第20章 几何光学.ppt

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1、第20章几何光学教学基本要求一、掌握单球面折射公式，能解决共轴球面系统的成像问题；二、掌握透镜成像公式，能解决透镜组成像问题；三、了解眼睛的光学结构及其屈光系统，掌握眼屈光不正的矫正；四、理解常用光学仪器的基本原理及应用中的有关问题。作业：10,12,14,15,18,20,21,26,2820.0概述光给人以视觉，人类主要是通过光从物质世界获得信息，进而认识物质世界的。人类对光现象、光的传播规律、光的本性及光与物质的相互作用的研究已有三千多年的历史，已经形成了完整的学科，成为物理学中一个重要部分。光学分为几何

2、光学、波动光学和量子光学三部分.几何光学以光的直线传播为基础，研究光的反射、折射传播规律及成像问题，是设计光学仪器的主要依据；波动光学主要研究光的干涉、衍射和偏振等光的波动性质和规律，以及在生产实际中的应用；量子光学则是以量子理论为基础，将光作为一种能量子，从微观过程研究光与物质相互作用的规律.几何光学是以光线的直线传播为基础，一般不考虑光的波动性，主要应用光的反射、折射定律研究系统成像问题，在光学仪器的制造和临床应用中有重要意义。光的反射定律---入射光折射光反射光光的折射定律---20.1球面折射20.1.

3、1球面折射当光线从一种媒质进入另一种媒质，且两种媒质的界面是球面的一部分时，所发生的折射称为球面折射.一、单球面折射CAOS′SP像物主光轴CAOS′SP像物主光轴由三角公式知①由折射定律有②只考虑近轴光线的折射---代入②得③将①代入③得④移项得⑤将⑤代入④，得消去AP得符号规定：实物、实像时，u、v取正号；虚物、虚像时，u、v取负号。凸球面迎着入射光线时，r取正号；凹球面过迎着入射光线对时，r取负号。单球面折射公式∴虚物的概念：物是入射光线的会聚点，当入射光线为发散光线时，该物为实物；若入射光线为会聚光线，

4、则该物为虚物。虚物入射光线像例20.1有一折射率为1.54的玻璃棒，一端为r=30mm的抛光凸球面，另一端为磨砂的平面。试问该棒长为多少时，正好使无穷远处物体经球面后清晰地成像在磨砂平面上。S′像O解：如图所示，已知由单球面折射公式有v为正，是实像二、焦点、焦距和光焦度当点光源在主光轴上的点时，如果折射光为平行于主光轴的光线(像距为无限远)，则点称为第一焦点，该点到O点的距离称为第一焦距，用表示。O当平行于主光轴的光(物距为无限远)经折射而成的像在主光轴上的时，称点为第二焦点，该点到O点的距离称为第二焦距，用表

5、示。O和的大小表征着折射面的折射本领。光焦度当r以米为单位时，的单位为屈光度，用D表示。三、共轴球面系统---当几个折射球面的曲率中心在同一条直线上时，它们就组成了共轴球面系统。这一条直线称为这共轴球面系统的主光轴。在共轴球面系统中求物体的像时，可以用逐次成像法：先求出物体通过第一个折射球面所成的像，然后以这个像作为第二个折射球面的物，求得经过第二个折射球面的像，如此依次下去，直至求出最后的像。若前一个球面所成的像在次一个球面之前，就可把前一个球面的像当作次一个球面的实物；若前一个球面所成之像在次一个球

6、面之后，这时就是虚物。S′S像物主光轴例20.2一玻璃球的半径为10cm，一点光源放在球前40cm处，求近轴光线通过玻璃球后所成的像。解：设玻璃球所处媒质折射率为，则对第一折射面有SS1S2404020这就是说，若没有第二个折射面，此像将呈现在第一个折射面后60cm处。由于此像在第二个折射面的后面，因而这像是第二个折射面的虚物。由公式得解之，得于是对第二个折射面，由于是从玻璃折射到空气，所以有再次应用公式得因为像距为正值，所以是实像，即最后成像在玻璃球后11.4cm处。解之，得透镜是具有两个折射球面的光学系统，

7、也是最简单的共轴球面系统。通常用光学玻璃制成，也有用其它透明物质如塑料等制造。透镜可分为薄透镜和厚透镜两大类。透镜两曲面在其主光轴上的距离叫透镜的厚度，如果透镜的厚度与它的球面曲率半径相比可以忽略不计，则称为薄透镜。此外，还有柱面透镜。一、薄透镜---从形状上有六种凸透镜凹透镜20.2透镜1.薄透镜成像公式：SS2S1第一次折射第二次折射①、②相加得符号规定与前同当透镜置于空气中时，，上式变为薄透镜成像公式2.薄透镜的焦点、焦距和焦度：薄透镜也有两个焦点，其定义和单球面的焦点相同。当点光源在主光轴上的点时，如

8、果折射光为平行于主光轴的光线(像距为无限远)，则点称为第一焦点，该点到透镜中心的距离称为第一焦距，用表示。将代入(20.4)式得∴第一焦距为将代入公式得第二焦距为凸透镜焦距为正，凹透镜焦距为负当平行于主光轴的光(物距为无限远)经折射而成的像在主光轴上的时，称点为第二焦点，该点到透镜中心点的距离称为第二焦距，用表示。薄透镜置于空气中时焦距公式为将f代入公式得到薄透镜成像公式的高斯形式焦度