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1、2023/3/211几何光学中心问题：成像、成像仪器2-1 成 像（3640）一、物、像基本概念一、物、像基本概念同（单）心光束：光线本身或其延长线交于同一点光具组：数个反射面或折射面组成的光学系统光具组使Q点（物点）成像于Q点（像点）在反射或折射之后，光线方向改变，单心性没有被破坏，仍具有一个交点（顶点），该点便是发光点的像。进入人眼的光束方能引起视觉，人眼所能看到的是成像于视网膜上的光束的顶点，而不是光束本身。第1页/共36页2023/3/212像的观察实像：接收屏或眼睛直接观察虚像：眼睛判断入射光线的发光中心实像：从光具组出射的是会聚的同心光束，其 会聚点为实像虚像：从光具组出射的是发散
2、的同心光束，其反向 延长线的会聚点为虚像第2页/共36页2023/3/213实物：入射光具组的是发散的同心光束，对应会聚点 为实物虚物：入射光具组的是会聚的同心光束，对应会聚点 为虚物二、物、像共轭性二、物、像共轭性物点Q理想光具组像点QQ、Q 一一对应共轭点物、像共轭是光路可逆原理的 必然结果第3页/共36页2023/3/214三、物、像等光程性三、物、像等光程性费马原理：物点Q 与像点Q 之间各光线的光程相等*虚物、虚像间的等光程性：虚物、虚像间的等光程性：虚光程虚光程（1）（2）(1)-(2)：第4页/共36页2023/3/2152-2.共轴球面组傍轴成像（4046）共轴球面光具组：球心
3、在同一直线上的折射或 反射球面组系统光轴：球心连线傍轴光线：在光轴附近，物点Q像点Q一、单个球面折射的物像公式一、单个球面折射的物像公式费马原理+傍轴光线近似条件：h费马原理：费马原理：第5页/共36页2023/3/216近轴光线：近轴光线：球面折射物像公式球面折射物像公式第6页/共36页2023/3/217讨论：1）焦距：无穷远像点的共轭点为物方焦点无穷远物点的共轭点为像方焦点2）符号法则：（P43）例1：图中以绝对值标示(高斯公式)第7页/共36页2023/3/218例2：若空气中一均匀球形透明体能将平行光束会聚于其背面的顶点上，则透明体的折射率应为多少？r解：平行光入射，成像于f 处：3
4、）球面折射成像作图法：第8页/共36页2023/3/219二、单个球面反射的物像公式二、单个球面反射的物像公式三、傍轴物点成像与横向放大率三、傍轴物点成像与横向放大率c物平面：像平面：共轭面(高斯公式)第9页/共36页2023/3/2110横向放大率：傍轴条件：四、逐次成像（四、逐次成像（45454646）例3：与y无关第10页/共36页2023/3/2111五、拉格朗日亥姆霍兹定理（五、拉格朗日亥姆霍兹定理（4646）各段光线对光轴的倾角u、u、u拉格朗日亥姆霍兹定理：23 薄 透 镜两个折射球面组成的光具组透镜一、薄透镜一、薄透镜 焦距公式焦距公式第11页/共36页2023/3/2112(
5、1)(2)同一介质(空气)中：透镜材料：薄透镜焦距公式:第12页/共36页2023/3/2113例4：某透镜用n=1.50的玻璃制成，在空气的焦距10.0cm，求它在水中的焦距（水的折射率4/3）解：第13页/共36页2023/3/2114P47：两个折射球面物像公式第14页/共36页2023/3/2115磨镜者公式第15页/共36页例5：r=20cm的球面玻璃与一平面玻璃做成空气透镜，浸在水中（水的折射率4/3），求该透镜焦距 f，是会聚还是发散？解：发散透镜第16页/共36页2023/3/2117二、成像公式（二、成像公式（48494849）1、高斯公式2、牛顿公式3、横向放大率第17页/
6、共36页2023/3/2118三、作图法（三、作图法（51525152）1、焦面主光轴：各折射球面球心连线付光轴：过透镜中心（光心）的直线物方焦面：过物方焦点与主光轴垂直的平面像方焦面：过像方焦点与主光轴垂直的平面2、作图法求物像关系当物、像方折射率相等时，通过光心的光线经透镜后方向不变通过物方焦点的入射光线，经透镜后出射光线平行于主光轴平行于主光轴的入射光线，经透镜后出射光线通过像方焦点*薄透镜成像作图法：*球面折射成像作图法：第18页/共36页2023/3/2119物方焦面上轴外一点为中心的入射同心光束，经透镜后出射光束是与主光轴程一定倾角的平行光束与光轴程一定倾角的入射平行光束，经透镜后
