幾何光學是光學設計的基礎,今天光電資訊為大家整理了一些關於成像原理的內容,後面還有ZEMAX的學習視頻,大家不要錯過哦!
實像與虛像、實物與虛物
成像的要素:
手段(掃描、光學等)
對象(頻譜、結構等)
結果(維度、解析度等)
光學成像:利用折射、反射等手段將物的信息再現。
成像是幾何光學研究的核心問題之一。
(1)光源與發光點
光源:正在發光的物體。
發光點:光源抽象為理想的點光源。
實發光點:實際發出光線的發光點。
虛發光點:光線或其反向延長線的交點。
發光點只有幾何位置,沒有大小。
光源可以抽象為發光點的條件:尺度。
(2)光線與光束
光線:發光體發出的帶有輻射能量的線條。
光束:在空間上具有一定關係的光線的集合。
同心光束,也稱單心光束(concentric beam, homocentric beam):光線本身或延長線交於一點。
均勻各向同性的透明介質中,同心光束對應有限遠處發光 點發出的球面波或無限遠處發光點發出的平面波。
(3)光具組與理想光具組
(4)光學系統的物點與像點
物點:對光具組來說,入射光線的發光點或同心光束的頂點。
實物點:發出同心光束的物點。
虛物點:會聚入射光線的頂點、或入射同心光束延長線的交點。
像點:經過光具組後,出射同心光束的光心交點或頂點。
實像點:會聚同心光束的頂點。
虛像點:發散同心光束反向延長線的頂點。
討論
① 物和像都是由一系列的點構成的,物點和像點一一對應。
② 實物、實像的意義在於有光線實際發自或通過該點,而虛物、虛像僅僅是由光的直線傳播性質給人眼造成的一種錯覺,實際上並沒有光線經過該點。
③ 物和像具有相對性,虛實之間也可以進行轉換。
物方與像方、物與像的共軛性
(1)光學系統的物方和像方
物方(物空間):物點所在的空間(包含入射光線及其延長線)。
像方(像空間):像點所在的空間(包含出射光線及其延長線)。
(2)物與像的共軛性
對於給定的光學系統,無論物與像是實是虛,均具有共軛特性,即:將物點移到原來的像點位置,並使光線沿反方向射入光具組,像點將出現在原來的物點位置上。這樣的一對物像點被稱為共軛點。
物像之間的等光程性
等光程面和嚴格成像
光學系統嚴格(理想)成像的條件
(1) 同心性不變:由物點發出的同心光束通過光具組後保持同心性不變。
(2) 等光程成像:由物點發出的所有光線通過光具組後均應以相等的光程到達像點。
討論
(1) 同心性不變條件和等光程條件是等價的。
(2) 不滿足理想成像條件時,即同心性被光具組破壞的情況下,出射光束變為像散光束,像點變為彌散斑。
(3) 從等光程性與同心性不變條件的等效性,可以對物的共軛像點做定義:對於一個物點,如果相應的光學系統能使其發出的所有光線,均以相等的光程通過另一點,則該點與物點共軛,稱為像點。
等光程面:若某一曲面的反射或折射能使從某一點發出的光線到達另一點時具有相等的光程,則該曲面稱為該兩點間的等光程面。只有等光程的反射、折射才能保證嚴格成像。
反射等光程面
① 理想成像的基本要求是滿足同心光束的不變性,並且從整個物和像的對應關係看,還必須要滿足物像間的相似性。
② 空間上各個點之間的相互位置要一一對應,同時每一對物像點的顏色要一一對應。
③ 要求成像的光學系統不產生畸變,沒有像差、色差等。
④ 理想光具組是嚴格成像的必要條件。
齊明點,也稱不暈點(aplanatic points)
齊明點的引申討論