幾何光學基本概念教學目標知識目標能力目標教學目的思政元素專業—敬業、細心—耐心掌握幾何光學的基本概念幾何光學名詞術語掌握幾何光學基本概念和名詞術語幾何光學基本概念PART01

一、幾何光學基本概念

幾何光學是以光線為基礎，研究光的傳播和成像規律。在幾何光學中，把組成物體的物點看作是幾何點，把它所發出的光束看作是無數幾何光線的集合，光線的方向代表光能的傳播方向。

對于眼鏡矯正視力，物體在視網膜上成像，主要從幾何光學角度研究。

對于一些眼鏡產品特殊性能，如鍍膜鏡片、偏光鏡片、太陽鏡、有色鏡片等，主要從波動光學角度研究。幾何光學幾何光學基本概念PART02

二、相關名詞術語發光體、發光點、光路發光體在幾何光學中，一切自身發光（或被照亮）的物體均可視為發光體。發光點

只有幾何位置而不計大小的光源稱為發光點。任何被成像物體（發光體）均由無數個發光點組成。在研究光的傳播和物體的成像問題時，常用物體上某些特定的幾何發光點進行討論。光路

光線走過的路徑。（規定：光線由左至右為正光路，反之為負）。二、相關名詞術語光線、光束光線

光線是無直徑、無體積、有一定方向、攜帶能量的幾何線，用來表示光的傳播方向。光線是波面的法線。光束

波面的法線束。由正負號規定傳播方向，順光路正，逆光路負同心光束、平行光束同心光束發自同一點或會聚于（包括反向延長線）同一點的光束。平行光束

彼此平行的光線構成的光束。也是無限遠處的同心光束。二、相關名詞術語像散光束

平行光束會聚后既不相交于一點，又不互相平行，而是產生前后兩條相互垂直且不相交的焦線。

散光眼或球柱鏡片會產生這種光束二、相關名詞術語物像共軛由物點A發出的一束發散光束，經過光學系統后，出射成為一像點A’的會聚光束。A和A’之間具有唯一對應關系，稱之為物像共軛關系。即A發光成像于A'，A'發光成像于A。二、相關名詞術語物距、像距、焦距二、相關名詞術語物距

物體和透鏡之間的距離。（規定：由透鏡到物體，順光路為正，逆光路為負）。像距

像和透鏡之間的距離。（規定：由透鏡到像，順光路為正，逆光路為負）。焦距

焦點和透鏡之間的距離。（規定：由透鏡到焦點，順光路為正，逆光路為負）。有正負號規定方向物像空間、物像虛實二、相關名詞術語物或像在自己的空間是實的，在對方的空間是虛的。物空間和像空間

透鏡左側（光線來的方向）是物空間，透鏡右側（光線出射方向）是像空間。物像的虛實

由實際光線構成的物或像是實物或實像；由實際光線的延長線相交所構成的物或像，稱為虛物或虛像。

實像可以直接被像屏、底片或光電器件等接收或記錄。虛像可以被眼睛觀看到，但不能被像屏接收。物像空間、物像虛實二、相關名詞術語物或像在自己的空間是實的，在對方的空間是虛的。實線相交是實的，虛線相交是虛的。光線在兩個介質表面二、相關名詞術語法線

光線由一個介質射入另一個介質，過入射點處，垂直于介質表面的線段是法線。入射角

入射光線和法線的夾角（由入射光線轉向法線為正，反之為負）。反射角

反射光線和法線的夾角（由反射光線轉向法線為正，反之為負）。折射角

折射光線與法線的夾角（由折射光線轉向法線為正，反之為負）。——黃光折射率

——藍光折射率

——紅光折射率

阿貝數

同一介質對不同波長的光折射率不同，白光是不同波長光的混合光，被介質折射后，由于各色光折射率不同，會出現折射程度的不同，即色散現象。表征介質色散能力的參數叫阿貝數。鏡片的阿貝數通常在30—60之間，鏡片折射率越小，阿貝數越大，色散越小。二、相關名詞術語阿貝數二、相關名詞術語人眼分辨物體的最小視角是1'人眼分辨顏色的最小視角是4'

