几何光学基础-光的基本概念和基本定律（眼镜光学课件）

几何光学基本概念教学目标知识目标能力目标教学目的思政元素专业—敬业、细心—耐心掌握几何光学的基本概念几何光学名词术语掌握几何光学基本概念和名词术语几何光学基本概念PART01

一、几何光学基本概念

几何光学是以光线为基础，研究光的传播和成像规律。在几何光学中，把组成物体的物点看作是几何点，把它所发出的光束看作是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传播方向。

对于眼镜矫正视力，物体在视网膜上成像，主要从几何光学角度研究。

对于一些眼镜产品特殊性能，如镀膜镜片、偏光镜片、太阳镜、有色镜片等，主要从波动光学角度研究。几何光学几何光学基本概念PART02

二、相关名词术语发光体、发光点、光路发光体在几何光学中，一切自身发光（或被照亮）的物体均可视为发光体。发光点

只有几何位置而不计大小的光源称为发光点。任何被成像物体（发光体）均由无数个发光点组成。在研究光的传播和物体的成像问题时，常用物体上某些特定的几何发光点进行讨论。光路

光线走过的路径。（规定：光线由左至右为正光路，反之为负）。二、相关名词术语光线、光束光线

光线是无直径、无体积、有一定方向、携带能量的几何线，用来表示光的传播方向。光线是波面的法线。光束

波面的法线束。由正负号规定传播方向，顺光路正，逆光路负同心光束、平行光束同心光束发自同一点或会聚于（包括反向延长线）同一点的光束。平行光束

彼此平行的光线构成的光束。也是无限远处的同心光束。二、相关名词术语像散光束

平行光束会聚后既不相交于一点，又不互相平行，而是产生前后两条相互垂直且不相交的焦线。

散光眼或球柱镜片会产生这种光束二、相关名词术语物像共轭由物点A发出的一束发散光束，经过光学系统后，出射成为一像点A’的会聚光束。A和A’之间具有唯一对应关系，称之为物像共轭关系。即A发光成像于A'，A'发光成像于A。二、相关名词术语物距、像距、焦距二、相关名词术语物距

物体和透镜之间的距离。（规定：由透镜到物体，顺光路为正，逆光路为负）。像距

像和透镜之间的距离。（规定：由透镜到像，顺光路为正，逆光路为负）。焦距

焦点和透镜之间的距离。（规定：由透镜到焦点，顺光路为正，逆光路为负）。有正负号规定方向物像空间、物像虚实二、相关名词术语物或像在自己的空间是实的，在对方的空间是虚的。物空间和像空间

透镜左侧（光线来的方向）是物空间，透镜右侧（光线出射方向）是像空间。物像的虚实

由实际光线构成的物或像是实物或实像；由实际光线的延长线相交所构成的物或像，称为虚物或虚像。

实像可以直接被像屏、底片或光电器件等接收或记录。虚像可以被眼睛观看到，但不能被像屏接收。物像空间、物像虚实二、相关名词术语物或像在自己的空间是实的，在对方的空间是虚的。实线相交是实的，虚线相交是虚的。光线在两个介质表面二、相关名词术语法线

光线由一个介质射入另一个介质，过入射点处，垂直于介质表面的线段是法线。入射角

入射光线和法线的夹角（由入射光线转向法线为正，反之为负）。反射角

反射光线和法线的夹角（由反射光线转向法线为正，反之为负）。折射角

折射光线与法线的夹角（由折射光线转向法线为正，反之为负）。——黄光折射率

——蓝光折射率

——红光折射率

阿贝数

同一介质对不同波长的光折射率不同，白光是不同波长光的混合光，被介质折射后，由于各色光折射率不同，会出现折射程度的不同，即色散现象。表征介质色散能力的参数叫阿贝数。镜片的阿贝数通常在30—60之间，镜片折射率越小，阿贝数越大，色散越小。二、相关名词术语阿贝数二、相关名词术语人眼分辨物体的最小视角是1'人眼分辨颜色的最小视角是4'

