眼应用光学基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,眼应用光学基础,第一章 几何光学相关基础知识,几何光,学,光的直线传播,光的反射,光的折射,分类,定律,条件,规律,应用,凸透镜成像,一,、光的传播,1,、光源,能够 发光的物体叫光源。,如,:,太阳、发光的电灯、荧火虫都是光源。,月亮本身不发光，它不是光源。,2,、光在,同一种均匀,物质中是沿直线传播的。,光在不同物质中传播的速度是不同的，,在真空中传播的速度最大，为,310,8,m/s,。,自身,影子,由于光沿直线传播，在光的传播过程中，遇到不透明的物体时，在物体后面就形成一个光不能到达的区域，从而形成一块阴影，这个阴影就是物体的影子,。,日食、月食的形成,太阳,月球,地球,日食的形成,二、光的反射现象,1,、光的反射现象,光射到两种介质的分界面时，有一部分光被,反射回去的现象叫光的反射。,例如：我们能看到不发光的物体，就是由于物体,反射的光缘故。,2,、光的反射定律,反射光线、入射光线和法线在同一平面内，,反射光线和入射光线分别位于法线两 侧，,反射角等于入射角。,（可简记为“,三线共面、法线居中、两角相等,”,）,入射角,反射角,入射光线,反射光线,1),求作反射光线,2),已知物像，求作镜面,3,）（如图）太阳光与水平面成,60,角，要用一平 面镜把太阳光反射到竖直的井底，画出平面镜放置的位置,.,60,O,4),从,S,发出的光经平面镜过,A,点。,S,S,A,三、光的折射,1,、光的折射现象,光由一种物质进入另一种物质时传播方向发生改变的现象，叫做光的折射。如：插在水中的筷子变弯折了，就是由于光的折射的缘故。,2,、折射规律,折射光线、入射光线、法线在同一平面时，折射光线和入射光线分别位于法线两侧。,光从空气斜射到水或其他介质时,，,折射角小于入射角,；,光从水或其他介质斜射到空气时,，,折射角大于入射角。,空气,水,水池变“浅”了；插入水中的筷子变弯了；海市蜃楼等。,习题,入射光线,入射光线,折射光线,折射光线,入射角,入射角,折射角,折射角,画出下图中的折射光线。,玻 璃,玻 璃,凸透镜对光起,会聚,作用：,凹透镜对光起,发散,作用：,光的折射定律,折射光线与入射光线、法线处在,同一平面内,；折射光线和入射光线分别位于,法线,的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成,正比,折射率,(1),定义：光从,真空,射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率,（,2,）表达式：,n=,折射率可记忆为,折射率可记忆为,基础知识梳理,物理意义,折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时，发生,偏折,程度的物理量，与入射角,i,及折射角,大小,无,关,折射率和光速的关系,折射率和光在介质中传播的速度有关，当,c,为真空中的光速，,v,为介质中的光速时,n=c/v,式中,c,3.010,8,m/s,，,n,为介质的折射率，总大于,1,，故光在介质中的传播速度必,小于,真空中的光速,在光的折射现象中，光路是,可逆,的,基础知识梳理,二、全反射,1,光密介质与光疏介质,介质项目,光密介质,光疏介质,折射率,大,小,光速,小,大,相对性,若,n,甲,n,乙,，则甲是,介质,若,n,甲,n,乙,，则甲是,介质,光密,光疏,全反射现象：,光从,光密,介质入射到,光疏,介质的分界面上时，光,全部,反射回,光密,介质的现象,临界角：折射角等于,90,时的入射角叫做临界角用公式表示,sinC=1/n,发生全反射的条件,(1),光由,光密,介质射向,光疏,介质,(2),入射角,临界角,第二节 球面和共轴球面系统的理想成像,一、单折射球面的成像,单球面近轴区的物像关系,引言,由第七章的内容可知，当物体通过折射球面成像时，除,位于,近轴区内,的物体外，均,不能成完善像,。但,近轴区的成像,范围和光束宽度均很小，,实用意义不大,。