533单心光束实像和虚像 成像问题是几何光学研究的主要问题之一。光学元件质量的高低是 以成像质量来衡量的。为学习研究成像规律,首先介绍几个基本概念。 单心光束、实像、虚像 1、发光点:只有几何位置而没有大小的发射光束的光源。 它也是一个抽象概念,一个理想模型,有助于描述物和像的 性质。点光源就是一个发光点 若光线实际发自于某点,则称该点为实发光点; 若某点为诸光线反向延长线的交点,则该点称为虚发光点。 2、单心光束:只有一个交点的光束,亦称同心光束 该唯一的交点称为光束的顶点。 发散单心光束 会聚单心光束
§3.3 单心光束 实像和虚像 成像问题是几何光学研究的主要问题之 一。光学元件质量的高低是 以成像质量来衡量的。为学习研究成像规律，首先介绍几个基本概念。 一、单心光束、实像、虚像 1、发光点：只有几何位置而没有大小的发射光束的光源。 它也是一个抽象概念，一个理想模型，有助于描述物和像的 性质。点光源就是一个发光点。 若光线实际发自于某点，则称该点为实发光点； 若某点为诸光线反向延长线的交点，则该点称为虚发光点。 2、单心光束：只有一个交点的光束，亦称同心光束。 该唯一的交点称为光束的顶点。 发散单心光束 会聚单心光束
3、实像、虚像 当顶点为光束的发出点时,该顶点称为光源、物点。 当单心光束经折射或反射后,仍能找到一个顶点,称光束保持了其 单心性。该顶点称为象点 实像 对能保持单心性的光束,一个物点能且只能P 形成一个像点,即物与像形成一一对应关系。 实象:有实际光线会聚的象点。 虚象:无实际光线会聚的象点 (光束反向延长线的交点)。 1、成像于视网膜上的只是光束的顶点而非光束本学P…=2- 二、实物、实像、虛像的联系与区别 光通过浑浊的空间时,尘埃微粒作为散射光 束的顶点被看到,而不是看到了光束本身; 虚像 宇航员看到的洁净的宇宙空间是漆黑的,是 由开没有生埃作为散射源
实象：有实际光线会聚的象点。 虚象：无实际光线会聚的象点。 （光束反向延长线的交点）。 • 当顶点为光束的发出点时，该顶点称为光源、物点。 3、实像、虚像 • 当单心光束经折射或反射后，仍能找到一个顶点，称光束保持了其 单心性。该顶点称为象点。 P‘ P P’ P 实 像 虚 像 二、实物、实像、虚像的联系与区别 1、成像于视网膜上的只是光束的顶点而非光束本身。 • 光通过浑浊的空间时，尘埃微粒作为散射光 束的顶点被看到，而不是看到了光束本身； • 宇航员看到的洁净的宇宙空间是漆黑的，是 由于没有尘埃作为散射源。 • 对能保持单心性的光束，一个物点能且只 能 形成一个像点，即物与像形成一一对应关系
2、人眼以刚进入瞳孔前的光线方向判断光束顶点位置 ·单独用人眼无法直接判断顶点是否有实际光线通过 实发 虚像 光点 实像 对人眼而言,无论是物点还是像点,是实像还是虚像,都不过是发 散光束的顶点,二者之间没有区别。 实物、实像、虚像的区别A:P与P、P P各处可见;而由于透镜大小的限制, P和P仅在光束范围内可见。 B:P与P 置一白纸于P、P"处,由于有实际 光线通过,P是亮点;由于无实际 光线过,处看到光感
2、人眼以刚进入瞳孔前的光线方向判断光束顶点位置 • 单独用人眼无法直接判断顶点是否有实际光线通过 实发 光点 实像 虚像 对人眼而言，无论是物点还是像点，是实像还是虚像，都不过是发 散光束的顶点，二者之间没有区别。 • 实物、实像、虚像的区别 P P‘ P’‘ A：P与P’、P‘’ P各处可见；而由于透镜大小的限制， P‘和P’‘仅在光束范围内可见。 B：P’与P‘’ 置一白纸于P’、P‘’处，由于有实际 光线通过， P’是亮点；由于无实际 光线通过， P‘’处看不到光点
∠934光在平面介面上的反射和折射光学纤维 保持物、像在几何形状上的相似性,是理想成像的基本要求。保持光 束的单心性是保持形状相似从而实现理想成像的保证。所以,研究成像问 题就归结为研究如何保持光束单心性问题 一般情况下,光在介面上反射和折射后,其单心性不再保持。但只要 满足适当的条件,可以近似地得到保持。接下来的两节,主要研究在不同 介面反射、折射时,光束单心性的保持情况 光在平面上的反射 C 如图示:点光源P发出单心光束,经平 D 面镜反射后,形成一束发散光束,其反 向延长线交于一点P,且与P点对称 M M 显然,反射光束仍为单心光束,说明在此过 程中光束保持了其单心性,是一个理想成像P 过程—P是P的虚像 平面镜是一个不破坏光束单心性、理想成像的完善的 光学系统。并且也是唯一的一个
§3.4 光在平面介面上的反射和折射 光学纤维 保持物、像在几何形状上的相似性，是理想成像的基本要求。保持光 束的单心性是保持形状相似从而实现理想成像的保证。所以，研究成像问 题就归结为研究如何保持光束单心性问题。 一般情况下，光在介面上反射和折射后，其单心性不再保持。但只要 满足适当的条件，可以近似地得到保持。接下来的两节，主要研究在不同 介面反射、折射时，光束单心性的保持情况。 一、光在平面上的反射 D M’ M P‘ P C A B 如图示：点光源P发出单心光束，经平 面镜反射后，形成一束发散光束，其反 向延长线交于一点P‘，且与P点对称。 显然，反射光束仍为单心光束，说明在此过 程中光束保持了其单心性，是一个理想成像 过程—— P‘是P的虚像。 ∴平面镜是一个不破坏光束单心性、理想成像的完善的 光学系统。并且也是唯一的一个
2二、光在平面介面上的折射 入介质n:现取其中一微无光QQ9 1、光束单心性的破坏 Z X 2+412B2n 2 介质n中的发光点P发出单心 光束经两面介面XOZ折射后进 X 束(如图示),在XOY平面内 △ 其折射光束的反向延长线交于, P点,并与OY轴交于P1、P2 两点。 各点坐标如图示:经计算(见附录31)可得 2 y2 2 2 2 g y=y g
二、光在平面介面上的折射 1、光束单心性的破坏 x B1 B2 n2 n1 O y P2 P1 P P` i1 i2 i1+△i1 i2＋△i2 A1 A2 ● ● z 介质n1中的发光点P发出单心 光束经两面介面XOZ折射后进 入介质n2，现取其中一微元光 束（如图示），在XOY平面内， 其折射光束的反向延长线交于 P‘点，并与OY轴交于P1、P2 两点。 ( ,0) 1 x (0, y) ( )1 0, y ( ,0) 2 ( ) x ' ' x , y ( ) 2 0, y 各点坐标如图示：经计算（见附录3—1）可得： 2 3 1 2 2 2 2 1 1 ' 2 1 3 2 2 2 ' 1 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 = − − = − = + − = + − t g i n n n n t g i y y n n x y x n n y n n x y n n y n n y