§1.2 成像的基本概念与完善成像条件
成像的基本概念
成像的基本概念（116～118页） 延 长 线 交于一点 的会聚单 心光束。 反向延长 线交于一点 的发散单心 光束。
几何光学主要讨论各种光学元件（反射镜、透镜 等）的成像问题，先介绍有关成像的基本概念。 一、单（同）心光束 定义：将一束光沿其传播方向向正向或反向延长， 若所有光线最后均相交于空间唯一一点，则该光束为 单心光束。
顶点：单心光束在空间的唯一交点。 从点光源发出的光束可认为是交点在光源处的发 散单心光束。
平行光束是特殊的单心光束，其交点在无穷远处。
发散单心光束
会聚单心光束
二、理想成像、物点和像点 理想成像：单心光束入射，出射仍为单心光束， 则称这个光学系统对点物成点像，这个光学系统起了 成像的作用。
C P P′Leabharlann P P′ PCP ' PC ' P '
将虚线的光程换成负值。
物点和像点互为共轭点；PC 与 CP′ 互为共轭 线。光反向入射时，像点变为物点，物点变为像点。
三、物和像的虚、实
Ｂ P′ B` C B` B P′
⑴ 物的虚、实 实物：发散的入射单心光束的顶点是实物。不管 是否有实际光线通过这点。 虚物：会聚的入射单心光束的顶点是虚物。没有 实际光线通过这点。 物点 虚物
费马原理：光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值。 C C1 P C′ C1′ P′
PCC1P ' PC 'C1 ' P '
C C′
物点和像点之间有许 多光线，根据费马原理 可得，各条光线的光程 是相等的，即成像具有 等光程性。
物点：入射单心光束的顶点。 像点：出射单心光束的顶点。
BP ' B 'P '
ch1 几何光学基本定律与成像概念
21
22
三、近轴光线的光路计算
概念： 近轴区
近轴光线
（5）式表明：在近轴区，像距l'仅是物距l的函数，与 孔径角u无关，所以轴上物点在近轴区所成的像为完善 像，称为高斯像。这样一对构成物像关系的点称为共轭 点。
23
由于在近轴区，有： 所以，由式(1) (2) (3) (4) (5) (6) 可推出：
第一章 几何光学基本定律 与成像概念
主讲人：仝卫国
华北电力大学 自动化系
1
主要内容
以光线为对象用几何方法来研究：光在介质 中的传播规律，以及光学系统的成像特性。
一、几何光学基本定律 二、成像的概念与完善成像条件 三、光路计算及近轴光学系统 四、球面光学系统
2
§1.1 几何光学的基本定律
光程[l]取极小值
M ( x,0, z ) M ( x,0,0)
13
六、马吕斯定律 光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保 持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面 对应点之间的光程均为定值。 表明：垂直于波面的光线束经过任意多次的折、 反射后，无论折、反射面形如何，出射光束仍垂 直于出射波面。 * 折射定律、费马原理、马吕斯定律三者等价
27
28
29
30
31
s
B A
ndl 0
两点之间光沿着所需时间为极值的路径传播
11
3.费马原理的应用
根据直线是两点间最短距 离这一几何公理,于真空 或均匀介质,费马原理可 直接得到光线的直线传播 定律。 费马原理只涉及光线传播 路 径, 并 未 涉 及 到光 线的 传播方向。若路径AB的路 径取极值，则其逆路径BA 的光程也取极值——包含 了光的可逆性。 由费马原理导出光的反射 定律
第二章 几何光学成像
E．放大的像
• 6.下列选项中，关于球面反射成像系统正确的说法包括
•（
）。
• A．焦距等于球面半径的一半；
• B．像方焦点与物方焦点在同一位置；
• C．横向放大率大于0时，表明像放大；
• D．横向放大率大于1时，表明像放大；
• E．横向放大率大于0时，表明像倒立。
二、球面折射成像
• 1. 近轴成像公式
l 1.332m 1
• 3.人眼看水下的鱼，所看的像特点为（
• A．实像
B．虚像
• C．像比鱼的实际位置更靠近水面
• D．像比鱼的实际位置更远离水面
• E．像的位置会随眼的位置而变化
）。
• 4. 人眼看水下的鱼时，所看到鱼的像不随眼位置 的改变而改变。（ ） ד不随”改为“随”
平板玻璃
• 人眼透过折射率为n，厚度为t的玻璃板看 物体，物体像的位置为：
物
像
• f'：焦距
• r：球面半径
例
• 1. 一个半径为8cm的凹球面反射镜，其焦距多大？
解：
