信息获取与输出技术课件

信息获取与输出技术信息获取与输出技术轻纺学院印刷工程系轻纺学院印刷工程系v第一章第一章 几何光学的基本定律和物象概念几何光学的基本定律和物象概念1-1光学发展简史光学发展简史1-2几何光学的基本定律几何光学的基本定律1-3光学系统的物像概念光学系统的物像概念1-4光学玻璃光学玻璃一、光学发展简史一、光学发展简史v1.几何光学时期：几何光学时期：16世纪初世纪初19 世纪初世纪初 这一时期可以称为光学发展史上的转折。在这个这一时期可以称为光学发展史上的转折。在这个时期，建立了光的反射定律和折时期，建立了光的反射定律和折 射定律，奠定了几射定律，奠定了几何光学的基础。同时为了何光学的基础。同时为了 提高人眼的观察能力，人提高人眼的观察能力，人们发明了光学仪器，们发明了光学仪器，第一架望远镜的诞生促进了天第一架望远镜的诞生促进了天文学和航海事文学和航海事 业的发展，显微镜的发明给生物学的业的发展，显微镜的发明给生物学的研究提研究提 供了强有力的工具。到供了强有力的工具。到17世纪中叶世纪中叶 已经奠已经奠定了几何光学的基础。定了几何光学的基础。3000年前及更早，埃及、中国使用铜镜年前及更早，埃及、中国使用铜镜;公元前公元前4世纪世纪,在中国和希腊已有关于光学现象的记录在中国和希腊已有关于光学现象的记录:墨翟墨翟(公元前公元前468-376),),中关于几何光学的八条记载中关于几何光学的八条记载 约约100年后，欧几里得年后，欧几里得(Euclid,约前约前330-275年年)宣布宣布 反射定律反射定律 阿拉伯科学家伊本阿拉伯科学家伊本 海赛木海赛木光学光学：进一步说明：进一步说明 了反射定律（入射光线与反射光线在同一平面内了反射定律（入射光线与反射光线在同一平面内,球面镜、抛物面镜的性质、人眼结构）球面镜、抛物面镜的性质、人眼结构）沈括（公元沈括（公元1031103110951095）：直线传播、球面镜成像）：直线传播、球面镜成像 深入研究深入研究荷兰李普塞（荷兰李普塞（H.Lippershey，1587-1619年）在年）在1608年发明了年发明了第一架望远镜。第一架望远镜。十七世纪初延森（十七世纪初延森（Z.Janssen，1588-1632）和冯特纳）和冯特纳（P.Fontana，1580-1656年）最早制作了复合显微镜。年）最早制作了复合显微镜。1610年伽里略（年伽里略（1564-1642年）用自己制造的望远镜观察星体，年）用自己制造的望远镜观察星体，发现了绕木星运行的卫星，这给哥白尼关于发现了绕木星运行的卫星，这给哥白尼关于 地球绕日运转的日地球绕日运转的日心说提供了强有力的证据。心说提供了强有力的证据。开普勒（开普勒（1571-1630年）汇集了前人的光学知识，他提出了用年）汇集了前人的光学知识，他提出了用点光源照明时，照度与受照面到光源距离点光源照明时，照度与受照面到光源距离 的平方成反比的照度的平方成反比的照度定律。他还设计了几种新型的望定律。他还设计了几种新型的望 远镜，特别是用两块凸透镜构远镜，特别是用两块凸透镜构成的开普勒天文望远镜。成的开普勒天文望远镜。17世纪几何光学基础已奠定：如费马的最小时间原世纪几何光学基础已奠定：如费马的最小时间原 理，斯涅耳的实验发现折射定律，笛卡尔将其表为理，斯涅耳的实验发现折射定律，笛卡尔将其表为 正弦形式正弦形式 物理光学的实验研究始于物理光学的实验研究始于17世纪：格里马耳迪世纪：格里马耳迪(1618 1663)首次详细描述衍射现象首次详细描述衍射现象 胡克和玻意耳各自独立发现牛顿环，在白光下薄胡克和玻意耳各自独立发现牛顿环，在白光下薄 膜的彩色干涉图样膜的彩色干涉图样,胡克主张光由振动组成胡克主张光由振动组成 1690年，惠更斯年，惠更斯(C.Huygens)在在论光论光中阐发了中阐发了 光的波动学说并提出著名的惠更斯原理光的波动学说并提出著名的惠更斯原理2.2.粒子说（十七世纪末粒子说（十七世纪末)17世纪下半叶，牛顿和惠更斯等人把光世纪下半叶，牛顿和惠更斯等人把光的研究引向进一步发展的道路。牛顿根据光的研究引向进一步发展的道路。牛顿根据光 的直线传播性质，提出了光是微粒流的理论。的直线传播性质，提出了光是微粒流的理论。惠更斯反对光的微粒说，从声和光的某些现惠更斯反对光的微粒说，从声和光的某些现 象的相似性出发，认为光是在象的相似性出发，认为光是在 波。这一时期波。这一时期中，在以牛顿为代表的微粒说中，在以牛顿为代表的微粒说 占统治地位的占统治地位的同时，以惠更斯为代表的波动同时，以惠更斯为代表的波动 说也初步提出说也初步提出来了。来了。惠更斯反对光的微粒说，在惠更斯反对光的微粒说，在论光论光中认中认为光是在为光是在“以太以太”中传播的波。惠更斯不仅中传播的波。惠更斯不仅成功地解释了反射和折射定成功地解释了反射和折射定 律，还解释了方律，还解释了方解石的双折射现象。这一时期中，在以牛解石的双折射现象。这一时期中，在以牛 顿顿为代表的微粒说占统治地位的同时，由于相为代表的微粒说占统治地位的同时，由于相继发现了干继发现了干 涉、衍射和偏振等光的波动现象，涉、衍射和偏振等光的波动现象，以惠更斯为代表的波动以惠更斯为代表的波动 说也初步提出来了。说也初步提出来了。3.波动说(十九世纪初）波动光学时期：波动光学时期：19世纪初世纪初 20世纪初世纪初 到了到了19世纪初，初步发展起来的波动光学的体系世纪初，初步发展起来的波动光学的体系已经形成。已经形成。1801年杨氏最先用干涉原理令人满意的年杨氏最先用干涉原理令人满意的解释了白光照射下薄膜颜色解释了白光照射下薄膜颜色 的由来并做了著名的的由来并做了著名的“杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验”，第一次成功的测定了光的波，第一次成功的测定了光的波长。长。