,如果能把近轴光学系统成完善像的范围扩大到任意空间,，,即空间,任意大,的物体以,任意宽,的光束通过光学系统时,均能成,完善像,，则这样的光学系统成为,理想光学系统,。,理想光学系统具有以下,基本特性,：,点,成,点,像,物空间的每一点,，在,像空间必有一个点,与之对应，,且,只有,一,点,与之对应，这两个对应点称为物像空间的,共轭点,。,线,成,线,像,物空间的每一条直线,在,像空间必有一条直线,与之对应，,且,只有,一条直线,与之对应，这两条对应直线称为物像空间的,共轭线,。,平面,成,平面,像,物空间的,每一个平面,，在,像空间必有一个平面,与之对应，,且,只,有,一个平面,与之对应，这两个对应平面称为物像空间的,共轭面,。,推广：,对,称,轴,共轭,物空间和像空间存在着,一对唯一,的,共轭对称轴,。当,物点,A,绕,物,空间的对称轴,旋转一个,任意角,时，它的,共轭像点,A,也绕,像空间,的对称轴,旋转,同样,的角度,，这样的一对共轭轴称为,光轴,。,物空间的任一个,同心光束,必对应于像空间中的一个,同心光束,。,若物空间中的两点与像空间中的两点共轭，则物空间两点的,连线,与像空间两点的,连线,也一定共轭。,若物空间任意一点位于一直线上，则,该点在像空间的共轭点,必位于,该直线的共轭线,上。,上述定义只是理想光学系统的,基本假设,。在均匀透明介质中，,除,平面反射镜,具有上述理想光学系统的性质外，,任何实际的光学,系统都不能绝对完善成像,。,研究理想光学系统成像规律的,实际意义,是用它作为,衡量实际光,学系统成像质量的标准,。通常把,理想光学系统计算公式,（近轴光,学公式）计算出来的像，称为实际光学系统的,理想像,。另外，在,设计实际光学系统时，用它,近似,表示,实际光学系统,所成像的,位置,和,大小,，即,实际光学系统设计的初始计算,。,理想光学系统的,基本特性很重要,，它是推导几何光学许多重,要定律的基础。在今后学习中,注意领会其思想,。,理想光学系统的,基点和基面,是指表征理想光学系统特性的,焦点、焦平面、主点、主平面,。利用这些特殊的点和面来讨论,光学系统的成像特性，可使讨论的问题大为,简化,。,物方焦平面,通过,物方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,光轴,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面,通过,像方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,物方焦平面,的,共轭像面,在,无穷远处,，,物方焦平面上任何一点,发出,的光束，经理想光学系统后必为一,平行光束,。同样，,像方焦平面,的,共轭面,也在,无穷远处,，任何一束,入射的平行光,，经理想光学系统后,必,会聚,于,像方焦平面的某一点,。,注意,：焦点和焦平面是理想光学系统的一对特殊的点和面。,焦点,F,和,F,彼此之间不共轭，两焦平面彼此之间也不共轭,。,理想光学系统,光轴,如图，平行光线,AE,1,和,FO,1,的交点与像方共轭光线,和,的,交点,F,共轭,，所以,F,是物方,无穷远轴上点的像,，,F,点称为理想光学系,像方焦,点,。由此，,任一条平行光轴,的入射线,经理想光学系统后，,出射线,必过,F,点,。,同理，有一,物方焦点,F,，它与,像方无穷远轴上点共轭,。,任一条,过,F,点的入射线,经理想光学系统后，,出射线必平行于光轴,。,F,A,E,1,F,O,1,像方焦点,物方焦点,G,k,O,k,物方焦平面,通过,物方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,光轴,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面,通过,像方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,物方焦平面,的,共轭像面,在,无穷远处,，,物方焦平面上任何一点,发出,的光束，经理想光学系统后必为一,平行光束,。同样，,像方焦平面,的,共轭面,也在,无穷远处,，任何一束,入射的平行光,，经理想光学系统后,必,会聚,于,像方焦平面的某一点,。