12-13-14-几何光学.ppt

contents 人眼的剖面图Profile of the human eye 检眼镜ophthalmoscope 放大镜Magnifier 人类红细胞 球面折射 一、单球面折射 二、共轴球面系统 三、总结 一、单球面折射Single spherical refraction 1、单球面成像公式 2、光焦度 3、焦点和焦距 1、单球面成像公式Single spherical imaging formula 折射率：n1、n2； 球面曲率半径：r OPI为主光轴；光源为O点，I为像点； OP为物距u，PI为像距v 当入射光线OA与主光轴所成的角度? 很小时，有?≈sin?≈tg?，满足这一条件的光线叫近轴光线 当OA为近轴光线时，其入射角i1和折射角i2也很小，有： 入射线OA和折射线AI所满足的折射定理为： 光焦度dioptric strength 单球面折射公式右端仅与介质的折射率及球面的曲率半径有关，因而对于一定的介质及一定形状的表面来讲是一个不变量，称之为光焦度，以Ф表示： 它反映了折射面的折光本领，(n2?n1)越大，r越小，光焦度Ф越大，折射面的折光本领越强。 光焦度的单位是D(diopter，屈光度)，式中r的单位应为m（米）。1D=100度 3、焦点和焦距focus focal distance 二、共轴球面系统coaxial spherical system 定义： 如果一个光学系统由若干个折射球面组成，且各折射面的曲率中心在同一条直线上，则此光学系统为共轴球面系统 。曲率中心所在的直线为该系统的主光轴。 共轴球面系统成像分析方法：先求出物体通过第一折射面所成的像I1，作为第二折射面的物（有可能是实物或虚物），再求它通过第二折射面的像，依此类推，可求得共轴球面系统的像。 例题 example 空气中有一半径为10cm的玻璃球（折射率为1.5），一光源放在球前40cm处，求近轴光线通过玻璃球后所成的像？ 总结 summary 1、单球面折射（正负判断） 2、光焦度、焦点和焦距 薄透镜thin lens 一、薄透镜成像 二、薄透镜组合 三、圆柱透镜 四、薄透镜的像差 一、薄透镜成像Thin lens imaging 1、薄透镜概述 2、薄透镜成像公式 3、焦点、焦距、成像公式的高斯形式 4、光焦度 1、薄透镜概述 透镜：是共轴球面系统中最简单的一种，由具有两个规则表面的透明介质组成。最常见的两个表面是球面，但也有柱面、椭球面等其他形式。 根据透镜几何形状分为： 凸透镜、凹透镜 根据透镜对光线的作用：会聚透镜、发散透镜 透镜的两个球面顶点之间的距离为透镜的厚度。 厚度远小于折射球面曲率半径的透镜为薄透镜，一般可将其厚度忽略。物距和像距皆从光心算起。 I1为O经第一折射面的像，I为O经透镜所成像: 成立条件 近轴光线 薄透镜 薄透镜前后介质折射率一样 符号必须服从单球面折射的符号规则。 3、焦点和焦距focus focal distance 透镜存在 两焦点： F1 F2 两焦距： f1 f2 1、薄透镜的两焦距相等，用f表示 2、公式中r1, r2必须考虑正负 3、透镜的焦距与入射光的方向无关。 4、凸透镜焦距为正，凹透镜焦距为负。 薄透镜成像公式的高斯形式： 4、光焦度dioptric strength 薄透镜的焦距越长，其会聚或发散光线的本领越弱。所以定义焦距的倒数为薄透镜的光焦度： 二、薄透镜的组合Thin lens combinations 分析方法：对于由多个薄透镜组成的共轴系统，由薄透镜成像公式，可以先求物经第一个薄透镜所成的像I1，将I1作为第二个薄透镜的物，依此类推可求出最后所成的像I。 两式相加并整理得： 三、圆柱透镜cylindrical lens 表面是柱面的一部分的透镜为圆柱透镜。圆柱透镜的两个表面可以都是圆柱面，或一面是圆柱面，一面是平面。 四、透镜的像差Lens aberration 像差：物体经透镜后所成的像常存在一些缺陷，它与理论所预期的像有一定的偏差。 产生像差的原因很多，主要有球面像差和色像差。 1 、球面像差spherical aberration 原因：单球面折射公式只有在满足近轴光线的条件下才能成立。而实际使用中，有许多远轴光线也进入了透镜，所以光线经透镜后不能会聚于一点，从而使点物所成的像是一小圆斑。 矫正方法:(1) 加光阑 2 、色像差chromatic aberration 原因：介质的折射率随波长的减小而增大，所以一般透镜对蓝光的屈光本领较红光大。 如果在透镜主光轴上放一点光源，该