《眼镜镜片》之光学基础知识

《眼镜镜片》之光学基础知识·肉眼能感觉到的光称为可见光，可见光来自各种自然光源和人造光源。·可见光的波长范围为380～760nm，小于380nm的为紫外区，大于760nm的为红外区。·光在不同媒质中的传播速度不相同，在真空中的传播速度是最快的，约为3×108米/秒。·传播速度大的媒质相对于传播速度小的媒质叫光疏媒质，反之叫光密媒质。·光的传播有四个基本定律：光的直线传播定律、光的独立传播定律、光的反射定律、光的折射定律。第一节光的反射和反射定律一、光的反射·当光线投射到两媒质的分界面上时，一部分光线改变传播方向，返回原来媒质里继续传播，这种现象称为光的反射。·光的反射分为漫反射（或不规则反射）和镜面反射（或规则反射）。·通过漫反射我们可以从不同角度观察到物体，利用漫反射现象我们可以检查被加工物体的光洁度。·光学仪器可利用镜面反射来改变光的传播方向，控制光路。·光反射时，反射光的比例与媒质性质和入射角的大小有关。二、反射定律·反射光线在入射光线与法线所构成的平面内，反射光线和入射光线分居在法线两侧。·反射角等于入射角i1=i2。·反射现象里光路是可逆的，我们从平面镜内看见别人，别人也同时看见我们就是这个道理。第二节平面镜成像和球面镜成像一、平面镜成像·利用反射定律我们可以确定物体经平面镜成的像。·平面镜成像的特点：成虚像、成正立像、物像等大。·根据平面镜成像的原理，我们在设计验光室时，可借助平面镜将验光室的长度缩短。二、球面镜成像·镜的反射面为球面的一部分称为球面镜。反射面为凹面的称为凹面镜，反射面为凸面的称为凸面镜。·顶点、球心、曲率半径、主轴、副轴的定义。凹面镜·焦距等于曲率半径的一半，即f=r/2。·凹面镜的成像可利用成像公式计算和作图方法来求解。·成像公式为：-1/s+1/s＇=1/f＇。·成像公式应遵循符号规则。·成像公式为近似公式。·作图方法求解成像是利用三条特殊光线。凸面镜·成像情况同凹面镜。·此外我们可以验证不管物体在何位置，凸面镜始终成缩小的、正立的虚像。·因此，同样直径的凸镜可比平面镜能观察到较大的范围。第三节光的折射和折射定律光的折射·投射到界面的光线，有一部分将透过界面改变传播方向，进入另一种媒质继续传播，这种现象称为光的折射。·光的折射现象是自然界里普通存在的现象，眼镜片能矫正屈光不正也是光的折射现象的体现。二、折射定律·折射光线在入射光线和法线所决定的平面内。·入射角的正弦和折射角的正弦之比是一个与入射角大小无关的常数。·在折射现象里，光路也是可逆的。三、折射率相对折射率·折射定律中谈及的常数与两媒质的性质有关，称第二种媒质对于第一种媒质的相对折射率，记作n2.1。·第二种媒质对于第一媒质的相对折射率等于光线在第一种媒质里的传播速度与光在第二媒质里的传播速度之比。即n2.1=v1/v2。·反之亦然，n1.2=v2/v1。2、绝对折射率·任何媒质相对于真空的相对折射率称为媒质的绝对折射率，简称折射率。·媒质的折射率等于光在真空中的传播速度与光在该媒质中的传播速度之比，即n＝c/v。·折射率恒大于1。·光在空气中的传播速度与光在真空中的传播速度相差很小，所以空气的折射率近似等于1。3、任何两媒质间的相对折射率·因为n2.1＝v1/v2，n2.1＝v2/v1所以n2.1＝1/n1.2。·又因为n1＝c/v1，n2＝c/v2所以n1/n2＝v2/v1＝n1.2。·折射定律又可表达为：Sini/Sini＇＝n2.1＝n2/n1，即n1Sini＝n2Sini＇。