1 2 2 f r 8cm
f ' = -4cm
2. 半径为40cm的凸球面镜，焦距多大？
解：
1 2 2 f r 40cm
f ' = 20cm
4. 横向放大率
• 像的横向大小h′与物的横向大小h的比值称为像的 横向放大率，用β表示。记！
• 2.人眼通过薄三棱镜观察物体，所看到的像靠棱 镜底一侧。（ ） ד底”改为“顶”
• 3. 人眼通过薄三棱镜所看到的是物体的
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
该像比物体偏向棱镜
。虚像，顶
像，
第五节 单球面光学系统的近轴成像
工程光学基础_概念
23
物空间
法线
折射球面
n
物
I
入射光线
E I
折射光线
像空间
n h
B A
-U
光轴
C
U
A
像
O
B
r -L L
注意：图中各量均用绝对值表示，因此，凡是负值的量，符号前均加负号！！！
光线经过单个折射球面的折射
24
第一章 几何光学基本定律与成像概念
4
光学的发展历史
1860年前后，麦克斯韦的指出，电场和磁场的改变，不能局限 于空间的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比 值的速度传播着，光就是这样一种电磁现象。这个结论在 1888 年为赫兹的实验证实。 1900 年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念， 提出了辐射的量子论。他认为各种频率的电磁波，包括光，只能 以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光 的量子称为光子。 1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。他给光子作了 十分明确的表示，特别指出光与物质相互作用时，光也是以光子 为最小单位进行的。
9
经典光学的研究内容
通常把光学分成几何光学、物理光学（波动光学）和量子光学三 个大类。 几何光学是从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播 问题的学科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各 种媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些条 件下的近似或极限。 物理光学（波动光学）是从光的波动性出发来研究光在传播过程 中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。它可以比较方便 的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒 质中传插时所表现出的现象。 量子光学是从光子的性质出发，来研究光与物质相互作用的学科 即为量子光学。它的基础主要是量子力学和量子电动力学。
应用光学 教案
应用光学课程教案主页第1 次课应用光学课程教案主页第2 次课第二讲几何光学主要是以光线为基础、用几何的方法来研究光在介质中的传播规律及光学系统的成像特性。
内容：§1—1几何光学的基本定律具体讲述：一、光波与光线1、光波性质性质：光是一种电磁波，是横波。
可见光波，波长范围390nm—780nm光波分为两种：1)单色光波―指具有单一波长的光波；2)复色光波―由几种单色光波混合而成。
如：太阳光2、光波的传播速度ν1)与介质折射率n有关；2)与波长λ有关系。
n = c/vc为光在真空中的传播速度c＝3×10m/s；n为介质折射率。
8例题1：已知对于某一波长λ而言，其在水中的介质折射率n＝4/3，求该波长的光在水中的传播速度。
解：＝3×108/4/3＝2.25×10 m/s ncv/=83、光线：没有直径、没有体积却携有能量并具有方向性的几何线。
4、光束：同一光源发出的光线的集合。
会聚光束：所有光线实际交于一点（或其延长线交于一点）发散光束：从实际点发出。
（或其延长线通过一点）说明：会聚光束可在屏上接收到亮点，发散光束不可在屏上接收到亮点，但却可为人眼所观察。
5、波面（平面波、球面波、柱面波）平面波：由平行光形成。
平面波实际是球面波的特例，是∞→R时的球面波。
球面波：由点光源产生。
柱面波：由线光源产生。
二、几何光学的基本定律即直线传播定律、独立传播定律、折射定律、反射定律。
1、直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光沿直线传播（光线是直线）。
