1
光学基础和测量技术第二部分 几何光学
2
几何光学不涉及光的电磁波本性，而是研究光在透明介质中沿直线路径传播的问题。
3
1.光的直线传播定律在各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。
光在传播过程中与其他光束相遇时，不改变各自的传播方向，光束之间互不影响，各自独立地传播。
2.光的独立传播定律几何光学基本定律一、几何光学三定律
4
3.光的折射定律和反射定律入射光线、折射光线和法线共面（同处于入射面内）入射线和折射线分居于法线两侧；
入射角与折射角的正弦之比由这两种介质的折射率决定
（ Snell定律）：
光的折射定律：
s i n s i nn r n i
其中,n 和 n′分别 为入射光和折射光所在介质的折射率，
i 和 r 分别为光的入射角和折射角。
i
r
i?
5
光的反射定律：
cv
n
ii
入射光线、反射光线和法线共面（同处于入射面内）入射光线和反射光线分居于法线两侧； 入射角与反射角的大小相等：
光在折射率为 n 的介质中传播时，其传播速率为其中,c为光在真空中的传播速率。
所以，介质折射率定义为
cn
v
6
光程等于光在介质中经过的几何路程 l 与该介质的折射率 n 的乘积,即
L nl?
若光在非均匀介质中传播，则由 A到 B间的光程为
B
A
L d L n d l
L ct?
即光程代表在相同时间内光线在真空中传播的距离。
二、费马原理
1.光程不难证明：
7
L=极值（极小值、极大值或恒定值）
光总是沿着光程 (或者说所需的时间 )为极值的路径传播的，即光沿着光程 (亦即所需时间 )为极小、极大或恒定的路径传播
2.费马原理
0B
A
L n d l
费马原理是几何光学的基本原理，三个重要定律 —— 直线传播定律，反射定律和折射定律 —— 都能从费马原理导出。
当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。
三、光路的可逆性或：
8
1）单心（同心）光束一、基本概念由一点发出或相交于一点的光束。
发光点 S 发出的入射光束经过光学系统后,变成以另一点 S′为中心的同心光束,则称 S 为物点,
S′为象点 。
2）物与象
A ′A
1 - 9
S?S
成象基本概念
9
3）实象与虚象、实物与虚物
A′1-9S?
若出射的同心光束是会聚的，则称象点为实象 ;若出射的同心光束是发散的，则称为虚象。
若入射光为发散的同心光束，则称物点（发散中心）为实物；若入射光为会聚的同心光束，则称入射光的会聚中心点为虚物。
S—— 实物点
S′—— I的实象和 Ⅱ 的虚物
S″—— 整个系统的虚象
1 - 1 0
A A ′A ″
Ⅰ Ⅰ Ⅰ
I Ⅱ
S S?S
10
A A ′
W W
1 - 1 1
S?S
球面波 球面波如果物点 S 发出的同心光束球面波经光学系统后仍为一同心（ S′）光束球面波，则称 S′为 S的完善象点。
物点和相应的象点之间各光线的光程相等,
二、完善成象条件完善成象条件
11
一、光在平面上的反射平面反射镜是一个最简单的、不改变光束单心性的、能成完善象的光学系统 。
同心光束入射于两种 透明介质的平面分界面而发生折射时，
折射光不再是同心光束，造成象差,
光在平面上的反射和折射
12
同心光束进入样品池的情况,折射光不再同心！
思考：如何计算 L？
光折射导致的散焦问题
i
1
L
n
3
n
2
n
1
13
s i n m ni
n
当光从光密介质射向光疏介质，且入射角 i 大于某一值 im时，
入射光将从介质的分界面上全部反射回去而无折射光线，
这一现象称为光的 全反射 。
nn
二、全反射
im 称为临界角，其满足：
I ＞ I
m
nn＞′
I
m
I
m
I＜
n
n ′
I ′
A
mii?
mii?
mii?
r
nn
n
n?
S
14
利用全反射可制作光导纤维！
如何计算最大入射角 imax？ 如何才能有效增大 imax？
光导纤维
i
m a x
n
3
=1
n
2
n
1
15
光在球面上的反射和折射单一球面是组成光学仪器的基本元件和简单的光学系，
因而是研究光学系统成象问题的基础。
一、符号规定光路方向,从左到右为正向，反之取负。
线段的正负,
沿光轴方向 以光轴与球面的交点（顶点）为原点，向右取正，向左取负；
与光轴的垂直距离 以光轴为基准，在其上方取正，下方取负。
i
i
P C P?
A
OF?
s?
s
r?
f
l
l?
16
光线方向的倾角从主铀 （ 或球面法线 ） 算起,并取小于?/2
的角度 。 由轴或法线转向光线时,若沿顺时针方向转,角度取正值；沿逆时针方向转,则角度取负值 。
角度的正负,
在图中出现的长度和角度都是绝对值。所以若 s表示的某线段值是负的，则应用 -s来表示该线段的几何长度。
从发光点发出的单心光束，或平行光束经球面反射后，将不再保持单心性。
二、球面反射对光束单心性的破坏三、近轴光线条件下单球面反射的物象公式
17
1.物象公式
1 1 2
s s r
s — 物距,s′— 象距,r — 球面镜半径。
s — s′一一对应,理想象点 或 高斯象点 。
反射球面焦点平行光入射时反射光在主光轴上的会聚（或发散）点。
焦距 — 焦点到球面顶点间的距离 f′。
2
rf
,/ 2s s r f
令
i
i
P C P?
