几何光学的基本定律课件

Optometry眼视光学2022/12/1yy1Optometry眼视光学2022/11/30yy12022/12/1yy2眼应用光学眼视光教研室

2022/11/30yy2眼应用光学眼视光教研室2022/12/1yy3应用光学内容几何光学物理光学光学组合系统2022/11/30yy3应用光学内容几何光学2022/12/1yy4几何光学以光线的概念为基础，研究光在透明介质中的传播规律和现象

2022/11/30yy4几何光学以光线的概念为基础，研究光2022/12/1yy5第一章几何光学基本原理一、基本概念

2022/11/30yy5第一章几何光学基本原理一、基本2022/12/1yy61、光波与波面

光是一种电磁波

又称光波2022/11/30yy61、光波与波面

光从低频率到高频率无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X-射线和伽马射线等2022/12/1yy7从低频率到高频率无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X-2022/12/1yy82022/11/30yy82022/12/1yy9可见光范围：380~760

nm图1–22022/11/30yy9可见光范围：380~7602022/12/1yy10孔雀眼睛紫外线感光器所看到的孔雀开屏2022/11/30yy10孔雀眼睛紫外线感光器所看到的孔雀2022/12/1yy112022/11/30yy112022/12/1yy12a.单色光和复色光单色光：单一频率

(或波长)的光不能产生色散

复色光2022/11/30yy12a.单色光和复色光单色光：单一频2022/12/1yy13光波的波速真空中的波速：c3.0108m/s空气中的波速比真空中约慢87km/s光在透明介质中的传播速度随波长不同而改变

在同一介质中，波长长的波速快，波长短的则波速慢。2022/11/30yy13光波的波速真空中的波速：c2022/12/1yy14

n=c/此式表明： 红光（C）：CCnC

蓝光（F）：FFn

F即

nC

n

F

n

值的大小反映介质对光线的折射能力b.介质折射率2022/11/30yy142022/12/1yy15光密介质光疏介质2022/11/30yy15光密介质2022/12/1yy16结论介质密度越大，光速越慢，折射率越大折射率都》12022/11/30yy16结论介质密度越大，光速越慢，折射2022/12/1yy172.发光体与发光点

发光点——即为一个无体积又无大小的 发光几何点。任何被成像的 物体都是由无数个这样的发 光点所组成。2022/11/30yy172.发光体与发光点 发光点——即2022/12/1yy183、光线与光束光线——即为无直径、无体积而有一定方向的 几何直线，代表光能传播的方向。

2022/11/30yy183、光线与光束光线——即为无直径2022/12/1yy19光束——即为有一定关系的无数条光线的集合。

会聚光束

同心光束 发散光束光束 平行光束

非同心光束 像散光束2022/11/30yy192022/12/1yy20同心光束发散光束会聚光束平行光束2022/11/30yy20同心光束发散光束会聚光束平行光束2022/12/1yy21像散光束2022/11/30yy21像散光束2022/12/1yy22Therelationshipbetweenwaves,

wavefronts,andrays2022/11/30yy22Therelationship2022/12/1yy23二、几何光学的基本定律光的直线传播定律光的独立传播定律光的反射、折射定律光路可逆原理2022/11/30yy23二、几何光学的基本定律光的直线传2022/12/1yy241、光的直线传播在均匀光学介质中，光沿直线传播，即在均匀光学介质中，光线为一直线。2022/11/30yy241、光的直线传播在均匀光学介质中2022/12/1yy252022/11/30yy252022/12/1yy262022/11/30yy262022/12/1yy272022/11/30yy272022/12/1yy282022/11/30yy282022/12/1yy292022/11/30yy292022/12/1yy302022/11/30yy302022/12/1yy312、光的独立传播定律来自不同方向或不同物体发出的光线相交，每一光线仍按原来的传播方向传播，各光线互不影响相交处互相叠加2022/11/30yy312、光的独立传播定律来自不同方向2022/12/1yy322022/11/30yy322022/12/1yy333、光的反射定律n

ni

-i入射线反射线法线入射光线和反射光线位于法线的两侧三者位于同一平面（入射面）入射角i与反射角i相等符号相反，即i=-i2022/11/30yy333、光的反射定律nni2022/12/1yy342022/11/30yy342022/12/1yy352022/11/30yy352022/12/1yy362022/11/30yy362022/12/1yy37光经过两种介质界面时的折、反射现象：