直线传播的例子是非常多的，如：日蚀，月蚀，影子等等。
2、独立传播定律：从不同光源发出的光束，以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各光束独立传播。
3、反射定律：反射光线和入射光线在同一平面、且分居法线两侧，入射角和反射大小相等，符号相反。
4、折射定律：入射光线、折射光线、通过投射点的法线三者位于同一平面，图1折反定律5、全反射：1）定义：从光密介质射入到光疏介质，并且当入射角大于某值时，在二种介质的分界面上光全部返回到原介质中的现象。
高中光学成像知识点总结
高中光学成像知识点总结1.1 光学成像是指利用光学系统使物体在成像面上呈现出与实际物体相似的影像。
其基本原理是光线在透明介质中传播时发生折射和反射的现象，通过透镜或镜面的聚焦作用，使得光线汇聚到一点上，形成清晰的影像。
1.2 光学成像的条件包括：物体光源处发出的光线必须足够明亮，透镜或镜面必须能够聚焦光线，成像面必须能够接收到光线，并且成像面上的像必须清晰可见。
1.3 光学成像的基本流程：物体发出光线，经透镜或镜面的折射或反射，形成物体的像。
二、光学成像的基本光学器件2.1 透镜：透镜是用来聚集或散射光线的光学元件，常见的透镜有凸透镜（凸面透镜）和凹透镜（凹面透镜）两种，根据其形状和材质的不同，可以分为凸透镜、凹透镜、双凹透镜、双凸透镜等多种类型。
2.2 镜面：镜面是一种能够反射光线的表面。
根据其形状和作用方式，可以分为平面镜、凸面镜和凹面镜。
2.3 光学器件的用途：透镜用于聚焦或散射光线，镜面用于反射光线。
三、光学成像的基本过程3.1 光学成像的基本原理：① 平行光线成像后会汇聚于焦点成为一个点状的光斑。
② 发散光线成像后会汇聚为一个虚焦点。
③ 通过透镜或镜面成像的物体，其像的大小、方向和形状与物体的大小、方向和形状有一定的关系。
3.2 聚焦与成像① 要使物体在聚焦距离内成像清晰，应使物体与透镜或镜面的距离等于焦距。
如果物体与透镜或镜面的距离小于焦距，则成像为实像；如果物体与透镜或镜面的距离大于焦距，则成像为虚像。
② 光线通过透镜或镜面成像时，成像的位置和大小受到物体的位置、大小和形状的影响，可以通过物的性追踪成像规律进行定量计算。
四、光学成像的相关光学现象4.1 折射现象：光线从一种介质射入另一种介质时，会发生折射现象。
根据斯涅尔定律，入射光线与折射光线以及法线所在的平面称为折射平面，因此通过透镜产生的折射现象也符合这一定律。
4.2 反射现象：光线在镜面上发生反射时，入射光线、反射光线和法线三者在同一平面上，这就是反射现象。
《成像的基本概念》课件
数码相机
数码相机种类 家用数码相机 单反数码相机
微单数码相机
数码相机工作原理：通过镜头采集光 线，将景物反射的光线转化为数字信 号，经过处理后形成图片。
数码相机性能参数：传感器类型、像 素、镜头规格、对焦方式等。
医用影像设备
医用影像设备种类 X光机
VS
详细描述
医学影像领域中，成像技术用于诊断和治 疗，如X光、超声和MRI等；安全监控领 域中，成像技术用于监控和侦查，如红外 和夜视等；科学研究领域中，成像技术用 于观察微观和宏观世界，如显微镜和望远 镜等；娱乐产业中，成像技术用于电影、 游戏和虚拟现实等。
CHAPTER
02
成像原理
光学成像原理
05
成像技术展望
高清成像技术
总结词
高清成像技术是指通过高分辨率的显示设备，呈现出更加清晰、逼真的图像效果。
详细描述
随着显示技术的不断发展，高清成像技术已经成为现代成像系统的重要发展方向。高清成像技术能够 提供更高的分辨率和更丰富的色彩表现，使图像更加细腻、逼真，为医疗、教育、娱乐等领域提供了 更加优质的视觉体验。
CHAPTER
03
成像设备
光学摄像机
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摄像机种类
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模拟摄像机
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数字摄像机
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高清摄像机
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摄像机工作原理：通过镜头采集光线，将景物反射的光线 转化为电信号，经过处理后形成视频信号。
