成像的概念

成像的概念

       在光学仪器中通常都有一个光学系统,其作用是把被观察物体成像以供人眼观测,或用干版照相,或用光电器件探测。

       光学系统通常由一个或多个光学元件组成。各光学元件都是由球面、平面或非球面包围一定折射率的介质而组成的。组成光学系统的各光学元件的表面曲率中心在同一条直线上的光学系统称为共轴光学系统，该直线称为光轴。也有非共轴光学系统(如包括色散棱镜或色散光栅的光谱仪系统)，本文着重讨论共轴光学系统。

       设O1,O2,····,Ok表示个面的光学系统，如图1.16所示。由一个发光点 A1发出一个球面波，即发出以点A1为中心的同心光束，点A1称为物点。如果该球面经过光学系统后仍为一球面波，即为以点A'k为中心的同心光束，点A'K也为一几何点，便是A1的完善像。因此，光学系统成完善像的条件是入射为球面波时，出射也是球面波。或者根据马吕斯定律入射波面和出射波面对应点间的光程均为定值，因此，物点A1及其完善像点A'k之间的光程为一个常量。对于如图1.16所示的k个面的光学系统，有

           n1A1O+n1OO1+n2O1O2+···+n'kOkO'+n'kO'A'k

         =n1A1E+n1EE1+n2E1E2+···+n'kEkE'+n'kE'A'k

         =常量

或写为                 （A1A'k）= 常量

       发光体(自发光或被照明物体) AB 上每一个点发出球面波，通过光学系统后仍为球面波，会聚成像，这样的像为物体AB的完善像。图 1.17 给出了物体 AB成完善像的示意图。

       由实际光线会聚所成的点称为实物点或实像点，由这样的点构成的物或像称为实物或实像。实像可以由眼睛或其他光能接收器(如照相底片、屏幕等) 所接收。

       由光线的延长线所会聚成的物点或像点，称为虑物点或虚像点。由这样的点构成的物或像称为虑物或虚像。虚像能被眼睛观察，而不能直接被其他接收器(干板、屏幕等)所接收，但可以通过另~光学系统使虚像转换成实像，则可以被任何接收器所接收。在光学系统中，被前一个折射面对物所成的像为后一个相邻的折射面的物。虚物一般是另一光学系统的像。如图1.18(a)所示，AB 为虚物，它是由前一个折射面所产生的实像构成下一个折射面的虚物，图 1.18(b)为由前一个折射面产生的虚像构成下一个折射面的虚物。

       凡是物所在的空间(包括实物和虚物)称为物空间:像(包括实像和虚像)所在的空间称为像空间。两个空间是无限扩展的，并不是由折射面或一个光学系统的左边和右边机械地分开的。

       设计对有限大小物体成完善像的光学系统是非常困难的。但对一个特定点成完善像只需单个折射面或反射面便可以实现。这样的面便是该特定点的等光程面。