1815年菲涅年菲涅 耳用杨氏干涉原理补充了惠更斯原耳用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，形成理，形成 了人们所熟知的惠更斯了人们所熟知的惠更斯菲涅尔原理菲涅尔原理 1704年牛顿出版年牛顿出版光学光学：棱镜分光：棱镜分光(白光为复合白光为复合 光光)，牛顿环的生成及色序，牛顿认为光的本性是微，牛顿环的生成及色序，牛顿认为光的本性是微 粒，并提出光的粒，并提出光的“侧边侧边”概念，对偏振光的天才猜想。概念，对偏振光的天才猜想。19世纪波动学说达到尽善尽美境界世纪波动学说达到尽善尽美境界 1801-1803杨氏双缝实验杨氏双缝实验干涉条纹干涉条纹 菲涅耳：惠更斯菲涅耳：惠更斯-菲涅耳原理成功解释了衍射现象菲涅耳原理成功解释了衍射现象 1850年傅科用旋转镜法测定光速，说明光在水中的年傅科用旋转镜法测定光速，说明光在水中的 速度比在空气中小速度比在空气中小(这是波动光学预言的结果这是波动光学预言的结果)麦克斯韦和谐优美的方程组及电磁波理论麦克斯韦和谐优美的方程组及电磁波理论 4.光的电磁理论v1808年马吕斯偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏振现年马吕斯偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。随后菲涅耳和阿拉象。随后菲涅耳和阿拉 果对光的偏振现象和偏振光的干涉进果对光的偏振现象和偏振光的干涉进行了研行了研 究。究。v1845年法拉第揭示了光学现象和电磁现象的内在联系。麦克年法拉第揭示了光学现象和电磁现象的内在联系。麦克斯韦在斯韦在1865年的理年的理v 论研究说明光是一种电磁现象。这个理论论研究说明光是一种电磁现象。这个理论 在在1888年被赫兹年被赫兹的实验所证实。至此，确立了光的电磁理论。的实验所证实。至此，确立了光的电磁理论。麦克斯韦方程组在电磁学中的地位，麦克斯韦方程组在电磁学中的地位，如同牛顿运动定律在力学中的地位如同牛顿运动定律在力学中的地位一样。以麦克斯韦方程组为核心的一样。以麦克斯韦方程组为核心的电磁理论，是经典物理学最引以自电磁理论，是经典物理学最引以自豪的成就之一。它所揭示出的电磁豪的成就之一。它所揭示出的电磁相互作用的完美统一，为物理学家相互作用的完美统一，为物理学家树立了这样一种信念：物质的各种树立了这样一种信念：物质的各种相互作用在更高层次上应该是统一相互作用在更高层次上应该是统一的。另外，这个理论被广泛地应用的。另外，这个理论被广泛地应用到技术领域。到技术领域。麦克斯韦电磁方程麦克斯韦电磁方程 射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可见光(400750nm)电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列。电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列。射线 x 射线紫外光可见光红外光微波无线电波各种波长的电磁波中，能为人眼所感受的是各种波长的电磁波中，能为人眼所感受的是 400 760 nm 的窄小范围。对应的频率范围是的窄小范围。对应的频率范围是：这波段内电磁波叫可见光。在可见光范围内，不同这波段内电磁波叫可见光。在可见光范围内，不同频率的光波引起人眼不同的颜色感觉。频率的光波引起人眼不同的颜色感觉。=（7.6 4.0）1014 HZ 760 630 600 570 500 450 430 400(nm)红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 1.电磁波谱电磁波谱5.量子光学 20世纪初世纪初20世纪中：量子光学时期世纪中：量子光学时期 19世纪末到世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的微观机制发生、光和物质相互作用的微观机制 中，开始了量中，开始了量子光学时期。子光学时期。1905年爱因斯坦年爱因斯坦 发展了普朗克的能量发展了普朗克的能量子假设，把量子论贯穿子假设，把量子论贯穿 到整个辐射和吸收过程中，到整个辐射和吸收过程中，提出了杰出的光提出了杰出的光 量子（光子）理论，圆满地解释了量子（光子）理论，圆满地解释了光电效应，光电效应，并被后来的许多实验（例如康普顿效应）并被后来的许多实验（例如康普顿效应）证证 实。实。19世纪到世纪到20世纪世纪:深入研究光与物质相互作用出现的深入研究光与物质相互作用出现的 经典理论与黑体辐射能谱间矛盾经典理论与黑体辐射能谱间矛盾开尔文称为开尔文称为“笼罩笼罩 在物理学上空的两朵乌云在物理学上空的两朵乌云”之一。之一。普朗克普朗克1900年提出量子假说年提出量子假说 1905年爱因斯坦提出年爱因斯坦提出光子的概念光子的概念,成功预言了光电效应成功预言了光电效应的规律的规律,建立了光子学说建立了光子学说 1924年德布罗意提出物质波年德布罗意提出物质波(每一粒子的运动都与一每一粒子的运动都与一 定的波长相联系定的波长相联系),),由电子通过金属箔的衍射实验证实由电子通过金属箔的衍射实验证实 20年代中期年代中期,薛定谔、海森伯、狄拉克和玻恩等人建薛定谔、海森伯、狄拉克和玻恩等人建 立了量子力学立了量子力学波动性和粒子性在新的形式下得到统波动性和粒子性在新的形式下得到统 一一从从量量子子观观点点看看，光光场场是是由由一一个个个个光光子子组组成成。光光子子是是光光的的最小单位，每个光子的能量最小单位，每个光子的能量 和它的频率和它的频率 之间的关系为之间的关系为式中式中 是普朗克常数，其数值为是普朗克常数，其数值为光光子子也也具具有有动动量量，它它的的方方向向为为光光子子的的运运动动方方向向（即即光光传传播方向），其值为播方向），其值为式式中中c为为真真空空中中的的光光速速，1983年年第第十十七七届届国国际际计计量量大大会会通过其值为通过其值为c=299 792 458 m/s 2 2认识认识v至此，人们一方面通过光的干涉、衍射和偏振等光至此，人们一方面通过光的干涉、衍射和偏振等光学现象证实了光的波动性；另一学现象证实了光的波动性；另一 方面通过黑体辐射、方面通过黑体辐射、光电效应和康普顿效应光电效应和康普顿效应 等又证实了光的量子性等又证实了光的量子性粒子性。