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1、应应 用用 光光 学学主讲；徐晓峰主讲；徐晓峰2012-9-1第第1 1章几何光学的基本定律与成像概念章几何光学的基本定律与成像概念1.11.1几何光学的基本概念几何光学的基本概念 1.21.2几何光学的基本定律及可逆性原理几何光学的基本定律及可逆性原理 1.31.3费马原理费马原理 1.41.4成像的概念成像的概念 1.11.1几何光学的基本概念几何光学的基本概念1 1光波光波光是一种电磁波，其振动方向和光的传播方向垂直，光是一种电磁波，其振动方向和光的传播方向垂直，为横波。为横波。从本质上讲，光和一般的无线电波并无区别，只是波从本质上讲，光和一般的无线电波并无区别，只是波长不同而已。波长在
2、长不同而已。波长在400400760nm760nm范围内的电磁波能为人范围内的电磁波能为人眼所感觉到，称为眼所感觉到，称为“可见光可见光”。超出这个范围的电磁波，。超出这个范围的电磁波，人眼就感觉不到了。人眼就感觉不到了。光和其它电磁波一样，在真空中也以速度光和其它电磁波一样，在真空中也以速度c c传播，传播，c c=310=3108 8m/sm/s；光在空气中传播的速度也近似为此值；而；光在空气中传播的速度也近似为此值；而在水、玻璃等透明介质中，光的传播速度比在真空中慢，在水、玻璃等透明介质中，光的传播速度比在真空中慢，且速度随波长的不同而改变，其速度且速度随波长的不同而改变，其速度 、波长
3、、波长和频率和频率的关系为的关系为(1-1)2 2发光点发光点本身发光或被其他光源照明后发光的物体称为发光体本身发光或被其他光源照明后发光的物体称为发光体（或光源）。（或光源）。当发光体（光源）的大小和其辐射距离相比可以忽略当发光体（光源）的大小和其辐射距离相比可以忽略不计时，该发光体就可认为是发光点或点光源。不计时，该发光体就可认为是发光点或点光源。在几何光学中，发光点被抽象为一个既无体积又无大在几何光学中，发光点被抽象为一个既无体积又无大小的几何点，任何被成像的物体都是由无数个这样的发小的几何点，任何被成像的物体都是由无数个这样的发光点所组成的。光点所组成的。3光线光线在几何光学中，光线被
4、抽象为既在几何光学中，光线被抽象为既无直径无直径又又无体积无体积而而有方有方 向向的几何线，其的几何线，其方向方向代表代表光能的传播方向光能的传播方向。几何光学几何光学研究研究光的传播，也就是光的传播，也就是研究光线研究光线的的传播传播。利用光线的概念，可以把利用光线的概念，可以把复杂的能量传输和光学成像问复杂的能量传输和光学成像问 题题归结为简单的归结为简单的几何运算问题几何运算问题。目前使用的光学仪器，。目前使用的光学仪器，绝大多数是应用几何光学原理（即把光看作绝大多数是应用几何光学原理（即把光看作“光线光线”）设）设 计出来的。计出来的。4 4波面波面-波振面振动位相相同的点所组成的曲面
5、波振面振动位相相同的点所组成的曲面光波是电磁波，任何光源可看作波源，光的传播正是光波是电磁波，任何光源可看作波源，光的传播正是 电磁波的传播。光波向周围传播，电磁波的传播。光波向周围传播，在某一瞬时，其振动位相相同的各点所构成的曲面称在某一瞬时，其振动位相相同的各点所构成的曲面称 为波面。波面可分为平面波、球面波或任意曲面波。为波面。波面可分为平面波、球面波或任意曲面波。在各向同性的介质中，光沿着波面法线方向传播，所在各向同性的介质中，光沿着波面法线方向传播，所 以可以认为光波波面法线就是几何光学中的光线。以可以认为光波波面法线就是几何光学中的光线。5 5光束光束 与波面对应的法线（光线）的集