,注意,：焦点和焦平面是理想光学系统的一对特殊的点和面。,焦点,F,和,F,彼此之间不共轭，两焦平面彼此之间也不共轭,。,F,光轴,F,A,E,1,G,k,B,E,k,G,1,Q,Q,H,H,如图，入射光线,AE,1,和出射光线,G,k,F,的 延长线相交于点,Q,，,FG,1,和,E,k,B,的延长线交于点,Q,，设,AE,1,和,E,k,B,具有同样的高度，则光线,AE,1,和,G,k,F,共轭,，,FG,1,和,E,k,B,共轭,，则共轭线的,交点,Q,和,Q,必共轭,。由此推得，过,Q,和,Q,点作垂直于光轴的平面,QH,和,QH,也相互共轭,。,图中,QH,和,Q,H,具有同,样的高度，且位于光轴,的同侧（上侧），故这,两面的垂轴放大率,+1,，称这对垂轴放大率,为,+1,共轭面为,主平面,。,主平面,u,-u,h,像方焦距,：,像方主点,到,像方焦点,F,的距离，以,f,表示。,焦距的,正负,是以相应的,主点为原点,来确定，如果,由主点到相应焦点的方向,与光线传播方向,一致,，则,焦距为,正，反之为负,。如,图，,f ,0,，且：,物方焦距,：,物方主点,到,物方焦点,F,的距离，以,f,表示。,8.1,基本特性、基点和基面,8.1.2,理想光学系统的基点和基面,物方焦平面,通过,物方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,光轴,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面,通过,像方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,8.1,基本特性、基点和基面,8.1.2,理想光学系统的基点和基面,物方焦平面,通过,物方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,光轴,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面,通过,像方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,8.1,基本特性、基点和基面,8.1.2,理想光学系统的基点和基面,物方焦平面,通过,物方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,光轴,物方焦平面,像方焦平面,像方焦平面,通过,像方焦点,F,且,垂直于光轴,的平面。,1,图解法求像,对于多个光组的图解法求像，其求解过程与单个光组相似，需要注意的是前一光组的像就是后一光组的物。按照这一思路，利用追踪典型光线的方法逐个光组图解法求像，最后得到的像就是多个光组所成的像。,2.,解析法求像,第一种方法是逐个光组计算法，最后求出像的位置及成像性质；第二种方法是等效光学系统法；第三种方法就是正切计算法。,2.1,逐个光组计算法,该方法就是从第一个光组开始对每个光组利用牛顿公式或高斯公式，前一光组所成的像就是后一光组的物，所以，该方法需要确定出相邻两光组之间的过渡公式。每个光组的焦距和焦点、主点位置以及光组间的相互位置均为已知。,图,2-26,相邻两光组间的关系,看如图,2-26,所示两个光组的情况，物点 被第一光组成像于,它就是第二个光组的物 。两光组的相互位置以距离,=,来表示。由图可见有如下的过渡关系,=,=,上式中， 为第一光组的像方焦点,到第二光组物方焦点 的距离，即,= ,称为光学间隔。它以前一个光组的像方焦点为原点来决定其正负，若它到下一个光组物方焦点的方向与光线的方向一致，则为正；反之，则为负。,光学系统的光阑,一、光阑的分类,1,孔径光阑,(,有效光阑,),：,限制轴上物点成像光束立体角的光阑决定光轴上点发出的平面光束的孔径角。,2,视场光阑：,安置在物平面或象平面上限制成像范围的光阑。