粒子性。v光的本性光的本性物质（实物和场）的本性物质（实物和场）的本性波粒二象波粒二象性性6.现代光学发展v现代光学时期：现代光学时期：20世纪中世纪中 三件大事：三件大事：v1948全息术全息术 v1955光学传递函数光学传递函数v 1960激光器的诞生激光器的诞生傅立叶光学傅立叶光学空间滤波、图像识别空间滤波、图像识别 光学信息处理光学信息处理 全息学、干涉计量、特征识别、高密全息学、干涉计量、特征识别、高密 度储存、三维显示度储存、三维显示 1935年泽尼克提出了相衬原理；年泽尼克提出了相衬原理；1948年伽柏发明全息术；年伽柏发明全息术；50年代通讯理论和光学的结合，产生了傅里叶光学年代通讯理论和光学的结合，产生了傅里叶光学 光学信息处理的理论和技术奠定了基础。光学信息处理的理论和技术奠定了基础。90年代迅速发展的分数傅里叶光学是傅里叶光学的发展年代迅速发展的分数傅里叶光学是傅里叶光学的发展和延拓，为光学信息处理开辟了更广的领域。和延拓，为光学信息处理开辟了更广的领域。激光激光：高强度、高相干性：高强度、高相干性 全息术得益于激光器的问世全息术得益于激光器的问世通讯、测距、加工、医疗通讯、测距、加工、医疗、光谱学、激光制导、光谱学、激光制导、激光武器、激光热核聚变激光武器、激光热核聚变、非线性光学非线性光学介质中介质中的非线性叠加的非线性叠加如倍频、混频、自聚焦等。如倍频、混频、自聚焦等。1960年第一台红宝石激光器的发明是光学发展的一个新里程碑。年第一台红宝石激光器的发明是光学发展的一个新里程碑。它是它是20世纪继原子能、半导体、计算机之后的又一重大发明。世纪继原子能、半导体、计算机之后的又一重大发明。计算机延伸了人的大脑，而激光延伸了人的感官，成为探索大自计算机延伸了人的大脑，而激光延伸了人的感官，成为探索大自然奥秘的然奥秘的“超级探针超级探针”。大量分支和交叉学科的涌现是大量分支和交叉学科的涌现是20世纪现代光学发展的重世纪现代光学发展的重要标志。要标志。薄膜光学、纤维光学（导波光学）、集成光学、激光光薄膜光学、纤维光学（导波光学）、集成光学、激光光谱学、二元光学、瞬态光学、量子光学、原子光学、激谱学、二元光学、瞬态光学、量子光学、原子光学、激光物理、激光化学、激光生物学等等。光物理、激光化学、激光生物学等等。二、几何光学的基本定律二、几何光学的基本定律 2.1 基本概念基本概念 1.发光光点点 只只有有几几何何位位置置而而不不计大大小小的的光光源源称称为发光光点点(或称或称为点光源点光源)。2.光光线 在在几几何何光光学学中中，光光线就就是是一一条条携携带光光能能量量的的几何几何线，它代表了光的，它代表了光的传播方向。播方向。3.光束光束 发光点所发出的光波波面是以发光点为球心发光点所发出的光波波面是以发光点为球心的球面波，波面的法线束就是几何光学中的光线束，的球面波，波面的法线束就是几何光学中的光线束，简称为光束。简称为光束。4.光路光路 光线的传播途径。光线的传播途径。按照光速传播的特点，可以分为：按照光速传播的特点，可以分为：(1)同心光束。同心光束。(2)平行光束。平行光束。(3)像散光束。像散光束。像散光束：各条光线彼此既不平行又不完全相交于像散光束：各条光线彼此既不平行又不完全相交于一点。一点。1.同心光束：同心光束：一束光线本身或其延长线交于一点。一束光线本身或其延长线交于一点。特殊：平行光束特殊：平行光束会聚于无穷远会聚于无穷远会会聚聚光光束束发发散散光光束束2.2 几何光学的基本定律几何光学的基本定律1.光的直线传播定律：光在均匀介质中沿直线传播光的直线传播定律：光在均匀介质中沿直线传播2.光的独立传播定律：两束光在传播途中相遇时互不光的独立传播定律：两束光在传播途中相遇时互不 干扰，即每一束光的传播方向及其他性质干扰，即每一束光的传播方向及其他性质(频率、波频率、波 长、偏振状态长、偏振状态)都不因另一束光线的存在而发生改变都不因另一束光线的存在而发生改变(1)光的反射定律：反射线位于入射面内，反射线和光的反射定律：反射线位于入射面内，反射线和入射线分居法线两侧，反射角等于入射角，即入射线分居法线两侧，反射角等于入射角，即3.光的折射反射定律：光的折射反射定律：折射定律折射定律12空气玻璃NNAOB 折射光线跟入射光线和法线在折射光线跟入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光同一平面内，折射光线和入射光线位于法线的两侧，但是，入射线位于法线的两侧，但是，入射角和折射角之间究竟有什么定量角和折射角之间究竟有什么定量关系呢？关系呢？16211621年，荷兰数学家斯年，荷兰数学家斯涅耳终于找到了入射角和折射角涅耳终于找到了入射角和折射角之间的规律之间的规律斯斯涅涅耳耳 入射角的正弦跟折射角的正弦成正比入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，如果用n来表示这个比例常数，就有：光的折射定律（斯涅耳定律）光的折射定律（斯涅耳定律）(2)光的折射定律：折射线位于入射面内光的折射定律：折射线位于入射面内,折射线与入折射线与入射线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦之射线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一与入射角无关的常数，即比为一与入射角无关的常数，即*漫射：当界面粗糙时漫射：当界面粗糙时,各入射点处法线不平行各入射点处法线不平行,即使入即使入射光是平行的射光是平行的,反射光和折射光也向各方向分散开反射光和折射光也向各方向分散开漫漫反射或漫折射。反射或漫折射。介绍介绍反射定律和折射定律：反射定律和折射定律：(1)(1)反射定律的内容反射定律的内容为：反射光反射光线、入射光、入射光线和法和法线在同一平面内；在同一平面内；反射光反射光线和入射光和入射光 线居于法居于法线的两的两侧；反射角等于入射角。