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1、1,第一节.球面成像Refraction of a Spherical Surface,第二节.透镜Lens,第三节.眼睛Human eye,第四节.放大镜和显微镜Magnifying glass and microscope,第十一章 几何光学Geometric optics,2,一.单球面折射（Refraction of a Spherical Surface）,第一节 球面成像（Refraction of a Spherical Surface）,二.共轴球面系统（Coaxial Spherical System）,3,一.单球面折射（Refraction of a Spherical
2、Surface）,系统,n1,n2,规律,球面折射系统,4,近轴光线：i1 i2 很小,分析,物像公式,球面折射系统,H,一.单球面折射（Refraction of a Spherical Surface）,5,讨论,适用范围：,只适用于近轴光线,符号规定：,球面折射系统,一.单球面折射（Refraction of a Spherical Surface）,6,焦度,描述折射系统折射本领的物理量,越大，系统的折射能力越强,单位：D 屈光度,7,焦距,球面折射系统,一.单球面折射（Refraction of a Spherical Surface）,8,焦距,球面折射系统,一.单球面折射（Ref
3、raction of a Spherical Surface）,9,焦距,第一焦点,第一焦距,第二焦点,第二焦距,像在无穷远处的物点,物在无穷远处的像点,焦度,描述折射系统折射本领的物理量,球面折射系统,一.单球面折射（Refraction of a Spherical Surface）,10,二.共轴球面系统（Coaxial Spherical System）,系统,如果一个光学系统由多个折射球面组成，而且所有折射球面的曲率中心都在同一条直线上，则此系统称为共轴球面系统。连接各球面曲率中心的直线为主光轴。,球面折射系统,11,成像规律,光线经前一个折射面所成的像，是下一个折射面的物，对于系统
4、中的多个折射面，如此依次成像，即可得到最后的像。,注意,前一像作为下一折射面的物时，是实物还是虚物,仍对近轴光线成立,球面折射系统,二.共轴球面系统（Coaxial Spherical System）,12,Example,To a glasss sphere(n=1.5)which radius is 10cm,a object is put at the place of 40cm in front of the sphere.where is the image?,To the first refractive surface,n11.0，n21.5，u140cm，r10cm，,60cm
5、,13,To the second refractive surface,u2（60-20）40cm，此时n11.5，n21.0，u240cm，r10cm，,11.4cm,14,一.透镜的概念Lens,二.薄透镜的成像公式The lens equation,三.薄透镜的焦距、焦度Focal distance,Focal power,四.薄透镜的组合System of two lenses,五.共轴光具组,第二节 透镜(Lens),15,由两个共轴折射面构成的光学系统。,两个折射面都是球面或者其中一个的球面，另一个是平面的透镜为球面透镜。,透镜的两个折射面与主光轴的交点之间的距离称为透镜的厚度。
6、,一.透镜的概念 lens,薄透镜,A lens is a simple coaxial system and it is an optical system including two refracting surfaces.,1.透镜,16,If the thickness of a lens is much smaller than curvature radius,the object and image distances,the thickness of the lens can be negligible in comparison with them.Such a lens i
7、s called thin lens.,Lens can converge and diverge light.converging and diverging lens,2.透镜的分类 Classification,1)按透镜的厚度分为薄透镜和厚透镜。,2)按透镜的结构分为凸透镜和凹透镜。,3)按透镜的光学性质分为会聚透镜和发散透镜。,薄透镜,17,二.薄透镜的成像公式(The lens equation),结论：,薄透镜,18,对第一折射面For the first surface,对第二折射面For the second surface,二.薄透镜的成像公式(The lens equat
8、ion),薄透镜,19,二.薄透镜的成像公式(The lens equation),n1,n2,薄透镜,20,三.薄透镜的焦距、焦度,如果透镜放在空气中，则 n1=1，并且以 n 表示透镜材料的折射率，则焦距为,符号规定：,凸球面对着入射光线，r取正号,凹球面对着入射光线，r取负号,薄透镜,1.焦距focal distance,21,凸透镜,凹透镜,三.薄透镜的焦距、焦度,r1 0,r2 0,f 0,r1 0,r2 0,f 0,薄透镜,22,三.薄透镜的焦距、焦度,表示透镜的折光本领。,单位：屈光度D（国际单位制）,通常所说的眼镜的度数等于屈光度的100倍,1屈光度=100度,焦度越大，系统的
9、折光能力越强。,1/f is called lens power(or focal power),also denoted by,with unit of diopter(D).,薄透镜,2.焦度focal power,23,四.薄透镜的组合System of two lenses,由两个或两个以上的薄透镜组成的共轴系统称为薄透镜组。,依次成像,薄透镜,定义,作图,公式,24,对第一个透镜,对第二个透镜,四.薄透镜的组合,薄透镜,25,四.薄透镜的组合,由两个或两个以上的薄透镜组成的共轴系统称为薄透镜组。,依次成像,薄透镜,定义,作图,公式,26,Cardinal points(基点):1.T
10、wo focal points(F1,F2),2.Two principal points(H1,H2,first principal plane B1H1A1 and second principal plane B2H2A2),3.Two nodes(N1,N2).,五.共轴光具组,薄透镜,27,Cardinal points(基点):,1.Two focal points 两个焦点(F1,F2)：they have the same definition as above.,薄透镜,28,2.Two principal points 两个主点(H1,H2,first principal