6、合称为与波面对应的法线（光线）的集合称为“光束光束”。与球面。与球面波对应的光束称为同心光束，它发自一点或会聚于一点波对应的光束称为同心光束，它发自一点或会聚于一点（如图（如图1-11-1（a a）所示）；与平面波对应的光束称为平行）所示）；与平面波对应的光束称为平行光束，无穷远处发光点发出的就是平行光束（如图光束，无穷远处发光点发出的就是平行光束（如图1-1(b)1-1(b)所示）；对于波面为非球面的曲面，它所对应的光束称为所示）；对于波面为非球面的曲面，它所对应的光束称为像散光束（如图像散光束（如图1-11-1（c c）所示）。）所示）。图图1 11 1光束与波面的关系光束与波面的关系(a
7、)(a)同心光束同心光束;(b);(b)平行光束平行光束;(c);(c)像散光束像散光束 1.21.2几何光学的基本定律及可逆性原理几何光学的基本定律及可逆性原理1.2.11.2.1几何光学的基本定律几何光学的基本定律1.1.光的直线传播定律光的直线传播定律 在在各向同性的均匀介质各向同性的均匀介质中，光线是沿着直线传播的，中，光线是沿着直线传播的，这就是光的直线传播定律。这就是光的直线传播定律。它是一种普遍的规律，可以用来很好地解释影子的形它是一种普遍的规律，可以用来很好地解释影子的形 成、日蚀、月蚀等现象。即使最精密的天文测量、大成、日蚀、月蚀等现象。即使最精密的天文测量、大 地测量和其它
8、许多测量，也都把这一定律看成是精确地测量和其它许多测量，也都把这一定律看成是精确 的。的。但是，当光在传播过程中遇到很小的不透明屏障或通但是，当光在传播过程中遇到很小的不透明屏障或通过细孔时，光的传播将偏离直线方向，这就是物理光学过细孔时，光的传播将偏离直线方向，这就是物理光学中所描述的光的衍射现象。中所描述的光的衍射现象。可见，可见，光的直线传播定律只有当光在均匀介质中无阻光的直线传播定律只有当光在均匀介质中无阻 拦地传播时才成立。拦地传播时才成立。2.2.光的独立传播定律光的独立传播定律当多束光线通过空间某一点时，各光线的传播不受其它当多束光线通过空间某一点时，各光线的传播不受其它 光线的
9、影响，称为光的独立传播定律。光线的影响，称为光的独立传播定律。当两束光会聚在空间某点时，其作用为简单的相加。利当两束光会聚在空间某点时，其作用为简单的相加。利用这条定律，可以使我们对光线传播情况的研究大为简化，用这条定律，可以使我们对光线传播情况的研究大为简化，因为在研究某一光线的传播时，可以不考虑其它光线对它因为在研究某一光线的传播时，可以不考虑其它光线对它的影响。的影响。光的独立传播定律只对光的独立传播定律只对不同发光点发出的光线不同发光点发出的光线来说是正来说是正确的，即对非相干光来说是正确的；而对于相干光，由于确的，即对非相干光来说是正确的；而对于相干光，由于光的干涉作用，独立传播定律
10、不再适用。光的干涉作用，独立传播定律不再适用。3.3.光的反射定律和折射定律光的反射定律和折射定律如图如图1 12 2所示，当一束光投射到两种透明介质的光滑分界所示，当一束光投射到两种透明介质的光滑分界面上时，将有一部分光能反射回原来的介质，这部分光线面上时，将有一部分光能反射回原来的介质，这部分光线称为反射光线；另一部分光能则通过分界面入射到第二种称为反射光线；另一部分光能则通过分界面入射到第二种介质中去，这部分光线称为折射光线。光线的反射和折射介质中去，这部分光线称为折射光线。光线的反射和折射分别遵循光的反射定律和折射定律。分别遵循光的反射定律和折射定律。图图1 12 2光的反射光的反射