在此添加您的文本16字
虚拟现实（VR）和增强现实（AR）成像技 术是指通过计算机技术和传感器技术，创造 出虚拟或增强的三维场景和对象，并呈现给 用户。
工程光学第一章基本定律与概念
球面光学成像系统
3
§1-1
一、光波与光线
几何光学的基本定律
•一般除研究光与物质相互作用，须考虑光的粒子性外，其 它情况均可以将光看成是电磁波。
•可见光的波长范围：380-780nm •单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色，称 之为单色光； •复色光：由不同波长的光混合成的光称为复色光； •白光是由各种波长光混合在一起而成的一种复色光。
1 2 l l r
（二）成像放大率 y nl l
分析可见： ①α <0，表明当物体沿光轴移动时，像总是以相反的方向移动。 ②球面镜的拉赫不变量： J uyn uy uyn uy ③当物位于球面镜球心时，即l=r时。
y nl l dl nl 2 l 2 2 2 2 dl n l l u l 1 u l
u u i i 光路计算 结果为： l r 1 i u
则当l 一定时,u不论为何值，l′为定植。 表明轴上物点在近轴区内以细光束成像 是完善的。
23
细光束成的完善像为高斯像。 通过高斯像点且垂直于光轴的平面称为高斯像面。其 位置由l′决定。 这样一对构成物像关系的点称为共轭点。
产生全反射的条件：
①光线从光密介质射向光疏介质，即: n n ②入射角大于临界角，即: I I m , sin I m n n 全反射有比一般反 射更优越的性能，
它几乎无能量的损 失，因此用途广泛。 光纤就是其中的一 种。
10
11
（五）光路的可逆性原理 即光线的传播是可逆的。
12
指在近轴区，角放大率为一对共轭点光线与光轴的夹角 的比值。 u l n 1 u l n
最新第二节 医学影像成像的基本条件-药学医学精品资料
影响X线衰减的因素 （1）射线能量和原子序数对衰减的影响 在X线诊断能量范围内，当X线能量增加时，光电作用的百分数下 降。当原子序数提高时，则光电作用增加。对高原子序数的物质(如 碘化钠)在整个X线诊断能量范围内主要是光电作用。作为水和骨骼， 则随X线能量增加，康普顿散射占了主要地位。随着X线能量的增加， 透过光子的百分数增加。对低原子序数的物质，当X线能量增加时， 透过量增加，而衰减减少；对高原子序数物质，当X线能量增加时， 透过量有可能下降。因为，当X线能量等于或稍大于吸收物质K层电 子结合能时，光电作用的几率发生突变(表1-1-2)。
（4）能量转移系数 在X线与物质的三个主要作用过程中，X线光子能量都有一部分转化为电子(光电子、反 冲电子和正负电子对)的功能，另一部分则被一些次级光子(特性X线光子、康普顿散射 光子及湮灭辐射光子)带走。如此总的衰减系数μ可以表示为上述两部分的总和，即
μ= μtr + μp
μtr ：X线能量的电子转移部分；μp：X线能量的辐射转移部分。 对于辐射剂量学而言，重要的是确定X线光子能量的电子转移部分。因为，最后在物 质中被吸收的正是这一部分能量。
第二阶段：将不均匀的X线强度分布，通过接受 介质(屏／片系统Ⅱ、CR、DR系统等)转换为二维 的光强度分布。若以屏／片系统作为接受介质， 那么这个荧光强度分布传递给胶片形成银颗粒的 分布(潜影形成)，再经显影加工处理成为二维光 学密度的分布。此阶段的信息传递转换功能取决 于荧光体特性、胶片特性及显影加工条件。此阶 段是把不可见的X线信息影像转换成可见密度影 像的中心环节。
X线检查中使用的造影剂钡和碘，因为有很理想的K结合能，更多 的光电作用发生在K层。所以，可产生更高的影像对比度。
工程光学基础
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全反射应用例：
18
6. 矢量形式的折射定律和反射定律
有时在光路计算中，用矢量形式的折射
定律和反射定律是比较方便的。
设
NAA00'0为为为入折折射射射光面光线入线的射的单点单位处位矢的矢量单量；位；法矢量；
30
等光程面的例子： （1）椭球面
椭球面对 A、 A'这一对
特殊点来说是等光程面，故 是完善成像。
（2）抛物面
反射镜等光程面是以 A为
焦点的抛物面。无穷远物 点相应于平行光，全交于 （或完善成像于）抛物面 焦点。
31
四、物、像的虚实
实际光线相交所形成的点为实物点或实像点 光线的延长线相交所形成的点为虚物点或虚像点
光线经过单个折射球面的情况如图所示。