高折射率鏡片有時會在邊緣出現彩虹現象，彩虹現象的的出現距光學中心的距離是：阿貝數二、相關名詞術語例：鏡片-6.00DS，阿貝數40，問在距鏡片光學中心多遠處看物體會有彩色現象？這個答案提示我們：選擇鏡片和鏡架時要注意彩虹現象出現的位置。小結發光體（發光點）光路（光線）光束（同心光束、平行光束、像散光束)法線（入射光線、反射光線、折射光線）物像共軛（物像空間、物像虛實）物距（像距、焦距）阿貝數（色散、彩虹現象）以光的直線傳播為基礎研究成像規律幾何光學相關名詞術語幾何光學基本定律教學目標知識目標能力目標教學目的思政元素專業—敬業、細心—耐心掌握幾何光學的基本定律、原理幾何光學基本定律和原理會運用幾何光學的基本定律和符號規定幾何光學基本定律PART01

一、幾何光學基本定律

各向同性的均勻介質中，光是沿著直線傳播的。這一定律可以解釋很多自然現象。光的直線傳播定律一、幾何光學基本定律光的獨立傳播定律

來自不同方向的光線在傳播途中相遇時，彼此互不影響，各自獨立地傳播；在相交處，其相互作用是簡單地相加。一、幾何光學基本定律光的反射定律入射光線、反射光線和法線三者位于同一個平面入射光線和反射光線分別位于法線的兩側

入射角和反射角二者絕對值相等且符號相反nn’i-i”入射光線反射光線法線一、幾何光學基本定律光的折射定律入射光線、折射光線和法線三者位于同一平面內入射角和折射角的正弦之比為一個常數，即為兩種介質的折射率之比入射光線和折射光線分別位于法線的兩側或一、幾何光學基本定律光的折射定律

光線垂直入射介質表面時，不改變方向，但速度減慢，波長減小。n=1n’=1.33由折射定律：i=0時，i’=0一、幾何光學基本定律光的折射定律

光線以一定角度入射介質表面時，會產生偏折。n=1n’=1.33一、幾何光學基本定律例1當光線以30°入射角從空氣射向水面，水的折射率為1.33，問其反射光線和折射光線的方向？解：已知代入反射定律公式，得反射角為：代入折射定律公式，可求得折射角為：n=1n’=1.33i=30°i’=?-i”=?一、幾何光學基本定律例1當光線以30°入射角從水射向空氣，水的折射率為1.33，問其折射光線的方向是多少？解：已知代入折射定律公式，可求得折射角為：n’

=1i’=?i=30°n=1.33一、幾何光學基本定律光的折射定律由上面例子可以看出光從低折射率介質射入高折射率介質時，折射角減小光從高折射率介質射入低折射率介質時，折射角增大案例水面以下的物體看起來比實際高，是因為眼睛認為光沿直線傳播魚在水中看水面物體時，視角增大，是因為水中折射角小水幾何光學原理PART02

二、幾何光學原理光路可逆原理

一條光線沿著一定的路線，從空間的A點傳播到B點。如果我們在B點，按照與B點出射光線相反的方向投射一條光線，則此反向光線必沿同一條路線通過A點，光線傳播的這種性質稱為光路可逆原理。二、幾何光學原理全反射原理表示入射光線由光密介質射向光疏介質，當入射角大于臨界角時，折射光線不再存在，入射光線全部反射回原介質中。臨界角（全反射角）指折射角等于90°時對應的入射角。二、幾何光學原理全反射原理例：光線由水中射向空氣，臨界角是多少？i’=90

n2=1imn1=1.33全反射由于光能量損失小，常用于遠距光的傳輸（光導纖維0、醫用窺鏡等。幾何光學符號規定PART03

三、幾何光學符號規定光路方向規定光線傳播方向從左向右為正光路，反之為逆光路。沿軸線段：由計算起點（原點）到終點的方向與光線傳播方向相同者為正值，反之為負值規定：球面曲率半徑r、物距l和像距l’以折射面頂點為原點。垂軸線段：以光軸為界，光軸上方為正，光軸下方為負線段三、幾何光學符號規定角度一律以銳角度量，由起始邊到終邊，順時針為正，逆時針為負。

孔徑角u、u’（光線與光軸的夾角）是由光軸轉向光線入射角i、反射角i”和折射角i’（光線與法線的夾角）是由光線轉向法線球心角φ法線與光軸的夾角）是由光軸