11、和折射和折射1)1)反射定律反射定律入射光线、反射光线和入射点的法线三者共面，入射光线、反射光线和入射点的法线三者共面，且入射光线和反射光线关于法线对称，且入射光线和反射光线关于法线对称，入射角和反射角的绝对值相等，即入射角和反射角的绝对值相等，即(12)我们规定角度符号以锐我们规定角度符号以锐角来量度，由光线转向法角来量度，由光线转向法线，顺时针旋转形成的角线，顺时针旋转形成的角度为正，反之为负。度为正，反之为负。图图1 12 2光的反射光的反射 和折射和折射2)2)折射定律折射定律入射光线、折射光线和入射点的法线三者共面，入射光线、折射光线和入射点的法线三者共面，且入射角和折射角的正弦之比
12、与入射角的大小无关，且入射角和折射角的正弦之比与入射角的大小无关，仅由两种介质的性质决定。仅由两种介质的性质决定。对于一定波长的光线而言，在一定的压力和温度条件对于一定波长的光线而言，在一定的压力和温度条件 下，入射角和折射角的正弦之比等于折射光线所在的下，入射角和折射角的正弦之比等于折射光线所在的 介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即(13)其中，其中，n n和和n n分别分别是入射光线和折射光是入射光线和折射光线所在的介质线所在的介质的折射率。的折射率。图图1-21-2光的反射光的反射 和折射和折射式式(1(13)3)中，若令中，若令n n=-=
13、-n n，即得，即得I I=-=-I I，此即反射定，此即反射定律的形式。这说明，反射定律可以看做是折射定律的律的形式。这说明，反射定律可以看做是折射定律的特殊情况。这在几何光学中是一项有重要意义的推论。特殊情况。这在几何光学中是一项有重要意义的推论。(13)图图1-21-2光的反射光的反射 和折射和折射图图1 13 3光的全反射现象光的全反射现象 1.2.21.2.2全反射全反射全反射是光线传播的另一重要现象。全反射是光线传播的另一重要现象。一般情况下，光线射到透明介质的分界面时，将同时发一般情况下，光线射到透明介质的分界面时，将同时发 生反射和折射现象。生反射和折射现象。但在特定条件下，界
14、面可将入射光线全部反射回去，而但在特定条件下，界面可将入射光线全部反射回去，而 无折射现象，这就是光的全反射。无折射现象，这就是光的全反射。如图如图1 13 3所示，在光线由光密介质所示，在光线由光密介质(折射率高的介质折射率高的介质)进进入光疏介质入光疏介质(折射率低的介质折射率低的介质)，即在，即在n nn n的情况下，当的情况下，当入射角增大到某一值入射角增大到某一值I Im m时，折射角时，折射角I I达到达到9090，按折射定律，有，按折射定律，有图图1 13 3光的全反射现象光的全反射现象 (14)注意：注意：全反射现象在光学仪器中有广泛的应用。全反射现象在光学仪器中有广泛的应用。
15、例如用全反射棱镜代替平面反射镜可以减少光能的反射例如用全反射棱镜代替平面反射镜可以减少光能的反射损失损失(如图如图1 14 4所示所示)。图图1 14 4全反射直角棱镜全反射直角棱镜 全反射棱镜在理论上可以反射全部的入射光能，全反射棱镜在理论上可以反射全部的入射光能，而平面反射镜不能使光线全部反射，大约有而平面反射镜不能使光线全部反射，大约有10%10%的光线的光线将被吸收，并且，平面镜上所镀的反射膜还容易变质和损将被吸收，并且，平面镜上所镀的反射膜还容易变质和损伤。伤。光纤也是利用全反射原理来传输光的光纤也是利用全反射原理来传输光的(如图如图1 15 5所示所示)。光纤由高折射率的芯子和低折
16、射率的包层构成，使得入射光纤由高折射率的芯子和低折射率的包层构成，使得入射角大于临界角的光线能连续发生全反射，直至传输到光纤角大于临界角的光线能连续发生全反射，直至传输到光纤的另一端，从而保证能量损失非常小。的另一端，从而保证能量损失非常小。图图1 15 5光纤的全反射传光原理光纤的全反射传光原理 1.2.31.2.3光路的可逆性原理光路的可逆性原理如图如图1 12 2中，若光线在折射率为中，若光线在折射率为n n的介质中沿的介质中沿COCO方方向入射，由折射定律可知，折射光线必定沿着向入射，由折射定律可知，折射光线必定沿着OAOA方向出方向出射。同样，如果光线在折射率为射。同样，如果光线在折