包含光轴和物点的平面称为含轴面（纸面）或子午面。 计算的目的：光从何处来，经何处到哪里去（由此得出 由物点发出的光线经过系统后能否交到一点完善成像）？ 首要问题：用什么量（怎样）来决定光线在空间中的位 置？
我们用两个量来表示一条光线： （1）A到O的距离OA，记作L，称为截距。 （2）光轴到光线的夹角，记作U，称为孔径角。
沿光轴方向线段（如 L（ L'）、r）
光线传播由左向右，以折（反）射面顶点 为原点（起点）， 顺光线传播方向为正； 逆光线传播方向为负。
垂轴线段 光轴以上为正； 光轴以下为负。
40
（2）角度
孔径角 U、U '
从光轴起算，光轴转向光线（按锐角方向）， 顺时针为正，逆时针为负。
入射角、折射角 从光线起算，光线转向法线（按锐角方向）， 顺时针为正，逆时针为负。
应用光学第一章
光的直线传播图例
当两束或多束光在空间相遇时，各光线的传播不会受其它光线的影响。
例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。
2．的独立传播定律
3．光的折射定律和反射定律
当一束光线由折射率为n的介质射向折射率为n′的介质时，在分界面上，一部分光线将被反射，另一部分光线将被折射，反射光线和折射光线的传播方向将遵循反射定律和折射定律。
全反射现象
TEXT
TEXT
TEXT
返 回
全反射的应用举例
全反射棱镜
全反射的应用举例
（2）光纤的全反射传光
全反射光纤
返 回
费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论。
它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。
根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射率为n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程s表示为
返 回
几何光学的基本定律决定了光线在一般情况下的传播方式，也是我们研究光学系统成像规律以及进行光学系统设计的理论依据。
几何光学的基本定律有三大定律：
二、几何光学的基本定律
的直线传播定律
各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。 用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律。
虚物和虚像
物方光线延长线交点
像方光线反像延长线交点
B’
A
返 回
物空间：即物体所在的空间；实物所在的空间为实物空间，虚物所在空间为虚物空间，无论实物空间还是虚物空间都使用实物空间介质的折射率。
像空间：即像所在的空间；实像所在的空间为实像空间，虚像所在空间为虚像空间，无论实像空间还是虚像空间都使用实像空间介质的折射率。
第二章医学影像成像的基本条件ppt课件
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
穿过物质层的X线光子: a.原射线束中的光子，能量和方向均未变 化,即高能成分 b.散射光子，能量和方向都发生改变。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
• 被照体：信息源 • X 线：信息载体 • 接收器：接受介质（屏-片、IP、FPD…） • X线影像形成的过程就是一个信息传递与转换的过
程。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
二、模拟X线信息影像的形成与传递
• 数字与模拟影像的传递与形成基本相同； • 不同之处：影像的传递与形成过程中增加了A/D转
换，可进行各种处理和图像重建，最后可将数字 影像转换为可视读的模拟影像。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
X线
X线的特征
1. X射线的波粒二象性
✓ X射线同时具有波动性和微粒性，统称为波粒二象 性。
✓ X射线在传播时，它的波动性占主导地位，具有频 率和波长，且有干涉、衍射、偏振、反射、折射等 现象发生。
✓ X射线在与物质相互作用时，它的粒子特性占主导 地位，具有质量、能量和动量。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
信息源
医学影像成像的基本条件
生物过程和疾病机制。