反射角等于入射角。(2)(2)折射定律的内容折射定律的内容为：折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射光线、入射光线和法线在同一平面内；折射光线、入射光线居于法线的两侧；折射光线、入射光线居于法线的两侧；入射角的正弦和折射角的正弦之比是一个常数，以入射角的正弦和折射角的正弦之比是一个常数，以n n表示，该值与两角度表示，该值与两角度的大小无关，而由两种介质的性质决定。的大小无关，而由两种介质的性质决定。折射率折射率光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数的正弦之比为一常数n n，但是对不同的介质来说，这个常数，但是对不同的介质来说，这个常数n n是是不同的，它是一个反应介质光学性质的物理量，物理学中把光不同的，它是一个反应介质光学性质的物理量，物理学中把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角与折射角的正弦之比从真空射入某种介质发生折射时，入射角与折射角的正弦之比n n，叫做这种介质的折射率，叫做这种介质的折射率研究表明，光在不同介质的速度不同，这也是光发生研究表明，光在不同介质的速度不同，这也是光发生折射的原因折射的原因某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c c跟跟光在这种介质中的传播速度光在这种介质中的传播速度v v之比即：之比即：所有介质的折射率都大于1四四.光的可逆性光的可逆性由于折射定律的对称性由于折射定律的对称性,可得出光线传播的可逆性。可得出光线传播的可逆性。表明：当光线沿与原来方向相反的方向传播时，其路径表明：当光线沿与原来方向相反的方向传播时，其路径不变。不变。注意：在不考虑介质吸收引起损耗时，波动现象就是一注意：在不考虑介质吸收引起损耗时，波动现象就是一个可逆过程。个可逆过程。当光从光密当光从光密()()射到光疏射到光疏()()介质时介质时,一般情况下一般情况下,折射角折射角大于入射角大于入射角,当入射角为某一当入射角为某一ic 时时,折射角为折射角为 ,折射线折射线沿界面传播。沿界面传播。五五.临界角临界角若入射角再增大，就不再有折射线了，此若入射角再增大，就不再有折射线了，此时光线将全部返回光密介质，且反射角等时光线将全部返回光密介质，且反射角等于入射角于入射角全反射全反射全反射：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某全反射：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度，使折射角达到一角度，使折射角达到90o 时，折射光完全消失，只剩下时，折射光完全消失，只剩下反射光。反射光。条件：条件：1）光密）光密 光疏光疏 2）入射角大于或等于临界角）入射角大于或等于临界角 优点：反射损失少，不优点：反射损失少，不易变形，调整、装配、易变形，调整、装配、维护方便。维护方便。icn1n2临界角。利用全反射原理，可制成光学元件利用全反射原理，可制成光学元件光纤光纤利用高折射率材料制成芯线，外利用高折射率材料制成芯线，外包一层低折射率的皮，由于光线包一层低折射率的皮，由于光线的全反射，光线在芯内是锯齿形的全反射，光线在芯内是锯齿形折线的径迹。折线的径迹。单根阶跃型光纤只能传光而不能传图像，将众多光纤单根阶跃型光纤只能传光而不能传图像，将众多光纤集束为光缆便可传图像。集束为光缆便可传图像。应应 用用第三节第三节 光学系统的物象概念光学系统的物象概念3.1 成像的概念成像的概念光学系统或光组光学系统或光组 按一定的要求组合而成光学元件按一定的要求组合而成光学元件(如透镜、棱镜、反射镜如透镜、棱镜、反射镜等等)。光组的主要功能是成像。光组的主要功能是成像。一、实像和虚像一、实像和虚像 物和像是相对于光学系统而言的：物和像是相对于光学系统而言的：入射光束的交点，称为物点。入射光束的交点，称为物点。出射光束的交点，称为像点。出射光束的交点，称为像点。在光路图中，实像是实际出射光线的交点；在光路图中，实像是实际出射光线的交点；虚像是实际出射光线延长线虚像是实际出射光线延长线(用虚线表示用虚线表示)的交点。的交点。实像：出射光束是会聚实像：出射光束是会聚的同心光束。的同心光束。I球面虚像：出射光束是发散的虚像：出射光束是发散的同心光束。同心光束。I球面3.1 成像的概念成像的概念二、实物和虚物二、实物和虚物 若入射光束为发散的同心光束，则光束中心即若入射光束为发散的同心光束，则光束中心即为实物。为实物。若入射光束是会聚的同心光束，则光束的会聚若入射光束是会聚的同心光束，则光束的会聚中心即为虚物。（组合透镜组中）中心即为虚物。（组合透镜组中）3、物和像的虚实、物和像的虚实1)实实物物：发发散散的的入入射射光光束束的的顶顶点点为为实实物物(不不论论是是否否有有实际光线通过该点实际光线通过该点)O球面O球面顶点没有实顶点没有实际光线通过际光线通过2)2)虚虚物物：会会聚聚的的入入射射光光束束的的顶顶点点为为虚虚物物(永永远远没没有有实实际际光线通过该点光线通过该点)O球面三、物空间和像空间三、物空间和像空间 对于光学系统来说，入射光线所在的空对于光学系统来说，入射光线所在的空间称为系统的物空间或称为物方；出射光线间称为系统的物空间或称为物方；出射光线所在的空间称为系统的像空间或称为像方。所在的空间称为系统的像空间或称为像方。（光学意义上的空间概念）光学意义上的空间概念）像、像、物空间折射率物空间折射率(或像、物方折射率或像、物方折射率)物和像物和像若干反射面、折射面若干反射面、折射面光学系统光学系统系统系统成像的实质成像的实质将入射同心光束将入射同心光束转化转化为出射同心光束为出射同心光束实像：出射同心实像：出射同心会聚会聚光束的顶点光束的顶点虚像：出射同心虚像：出射同心发散发散光束的顶点光束的顶点实物点：入射同心实物点：入射同心发散发散光束的顶点光束的顶点虚物点：入射同心虚物点：入射同心会聚会聚光束的顶点光束的顶点实物成虚像实物成虚像虚物成实像虚物成实像实物成实像实物成实像虚物成虚像虚物成虚像同心光束通过光学系统后生成点像同心光束通过光学系统后生成点像第一章第一章 几何光学基本定律几何光学基本定律四、光学玻璃四、光学玻璃定义：制造光学仪器用的玻璃。