7、出射光束是像方焦面上一点为中心的同心光束共轭关系：通过物点的每条光线的共轭线（或其延长线）都通过像点第19页/共36页2023/3/2120例：例：第20页/共36页2023/3/2121四、透镜组四、透镜组 (共轴光具组共轴光具组)1、密接（复合）透镜组焦距（曲率吻合）复合透镜组焦距：2、透镜组成像成像公式作图法第21页/共36页2023/3/2122例1：作图法求像：高斯公式求像：例2：第22页/共36页2023/3/21234 理想光具组理论（5457）一、理想成像与共线变换一、理想成像与共线变换理想成像：物方每个同心光束均转化为像方对应同心光束理想光具组：满足理想成像要求的光具组理想光
8、具组性质（P54）：物方与像方点、线、面均一一对应 共线变换*主光轴上任何一点的 共轭点仍在主光轴上*任何垂直于光轴的平面的共轭面仍垂直于光轴*在垂直于光轴的同一平面内横向放大率相同*在垂直于光轴的不同平面内,若有两个平面横向放大率相同,则横向放大率处处相同(望远系统)第23页/共36页2023/3/2124二、共轴理想光具组的基点和基面二、共轴理想光具组的基点和基面基点（cardinal point）：焦点、主点基面（cardinal plane）：焦面、主面焦点(focus)、焦面(focal plane)物方焦面物方焦点F像方焦面像方焦点F 主点(principal point)、主面(
9、principal plane)横向放大率为1的一对共轭面物方主面物方主点H像方主面 像方主点薄透镜物、像方主点重合光心物、像方主面重合透镜平面第24页/共36页2023/3/2125*节点（nodal point）：轴上角放大率等于1的共轭点物方节点N像方节点N通过节点的任意共轭光线方向不变，薄透镜三、理想光具组物像关系三、理想光具组物像关系例1：第25页/共36页2023/3/2126横向放大率：角放大率：（Helmholtz公式）第26页/共36页2023/3/21275.光学仪器（6270）一、投影仪器（一、投影仪器（projectorprojector）电影放映机、幻灯机、印相放大机
10、、投影仪等会聚透镜成放大实象第27页/共36页2023/3/2128二、照相机（二、照相机（cameracamera）会聚透镜成缩小实象光阑的作用（P63）：1）调节照度2）调节景深圆斑第28页/共36页2023/3/2129三、眼睛三、眼睛是复杂的天然光学仪器是所有目视光学仪器光路系统的组成部分之一（visual optical instrument）主要结构前房（水状液物方）晶状体（眼球折射率不均匀的透镜）后房（玻璃状液像方）网膜（底片/成像屏）曲率（焦距）可调第29页/共36页2023/3/2130*远点：肌肉完全松弛时能看清的物点近点：肌肉最紧张时能看清的物点调焦范围*明视距离：25c
11、m*分辨本领：网膜近轴区域（黄斑区）1（白昼）网膜边缘分辨率急剧下降第30页/共36页2023/3/2131四、放大镜（四、放大镜（magnifiermagnifier）、目镜（）、目镜（eyepieceeyepiece）（紧贴眼睛放置）物体位置：第31页/共36页2023/3/2132例：f=5cm 的放大镜，物体放在什么位置，眼睛看得 最清楚？解：第32页/共36页2023/3/2133五、显微镜（五、显微镜（microscopemicroscope）高放大倍率结构目镜Le（eyepiece）：放大镜物镜Lo（objective）：焦距很小的会聚透镜第33页/共36页2023/3/2134六、望远镜（六、望远镜（telescopetelescope）第34页/共36页2023/3/2135七、棱镜光谱仪七、棱镜光谱仪平行光管（会聚透镜）：出射平行光棱镜（色散元件）：不同波长对应不同波长的平行光束望远物镜：将不同方向平行光会聚于焦面不同位置处光谱分析光谱分析棱镜摄谱仪（prism spectrograph）第35页/共36页2023/3/2136感谢您的观看！第36页/共36页