17、射率为n n的介质中沿的介质中沿BOBO方向入方向入射，则由反射定律可知，反射光线也一定沿射，则由反射定律可知，反射光线也一定沿OAOA方向出射。方向出射。由此可见，光线的传播是可逆的，这就是光路的可逆性由此可见，光线的传播是可逆的，这就是光路的可逆性原理。原理。图图1-21-2光的反射和折射光的反射和折射1.31.3费马原理费马原理几何光学的基本定律描述了几何光学的基本定律描述了光线的传播规律。光线的传播规律。费马原理从费马原理从光程的角度光程的角度来阐述来阐述光的传播规律光的传播规律，更简明，更简明，更具有普遍意义。更具有普遍意义。设光在均匀介质中传播的速度为设光在均匀介质中传播的速度为v
18、 v，若把，若把t t时间间隔内时间间隔内 光在该介质中所走过的几何路程表示为光在该介质中所走过的几何路程表示为s s，则有，则有 (15)再把这段时间间隔内光在真空中所走过的路程记为再把这段时间间隔内光在真空中所走过的路程记为L L，则有，则有 (16)其中，其中，c c为真空中的光速，为真空中的光速，n n为介质的折射率。为介质的折射率。光程光程可见，光在介质中所走过的几何路程与介质的折射率可见，光在介质中所走过的几何路程与介质的折射率n n的的 乘积乘积nsns具有鲜明的物理意义，其值等于光在相同的时间具有鲜明的物理意义，其值等于光在相同的时间 间隔内在真空中所走过的路程。间隔内在真空中
19、所走过的路程。光程：把光在介质中经过的几何路程光程：把光在介质中经过的几何路程s s和该介质的折射率和该介质的折射率n n 的乘积定义为光程，用字母的乘积定义为光程，用字母L L表示。表示。我们知道，在均匀介质中光是沿直线方向传播的。设光我们知道，在均匀介质中光是沿直线方向传播的。设光 在非均匀介质中传播，即介质的折射率在非均匀介质中传播，即介质的折射率n n是位置的函数，是位置的函数，则光在该介质中经过的几何路程不再是直线，而是一空则光在该介质中经过的几何路程不再是直线，而是一空 间曲线，如图间曲线，如图1 16 6所示。这时，从所示。这时，从A A点到点到B B点的总光程可点的总光程可 用
20、曲线积分来表示：用曲线积分来表示：(17)图图1-61-6(17)其中，其中，s s为路径的坐标参量，为路径的坐标参量，n n(s s)为路径为路径ABAB上上s s点处的折点处的折射率。射率。图图1 16 6非均匀介质中的光线与光程非均匀介质中的光线与光程 费马原理指出：光线从费马原理指出：光线从A A点到点到B B点，是沿着光程为极值点，是沿着光程为极值（极大、极小或恒值）的路径传播的。其数学表达式为：（极大、极小或恒值）的路径传播的。其数学表达式为：(18)图图1 16 6非均匀介质中的光线与光程非均匀介质中的光线与光程 (18)即光程的一次变分为零。费马原理又称为即光程的一次变分为零。
21、费马原理又称为“极值光程定律极值光程定律”。费马原理的意义在于它概括了光的传播规律，是几何光费马原理的意义在于它概括了光的传播规律，是几何光学的理论基础。光在均匀介质中的直线传播及在平面界面学的理论基础。光在均匀介质中的直线传播及在平面界面上的反射和折射，都是光程最短的例子。上的反射和折射，都是光程最短的例子。当光通过两种不同介质的分界面时，利用费马原理也可当光通过两种不同介质的分界面时，利用费马原理也可 导出光的反射定律。导出光的反射定律。为此只须证明图为此只须证明图1-71-7中，由中，由A A点经界面再回到点经界面再回到B B点的任何点的任何 一条路径满足反射定律时光程为最小光程。一条路