特点：具有一定的折射率和色散率，及高度的均匀性和一定波长范围内的透光性。根据折射率和色散率的不同，分为：冕牌玻璃（bpO含量小）燧石玻璃 对于光学玻璃的主要要求：于光学玻璃的主要要求：高度的光学均匀性；高度的光学均匀性；最大的透明度，以减少光能的吸收最大的透明度，以减少光能的吸收损失；失；无无色色，除除特特殊殊需需要要外外(如如滤色色镜)，光光学学玻玻璃璃应尽尽量量无色；无色；良好的物理性能和化学良好的物理性能和化学稳定性；定性；内部无气泡、内部无气泡、杂质和条和条纹等。等。第二章第二章共轴球面光学系统共轴球面光学系统 2-12-1 符号规则符号规则2-2 2-2 单球面反射、折射成像单球面反射、折射成像2-3 2-3 共轴球面系统的成像共轴球面系统的成像符号规则符号规则 在建立球面折射成像物像关系时会遇到如下情况：在建立球面折射成像物像关系时会遇到如下情况：物点和像点都有虚、实之分；物点和像点都有虚、实之分；折射球面朝哪一个方向凸折射球面朝哪一个方向凸也有两种可能。因此，要事先约定一种符号规则，就可以把也有两种可能。因此，要事先约定一种符号规则，就可以把所有的物像关系式统一起来。这种约定不是唯一的，我们采所有的物像关系式统一起来。这种约定不是唯一的，我们采用如下约定（参见下图）：用如下约定（参见下图）：1 1、长度量：由指定的原点量起，其方向与光的传播方向一致为正，反、长度量：由指定的原点量起，其方向与光的传播方向一致为正，反 之为负。规定光的传播方向为自左向右。之为负。规定光的传播方向为自左向右。2 2、高度量：以垂直光轴向上者为正，向下者为负。、高度量：以垂直光轴向上者为正，向下者为负。3 3、角度量、角度量：以锐角衡量。（以锐角衡量。（1 1）光线与主轴的夹角）光线与主轴的夹角:由主轴顺时针转到由主轴顺时针转到 光线者为正，逆时针转成者为负。光线者为正，逆时针转成者为负。（2 2）光线和法线夹角：）光线和法线夹角：由法线顺时针转到光线者为正，逆时针转成者为负。由法线顺时针转到光线者为正，逆时针转成者为负。4 4、规定光路图中的角度、线段只用绝对值来表示。、规定光路图中的角度、线段只用绝对值来表示。一个垂直于光轴的直线段（或平面）一个垂直于光轴的直线段（或平面）如何成像的问题：如何成像的问题：参见上图，将光轴参见上图，将光轴PCPC 绕球心绕球心C C 转过一个微小角度，于是转过一个微小角度，于是P P点转到点转到Q Q 点，而点，而P P1 1 点则转到点则转到Q Q1 1 点，点，Q Q1 1点就是点就是P P1 1 点的像。因此点的像。因此PQ PQ 弧上所有的各点弧上所有的各点都将在都将在P P1 1Q Q1 1弧上找到的对应的像点。弧上找到的对应的像点。P P1 1Q Q1 1 弧就是弧就是PQ PQ 弧的像。如果弧的像。如果PQ PQ 很很小，即小，即Q Q 点到光轴的距离远小于球面曲率半径，则称为傍轴小物。此时点到光轴的距离远小于球面曲率半径，则称为傍轴小物。此时PQ PQ 和和P P1 1Q Q1 1 都近似与光轴垂直。即垂直于光轴的短线段，其形成的像也都近似与光轴垂直。即垂直于光轴的短线段，其形成的像也是垂直于光轴的短线段。（同理，小平面是垂直于光轴的短线段。（同理，小平面 ！）！）结结 论论 傍轴小物以傍轴光线成像，称为傍轴条件成像。傍轴小物以傍轴光线成像，称为傍轴条件成像。只有在傍轴条件下才能实现理想成像。只有在傍轴条件下才能实现理想成像。2-12-1 符号规则符号规则 ABy-LLrOCEDhABiimunn-y第一节第一节 符号规则符号规则基本概念基本概念（以折射成像为例以折射成像为例 ）1.1.光轴：通过球心的直线光轴：通过球心的直线2.2.球面顶点：光轴与球面的交点球面顶点：光轴与球面的交点 3.3.球面的结构参数：球面的结构参数：r、n、n4.折射光线与光轴的夹角称为像方倾斜角折射光线与光轴的夹角称为像方倾斜角(U(U)5.物点物点A与顶点与顶点O之间的距离称为物方截距之间的距离称为物方截距（L）6.法线法线CE与光轴的夹角称为球心角（与光轴的夹角称为球心角（）7.物空间：未经光学系统变换前入射的同心光束所在的空间叫物空间。物空间：未经光学系统变换前入射的同心光束所在的空间叫物空间。8.物方折射率：物空间介质的折射率叫做物方折射率。物方折射率：物空间介质的折射率叫做物方折射率。9.像空间：经光学系统变换后出射的同心光束所在的空间叫做像空间。像空间：经光学系统变换后出射的同心光束所在的空间叫做像空间。10.像方折射率：像空间介质的折射率叫做像方折射率。像方折射率：像空间介质的折射率叫做像方折射率。第一节第一节 符号规则符号规则符号规则：符号规则：1.光路方向光路方向：从左向右从左向右传播播时为正光路；反之正光路；反之为逆光路逆光路。2.线段段(1)沿沿轴轴线线段段：凡凡由由规规定定的的计计算算起起点点(也也称称为为原原点点)到到终终点点的的方方向向与与光光线线传传播播方方向向相相同同者者，取取为为正正值值；反反之之为为负负值值。在在正正光光路路系系统中中线段段从从起起点点到到终点点若若是是从从左左向向右右则为正，若从右向左正，若从右向左则为负。沿轴线段沿轴线段：曲率半径曲率半径：球心球心C在在顶点之右点之右时，r为正；反之正；反之为负 物方截距和像方截距。物方截距和像方截距。球面之间的间隔球面之间的间隔。(2)垂垂轴线段段:以光以光轴为界，在光界，在光轴以上者以上者为正正值，在光，在光轴以下以下者者为负值。3.角度角度:锐角，规定起始边，顺时针旋转到终边锐角，规定起始边，顺时针旋转到终边“正正”，逆时针旋转，逆时针旋转到终边到终边“负负”。倾斜角：轴倾斜角：轴 光线光线 顺顺 正正 入（折）射角：光线入（折）射角：光线 法线法线 顺顺 正正 球心角：光轴球心角：光轴 法线法线 顺顺 正正 小结：1.