第十四章-幾何光學(xué)-1.ppt

1、1 幾何光學(xué)的基本定律,幾何光學(xué)：是以光的基本實(shí)驗(yàn)定律為基礎(chǔ)，并且運(yùn)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(duì)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(dāng)光沿某一方向傳播的過程中遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)會(huì)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,折射定律：, 折射光線總是位于入射面內(nèi)，并且與入

2、射光線分居在法線的兩側(cè)；, 入射角 i 的正弦與折射角 r 的正弦之比為一個(gè)常數(shù),n21稱為第二種介質(zhì)對(duì)第一種介質(zhì)的相對(duì)折射率,絕對(duì)折射率：一種介質(zhì)相對(duì)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。,幾種介質(zhì)的折射率:,1-4 全反射,當(dāng),有,臨界角 ic ：相應(yīng)于折射角為90的入射角。,全反射：當(dāng)入射角 i 大于臨界角時(shí)，將不會(huì)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(diǎn)光源 S 發(fā)出的所有光線

3、，不論其入射角的大小，經(jīng)平面鏡反射后，其反向延長(zhǎng)線都將交于一點(diǎn)。,物距（p）：物點(diǎn) S 到鏡面的距離。,像距（p ）：像點(diǎn) 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(duì)稱于平面鏡。,2-2 平面折射成像,平面折射時(shí)，各折射線的反向延長(zhǎng)線不交于同一點(diǎn)，因此不具有同心性。這一現(xiàn)象稱為像散。,: S 的視深,沿任一折射線方向觀察,一、球面反射的成像公式,O點(diǎn)：頂點(diǎn),OC 為主光軸,代入,滿足上述條件的光線稱為傍軸光線。,物像關(guān)系式:,C點(diǎn)：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(diǎn)：P,3 球面反射和球面折射成像,發(fā)散光入射凹面鏡

4、：,成虛像,會(huì)聚光入射凹面鏡：,發(fā)散光入射凸面鏡：,總是成虛像,P點(diǎn)為虛物點(diǎn)，成實(shí)像,物點(diǎn) P 在鏡前時(shí)，物距為正；物點(diǎn) P 在鏡后時(shí)，物距為負(fù)。 像點(diǎn)在鏡前時(shí)，像距為正；像點(diǎn)在鏡后時(shí)，像距為負(fù)。 凹面鏡的曲率半徑 R 取正，凸面鏡的曲率半徑 R 取負(fù)。 實(shí)正虛負(fù)!,符號(hào)法則：,物點(diǎn) P 在主光軸上離球面鏡無(wú)窮遠(yuǎn)（ p ）時(shí)，入射光線可看作傍軸平行光線，該物點(diǎn)的像點(diǎn)稱為球面鏡的焦點(diǎn)，用F表示。,焦距（ f ）： 球面鏡頂點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離。,球面鏡焦距：,物像關(guān)系式：,凹面鏡，R 取正，則 f 取正，與實(shí)焦點(diǎn)相對(duì)應(yīng)； 凸面鏡，R 取負(fù)，則 f 取負(fù)，與虛焦點(diǎn)相對(duì)應(yīng) 。,由物像關(guān)系：p ,二、球面鏡

5、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(diǎn)F，或其反向延長(zhǎng)線過焦點(diǎn)。（根據(jù)焦點(diǎn)的定義）,過焦點(diǎn)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(zhǎng)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(shí)像,凹面鏡： 物距：fR 倒立放大實(shí)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、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(dāng)m 0時(shí)，成正立像。

6、,像正立時(shí)，y0,像倒立時(shí)，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(diǎn) P 在鏡前時(shí)，物距為正；物點(diǎn) P 在鏡后時(shí)，物距為負(fù)。 像點(diǎn)在鏡前時(shí)，像距為正；像點(diǎn)在鏡后時(shí)，像距為負(fù)。 凹面鏡的曲率半徑 R 取正，凸面鏡的曲率半徑 R 取負(fù)。 實(shí)正虛負(fù)!,符號(hào)法則：,物像關(guān)系式,發(fā)散的入射光束的頂點(diǎn)是實(shí)物,匯聚的入射光束的頂點(diǎn)是虛物,發(fā)散光入射凹鏡：,實(shí)物成虛像,討論以下各種成像情況下公式中各量的符號(hào):,會(huì)聚光入射凹鏡：,虛物成實(shí)像

7、,發(fā)散光入射凸鏡：,實(shí)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(diǎn)發(fā)出的所有旁軸光線都交于p點(diǎn),1、物距 p 和像距 p 的正負(fù)可以用實(shí)正虛負(fù)來確定。,2.符號(hào)法則：,2、物高 y 和像高 y 的正負(fù)規(guī)定。(同球面反射成像),3、當(dāng)物體面對(duì)凸面時(shí)，曲率半徑 R 為正；當(dāng)物體面 對(duì)凹面時(shí)，曲率半徑 R 為負(fù)。（與球面反射成像時(shí)不同?。?傍軸條件下,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(diǎn)光源P位于一玻璃球心點(diǎn)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(diǎn)的位置。,解:,虛像 即為實(shí)物點(diǎn),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(diǎn) P 在鏡前時(shí)，物距為正；物點(diǎn) P 在鏡后時(shí)，物距為負(fù)。 像點(diǎn)在鏡前時(shí)，像距為正；像點(diǎn)在鏡后時(shí)，像距為負(fù)。 凹面鏡的曲率半徑 R 取正，凸面鏡的曲率半徑 R 取負(fù)。 實(shí)正虛負(fù)!,符號(hào)法則：,1、物距 p 和像距 p 的正負(fù)可以用實(shí)正虛負(fù)來確定。,符號(hào)法則：,2、物高 y 和