几何光学的基本原理1

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1、第三章几何光学的基本概念本课内容：§3－5薄透镜§3－6近轴物近轴光线成像条件作业：P161---11、14、17、18§3-4光连续在几个球面界面上的折射虚物的概念3.4.1共轴光具组定义：一光学系统中，所有球面的顶点均位于同一公共轴线上，该系统称共轴光具组。23.4.2逐个球面成象法：这是解决由多个球面组成的共轴光具组的求象问题的基本方法。原则：按规定的光线传播方向，自左向右，对每一球面应用求象公式，直至最终求得物体经整个光具组所成的象。新问题：确定每一球面成象时的物、象位置和性质。第一个球面的出射光束是第二个球面的入射光束,第一个球面的象即为第

2、二个球面的物。依次求出,最后的象即为整介光具组的象。33.4.3、虚物的概念1、入射光束：发散—实物；会聚—虚物。2、物所处空间：物空间——实物；象空间——虚物。会聚光束对于次一个球面来说是入射光束，故仍应将其顶点看做是物，不过这只是算虚物。4§3-5薄透镜把玻璃等透明物质磨成薄片，其两表面都为球面或有一面为平面，即组成透镜5凡中间部分比边缘部分厚的透镜——凸透镜凡中间部分比边缘部分薄的透镜——凹透镜连接透镜两球面曲率中心的直线——透镜的主轴包含主轴的任一平面——主平面。任一主平面内的光线分布都相同。因此只需研究一个主平面内的光线分布情况。圆

3、片的直径——透镜的通光孔径6透镜两表面在其主轴上的间隔t——透镜的厚度若透镜的厚度与球面的曲率半径相比不能忽略——厚透镜若可略去不计——薄透镜。tC1C273.5.1、近轴条件下薄透镜的成象公式近轴条件下：8薄透镜物象公式光线的光程9物方焦距——薄透镜的高斯公式象方焦距10薄透镜,两顶点可看作重合于一点O，若透镜两边的折射率相同，则通过O点的光线都不改变原来的方向——透镜的光心透镜的会聚和发散性质，不能单看透镜的形状，还与透镜两侧的介质有关当透镜放在空气中时，薄凸透镜是会聚的，薄凹透镜是发散的高斯公式牛顿公式113.5.2、横向放大率象的横向大小与物

4、的大小之比值为横向放大率，即利用相似三角形关系有:12是正值，表示象是正的是负值，表示象是倒的>1——放大<1——缩小133.5.3、薄透镜的作图求象法在近轴条件下，通过物方焦点F与主轴垂直的平面——物方焦平面通过象方焦点，与主轴垂直的平面——象方焦平面副轴14一、三条特殊光线---会聚薄透镜轴外物点作图成象OF’F..1、通过光心的光线不改变方向。2、平行于主光轴的入射光线会聚于像方焦点3、通过物方焦点的光线出射为平行于主光轴的光线15OF’F..三条特殊光线----发散薄透镜轴外物点作图成象1、通过光心的光线不改变方向。2、平行于主光轴的入

5、射光线的出射光线反向延长线会聚于像方焦点3、通过物方焦点的入射光线出射为平行于主光轴的光线16二、会聚薄透镜--轴上物点及任意光线的作图求象法--平行于某副光轴的光线OF’.PF1’.P’..17发散薄透镜--轴上物点及任意光线的作图求象法--平行于某副光轴的光线OF’.PF1’.P’..凸透镜主轴上的物点P成象的作图法19从P点作沿主轴的入射线折射后方向不变；从P点作任一光线PA，与透镜交于A点，与物方焦平面交于B点；作辅助线(副轴)BO，过A作与BO平行的折射光线与沿着主轴的光线交于点P’，就是物点P的象点。20同样，也可以利用象方焦平面及副轴作

6、图以上两种作图法，对凹透镜也同样适用，只要注意凹透镜的象方焦平面在物空间，物方焦平面在象空间21会聚薄透镜--轴上物点及任意光线的作图求象法--过物方某副焦点的入射光线OFP.F1P’...22发散薄透镜--轴上物点及任意光线的作图求象法--过物方某副焦点的入射光线OFPF1.P’...23PA为从物点P发出的任一光线，与透镜交于A点；过透镜中心O作PA平行于的副轴OB’，与象方焦平面交于点B’；连接A、B’两点，它的延长线就是光的折射方向，它与沿主轴的光线交于点P’，则点即为所求的象点。轴外不远处一物点发出的近轴光线的情况24§3－6近轴物点近轴光

7、线成象的条件平面折射球面反射光束单心性遭到破坏球面折射成像条件：（1）光线必须是近轴的（2）物点必须是近轴的253.6.1、近轴物点近轴光线球面反射的成象公式POP′CA-s-r-s′QQ′26象方与物方焦点重合球面反射的成象公式：球面反射的高斯公式：27入射光线(物空间)与反射光线(像空间)位于球面同侧，物、像方主焦点F、F’重合于一点F。A.轴外物点成像(1)过(或延长线过)曲率中心C的入射光线，反射后，沿原方向返回。(2)平行于主轴的入射光线，反射后，必过(或延长线必过)主焦点F。(3)过(或延长线过)主焦点F的入射光线，反射后，必平行于主轴。

8、B.轴上物点成像(1)沿主轴的入射光线，反射后，沿原方向返回。(2)平行于某一副光轴的入射光线，反射后，必过