从左到右从左到右 正正 2.从前到后从前到后 正正 3.从上到下从上到下 正正 4.顺时针顺时针 正正 注意：注意：1.起、终点（线）起、终点（线）2.标注时为绝对值标注时为绝对值第二节第二节 单球面反射、折射成像单球面反射、折射成像共轴球面系统：共轴球面系统：球面的球心都在同一直线上，称为共轴球面球面的球心都在同一直线上，称为共轴球面系统。系统。（1 1）光学球面的反射成像光学球面的反射成像球面反射镜：球面反射镜：反射面为球面的反射镜反射面为球面的反射镜分分 类：凸球面反射镜、凹球面反射镜类：凸球面反射镜、凹球面反射镜 OCAhEABlrlBi-imuu u=h/l u=h/l m=h/r由三角形外角关系可得：u=m-i u=m-i即 i=m-u=h/r-h/l i=m-u=h/r-h/l 由反射定律：-i=i即-（h/r-h/l）=h/r-h/l可得：1/l+1/l=2/r 上式就是球面反射镜成像时，其物、像位置关系式。（1 1）光学球面的反射成像光学球面的反射成像v球面反射镜的成像：v系统横向放大率：（2 2）光学球面的折射成像光学球面的折射成像 ABy-LLrOCEDhABiimunn-y在在三角形三角形AEC中，应用正弦定理有：中，应用正弦定理有：sin(u)/r=sin(180i)/(r L)=sini/(r L)或：或：sini=(L r)/rsinu在在E点，由折射定理得：点，由折射定理得：sini=n/nsini由图可知：由图可知：m=i+u=i+u所以：所以：u=i+u i同样在三角形同样在三角形AEC中应用正弦定理有：中应用正弦定理有：sinu/r=sini/(Lr)可得像方截距：可得像方截距：L=r+rsini/sinu在三角形在三角形AECAEC中，根据内角和外角的关系有：中，根据内角和外角的关系有：i=m-ui=m-um=h/r u=h/l u =h /l i=h/r-h/l i =h/r-h/l n sini=n sini 那么就有那么就有 ni=n i 即：即：n(h/r-h/l)=n(h/r-h/l)n /l -n/l=(n -n)/r上式为单球面折射成像的基本公式，又称物象位置关系。上式为单球面折射成像的基本公式，又称物象位置关系。（2 2）光学球面的折射成像光学球面的折射成像 一、单球面的成像一、单球面的成像 1.1.位置关系位置关系 基本关系式基本关系式(物像位置关系式物像位置关系式)（2 2）光学球面的折射成像光学球面的折射成像2.像的大小：（1）横向放大率（垂轴放大率）b：如图所示，高为如图所示，高为y y 的物体经折射后成像，象高为的物体经折射后成像，象高为y y1 1,则则像高与物高之比定义为像高与物高之比定义为横向放大率横向放大率（或垂轴放大率）：（或垂轴放大率）：在傍轴条件下，有：在傍轴条件下，有：所以推得：所以推得：横向放大率的牛顿形式：横向放大率的牛顿形式：横向放大率的牛顿形式：横向放大率的牛顿形式：将等式将等式 带入上式带入上式得到：得到：同理也可推得：同理也可推得：横向放大率横向放大率 的意义：的意义：1、可表示象的放大、缩小可表示象的放大、缩小 2、可表示象的虚、实：可表示象的虚、实：3、可表示象的正、倒、可表示象的正、倒：拉格朗日拉格朗日-亥姆霍兹不变式：亥姆霍兹不变式：由傍轴球面折射物像光路图得到：由傍轴球面折射物像光路图得到：于是，将其带入横向放大率公式便可得到：于是，将其带入横向放大率公式便可得到：或者变成：或者变成：注意：注意：此式是由单球面推导出来的，实际上对多个此式是由单球面推导出来的，实际上对多个 球面也是适用的球面也是适用的。（2）轴向放大率为a：由由横向放大率和横向放大率和轴向放大率的关系向放大率的关系可得：可得：若若物物体体为一一立立方方体体，由由于于横横向向放放大大率率和和轴向向放放大大率率不不同同，所所得得到到的的像像不不再再是是一一立立方方体体，因因此此折折射射球球面面不不可可能能获得得与与物物体体相相似似的的立体像。立体像。轴向放大率总是正值，因此物体沿光轴向放大率总是正值，因此物体沿光轴移动时，其像也同方向移动，即符合同向轴移动时，其像也同方向移动，即符合同向移动原则。移动原则。（3）角放大率g：近轴区内：（2 2）光学球面的折射成像光学球面的折射成像三者放大率之间的关系：例例1.7-1 设有一半径为设有一半径为3cm的凹球面的凹球面,球面两侧的折射率分球面两侧的折射率分别为别为n=1，n=1.5，一会聚光束入射到界面上，光束的，一会聚光束入射到界面上，光束的顶点在球面右侧顶点在球面右侧3cm处。求像的位置。处。求像的位置。解：解：第三节第三节 共轴球面系统的成像共轴球面系统的成像 大多数实际的光学系统都含有多个折射（反射）球大多数实际的光学系统都含有多个折射（反射）球面，如果所有球面的中心都在一条直线上，称之为共轴面，如果所有球面的中心都在一条直线上，称之为共轴球面系统。这条直线称为系统的光轴，在傍轴近似条件球面系统。这条直线称为系统的光轴，在傍轴近似条件下，共轴球面系统可以近似看作理想光学系统。因而可下，共轴球面系统可以近似看作理想光学系统。因而可以实现理想成像。以实现理想成像。一、共轴球面系统的成像1.转面公式：第三节第三节 共轴球面系统的成像共轴球面系统的成像共轴球面系统的放大率 球面系统的横向放大率仍定义为像高与物高的比：具体内容v第三章第三章 理想光学系统理想光学系统3-1理想光学系统概念理想光学系统概念3-2理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面3-3理想光学系统的物像关系理想光学系统的物像关系3-4理想光学系统的组合理想光学系统的组合第三章第三章 理想光学系统理想光学系统第一节第一节 理想光学系统的概念理想光学系统的概念物体经过折射球面成像时，仅在满足下述两个条物体经过折射球面成像时，仅在满足下述两个条件时，所成的像才是完善像件时，所成的像才是完善像:成像的光束必须是近轴光束成像的光束必须是近轴光束(细光束细光束)。成像的物空间范围限于近轴区。