几何光学基本定律与成像理论 2014年西安交通大学《工程光学》ppt课件.ppt

虚物成实像 虚物成虚像 光具组 Q Q 光具组 Q Q 物与像 实物、实像的意义在于有光线实际发自或通过该点，而虚物、虚像仅仅是由光的直线传播性质给人眼造成的一种错觉，实际上并没有光线经过该点。 光在平面界面上的反射和折射 平面镜是一个最简单的、不改变光束同心性的、能成完善像的光学系统 The bundle of rays from the top of the object appears to originate from the image behind the mirror For the woman to see her full-sized image, only a half-sized mirror is needed.  球面反射成像的特点：可以看作是球面折射的一种特殊形式，不同之处仅在于经球面反射的光线方向倒转，变为从右向左传播。 取n’=-n （数学上有意义） A makeup mirror is concave and forms a virtual image A head-up display(HUD) presents the driver with a digital readout of his or her speed in the field of view seen through the windshield. 作业： P13： 4，6，8，10，11，16，19 电磁波谱 光波: 特定波段的电磁波 全反射（Total internal reflection） 临界角ic 临界角(Critical angle): 每一种宝石都有自己的折射率，钻石的折射率为2.42，也是宝石中折射率最高的，折射率越高，临界角就越小，全反射的范围就宽，光容易发生全反射且反射的光量多，呈现的光芒就越璀璨。这就是为什么钻石的光彩永远比其他宝石要好的原因 光学纤维 Light can travel with little loss in a curved optical fiber, because the light is totally reflected whenever it strikes the core-cladding interface and because the absorption of light by the core itself is small. 医学应用 A bronchoscope 肺部 A colonoscope, shown in use in this X-ray photograph 结肠镜 关节显微手术 最小时间原理 “ 光在两点之间所走的实际路径是以最短时间通过的那条路径。” 可由此导出“ 三定律” 和光路可逆性： (1) 均匀媒质，v= c /n 是常数，时间最短即路程最短，所以直线传播。 ? Q ? P (2) 反射定律 P ? Q ? M ? ? P ? = = i i ? 对应的折线 QMP 最短。 (3) 折射定律（作业） 光程 均匀媒质： ? P ? Q n L (长度 l ) L是任一设想的路径 光程 ( QP ) = n l 沿L 分段均匀： n1 n3 n2 ? Q ? l1 ? l2 ? l3 ? P M ? ? N ( QMNP ) = n1 ? l1 + n2 ? l2 + n3 ? l3 一般： ? Q ? P dl n (x,y,z) L n (x,y,z) 光程 ( QP ) 沿L (L) 光程＝同样传播时间内在真空中的路程 “ 最小时间原理”也就是“ 最小光程原理”。 费马原理的表述 从一点到另一点的一条实际光线取这样的路径：其光程与邻近路径光程相比是极大值、极小值或稳定值。 等效说法： 在实际光线的路径上，光程的变分为零。 在均匀介质中的两点间（直线传播）、经平面反射的两点间，以及经平面折射 的两点间的实际光路均是光程取极小值的情形 成象系统的物点和像点 之间为光程取稳定值的情形。 光程取极大值的例子 左图表示凹球面反射镜，C为其球心，P为球面顶点，过C作PC的垂线，A和A’为垂线上任意一对与C点等距离的点。光路APA’满足反射定律，为实际光路。可以证明，它与邻近光路相比，光程为极大值。 证 过凹球面的顶点P，以A和A’为焦点作椭球面。显然，椭球面在球面的外面，它们相切于P点。对球面的任意邻近光路AQA’,由于A’R+RQA’Q,所以(ARA’)(AQA’),而(ARA’)=(APA),故(APA’)(AQA’)。 即凹球面反射镜的这条实际光路APA’与邻近光路比，为光程极大。 回转椭球面的凹面镜 ：光程取恒定值 §1.2??? 成像的基本概念与完