11、plane B1H1A1 and second principal plane B2H2A2):the extension of incident ray and backward extension of refracted ray(note that the refracted line is parallel to the light axis)meet at point A1.First principal plane,薄透镜,29,3.Two nodes 两个节点(N1,N2),through these points,the incident line and refractive
12、 line are parallel.,薄透镜,30,Positions of the three pairs of cardinal points are based on the specific conditions of the refractive system.When the refractive system is put in one medium,in the air for example,the two focal lengths can be proved to be equal to each other.f1=f2=f,N1 and H1 are at the s
13、ame position,N2 and H2 are at the same position.The same equation for the thin lens can be obtained.,Note that the object distance is from the first principal plane and the image distance is from the second principal plane,not from the surface of lens.,薄透镜,31,一、眼的调节、视力 Adjustment and vision of the e
14、ye,二、眼的屈光不正及矫正Defects of vision and its correction,第三节 眼 Human eye,32,1.眼的结构,角膜 虹膜 瞳孔 网膜 黄斑 水状液 玻璃状液 眼球剖面图,眼睛,一、眼的调节、视力,33,一、眼的调节、视力,眼睛,34,从光学的观点来看，眼睛是一个由多种介质组成的折射系统。眼内各种不同介质对光线具有不同的折射作用，进入眼睛的光线，经多次折射后，才成像在视网膜上。,把眼睛看做是由多种均匀介质组成的共轴球面折射系统。,根椐古氏（Gullstrand）的计算，这一系统的光学性质大概有表11-1所给的平均数值。,2.古氏平均眼,眼睛,一、眼的调
15、节、视力,35,2.古氏平均眼,眼睛,一、眼的调节、视力,36,角膜与空气的折射率相差最大，且角膜的曲率半径最小（约为5mm），因此，角膜的折射本领最大，它对进入眼中的光线起主要的折射作用。,3.简约眼,生理学上常常把眼睛简化为单球面折射系统，叫做简约眼。,眼睛,一、眼的调节、视力,37,4.眼睛的调节,眼睛之所以能够看清远近不同的物体，是由于眼的焦度可以在一定范围内改变。,远点far point：正常人在无穷远,近点near point:正常人在1012cm,明视距离visual distance:正常人为25cm,眼睛,一、眼的调节、视力,38,5.视力,视力：,能分辨的最小视角：,从物体
16、两端射到眼中节点的光线所夹的角度。,0.1 0.2 0.3 1.0 1.2 1.5,10 5 3.3 1.0 0.8 0.67,眼睛,视角：,一、眼的调节、视力,39,2.Myopic eye,1.Normal eye,3.Hyperopic eye,眼睛,正常眼,近视眼,远视眼,二、眼的屈光不正及矫正,40,1.近视眼,眼睛,近视患者的远点前移,配镜,眼睛不调节时，平行光进入眼内经折射后会聚于视网膜前面，在视网膜上成像模糊不清，则称为近视眼。,近视的原因可能是角膜或晶状体的折射面曲率半径太小，对光线的偏折太强，或者眼球的前后直径太长。,41,近视眼的矫正方法是配戴一副适当焦度的凹透镜，使光线
17、进入眼睛之前经凹透镜适当发散，再经眼睛折射后恰好在视网膜上形成清晰的像，,具体地说，近视眼所配戴的凹透镜要使光线所成虚象在近视眼的远点处，这样近视眼在不调节时就能看清远处的物体。,1.近视眼,眼睛,42,例题14-4 一近视眼的远点在眼前50cm处，今欲使其看清无限远的物体，则应配戴多少度的镜？,解：配戴的眼镜必须使无限远的物体应在眼前50cm处成一虚象，如图所示。设眼镜的焦距为f，u=，v=-0.5m,代入薄透镜公式，得：,解得=1/=1/0.5=2D=200度,眼睛,43,v=0.4m,Solution:,一近视眼的远点在眼前.4m，为了看清楚无穷远处物体，应配多少度的眼镜？,眼睛,44,
18、眼睛不调节时，来自远处的平行光射入眼内经折射后会聚于视网膜的后面，因此，在视网膜上得不到清晰的像，如图。此类眼睛称为远视眼,远视眼在不调节时既看不清远处物体，也看不清较近的物体。远视眼的近点比正常眼要远些。,2.远视眼,二、眼的屈光不正及矫正,眼睛,45,远视的原因可能是角膜或晶状体折射面的曲率半径太大，焦度过小；或者是眼球前后直径太短，将物体的像成在视网膜之后。,远视眼矫正的方法是配戴一副适当焦度的凸透镜，让平行光线进入眼睛之前先经凸透镜适当会聚，再经眼睛折射后会聚于视网膜上，如图11-21（b）所示，由于远视眼的近点较正常眼远些，因此，远视眼在看眼前较近的物体时，所选择的凸透镜必须将此物体
19、的虚象成在远视眼的近点处。,2.远视眼,眼睛,46,例题14-5 一远视眼的近点在1.2m处，要看清眼前12cm处物体，问应配戴怎样的眼镜？,解：所配戴的眼镜应使眼前12cm处的物体在眼前1.2m处成一虚象，如图11-22。对于透镜：u=0.12m，v=1.2m，代入薄透镜公式得：,即配戴焦度为7.5D的凸透镜。,眼睛,47,Solution,v=1m,一远视眼的近点在眼前m 处，为了看清25cm处物体，应配眼镜多大度数？,眼睛,48,一.放大镜,第四节 放大镜和显微镜,二.显微镜,magnifying glass and microscope,49,一.放大镜,为了观察微小物体，需要增大物体对眼睛所张的视角。把物体移近眼睛，可达到此目的，但这又受眼睛近点的限制。放大镜可用来解决这类问题。,放大镜和显微镜,50,一.放大镜,y,y,角放大率,放大镜和显微镜,51,1.显微镜的结构及光学原理,目镜 L2,物镜 L1,二.显微镜,放大镜和显微镜,52,2.显微镜的放大率,y,y1,物镜的线放大率m,目镜的角放大率,放大镜和显微镜,