成像的物空间范围限于近轴区。理想的光学系统应该是：理想的光学系统应该是：能够成像的范围尽可能大。能够成像的范围尽可能大。参加成像的光束尽可能宽些，使更多的光能参加成像的光束尽可能宽些，使更多的光能 通过通过光学系统到达像面上，以利于观察或曝光。光学系统到达像面上，以利于观察或曝光。第一节第一节 理想光学系统的概念理想光学系统的概念1 1 理想光学系统：理想光学系统：空间任意大的物体以任意宽的光束通过光学系统均能成完空间任意大的物体以任意宽的光束通过光学系统均能成完善像。善像。2 2理想光学系统成像特点：理想光学系统成像特点：(1)(1)点物成点像。点物成点像。(2)(2)线物成线像。线物成线像。(3)(3)平面物成平面像。平面物成平面像。3 3意义意义(1)(1)可以研究可以视为理想光学系统的光学系统的成像；可以研究可以视为理想光学系统的光学系统的成像；(2)(2)可可以以作作为为非非理理想想光光学学系系统统成成像像质质量量的的衡衡量量标标准准，来来指指导导非非理想光学系统的设计。理想光学系统的设计。第一节第一节 理想光学系统的概念理想光学系统的概念理想光学系理想光学系统成像成像时，其物和像之，其物和像之间的关系：的关系：(1)物物空空间中中的的一一个个点点，在在像像空空间一一定定存存在在一一个个点点与与之之对应，而而目目只只有有这一一个点与之个点与之对应。(2)物物空空间的的一一条条直直线，在在像像空空间一一定定存存在在一一条条直直线与与之之对应，而而且且只只有有这一条直一条直线与之与之对应。(3)物物空空间间的的一一个个平平面面，在在像像空空间间一一定定存存在在一一个个平平面面与与之之对对应应，而而且且只只有有这这一个平面与之对应。一个平面与之对应。这种物、像空间的一一对应关系，称为这种物、像空间的一一对应关系，称为“共轭共轭”关系。符合这些对应关系的成像关系。符合这些对应关系的成像称为称为“共线成像共线成像”。1 1、理想光学系统的成像过程叫做理想成像。、理想光学系统的成像过程叫做理想成像。2 2、理想光学系统中物方和像方之间互为依存、并且在性质、理想光学系统中物方和像方之间互为依存、并且在性质 上能互换的关系称为共轭关系。上能互换的关系称为共轭关系。3 3、理想光学系统的性质：、理想光学系统的性质：（1 1）物方每个点对应像方一个点（共轭点）。）物方每个点对应像方一个点（共轭点）。（2 2）物方每条直线对应像方一条直线（共轭线）。）物方每条直线对应像方一条直线（共轭线）。（3 3）物方每个平面对应像方一个平面（共轭面）物方每个平面对应像方一个平面（共轭面）。研究物像两方一一对应的理论称为高斯光学。除平面反研究物像两方一一对应的理论称为高斯光学。除平面反射镜之外，理想光学系统是不存在的，而实际的光学系统只射镜之外，理想光学系统是不存在的，而实际的光学系统只能作到接近于理想光学系统。能作到接近于理想光学系统。第一节第一节 理想光学系统的概念理想光学系统的概念共共轴球面系球面系统还具有如下一些特性：具有如下一些特性：(1)位于光位于光轴上的物点，其上的物点，其对应的像点也一定位于光的像点也一定位于光轴上。上。(2)物物为垂直于光垂直于光轴的的线段段时，其像也一定垂直于光，其像也一定垂直于光轴。(3)若物若物为垂垂轴平面，平面，则对应的像也一定的像也一定为垂垂轴平面。平面。(4)位位于于过光光轴的的某某一一截截面面内内的的物物点点，其其对应的的像像点点也也一一定定位位于于这个个平平面面内内，同同时过光光轴的的任任意意截截面面的的成成像像性性质都都是是完完全全一一样的。的。(5)位于垂直于光位于垂直于光轴的同一平面内的物体所的同一平面内的物体所对应的像，其几何形的像，其几何形状和物体完全相似。也就是状和物体完全相似。也就是说在整个物平面上无在整个物平面上无论什么位置，什么位置，物和像的大小之比始物和像的大小之比始终为常数。常数。第三章第三章 理想光学系统理想光学系统第二节第二节 理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面一、焦点和焦面一、焦点和焦面（像方）焦点：物方无限远的光轴上的一点的像点，称为光学（像方）焦点：物方无限远的光轴上的一点的像点，称为光学系统的像方焦点。系统的像方焦点。物方焦点：像方无限远的光轴上的点的共轭点。物方焦点：像方无限远的光轴上的点的共轭点。强调：强调：一般所谓系统的焦点指像方焦点；一般所谓系统的焦点指像方焦点；一般情况下，物方焦点和像方焦点关于系统中心对称；一般情况下，物方焦点和像方焦点关于系统中心对称；但无论任何时候物方焦点和像方焦点都不是共轭点。但无论任何时候物方焦点和像方焦点都不是共轭点。(1)焦点和焦平面焦点和焦平面基点和基面的概念像方焦点像方焦点F：光轴上位于负无穷远的物对应的像点。光轴上位于负无穷远的物对应的像点。像方焦平面像方焦平面：过过F并且和光轴垂直的平面。并且和光轴垂直的平面。光学系统F光学系统F物方焦点物方焦点F：光轴上位于正无穷远的像对应的物点。光轴上位于正无穷远的像对应的物点。物方焦平面物方焦平面：过过F并且和光轴垂直的平面。并且和光轴垂直的平面。第二节第二节 理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面系系统的焦点和焦面具有下列特性：的焦点和焦面具有下列特性：物物方方平平行行于于光光轴的的入入射射光光线，经过光光学学系系统以以后后。其其出出射射光光线必必定定通通过像方焦点像方焦点F，即系，即系统的像方焦点的像方焦点F与物方无限与物方无限远的光的光轴上一点共上一点共轭。通通过物物方方焦焦点点F入入射射的的光光线，经过系系统以以后后，在在像像空空间其其出出射射光光线必必定定于行于光于行于光轴。即系。即系统的物方焦点的物方焦点F与像方无限与像方无限远的光的光轴上一点共上一点共轭。一个光学系一个光学系统的物方焦点的物方焦点F和像方焦点和像方焦点F不是一不是一对共共轭点。点。自自物物方方无无限限远的的轴外外点点发出出的的入入射射光光线，经光光学学系系统后后，在在像像空空间必必定定通通过像方焦平面上像方焦平面上轴外某一点。