四、光的全反射·光的传播速度大的媒质称为光疏媒质，光的传播速度小的媒质称为光密媒质。光疏媒质、光密媒质是相对而言的。·光从光疏媒质进入光密媒质，折射光线要靠拢法线。·光从光密媒质进入光疏媒质，折射光线要离开法线。当入射角大到一定程度时，折射光线将沿着分界面折射，即折射角i＇=90°。若再增大入射角，折射光线将产生反射，遵循反射定律。这种现象为全反射。·对应于折射角90°时的入射角称为媒质的临界角，记作A。SinA=1/n。·全反射产生的条件：⑴光从光密媒质进入光疏媒质；⑵入射角大于临界角A。·光学仪器中的折射棱镜，根据全反射的原理，棱镜的反射面可以不镀反射膜。第四节透镜和透镜成像概述·两个包容面所包容的透明体称为透镜。·透明体可以是光学玻璃、光学塑料，也可以是动物的活体。·包容面可以同是曲面，或一为曲面一为平面。曲面可以是不同形状的，如球面、圆柱面、环曲面、非球面，最常见的为球面。·包容面为球面或一面为球面一面为平面的透镜称为球面透镜。·球面透镜分为凸透镜（正透镜）和凹透镜（负透镜）。凸透镜又分为双凸、平凸和弯月形三种，凹透镜又分为凹、平凹和弯月形三种。·球面透镜两球心的连线称为透镜主光轴，简称主轴。·如果透镜中心厚度比起两球面曲率半径小得很多，或者说中心厚度对透镜屈光度的影响可以忽略不计，这种透镜称为薄透镜。·薄透镜可以用简图表示。近视眼镜片和度数不大（+5.00D以内）的远视眼镜片都可认为是薄透镜。·主轴与透镜的交点称为透镜的光学中心。过光心的入射光线其出射光线不会改变方向。·除主轴外，凡过光心的直线称为透镜的副光轴（副轴）。主轴只有一条，副轴有无数条。二、透镜的焦点、焦距和焦平面·平行于主轴的近轴光线经透镜折射后会聚主轴上的一点称为焦点。凹透镜的焦点为虚焦点。·透镜有两个焦点─物方焦点和像方焦点。焦点到透镜的距离称为焦距，焦距分为物方焦距（用f表示）和像方焦距（用f＇表示）。如果透镜两侧处在同一媒质中，不管透镜两面的曲率半径是否相等，物、像方焦距总是相等的。·透镜焦距的大小由透镜两面的曲率半径以及透镜对两侧媒质的相对折射所确定。计算公式为：1/f＇=（n-1）（1/r1-1/r2）·利用上式计算时应遵循符号规则。·当平行光线斜射到透镜上，折射光线将会聚在与平行光线相平行的副轴上的某一点，这点称为副焦点，副焦点有无数个，这些副焦点在焦平面内，焦平面是过焦点的垂直平面。透镜的焦平面有两个。·透镜对光线屈折能力的大小我们称之为屈光力或镜度，用F表示。F=1/f＇。单位为屈光度。三、透镜成像凸透镜成像·物体上的点发出光线经凸透镜折射后会聚于某一点，这些点就组成物体的像。·根据物体所处的位置不同，凸透镜可以成缩小的、等大的或放大的实像，也可以成放大的虚像。2、凹透镜成像·不管物体在凹透镜的任何位置，均在物体同侧成缩小的虚像。3、透镜成像作图·透镜成像可通过作图法求得。·透镜成像作图是利用三条特殊光线。·主轴上物点的成像作图可利用副轴和焦平面的关系来完成。4、透镜的成像公式·成像公式为：－1/s＋1/s＇=1/f＇。·利用上式计算时要遵循符号规则。·成像计算的牛顿公式：X·X＇=f·f＇或X·X＇=－f＇2。·利用上式计算时要遵循符号规则。·像高和物高的比称为横向放大率，简称放大率。用K表示。·当K＜0时表示倒立的实像，K＞0时表示正立的虚像；当＞1时表示放大像，＜1时表示缩小像，时表示等大像。第五节棱镜·由多个折射平面组成的透明柱体称为棱镜，两折射面的交线称为棱，与棱相垂直的横截面称为棱