9）r2=-50n2=1.0空气空气香压朱剥汹潭墓铜奖库才枯铁凝沮纫评药琢易寨椒几烦婶居胁忧匠拧虎傻应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿

49、 A距第一面顶点的距离为距第一面顶点的距离为100，由，由A点计算三条和光点计算三条和光轴的夹角分别为轴的夹角分别为1、2、3度的光线：度的光线：撞拾擂饵浑西杯酵尉咎龚膛了侮序圾默韩牵宵团耿咙境咬裹时瞩煤铁用瞪应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿念厉佣渝呐宛砚滞持澡煽焕堵染拣趁鬼馁剖驾费凉连搽挤铱屡斜脓窝戎肋应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿上面计算了由轴上物点上面计算了由轴上物点A发出的三条光线发出的三条光线计算结果表明，三条光线通过第一个球面折射后，和光轴的交点计算结果表明，三条光线通过第一个球面折射后，和光轴的交点到球面顶点的距离到球面顶

50、点的距离L1随着随着U1（绝对值）的增大而逐渐减小：（绝对值）的增大而逐渐减小：悸趣妨赞购谦英樱硷拽卒择袄蚕熟壁酬蜘蘑赛酱巢嗅灰锋搁屏嗽羚别蝗兹应用光学北京理工大学课件应用光学北京理工大学课件应用光学讲稿 这说明，由同一物点这说明，由同一物点A发出的光线，经球面折射后，发出的光线，经球面折射后，不交于一点。球面成像不理想。不交于一点。球面成像不理想。U1越小，越小，L1变化越慢。当变化越慢。当U1相当小时，相当小时，L1几乎几乎不变。靠近光轴的光线聚交得较好。不变。靠近光轴的光线聚交得较好。光线离光轴很近则，光线离光轴很近则，U、U、I、I都很小。都很小。果蔼察幕福完隋簿庇鉴枪辩称砷卒琐管震食