单细胞分析利用了显微技术和细胞分离技术等手段，通过观察单个细胞 的形态、结构和功能等信息，可以深入了解细胞生物学和疾病发生机制。
03
医学影像成像的基本条件
MRI（磁共振成像）利用了磁 场和射频脉冲对氢原子进行 激励，通过测量氢原子核的 自旋共振信号，可以重建出
物体的内部结构。
超声成像利用了超声波在人 体组织中的传播和反射特性， 通过测量反射回来的超声波 信号，可以获取物体的内部
结构信息。
医学影像成像的化学基础
医学影像成像的化学基础主要包括放射性药物和荧光染料等。这些化学物质被广泛 应用于医学影像技术中，如放射性核素成像和荧光显微镜等。
医学影像成像技术主要包括X射线成像 、超声成像、核磁共振成像、正电子 发射断层扫描和单光子发射断层扫描 等技术。
医学影像成像技术的发展历程
1895年，德国物理学家伦琴发 现了X射线，开启了医学影像 成像技术的历史。
20世纪50年代，计算机技术的 引入，使得医学影像成像技术 从模拟时代进入数字时代。
环境温度
保持稳定的室内温度，避免设备 因温度变化而产生误差。
环境湿度
保持适宜的室内湿度，避免设备因 湿度过高或过低而污垢对 设备造成损害。
医学影像成像的技术质量控制
图像采集参数
根据不同检查部位和需求，合理设置图像采集参 数，如曝光时间、增益等。
图像处理技术
应尽量减少医学影像中的伪影和 噪声，以提高诊断的准确性。
04
医学影像成像的质量控制
医学影像成像的设备质量控制
设备性能
2.2.1 物象基本概念和完善成像
光学与电子科技学院
College of Optical and Electronic Technology §2.2.1 物、像的基本概念和完善成像
条件
沈常宇
1
•一、光学系统与成像概念
•应用各种光学元件，并把它们按一定的方式组合起来，物体发出的光线经过这些光学元件的折射或反射成像时，这些光学元件的组合称为“光学系统”或“光组”。
组成光
学系统的各个光学元件
的表面曲率中心同在一
条直线上，则称为共轴
光学系统，该直线叫作
光轴。
•一、光学系统与成像概念
•物点发出的球面波（同心光束）经光学系统后仍为球面波（同心光束），则其中心为物点的完善像点。
物体上每个点的完善成像点的集合即为物体的完善像。
物所在空间称物空间，像所在空间称像空间。
‘
物空间像空间
•二、完善成像的条件
•由物点发出的通过光学系统到达像点的任意光路的光程相等。
•三、物、像的虚实
• 1. 物和像一样，都有实和虚两类；
• 2. 物和像是相对于光学系统而言的；
• 3. 实物、虚象对应发散同心光束，虚物、实像对应会聚同心光束。
※注意：虚物不能通过人为的设置，且不能独立存在，它只能是通过前面另外一个系统给出。
工程光学的教案
教案院系：电子与信息工程学院专业：生物医学工程教师：***绪论，说在教学之前的话一、学习通论⑴大学是做什么的？孔子云“吾十有五而志于学，三十而立，四十而不惑，五十而知天命，六十而耳顺，七十而从心所欲，不逾矩。
”这段话表明了孔子在每个人生阶段的生活状态，也被我们认为是一个人在各阶段较为理想的一种状态。
对于我国学生而言，一般在大学以前，学校中所有的学习内容都是国家教育部规定的，是国家要你学的，学生自身没有选择性。
学生们第一次可以根据自己的意愿选择学习内容就是高考报志愿，是学生自己志于学，大学生普遍十八岁，与十五相差不多。
三十而立指：三十岁的人应该能依靠自己的本领独立承担自己应承受的责任，并已确立自己的人生目标和发展方向；简单说：靠自己的本事在社会上生存；再简单说：独立。
要在社会上生存，做重要的是钱，吃穿住行无不用钱，挣钱的最佳方法就是工作。
你毕业后能做什么样的工作，挣多少钱，过什么样的日子，与你大学中的学习情况息息相关。
高中大家学的都一样，最后有人做会计，有人做工程师，有人做医生，区别何来？--大学中学了什么。
故而大学生在大学中的主要工作是：明确要实现自己的理想自身还缺乏那些知识，并根据这一认知有计划有目标的充实自身补充不足，为自身将来的社会生活打下基础。
⑵学习规划方法：⑶学习知识的一般过程：接收→理解→应用，这三个层次是逐步递进的，通常而言上课听讲是接收知识兼具初步理解、真正的理解知识却需要学生课后结合课上所学和教材甚至其它参考资料进行，应用则是需要学生做一些习题。
⑷科学研究与认识方法：发现某一有趣现象→重复该现象分析所有的影响因素→总结各因素对现象的影响规律写成定律→根据定律控制现象使其按照我们的意愿发生→实际应用，造福人类。
我们课程讲解知识点时也会按照这个规律进行。
二、本课程的主要内容介绍本课程主要讲解光学方面的知识，包括光的本质、运行规律、应用中的光学原理等等。