22、径满足反射定律时光程为最小光程。图图1-7在图中，设在图中，设AOBAOB是满足反射定律的路径，若把是满足反射定律的路径，若把B B点关于反点关于反射面射面P0P0之对称点记为之对称点记为B B，则易证则易证AOBAOB三点共线。且有三点共线。且有又设又设O O1 1为界面上的任意点，则有为界面上的任意点，则有所以所以 这就证明了在一切可能的经界面的折线路径中，满这就证明了在一切可能的经界面的折线路径中，满足反射定律的路径之光程为最短。足反射定律的路径之光程为最短。根据费马原理，这条路径就是光由根据费马原理，这条路径就是光由A A点经界面再传播点经界面再传播到到B B点的实际光路。点的实际光路
23、。光的折射定律也可以直接从费马原理推导出来。为此只光的折射定律也可以直接从费马原理推导出来。为此只须证明图须证明图1-81-8中一切从中一切从A A点穿过界面到点穿过界面到B B点的几何路径满点的几何路径满足折射定律时光程为最小。足折射定律时光程为最小。如果如果AOBAOB是光由是光由A A点传播到点传播到B B点的实际光路，则根据费马原点的实际光路，则根据费马原理，光程理，光程L LAOBAOB必满足极值条件，必满足极值条件，设任一路径设任一路径AOBAOB之光程为之光程为L LAOBAOB，则由图，则由图1-81-8得得图图1-8故有故有由此得由此得可见，由费马原理决定的光路与由折射可见，
24、由费马原理决定的光路与由折射定律所决定的光路是一致的。定律所决定的光路是一致的。图图1-9a1-9a 下面我们将说明光线不但下面我们将说明光线不但按光程极小的路程传播，也可按光程极小的路程传播，也可能按光程极大的路程传播，或能按光程极大的路程传播，或按某一稳定值的路程传播。按某一稳定值的路程传播。如图如图1-9a1-9a所示设镜面所示设镜面M M是一是一旋转椭球面，入射光线通过一个旋转椭球面，入射光线通过一个焦点焦点F F时，则不论入射点时，则不论入射点A A1 1、A A2 2AAi i在哪里，反射光线总是通过另一焦点在哪里，反射光线总是通过另一焦点F F，这是因为对椭球，这是因为对椭球面来
25、说，面来说，A Ai iF F和和A Ai iF F都与入点的法线成等角。根据椭球面的都与入点的法线成等角。根据椭球面的特性，特性，(FAFAi i+A+Ai iF F)对于面上任何点对于面上任何点A A1 1、A A2 2AAi i来说都相等，来说都相等，因此所有通过因此所有通过F F和和F F两点的实际光线的光程都相等。这就两点的实际光线的光程都相等。这就是光程为稳定值的一个例子。是光程为稳定值的一个例子。为了说明光沿最大光程所对应的路径传播是存在的，我们为了说明光沿最大光程所对应的路径传播是存在的，我们在图在图1-9b1-9b中作一个特殊的反射面中作一个特殊的反射面A A1 1A A3
26、3，其上只有一点，其上只有一点A A1 1与与椭球相切，其余各点都在椭球内，则对于椭球的两个焦点椭球相切，其余各点都在椭球内，则对于椭球的两个焦点F F与与F F来说，实际反射光路来说，实际反射光路FAFAl lF F就对应了最大光程。即在就对应了最大光程。即在图图1-9b1-9b中，光按光程极大的路程传播。中，光按光程极大的路程传播。图图1-9b1-9b1.41.4马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律同折反射定律飞费马原理一样，也可作为几马吕斯定律同折反射定律飞费马原理一样，也可作为几 何光学的基本定律，三者间的关系可以互相推导出来。何光学的基本定律，三者间的关系可以互相推导出来。当其中之一作为几