,3,消杂光光阑：,拦截部分杂光的光,（,1,） 保证近轴条件，改善成像质量（像的清晰度），控制景深,（,2,） 控制成像物空间的范围,（,3,） 控制像面的亮度,（,1,） 孔径光阑：诸挡光孔中,最有效的控制成像光束光能量者，称为孔径光阑简称孔阑,1),光阑的作用：,2),光阑的种类：,瞳孔,（,2,）视场光阑 ：诸挡光孔中,最有效的控制成像物空间范围者，称为视场光阑,.,简称场阑,人眼瞳孔：孔径光阑，,窗,窗：视场光阑,物点,1,、孔径光阑的定义和作用,孔径光阑,(Aperture Stops),含义,1,：,限制轴上物点成像光束孔径角大小的光阑。,含义,2,：,孔径光阑的位置不同，但,都起到了对轴上物点成像光束宽度的限制作用,；只需相应的改变光阑大小，即可保证轴上物点成像光束的孔径角不变。,含义,3,：,孔径光阑的位置不同，则对应于,选择轴外物点发出光束的不同部分参与成像,。,孔径光阑的定义：,1,）限制轴上物点成像光束孔径角的大小（宽度）；,2,）选择轴外物点成像光束的位置。,2,、入射光瞳与出射光瞳,(,Entrance and Exit pupils), Pupils,：,The image of the,Aperture Stops,入射光瞳：,孔径光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）,出射光瞳：,孔径光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）,照相机镜头中的孔径光阑,孔径光阑,孔径光阑,物像关系,后面,光学,系统,入瞳,出瞳,孔径光阑,前面,光学,系统,整,个,光,学,系,统,A,B,A,B,孔径光阑,底片,A,B,A,B,孔径光阑,视场光阑,底片,2.2,像差,实际成像,理想成像,像差：,几何,像差,复色光,形成像差,色差,单色光,形成像差,单色,像差,：球差、彗差、像散、像场弯曲、畸变,波像差,波面发生变化,实际波面,理想波面,非近轴成像,1.,球差,轴上物点发出的宽光束经薄透镜后,不再交于一点,无论屏在何处都将出现弥散斑,度量球差大小,会聚,透镜,发散,透镜,可选取不同曲率的透镜或,复合透镜消球差,单色像差,2.,彗差,轴外傍轴物点发出的宽光束经透镜折射后不再交于一点，而在高斯像面上形成,彗星状弥散斑,注意：,球差和彗差往往同时存在，消除球差后才明显观察到彗差。,已消除球差后傍轴物点宽光束成像的条件：一对共轭点,阿贝正弦条件,3.,像散,远离轴上物点发出的窄光束经透镜后,不再交于一点,引入,子午平面,和,弧矢平面,子午光束,和,弧矢光束,主轴,子午焦线,最小模糊圆,弧矢焦线,高斯焦面,4.,像场弯曲,垂直于光轴的平面物体只有在近轴区域才近似成像为,一个平面，对较大物面，像面不是平面而是曲面,场曲,5.,畸变,当物体发出光线与主轴有较大倾角时，即使是窄光束，所成像与原来的物不再相似,各部分放大率不一样：桶形畸变、枕形畸变,二,.,色差,光的颜色由光的频率决定,颜色由波长决定,1.,光的色视觉,理想单色光,多种单色光叠加在一起,复色光,注意：,白光为复色光，,能形成白色光的两种单色光称为互补色,：红与青 绿与品红 蓝与黄,三基原色,红,(R),绿,(G),蓝,(B),700.0nm 546.1nm 435.8nm (1931CIE-RGB),645.2nm 526.3nm 444.4nm (1964CIE-RGB),注意：,复色光照在某种表面由于反射或吸收率对波长具有选择性，同种复色光在不同表面的反射得到的视觉效果是不同的。,2.,透镜的色差,透明介质折射率与入射波长相关,位置色差,放大率色差,单个透镜无法消除色差,用凹透镜与凸,透镜粘和起来，其系统主面与透镜重合,可消放大率色差,要完全消除色差,必须使透镜系统的焦距相等、焦点重合,光的干涉,S,1,S,2,水波的干涉,1.,什么是波的,干涉？,2.,波的干涉条,件是什么？