外某一点。自物方焦平面上轴外点发出的入射光线，经光学系统后，其出时光线自物方焦平面上轴外点发出的入射光线，经光学系统后，其出时光线应为一束与光轴有一定倾斜角的平行光束。应为一束与光轴有一定倾斜角的平行光束。利用焦平面作图求像：利用焦平面作图求像：利用焦平面求轴上物的像：利用焦平面求轴上物的像：利用焦平面求轴上物的像：利用焦平面求轴上物的像：第二节第二节 理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面二、主点、主面、和焦距二、主点、主面、和焦距主面：光学系统中，横向放大率为主面：光学系统中，横向放大率为+1的一对共轭平面称为系统的一对共轭平面称为系统的主面。的主面。主点：主面与光轴的交点称为主点。主点：主面与光轴的交点称为主点。强调：强调：确定的系统只有唯一的一对主面。确定的系统只有唯一的一对主面。在物（像）空间内的主面为物（像）方主面。在物（像）空间内的主面为物（像）方主面。在物（像）空间内的主点为物（像）方主点。在物（像）空间内的主点为物（像）方主点。(2)主点和主平面主点和主平面基点和基面的概念物方和像方主平面物方和像方主平面 垂轴放大率垂轴放大率b b1 1的一对共轭面中，物平面称的一对共轭面中，物平面称为物方主平面，像平面称为像方主平面。为物方主平面，像平面称为像方主平面。光学系统yyHH物方主点物方主点H：物方主平面和光轴的交点。物方主平面和光轴的交点。像方主点像方主点H：像方主平面和光轴的交点。像方主平面和光轴的交点。理想光学系统的基点和基面焦距焦距 物方焦距物方焦距:F相对相对H的轴向线度的轴向线度,即即f。HHFF-ff 像方焦距像方焦距:F相对相对H的轴向线度的轴向线度,即即f。第二节第二节 理想光学系统的基点和基面理想光学系统的基点和基面三、节点三、节点 光学系统中，角放大率为光学系统中，角放大率为+1的一对共轭点称为系统的节面。的一对共轭点称为系统的节面。其中，在物空间的为物方节点；在像空间的为像方节点。其中，在物空间的为物方节点；在像空间的为像方节点。节点的性质：凡通过物方节点入射的光线，其出射光线一定通节点的性质：凡通过物方节点入射的光线，其出射光线一定通过像方节点，并且方向与入射光线平行。过像方节点，并且方向与入射光线平行。强调：由物方焦点强调：由物方焦点F到物方节点的距离等于像方焦距；由像方到物方节点的距离等于像方焦距；由像方焦点到像方节点的距离等于物方焦距。当系统位于同种介质焦点到像方节点的距离等于物方焦距。当系统位于同种介质中时，节点和主点重合中时，节点和主点重合。(3)节点和节平面节点和节平面基点和基面的概念物方节点物方节点J和像方节点和像方节点J：g g1 1的的一一对对共共轭轭光光线线中中，物物方方光光线线和和光光轴轴的的交交点点称称为为物方节点物方节点J，像方光线和光轴的交点称为像方节点，像方光线和光轴的交点称为像方节点J。光学系统物方节平面物方节平面：过过J并且和光轴垂直的平面。并且和光轴垂直的平面。像方节平面像方节平面：过过J并且和光轴垂直的平面。并且和光轴垂直的平面。JJ第三章第三章 理想光学系统理想光学系统第三节第三节 理想光学系统的物像关系理想光学系统的物像关系一、做图法一、做图法二、计算法求像二、计算法求像注：注：以上方法是在针对单个透镜组的情况以上方法是在针对单个透镜组的情况 理想光学系统思维方式是逆向思维理想光学系统思维方式是逆向思维第三节第三节 理想光学系统的物像关系理想光学系统的物像关系一、作一、作图法法 利用理想光学系统的基点、基面的性质，利用理想光学系统的基点、基面的性质，可以用作图的方法求出所成像的特性可以用作图的方法求出所成像的特性(位置、位置、大小、倒正、虚实等大小、倒正、虚实等)。作图求像的基本规律为作图求像的基本规律为：1从物点发出的与光轴平行的入射光线，射向光学系统的物从物点发出的与光轴平行的入射光线，射向光学系统的物方主面，利用主面上的横向放大率方主面，利用主面上的横向放大率=1=1的性质，得到出射的性质，得到出射光线在像方主面上的出发点，然后从该点出发并且通过像光线在像方主面上的出发点，然后从该点出发并且通过像方焦点出射。方焦点出射。2 2从物点出发的通过物方焦点的入射光线（或入射光线延长从物点出发的通过物方焦点的入射光线（或入射光线延长线通过物方焦点和虚物点），线通过物方焦点和虚物点），利用主面上的横向放大率利用主面上的横向放大率=1=1的性质，得到出射光线在像方主面的出发点，然后从的性质，得到出射光线在像方主面的出发点，然后从该点出发并且平行于光轴出射。该点出发并且平行于光轴出射。3 3若已知节点，也可以利用从物点出发并通过物方节点的入若已知节点，也可以利用从物点出发并通过物方节点的入射光线，其出射光线应从像方节点出发，并与入射光线平射光线，其出射光线应从像方节点出发，并与入射光线平行。行。4 4上述三条特殊光线中，任意两条出射光线的焦点即为像点。上述三条特殊光线中，任意两条出射光线的焦点即为像点。5 5若物为垂轴线段，则像也是垂轴线段。若物体为任意线段，若物为垂轴线段，则像也是垂轴线段。若物体为任意线段，则应用上述方法，求出线段两端点的像点，则两点构成的则应用上述方法，求出线段两端点的像点，则两点构成的线段就是物体的像线段就是物体的像。作图法作图法确定理想光学系统的基点或物像关系确定理想光学系统的基点或物像关系1 由已知的基点确定物像关系由已知的基点确定物像关系 ABHHFFABHHFFABHHFFABHHFF四、四、图解法确定理想光学系统的基点或物像关系图解法确定理想光学系统的基点或物像关系2 由已知的基点确定未知的基点由已知的基点确定未知的基点 3 由已知的基点及物像关系确定未知的基点由已知的基点及物像关系确定未知的基点 FABABFHHFFHFFJ第三节第三节 理想光学系统的物像关系理想光学系统的物像关系二、计算法求像二、计算法求像 作图求像法具有简便、直观的优点，但精确度较低，不能满足光学系统作图求像法具有简便、直观的优点，但精确度较低，不能满足光学系统设计与实际计算的要求。在的光学系统设计与实