27、何光学的基本定律时，则其他二者可当其中之一作为几何光学的基本定律时，则其他二者可 以作为推论。以作为推论。马吕斯定律的内容是：垂直于波面的光线束经过任意马吕斯定律的内容是：垂直于波面的光线束经过任意 多次折射和反射后，出射波面仍和出射光束垂直；且多次折射和反射后，出射波面仍和出射光束垂直；且 入射波面和出射波面上对应点之间的光程为定值。入射波面和出射波面上对应点之间的光程为定值。如图如图1-101-10所示。设所示。设O O1 10 02 2.O.OK K表示由表示由K K个面组成的光学系统，个面组成的光学系统，则根据马吕斯定律有则根据马吕斯定律有图图1-101-10图图1-101.5 1.5
28、 物象的基本概念物象的基本概念1.5.11.5.1光学系统的基本概念光学系统的基本概念光学仪器的核心部分是光学系统。大多数光学系统的主光学仪器的核心部分是光学系统。大多数光学系统的主 要作用是对物体成像，即将物体通过光学系统成像，以要作用是对物体成像，即将物体通过光学系统成像，以 供人眼观察、照相或被光电器件接收。供人眼观察、照相或被光电器件接收。因此，我们必须搞清楚物像的基本概念和它们的相互关因此，我们必须搞清楚物像的基本概念和它们的相互关 系。系。所有的光学系统都是由一些光学零件按照一定的方式组所有的光学系统都是由一些光学零件按照一定的方式组合而成的。常见的光学零件有合而成的。常见的光学零
29、件有透镜、棱镜、平行平板和反透镜、棱镜、平行平板和反射镜等射镜等，其截面如图，其截面如图1 11111所示。所示。图图1 11111常用的光学零件常用的光学零件(a)(a)反射镜；反射镜；(b)(b)平行平板；平行平板；(c)(c)透镜；透镜；(d)(d)棱镜棱镜 1.5.21.5.2物和像的概念物和像的概念如图如图1 11212（a a）所示，若以）所示，若以A A为顶点的入射光束经光学为顶点的入射光束经光学 系统的一系列表面折射或反射后，变为以系统的一系列表面折射或反射后，变为以AA为顶点的为顶点的 出射光束，我们就称出射光束，我们就称A A为物点，称为物点，称AA为物点为物点A A经该系
30、统经该系统 所成的像点。图中的物点、像点是由实际光线会聚而所成的像点。图中的物点、像点是由实际光线会聚而 成的，是成的，是实物成实像实物成实像的情况。的情况。图图1 11212物、像的虚实物、像的虚实 若物点、像点由光线的延长线会聚而成，则称为虚物若物点、像点由光线的延长线会聚而成，则称为虚物 点或虚像点。图点或虚像点。图1 11212（b b）中，）中，A A是虚物点，是虚物点，AA是虚像是虚像 点，这就是虚物成虚像的情况。点，这就是虚物成虚像的情况。图图1 11212物、像的虚实物、像的虚实 综上所述，由实际入射（出射）光线会聚所成的物点综上所述，由实际入射（出射）光线会聚所成的物点 （像
31、点）称为实物点（实像点），（像点）称为实物点（实像点），由这样的点构成的物（像）称为实物（实像）。由这样的点构成的物（像）称为实物（实像）。由实际入射（出射）光线的延长线会聚所成的物点由实际入射（出射）光线的延长线会聚所成的物点 （像点）称为虚物点（虚像点），（像点）称为虚物点（虚像点），由这样的点构成的物（像）称为虚物（虚像）。由这样的点构成的物（像）称为虚物（虚像）。图图1 11212物、像的虚实物、像的虚实 注意：注意：需要指出的是，实像可以被眼睛或其它光能接收器（如需要指出的是，实像可以被眼睛或其它光能接收器（如 照相底片、屏幕、照相底片、屏幕、CCDCCD、CMOSCMOS等）所接收