,相干波源,f,1,= f,2,亮,亮,亮,暗,暗,S,1,S,2,相干光源,S,1,SS,1,=SS,2,S,1,、,S,2,相干光源,:,1.,频率相同,2.,振动方向相同,3.,相差恒定,演示,:,双缝干涉,P,P,1,S,1,S,2,S,r,1,r,2,P.,亮纹,:,r=r,2,-r,1,=n (n=0,1,2),光的干涉产生的原因,P,P,1,Q,1,S,1,S,2,S,r,1,r,2,Q.,暗纹,:,r=r,2,-r,1,=(2n-1)/2 (n=1,2),条纹间距的推导,l,d, ,r,=,r,2,-,r,1,=,d,sin,x,=,l,tan,l,sin,r,=,r,2,-,r,1,dx,/,l,亮纹条件,:,dx,/,l,=,k,(,k,=0,1,2),亮纹中心位置,:,x,=,kl,/,d,条纹间距,: ,x,=,l,/,d,双缝干涉的条纹间距,条纹间距：,X=L / d,测,X,、,L,、,d,S,1,S,2,S,双缝干涉的条纹间距,L,d,1.,增大双缝间的距离，,条纹间距,_,2.,增大像屏到双缝的距离，,条纹间距,_,3.,增大光的波长，,条纹间距,_,增大,增大,减小,各种色光在真空中的波长和频率,光的颜色是由波长,(,频率,),决定的,.,红,紫,:,波长减小,频率增大,.,巩固,1,在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片，另一缝前放一绿色滤光片,这时,A.,只有红色和绿色的双缝干涉条纹,B.,红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其它颜色的双缝干涉条纹依然存在,C.,任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮,D.,屏上无任何光亮,【C】,O,S,1,S,2,S,如图，,SS,1,=SS,2,，,S,1,O=S,2,O,，用,白光作双缝干涉实验，屏上得,到的干涉条纹是,A.,黑白的，,O,是亮纹,B.,黑白的，,O,是暗纹,C.,彩色的，,O,是亮纹,D.,彩色的，,O,是暗纹,【C】,巩固,2,白光的干涉图样,巩固,4,利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法,其中正确的是,：,A.,将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄,B.,将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽,C.,将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽,D.,换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄,E.,去掉滤光片后，,干涉现象消失,【ABD】,测量光的波长,:,条纹间距 ,x,=,l,/,d,薄膜两表面的反射光的叠加,薄膜干涉,明,暗,薄膜两表面的反射光的叠加,薄膜干涉,d,1,d,2,明,暗,薄膜干涉,薄膜干涉的应用,等倾法检查平整度,被测面,标准面,a,b,空气薄膜,a,b,巩固,1,图中所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平的装置,.,所用单色光是用普通光源加滤光片产生的,.,检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的,?,A.,a,的上表面和,b,的下表面,B.,a,的上表面和,b,的上表面,C.,a,的下表面和,b,的上表面,D.,a,的下表面和,b,的下表面,【C】,巩固,2,劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图,1,所示,.,将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜,.,当光垂直入 射后，从上往下看到的干涉条纹如图,2,所示,.,现若在图,1,装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从,上往下观察到的干涉条纹,A,变疏,B,变密,C,不变,D,消失,【A】,增透膜,照相机镜头上涂有一层增透膜,增强了绿光的透射能力,看上去呈淡紫色,.,以,表示绿光的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为,A.,/8,B.,/4,C.,/3,D.,【B】,牛顿环,凸透镜的弯曲表面是个球面,球表面半径叫做这个曲面的曲率半径,.,把一个凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光从上方射入,从上往下看凸透镜,可以看到亮暗相间的圆环状条纹,.,1.,这些环状条纹是怎样产生的,?,2.,换曲率半径更大的凸透镜,观察到的圆环半径怎样变化,?,3.,该波长更大的单色光照射,观察到的圆环半径怎样变化,?,变大,变大,光 