入射光线 法线 反射光线I -I"I'折射光线nn'2022/11/30yy37光经过两种介质界面时的折、反射现2022/12/1yy38光的折射定律：

sinI/sinI'=n'/n折射定律的推论： 若设n'=-n，则有I=-I'

，即反射定律是折射定律在n'

=-n时的特例。2022/11/30yy38光的折射定律：2022/12/1yy394、光路可逆原理

任何一条光路都是可逆的。

A N B P Q O C N'2022/11/30yy394、光路可逆原理 任何一条光路都2022/12/1yy405、光的全反射满足条件:(1)光线由光密介质进入光疏介质；

(2)入射角须大于临界角。临界角： Im=sin–1(n'

/n)2022/11/30yy405、光的全反射满足条件:(1)2022/12/1yy41全反射的应用（1）全反射棱镜改变光的传播方向2022/11/30yy41全反射的应用（1）全反射棱镜改变2022/12/1yy42（2）导光纤维im传播图象2022/11/30yy42（2）导光纤维im传播图象2022/12/1yy43五、成像概念

透镜——分正、负透镜

柱镜——分正、负柱镜 棱镜——分反射棱镜和折射棱镜1、光学元件：反射镜——分平面镜、凸面镜和凹面镜

平行平板 滤光镜（或称滤光片）

…2022/11/30yy43五、成像概念 透镜——2022/12/1yy442、光学系统

共轴球面系统 球面系统光学系统 非共轴球面系统 非球面系统2022/11/30yy442、光学系统 共轴球面系统2022/12/1yy453、完善（理想）成像入射为同心光束，出射系统后仍为同心光束。 此时，物点与像点具有一一对应关系（也称共轭关系）。条件：一对共轭点之间的所有光线为等光程。2022/11/30yy453、完善（理想）成像入射为同心光2022/12/1yy464、成像类型2022/11/30yy464、成像类型2022/12/1yy475、物空间与像空间

物空间和像空间是相对一定的光学系统而言，而且，物空间和像空间都是可以向整个空间无限扩展的。由于规定光线自左向右传播，所以对于薄透镜而言，可以认为：透镜的左方空间为实物空间，也是虚像空间；而透镜的右方空间为实像空间，同时也是虚物空间。

2022/11/30yy475、物空间与像空间物空间和像2022/12/1yy48小结基本概念四个基本定律光路可逆原理光的全反射成像概念2022/11/30yy48小结基本概念Optometry眼视光学2022/12/1yy49Optometry眼视光学2022/11/30yy12022/12/1yy50眼应用光学眼视光教研室

2022/11/30yy2眼应用光学眼视光教研室2022/12/1yy51应用光学内容几何光学物理光学光学组合系统2022/11/30yy3应用光学内容几何光学2022/12/1yy52几何光学以光线的概念为基础，研究光在透明介质中的传播规律和现象

2022/11/30yy4几何光学以光线的概念为基础，研究光2022/12/1yy53第一章几何光学基本原理一、基本概念

2022/11/30yy5第一章几何光学基本原理一、基本2022/12/1yy541、光波与波面

光是一种电磁波

又称光波2022/11/30yy61、光波与波面

光从低频率到高频率无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X-射线和伽马射线等2022/12/1yy55从低频率到高频率无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X-2022/12/1yy562022/11/30yy82022/12/1yy57可见光范围：380~760

nm图1–22022/11/30yy9可见光范围：380~7602022/12/1yy58孔雀眼睛紫外线感光器所看到的孔雀开屏2022/11/30yy10孔雀眼睛紫外线感光器所看到的孔雀2022/12/1yy592022/11/30yy112022/12/1yy60a.单色光和复色光单色光：单一频率