32、；等）所接收；而虚像可以被眼睛观察，但而虚像可以被眼睛观察，但不能被其它光能接收器所接不能被其它光能接收器所接 收。收。物和像是相对而言的，前面光学系统所生成的像，即为物和像是相对而言的，前面光学系统所生成的像，即为 后一个光学系统的物。后一个光学系统的物。在阐明了物像概念和它们的虚实性后，引入物像空间的概在阐明了物像概念和它们的虚实性后，引入物像空间的概念。凡物所在的空间称为物空间；凡像所在的空间称为像念。凡物所在的空间称为物空间；凡像所在的空间称为像空间。若规定光线自左向右行进，则整个光学系统第一面空间。若规定光线自左向右行进，则整个光学系统第一面左方的空间为实物空间，第一面右方的空间为虚
33、物空间；左方的空间为实物空间，第一面右方的空间为虚物空间；图图1 11212物、像的虚实物、像的虚实 整个光学系统最后一面右方的空间为实像空间，最后一面整个光学系统最后一面右方的空间为实像空间，最后一面左方的空间为虚像空间。可见，物空间和像空间是可以无左方的空间为虚像空间。可见，物空间和像空间是可以无限扩展的，它们都占据了整个空间。那种认为只有整个光限扩展的，它们都占据了整个空间。那种认为只有整个光学系统第一面左方的空间才是物空间，整个光学系统最后学系统第一面左方的空间才是物空间，整个光学系统最后一面右方的空间才是像空间的看法显然是错误的。一面右方的空间才是像空间的看法显然是错误的。图图1 1
34、1212物、像的虚实物、像的虚实 需要注意的是需要注意的是，在进行光学系统光路计算时，在进行光学系统光路计算时，物空间介质的折射率均物空间介质的折射率均 须按实际入射光线所在的系统前方空间介质的折射率须按实际入射光线所在的系统前方空间介质的折射率 来计算，来计算，像空间介质的折射率则均须按实际出射光线所在的系统像空间介质的折射率则均须按实际出射光线所在的系统 后方空间介质的折射率来计算，后方空间介质的折射率来计算，而不管它们是实物点而不管它们是实物点 还是虚物点，是实像点还是虚像点。还是虚物点，是实像点还是虚像点。例如图例如图1 112(b)12(b)中的虚物点中的虚物点A A，尽管从位置上来
35、说，它，尽管从位置上来说，它 位于系统后方，但物空间介质的折射率仍按指向位于系统后方，但物空间介质的折射率仍按指向A A点的点的 实际入射光线所在空间（系统前方空间）介质的折射率实际入射光线所在空间（系统前方空间）介质的折射率 计算；计算；同理，虚像点同理，虚像点AA对应的像空间介质的折射率，则按对应的像空间介质的折射率，则按 实际出射光线所在空间（系统后方空间）介质的折实际出射光线所在空间（系统后方空间）介质的折 射率计算。射率计算。图图1 11212物、像的虚实物、像的虚实 根据实际光线光路可逆原理，如果把像点根据实际光线光路可逆原理，如果把像点AA看做物点，看做物点，则由则由AA点发出的
36、光线必相交于点点发出的光线必相交于点A A处，处，A A就成了就成了AA通过光通过光学系统所成的像，学系统所成的像，A A和和AA仍然满足物像共轭关系。仍然满足物像共轭关系。一个被照明的物体（或自身发光的物体）总可以看成是由一个被照明的物体（或自身发光的物体）总可以看成是由无数多个发光点或物点组成的，每一个物点发出一个球面无数多个发光点或物点组成的，每一个物点发出一个球面波，与之相对应的是一束以该物点为中心的同心光束。波，与之相对应的是一束以该物点为中心的同心光束。如如图图1-131-13所示所示图图1 11313完善成像完善成像如果该如果该球面波球面波经过光学系统后经过光学系统后仍为球面波仍为球面波，那么对应的光，那么对应的光束束仍为同心光束仍为同心光束，则称该，则称该同心光束同心光束的中心为物点经过光学的中心为物点经过光学系统所成的系统所成的完善像点完善像点。物体上每一个点经光学系统所成的物体上每一个点经光学系统所成的完善像点的集合就是该物体经光学系统所成的完善像。完善像点的集合就是该物体经光学系统所成的完善像。