的 衍 射,水波的传播,S,水波的衍射,S,1,光的直线传播,S,光的衍射,S,光的衍射,光离开直线传播路径绕到障碍物阴影里去的现象。衍射时产生的明暗条纹叫衍射图样。,光的衍射条件,障碍物或孔的尺寸小于,波长或者和波长差不多。,单缝衍射条纹,中央条纹亮而宽，,两侧条纹较暗较窄,单缝衍射条纹,波长越大，衍射越明显,白光的单缝衍射条纹,光直线传播形成的影,圆屏衍射,S,泊松亮斑,圆孔衍射,S,圆孔衍射,比较,:,双缝干涉与单缝衍射图样,比较,:,圆孔衍射与泊松亮斑（圆屏衍射）,练习,1,用单色光照射双缝，在像屏上观察到明暗相间的干涉条纹，现用遮光板将其中的一个缝挡住，则像屏上观察到,A,、宽度均匀的明暗相间的条纹。,B,、中央亮而宽，两边窄而暗条纹。,C,、一条亮纹。,D,、一片亮光。,【B】,练习,2,：观察实验回答下列问题,1.,在观察光的衍射现象的实验中,通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝,(,灯管或灯丝都要平行于狭缝,),可以看到,A.,黑白相间的直条纹,B.,黑白相间的弧形条纹,C.,彩色的直条纹,D.,彩色的弧形条纹,.,【C】,2.,某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结出以下几点：,A.,若狭缝与灯丝平行，衍射条纹与狭缝平行,B.,若狭缝与灯丝垂直，衍射条纹与狭缝垂直,C.,衍射条纹的疏密程度与狭缝宽度有关,D.,衍射条纹的间距与光的波长有关,【ACD】,3.,如图所示是用游标卡尺两测脚间的狭缝观察日光灯光源时所看到的四个现象,.,当游标卡尺两测脚间的狭缝宽度从,0.8mm,逐渐变小时,所看到的四个图像的顺序是,.,abcd,练习,3,下列现象各属于光的什么现象？,A,、雨后的彩虹。,B,、阳光下的肥皂泡呈现彩色条纹。,C,、树叶上的露珠在阳光照射下呈现,彩色的条纹。,D,、光照射到圆屏后在其阴影中出现,亮点。,横波的偏振现象,只有横波才有偏振现象,.,观察思考,让阳光或灯光通过偏振片,P,在,P,的另一侧观察,.,1.,以光的传播方向为轴旋转偏振片,P,透射光的强度是否发生变化,?,2.,在,P,的后面再放置另一个偏振片,Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片,Q,通过两块偏振片的透射光的强度怎样变化,?,P,-,起偏器,Q,-,检偏器,几个结论,1.,偏振光,:,在垂直于传播方向的平面上,只沿一个特定的方向振动,.,2.,光是一种横波,.,3.,太阳光是自然光,(,光振动沿各方向均匀分布,).,4.,自然光在介质表面反射时,反射光和折射光都是偏振光,.,偏振现象的应用,非球面镜利用镜片边缘曲率与中央部份曲率的差异，将聚焦于前方的光线移后到正确的对焦点，令成像更加锐利,天空为什么是蓝色的？,这并不是一个充满童稚的问题，直到,1871,年，瑞利（,Lord John William Strutt Rayleigh 18421919,1904,年获得诺贝尔物理学奖）提出的瑞利散射理论才圆满得解释了这个问题。白天得时候太阳照射地球表面，太阳光在穿过大气层时，各种波长的光都要受到空气的散射，,其中波长较长的波散射较小，大部分传播到地面上，这些光综合起来呈现出黄色。而波长较短的蓝、绿光，受到空气散射较强，天空中的蓝色正是这些散射光的颜色，因此天空会呈现蓝色,。平日里，我们看到大海所呈现出的蓝色也是因为散射造成的。,我们在生活在地球上，有白天和晚上之分的原因也是大气层的散射。如果没有散射，我们在白天看到的天空将与晚上一样，在散射粒子线度很小的情况下（主要发生瑞利散射），散射光是偏振光。