(或波长)的光不能产生色散

复色光2022/11/30yy12a.单色光和复色光单色光：单一频2022/12/1yy61光波的波速真空中的波速：c3.0108m/s空气中的波速比真空中约慢87km/s光在透明介质中的传播速度随波长不同而改变

在同一介质中，波长长的波速快，波长短的则波速慢。2022/11/30yy13光波的波速真空中的波速：c2022/12/1yy62

n=c/此式表明： 红光（C）：CCnC

蓝光（F）：FFn

F即

nC

n

F

n

值的大小反映介质对光线的折射能力b.介质折射率2022/11/30yy142022/12/1yy63光密介质光疏介质2022/11/30yy15光密介质2022/12/1yy64结论介质密度越大，光速越慢，折射率越大折射率都》12022/11/30yy16结论介质密度越大，光速越慢，折射2022/12/1yy652.发光体与发光点

发光点——即为一个无体积又无大小的 发光几何点。任何被成像的 物体都是由无数个这样的发 光点所组成。2022/11/30yy172.发光体与发光点 发光点——即2022/12/1yy663、光线与光束光线——即为无直径、无体积而有一定方向的 几何直线，代表光能传播的方向。

2022/11/30yy183、光线与光束光线——即为无直径2022/12/1yy67光束——即为有一定关系的无数条光线的集合。

会聚光束

同心光束 发散光束光束 平行光束

非同心光束 像散光束2022/11/30yy192022/12/1yy68同心光束发散光束会聚光束平行光束2022/11/30yy20同心光束发散光束会聚光束平行光束2022/12/1yy69像散光束2022/11/30yy21像散光束2022/12/1yy70Therelationshipbetweenwaves,

wavefronts,andrays2022/11/30yy22Therelationship2022/12/1yy71二、几何光学的基本定律光的直线传播定律光的独立传播定律光的反射、折射定律光路可逆原理2022/11/30yy23二、几何光学的基本定律光的直线传2022/12/1yy721、光的直线传播在均匀光学介质中，光沿直线传播，即在均匀光学介质中，光线为一直线。2022/11/30yy241、光的直线传播在均匀光学介质中2022/12/1yy732022/11/30yy252022/12/1yy742022/11/30yy262022/12/1yy752022/11/30yy272022/12/1yy762022/11/30yy282022/12/1yy772022/11/30yy292022/12/1yy782022/11/30yy302022/12/1yy792、光的独立传播定律来自不同方向或不同物体发出的光线相交，每一光线仍按原来的传播方向传播，各光线互不影响相交处互相叠加2022/11/30yy312、光的独立传播定律来自不同方向2022/12/1yy802022/11/30yy322022/12/1yy813、光的反射定律n

ni

-i入射线反射线法线入射光线和反射光线位于法线的两侧三者位于同一平面（入射面）入射角i与反射角i相等符号相反，即i=-i2022/11/30yy333、光的反射定律nni2022/12/1yy822022/11/30yy342022/12/1yy832022/11/30yy352022/12/1yy842022/11/30yy362022/12/1yy85光经过两种介质界面时的折、反射现象：

入射光线 法线 反射光线I -I"I'折射光线nn'2022/11/30yy37光经过两种介质界面时的折、反射现2022/12/1yy86光的折射定律：

sinI/sinI'=n'/n折射定律的推论： 若设n'=-n，则有I=-I'

，即反射定律是折射定律在n'

=-n时的特例。2022/11/30yy38光的折射定律：2022/12/1yy874、光路可逆原理

任何一条光路都是可逆的。

A N B P Q O C N'2022/11/30yy394、光路可逆原理 任何一条光路都2022/12/1yy885、光的全反射满足条件:(1)光线由光密介质进入光疏介质；

(2)入射角须大于临界角。临界角： Im=sin–1(n'

/n)2022/11/30yy405、光的全反射满足条件:(1)2022/12/1yy89全反射的应用（1）全反射棱镜改变光的传播方向2