第一章几何光学基本定律与
成像概念
2019/1/9
§1.1 几何光学的基本定律
光学的基本参量
●传输介质的折射率n：
⏹折射率是左右光学传播规律的基本参量
●光波波长λ：
●光波：1mm~10nm
红外（IR）-760nm-可见光（VL）-380nm-紫外（UV）●光速：3×108m/s （真空中）
波面、光线与光束
球面波非球面波
平面波同心光束像散光束平行光束
小孔成像
手术无影灯与探照灯
几何光学基本定律——折射定律
“海市蜃楼”和“幻日”
全反射应用
反射棱镜
光纤
费马原理
球面
光程为极大值椭球面
光程为常量
光程极值举例APB>AQB
§1.2 成像的基本概念
光学瞄准系统
反射镜
保护
玻璃物镜
分划板目镜组棱镜
组合
共轴完善成像系统的性质：
1.位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然在光
轴上；位于过光轴的某一截面内的物点对应的
共轭像点必位于该平面的共轭像面内；过光轴
的任意截面成像性质都是相同的
1.可以用一个过光轴的截面来代表一个共轴成像系统
2.垂直于光轴的物平面，其共轭像面也必然垂直于光
轴
共轴完善成像系统的性质：
1.---
2.垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何
形状完全与物相似，即垂直于光轴的同一平面
上的各部分具有相同的放大率。

N P N’P’
M
M’
D
E
C
E’
D’
C’
A’
B’
B A
完善成像系统的性质
共轴完善成像系统的性质：
1.---
2.---
3.一个共轴理想光学系统，若已知两对共轭面的
位置和放大率，或者一对共轭面的位置和放大
率，以及轴上的两对共轭点的位置，则其它一
切物点的像点都可以根据这些已知的共轭面和
共轭点来表示。

A
C B
P’
P
C’
A’D B’D’
已知：两对共轭面的位置和放大率
A
C B
P’
P
C’
A’D
B’
已知：一对共轭面的位置和放大率以及光轴上两对共轭点的位置
D’
§1.3 球面光学系统及成像光路计算
单球面折射系统
A
A’
n n’
C
D E
O
I I’
-U
U’
-L
r
L’
符号规则
1.线段：正方向：左→右，下→上
沿轴线段垂轴线段L，L’r d h
起点折射面顶点折射面顶点上一面顶点光轴终点与光轴交点球心下一面顶点线段端点
2.角度：
以锐角度量，顺时针为正，逆时针为负
方向：光轴→光线→法线
实际光路计算
U
r r L I sin sin -=I
n n
I sin '
'sin ='
'I I U U -+=r
U I r L +='
sin 'sin '
例题——实际光路计算
设A点发出三条光线，物方孔径角分别为1°2 °和3 °，系统其它条件为r=10mm, n=1, n’=1.5163, L=-100mm。

求这三条光线的L’和U’
A n n’
A’1
A’
2
A’3
解：利用实际光线光路计算公式可得
第一条光线L’=35.969mm，U’=2.7945°第二条光线L’=34.591mm，U’=5.9094°第三条光线L’=32.227mm，U’=9.8350°
实际光路计算与近轴光路计算
'
'
''
''
'u i r
r l i i u u i n n i u
r r l i +=-+==-=r
U I r L I I U U I
n n
I U
r r L I +=-+==-='
sin 'sin ''
'sin '
'sin sin sin 实际光路
近轴光路
近轴区内轴外点成像情况
A A’
C
O
-l
r
l’
B
B’
B 1
B 1’
近轴区物像关系
A A’
n
n’
C
O
-l r
l’
B
B’-u
u’
-y y’h
OK。