因此我们在摄影时可以用偏振滤镜来加强蓝天白云的效果。,拉曼散射（,Raman scattering,），光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。,又称拉曼效应。,光通过介质时，因其无规则热运动的弹性波引起的散射。,这是一种光与物质作用后的一种光现象。很早人们就发现了光与物质相互作用的现象，如,瑞利散射,，它使大气显蓝色；如丁达尔散射在乳浊悬浮液中的表现为颗粒的米氏散射。我们称以上为弹性散射，其入射光频率与反射光频率一样。从弹性反射的名称中我们能够体会到为其取名的人是何等自信光就是粒子。既然有弹性反射，那就应该有非弹性反射，当然是有的：在物质的微结构中，光照射在分子、原子等微粒的转动、振动、晶格振动及各种微粒运动参与的作用下，,光的散射,频率不等同于入射频率的现象叫非弹性散射。最典型的当然要数拉曼、布里渊散射。布里渊散射的本质是入射光与声子相互作用。,当一束光线透过胶体，从,入射光,的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象叫丁达尔现象，也叫丁达尔效应（,Tyndall effect,）、丁泽尔现象、丁泽尔效应。,能够亲自观测到日食引起的绚丽神奇的魔幻自然奇观，固然是幸运的。可是日食后，很多人因为裸眼观日食，或者护目设备不合格，引发了观日食“后遗症”，医学上称之为“日蚀盲”，据了解如果裸眼观测日食,10,秒钟，视网膜就会灼伤，严重时候会导致永久失明。从有关专家了解到，这主要是由于双眼直视太阳，产生了,眩光,，怕亮的症状，并引发了视力衰退。,认识眩光,眩光,是让人眼不舒服的光照现象，当眼睛观测的视野范围内，有光源的亮度极高或是环境背景与视野中心的亮度差较大时，就会产生眩光现象。除了百年难得一遇的日食，,眩光其实在生活中无处不在,。比如我们在夜晚开车时，突然眼睛被对面开远光灯的车照射，夜晚在睡梦醒来突然眼睛被灯光照射，打开电视电脑显示器高亮等都是眩光污染在生活中的具体体现。如果眼睛长期承受眩光污染，会让青少年容易患上近视，老年人得白内障的几率大幅度上升。,防眩光,可以采用防眩光镜（偏光镜）,反射光与强光无所不在，如汽车玻璃、水波、雪地及路面的眩光，或来自太阳直射之强光时干扰人类眼睛视力，使人无法看清楚物体，一般有色太阳眼镜完全无法消除这些恼人光线，偏光镜片却能彻底消除各种眩光，反射光与强光，其镜片中间层的薄膜偏光栏，有如窗户的百叶窗，将各种杂乱无章的光线如回射反光、眩光或直射强光皆被细小密集的偏光栏阻隔于外，使光线变成平行光线进入您的眼睛。,前后表面均为球面，或一面为球面、另一面为平面的透镜,。,定义,球 面 透 镜,F,F,物距大于,2f,成像规律,成倒立、缩小的实像，像与物异侧，物距大于像距,F,F,物距等于,2f,成像规律,成倒立、等大的实像，像与物异侧，物距等于像距,F,F,物距小于,2f,、大于,f,的成像规律,成倒立、放大的实像，像与物异侧，物距小于像距,F,F,物距小于,f,成像规律,成正立、放大的虚像，像与物同侧，物距小于像距的绝对值,物距,像距,倒正,大小,虚实,应用,u2f,u=2f,fu2f,U=f,uf,fv2f,vu,倒立,倒立,倒立,缩小,等大,放大,实像,实像,不成像,虚象,正立,放大,照像机人的眼睛,测焦距,幻灯机放映机。,放大镜、老花镜。,实像,探照灯,测焦距,1,、球镜各子午线上屈光能力相等,则透镜的屈光力公式为,F=1/f,例题,1,凸透镜的焦距为,33cm,，其屈光力为？,F=1/f=1/+0.33m=+3.00D (m-1,例题,2,凹透镜的焦距为,25cm,，其屈光力为？,F=1/f=1/-0.25m=-4.00D(m-1,2,、球镜的面屈光力,光束从一种介质通过单球面界面进入另一种介质，光束的聚散度将发生改变。球面使光束聚散度改变的程度称为此球面的面屈光力。,F=,（,n2-n1)/r,曲率半径,r,需遵循符号原则，设光线从左到右传播，如果,r,从界面向右衡量（即球面的光心在界面的右侧），,r,为正值；相反，如果,r,从界面向左衡量（即球面的光心在界面的左侧），,r,为负值。