很多物体在宏观和微观角度会体现出不同的特性，以水为例，宏观的水主要表现为流动性，微观的水表现更多的是表面张力。
成像的基本概念
n n (nn)
P2 P2
r
n n´
h
-h -2R
此时，光线自右向左进行，球面右方是
物空间，折射率为 n´：左方是像空间，折
射率为 n ，公式中 n´与 n互易。 将 P2,rR 代入折射公式得
P2 2R
即最后所成的像在球面顶点左方2R处， 与物体的位置重合，由图可见是倒立的。
五、单球面成像放大率
束会聚于背面的顶点上，此透明体的折射 率为多少？
解： 由球面折射成像可知
当P时,像方焦距为
n
n´
f´
fn n r nn
n f n f r
f2r,n1 代入上式得
nfn 2r n2n2 fr 2rr
例题：一玻璃半球的曲率半径为R，折射 率为1.5，其平面的一边镀银。一物高为h， 放在曲面顶点前2R处。求： （1）由曲面所成的第一个像的位置 （2）这一光学系统所成的最后的像在哪里？
n = -n´
i
-i´
-μ
-μ´
Q
C
Q´
O
-r
-P´
-P
将 n´= － n 代入球面折射公式即可得到
球面反射公式。
n´= － n 球面反射公式
n n(nn) P P r
n n 2n P P r
1 12 P P r
nn2n rr
焦距 f 和 f´重合
高斯公式
ff n 1r 2
1 11 P P f
例题：若空气中一球形透明体将平行光
n n nf nf
P P
高斯公式
f f 1 P P
M n
FO
Q -x
-f
-P
n´
r
f´
工程光学基础教程第一 二章
第一节 几何光学的基本定律
一、光波与光线 二、几何光学的基本定律 三、费马原理 四、马吕斯定律
21292B
一、光波与光线
21292B
图1-1 电磁波谱
一、光波与光线
图1-2 光束与波面的关系 a)平行光束 b)发散同心光束 c)会聚同心光束 d)像散光束 21292B
二、几何光学的基本定律
(一)光的直线传播定律 (二)光的独立传播定律 (三)光的折射定律与反射定律 (四)光的全反射现象 (五)光路的可逆性原理
21292B
一、基本概念与符号规则
图1-10 光线经过单个折射球面的折射 21292B
二、实际光线的光路计算
21292B
图1-11 轴上点成像的不完善性
三、近轴光线的光路计算
在近轴区内，对一给定的l值，不论u为何值，l′均为定值。这表明， 轴上物点在近轴区内以细光束成像是完善的，这个像通常称为高斯像。 通过高斯像点且垂直于光轴的平面称为高斯像面，其位置由l′决定。 这样一对构成物像关系的点称为共轭点。
21292B
(二)光的独立传播定律
不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传 播，这就是光的独立传播定律。在各光束的同一交会点上，光的强度 是各光束强度的简单叠加，离开交会点后，各光束仍按原来的方向传 播。 光的独立传播定律没有考虑光的波动性质。当两束光是由光源上同一 点发出、经过不同途径传播后在空间某点交会时，交会点处光的强度 将不再是二束光强度的简单叠加，而是根据两束光所走路程的不同， 有可能加强，也有可能减弱。这就是光的“干涉”现象。
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第二节 成像的基本概念与完善成像条件
一、光学系统与成像概念 二、完善成像条件 三、物、像的虚实
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§1.2 成像的基本概念与完善成像条件
一、光学系统与成像概念
1、光学系统的作用：对物体成像。
2、完善像点：若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。
3、完善像：完善像点的集合。
4、物空间、像空间：物（像）所在的空间。
5、共轴光学系统：若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上，则该光学系统是共轴光学系统。
6、光轴：光学系统中各个光学元件表面的曲率中心的连线。
二、完善成像条件
表述一：入射波面是球面波时，出射波面也是球面波。
表述二：入射是同心光束时，出射光也是同心光束。
表述三：物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。
三、物（像）的虚实
实像：由实际光线相交形成。
虚像：由光线的延长线相交形成。