高折射率镜片有时会在边缘出现彩虹现象，彩虹现象的的出现距光学中心的距离是：阿贝数二、相关名词术语例：镜片-6.00DS，阿贝数40，问在距镜片光学中心多远处看物体会有彩色现象？这个答案提示我们：选择镜片和镜架时要注意彩虹现象出现的位置。小结发光体（发光点）光路（光线）光束（同心光束、平行光束、像散光束)法线（入射光线、反射光线、折射光线）物像共轭（物像空间、物像虚实）物距（像距、焦距）阿贝数（色散、彩虹现象）以光的直线传播为基础研究成像规律几何光学相关名词术语几何光学基本定律教学目标知识目标能力目标教学目的思政元素专业—敬业、细心—耐心掌握几何光学的基本定律、原理几何光学基本定律和原理会运用几何光学的基本定律和符号规定几何光学基本定律PART01

一、几何光学基本定律

各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。这一定律可以解释很多自然现象。光的直线传播定律一、几何光学基本定律光的独立传播定律

来自不同方向的光线在传播途中相遇时，彼此互不影响，各自独立地传播；在相交处，其相互作用是简单地相加。一、几何光学基本定律光的反射定律入射光线、反射光线和法线三者位于同一个平面入射光线和反射光线分别位于法线的两侧

入射角和反射角二者绝对值相等且符号相反nn’i-i”入射光线反射光线法线一、几何光学基本定律光的折射定律入射光线、折射光线和法线三者位于同一平面内入射角和折射角的正弦之比为一个常数，即为两种介质的折射率之比入射光线和折射光线分别位于法线的两侧或一、几何光学基本定律光的折射定律

光线垂直入射介质表面时，不改变方向，但速度减慢，波长减小。n=1n’=1.33由折射定律：i=0时，i’=0一、几何光学基本定律光的折射定律

光线以一定角度入射介质表面时，会产生偏折。n=1n’=1.33一、几何光学基本定律例1当光线以30°入射角从空气射向水面，水的折射率为1.33，问其反射光线和折射光线的方向？解：已知代入反射定律公式，得反射角为：代入折射定律公式，可求得折射角为：n=1n’=1.33i=30°i’=?-i”=?一、几何光学基本定律例1当光线以30°入射角从水射向空气，水的折射率为1.33，问其折射光线的方向是多少？解：已知代入折射定律公式，可求得折射角为：n’

=1i’=?i=30°n=1.33一、几何光学基本定律光的折射定律由上面例子可以看出光从低折射率介质射入高折射率介质时，折射角减小光从高折射率介质射入低折射率介质时，折射角增大案例水面以下的物体看起来比实际高，是因为眼睛认为光沿直线传播鱼在水中看水面物体时，视角增大，是因为水中折射角小水几何光学原理PART02

二、几何光学原理光路可逆原理

一条光线沿着一定的路线，从空间的A点传播到B点。如果我们在B点，按照与B点出射光线相反的方向投射一条光线，则此反向光线必沿同一条路线通过A点，光线传播的这种性质称为光路可逆原理。二、几何光学原理全反射原理表示入射光线由光密介质射向光疏介质，当入射角大于临界角时，折射光线不再存在，入射光线全部反射回原介质中。临界角（全反射角）指折射角等于90°时对应的入射角。二、几何光学原理全反射原理例：光线由水中射向空气，临界角是多少？i’=90

n2=1imn1=1.33全反射由于光能量损失小，常用于远距光的传输（光导纤维0、医用窥镜等。几何光学符号规定PART03

三、几何光学符号规定光路方向规定光线传播方向从左向右为正光路，反之为逆光路。沿轴线段：由计算起点（原点）到终点的方向与光线传播方向相同者为正值，反之为负值规定：球面曲率半径r、物距l和像距l’以折射面顶点为原点。垂轴线段：以光轴为界，光轴上方为正，光轴下方为负线段三、几何光学符号规定角度一律以锐角度量，由起始边到终边，顺时针为正，逆时针为负。

孔径角u、u’（光线与光轴的夹角）是由光轴转向光线入射角i、反射角i”和折射角i’（光线与法线的夹角）是由光线转向法线球心角φ法线与光轴的夹角）是由光轴