,r,单位,m,F,的单位为屈光度,(D),。,例题,3,水和玻璃之间的界面为球面，水的折射率为,1.33,，玻璃的折射率为,1.53,，球面的曲率半径为,10cm,，光线从水进入玻璃，则此界面的屈光力为多少？,解 ：,F=(n,2,-n,1,)/r=,（,1.53-1.33,）,/-0.1m=-2.00D,例题,4,光线从空气经过球面进入玻璃，空气折射率为,1.00,，玻璃的折射率为,1.50,，界面曲率半径为,10cm,，则此界面的屈光力为多少？,解：公式,F=(n,2,-n,1,)/r=,（,1.50-1.00,）,/+0.1m=+5.00D,3,、薄透镜的屈光力,F1=(n2-n1)/r1 F2=(n1-n2)/r2 F=F1+F2,薄透镜的屈光力公式,F1=(n2-n1)/r1,F2=(n1-n2)/r2,例题,5,一块凸新月形透镜，折射率为,1.5,，前后表面曲率半径分别为,5cm,和,12.5cm,，求透镜的屈光力？,例题,6,一双凹新月形透镜，折射率为,1.6,，前后表面曲率半径分别为,20cm,和,12cm,，求透镜的屈光力？,球面透镜的屈光力表示及其测量,球镜的屈光力以缩写,DS,表示,屈光度表示方法通常以,1/4DS,为间距如,0.25DS,等或,1/8DS,为间距如,0.12DS,平光为,0.00DS,或,PL,球面透镜的转换和联合,联合：,+1.50DS/+3.50DS=+4.50DS,转换和基面,+8.00DS,镜片两面可设计为,+4.00DS,与,+4.00DS,等,基弧：首先被确定面屈光力的面称为基面，此面的面屈光力称为基弧。,注意！,1,、凸新月形透镜基弧一般选在后表面，凹新月形透镜基弧一般选在前表面；,2,、通常在生产中，屈光力在,4.00DS,以内的镜片，基弧一般取,6.00D,3,、特殊情况下，对于屈光力特高的镜片，基弧可以取得更低些。,柱面透镜,一、柱面透镜概述,由圆柱体玻璃的一部分截制而成，又称柱镜，符号,cyl.,柱镜在轴方向上屈光力最小，与轴垂直方向上的屈光力最大，沿着这两条方向的线称为透镜的主子午线，两子午线之间逐渐过渡。,柱面透镜的光学特性,当投射光线沿柱镜轴的方向投射时，全无折射作用，即不发生屈折，但若与轴成直角方向投射，则会有会聚或分散光线的趋光性能。,凡与柱镜轴成直角方向的平行投射光线，其屈折作用视凸柱镜或凹柱镜。,柱镜各子午线上屈光力不等，且按规律周期性变化,通过移动的镜片观察目标也在移动的现象称为视觉像移,柱面透镜的屈光力及轴向表示,（一）柱面透镜屈光力,柱镜的度数：与轴垂直方向上的屈光力最大，其屈光力代表柱镜的度数，“,DC”,表示。,例题,1,由折射率为,1.5,的材料制成的正柱镜，柱面最大曲率半径为,0.4m,求其镜度？,解：,F=(n-1)/r =(1.5-1)/0.4m =+1.25DC,（二）柱面透镜的轴向表示,1,、标准标示法,2,、鼻端轴向标示法,3,、太阳穴标示法,右眼,左眼,0,180,90,45,135,0,180,90,45,135,散光轴位的标记,面对面的观察,水平,= 180;,垂直,= 90,轴位永远不会,180,鼻侧,颞侧,颞侧,柱面透镜的联合,两密接同轴向柱镜的联合,例题,2 +1.75DC90/-175DC90,+1.75D,-1.75D,0,0,+,=,0,0,例题,3 +1.75DC90/-2.75DC90,+1.75D,-2.75D,0,0,+,=,-1.00D,0,-1.75D,+2.75D,0,0,+,=,+1.00D,0,例题,4 -1.75DC90/+2.75DC90,两密接正交柱镜的联合,例题,5 +1.75DC180/-175DC90,+1.75D,-1.75D,0,0,+,=,-1.75D,+1.75D,练习题,+2.75DC90/+2.75DC90,-2.75DC90/-2.75DC90,+1.75DC90/-1.75DC90,+1.75DC60/-2.75DC60,-1.75DC60/+2.75DC60,+1.75DC90/+1.75DC180,-2.75DC90/-2.75DC180,+1.75DC60/-2.75DC150,-1.75DC90/+2.75DC180,