第十四章-幾何光學(xué)課件

1、1 幾何光學(xué)的基本定律 幾何光學(xué)：是以光的基本實驗定律為基礎(chǔ)，并且運用幾何學(xué)的方法就能研究和說明一些光學(xué)問題的學(xué)科。研究對象： 光學(xué)成像 照明工程 1-1 光的直線傳播 光的直線傳播定律：光在各向同性的均勻介質(zhì)中沿直線傳播。1-2 光的反射當光沿某一方向傳播的過程中遇到兩種介質(zhì)的分界面時會發(fā)生一部分光被反射。 界面光滑，反射光束中的各條光線相互平行，沿同一方向傳播。鏡面反射：界面粗糙，反射光線可以有各種不同的傳播方向。反射定律：反射光線總是位于入射面內(nèi)，并且與入射光線分居在法線的兩側(cè)，入射角等于反射角 。漫反射：1-3 光的折射 n2n1折射定律： 折射光線總是位于入射面內(nèi)，并且與入射光線分居

2、在法線的兩側(cè)； 入射角 i 的正弦與折射角 r 的正弦之比為一個常數(shù)n21稱為第二種介質(zhì)對第一種介質(zhì)的相對折射率 絕對折射率：一種介質(zhì)相對于真空的折射率 。 設(shè)光路可逆性原理：如果光線逆著原反射光的方向入射，則其反射光必沿原入射光線的逆方向傳播；如果光沿原折射光線的逆向入射，則其折射光線必沿原入射光線的逆向傳播。介 質(zhì)折 射 率介 質(zhì)折 射 率金剛石2.42水1.33玻 璃1.50 1.75酒 精1.36水 晶1.54 1.56乙 醚1.35巖 鹽1.54水蒸氣1.026冰1.31空 氣1.0003幾種介質(zhì)的折射率: 1-4 全反射 當有臨界角 ic ：相應(yīng)于折射角為90的入射角。全反射：當入

3、射角 i 大于臨界角時，將不會出現(xiàn)折射光，入射光的能量全部反射回原來介質(zhì)的現(xiàn)象。2 平面反射和平面折射成像 2-1 平面反射成像 結(jié)論：從點光源 S 發(fā)出的所有光線，不論其入射角的大小，經(jīng)平面鏡反射后，其反向延長線都將交于一點。 物距（p）：物點 S 到鏡面的距離。像距（p ）：像點 S 到鏡面的距離。結(jié)論：物體在平面鏡中所成的虛像與物體本身的大小相等，且物與像對稱于平面鏡。 2-2 平面折射成像 n1n2 平面折射時，各折射線的反向延長線不交于同一點，因此不具有同心性。這一現(xiàn)象稱為像散。 n1n2: S 的視深 n2n1沿任一折射線方向觀察 一、球面反射的成像公式 O點：頂點OC 為主光軸代

4、入滿足上述條件的光線稱為傍軸光線。 物像關(guān)系式:C點：曲率中心球面鏡：凹面鏡和凸面鏡物距：p, 像距：p曲率半徑：R物點：P3 球面反射和球面折射成像發(fā)散光入射凹面鏡：成虛像會聚光入射凹面鏡：發(fā)散光入射凸面鏡：總是成虛像P點為虛物點，成實像物點 P 在鏡前時，物距為正；物點 P 在鏡后時，物距為負。像點在鏡前時，像距為正；像點在鏡后時，像距為負。 凹面鏡的曲率半徑 R 取正，凸面鏡的曲率半徑 R 取負。 實正虛負!符號法則： 物點 P 在主光軸上離球面鏡無窮遠（ p ）時，入射光線可看作傍軸平行光線，該物點的像點稱為球面鏡的焦點，用F表示。 焦距（ f ）： 球面鏡頂點到焦點的距離。球面鏡焦距

5、：物像關(guān)系式：凹面鏡，R 取正，則 f 取正，與實焦點相對應(yīng)；凸面鏡，R 取負，則 f 取負，與虛焦點相對應(yīng) 。由物像關(guān)系：p 二、球面鏡成像的作圖法 球面鏡成像作圖法的三條特殊光線：平行于主光軸的傍軸入射光線經(jīng)球面鏡反射后過焦點F，或其反向延長線過焦點。（根據(jù)焦點的定義） 過焦點的入射光線經(jīng)球面鏡反射后，其反射光平行于主光軸。（根據(jù)光路可逆性原理） 過球面曲率中心C的光線（或它的延長線），經(jīng)球面鏡反射后按原路返回。 凹面鏡：物距：PR像距：R/2(f)pR倒立縮小實像凹面鏡：物距：fPR倒立放大實像凹面鏡：物距：0Pf:像距：p0正立放大虛像凸面鏡：物距：任意值像距：-fp0正立縮小虛像三、

6、球面鏡的橫向放大率 設(shè)物體垂直主光軸向上方向的高度為 y，像高度為 y橫向放大率： 當m 0時，成正立像。 像正立時，y0像倒立時，y0例1. 一凹面鏡的曲率半徑為 0.12m，物體位于鏡頂前 0.04m 處，求： 像的位置， 橫向放大率。已知 R = 0.12 m ，p = 0.04 m 解： 由物像關(guān)系式 解得虛像正立放大像 物點 P 在鏡前時，物距為正；物點 P 在鏡后時，物距為負。像點在鏡前時，像距為正；像點在鏡后時，像距為負。 凹面鏡的曲率半徑 R 取正，凸面鏡的曲率半徑 R 取負。實正虛負!符號法則： 物像關(guān)系式發(fā)散的入射光束的頂點是實物匯聚的入射光束的頂點是虛物發(fā)散光入射凹鏡：實

7、物成虛像討論以下各種成像情況下公式中各量的符號:會聚光入射凹鏡：虛物成實像發(fā)散光入射凸鏡：實物成虛像四、 球面折射成像 幾何關(guān)系旁軸條件下1. 球面折射的物象關(guān)系：旁軸條件下球面折射物像公式： P 點發(fā)出的所有旁軸光線都交于p點 1、物距 p 和像距 p 的正負可以用實正虛負來確定。 2.符號法則：2、物高 y 和像高 y 的正負規(guī)定。(同球面反射成像) 3、當物體面對凸面時，曲率半徑 R 為正；當物體面對凹面時，曲率半徑 R 為負。（與球面反射成像時不同?。┌S條件下 3. 球面折射的橫向放大率：像倒立得：球面折射成像的橫向放大率： 視深較深虛像像正立平面折射成像例2.點光源P位于一玻璃球心點左側(cè)25 cm處。已知玻璃球半徑是10 cm，折射率為1.5，空氣折射率近似為1，求像點的位置。 解:虛像 即為實物點 解得球面反射成像的物像公式:球面反射成像的橫向放大率： 或物點 P 在鏡前時，物距為正；物點 P 在鏡后時，物距為負。像點在鏡前時，像距為正；像點在鏡后時，像距為負。 凹面鏡的曲率半徑 R 取正，凸面鏡的曲率半徑 R 取負。 實正虛負!符號法則：1、物距 p 和像距 p 的正負可以用實正虛負來確定。 符號法則：2、物高