A
OF?
s?
s
r?
f
l
l?
近轴光线条件下，单球面反射的物象公式
18
球面反射物象公式（高斯公式）
1 1 1
s s f
四、近轴光线条件下的球面折射物象公式
n n n n
s s r
光焦度：
nn
r
球面反射基本公式
i?
i
CP n n?
A
O P?
s?s?
r
2? 2
球面折射基本公式
19
1） 物象共轭：物 — 象对应点、对应光线。
基本术语入射光束在其中行进的空间称为物空间；
折射光束在其中行进的空间称为象空间。
2） 物空间、象空间：
当象距 s′> 0，成实象；当 s′< 0，成虚象。
对单球面折射,若实物物距 s < 0，则对单球面反射,物、象空间相重合。若 s < 0，则当 s′< 0 得实象,s′> 0，得虚象。
讨论
20
象方焦点 F′— 平行于主轴的入射光折射后与主轴的交点象方焦距 f′ — 从球面顶点 O到象方焦点 F′的距离
nfr
nn
令 s→∞ 得物方焦距 f — 从球面顶点到物方焦点 F 的距离
4） 物方焦点和物方焦距：
物方焦点 F — 主轴上这样的点，其发出的光经折射后成为行于主轴的平行光束。
nfr
nn
令 s′→∞ 得
3） 象方焦点和象方焦距：
21
fn
fn
f 与 f′的关系：
讨论：
1） 负号表示物方和象方焦点永远位于球面界面的左右两方；
2） 因 n≠n′，所以 ∣ f∣ ≠∣ f′∣
3） 对于球面反射,f = f′，不必区分物方和象方反射可看做是折射的特例
1ff
ss
五、高斯物象公式联系物距、象距和焦距关系的普遍公式
22
若确定物点 P 和象点 P′的位置时，物距和象距分别从物方和象方焦点算起，则推出另一种形式的物象公式 —— 牛顿物象公式六、牛顿物象公式
x?
x? f
f?
r
CFP F? P?
A
O
n n?
x x ff
特点,运用时更为简捷方便
23
凸透镜 —— 中间部分比边缘部分厚的透镜凹透镜 —— 中间部分比边缘部分薄的透镜厚透镜 —— 透镜厚度与球面曲率半径相比不能忽略薄透镜 —— 透镜厚度与球面的曲率半径相比可忽略主截面 —— 包含主轴的任一平面透镜主轴 —— 连接透镜两球面曲率中心的直线透镜孔径 —— 透镜圆片的直径物方焦平面 —— 过物方焦距且垂直于主轴的平面象方焦平面 —— 过象方焦距且垂直于主轴的平面薄透镜一、基本名词透镜,由两个球面或一个球面与一个平面组合而 成
24
1F 2
F
会聚透镜焦点
1F 2F
发散透镜焦点
25
双凸 平凸 双凹 平凹常见透镜
2 1 1 2
12
n n n n n n
s s r r
12,,n n n
二、近轴条件下薄透镜的物象公式分别是物方、透镜和象方的折射率。
26
1ff
ss
薄透镜的高斯公式
p
l
A A '
O O '
M N
- S
- r 2
r 2
s '
l'
P'
x x f f
薄透镜物象公式的牛顿形式由两焦点分别作为计算物距和象距的起点
27
薄透镜的光心对处于同一介质中的透镜，通过光心的光线不改变传播方向。
薄透镜的两个顶点的重合处 O,
定义,在近轴条件下，象的横向大小与物的大小之比值称为透镜的横向放大率：
三、透镜的横向放大率
ys
ys
fx
xf
可推出：
28
fx
xf?
讨论：
1 1
> 0，成正象；?< 0 成倒象。
Q
P'P
Q'
-s s'
y o
y'
放大的象； 缩小的象。
29
P F
B
A
O F'
P'
(a)
1 从 P点作沿主轴的入射线折射后方向不变；
2 从 P点作任一光线与透镜交于 A点、与物方焦平面交于 B点；
3 作辅助线（副轴） BO，过 A作与 BO 平行的折射光线 AP′，其与沿着主轴的光线交于 P ′点,则 P ′就是物点 P 的象点。
a,利用物方焦平面和副轴作图：
四、薄透镜的作图求象法
1.凸透镜主轴上的物点 P 成象的作图法：
30
(b)
P
A
B'
F' P'O
b,利用象方焦平面和副轴作图：
31
1 从物点 P发出的任一光线 PA，与透镜交于 A点
2 过透镜中心 O作平行于 PA的副轴 OB′与象方焦平面交于 B′点
3 连接 A,B′两点，它的延长线就是光的折射方向，它与沿主轴的光线交于 P′点，则 P′点即为所求的象点
P
B
F' P'
A
O
2,凹透镜主轴上的物点 P 成象的作图法：
注意,凹透镜的象方焦平面在物空间，物方焦平面在象空间利用象方焦平面和副轴作图：
32
1F 2F
s
s?
1F 2F
s s?
会聚透镜成象发散透镜成象
33
事实上，薄透镜总是有一定的厚度，在使用时，如何考虑其焦距？
思考题
34
特殊反射面一、旋转椭球面二、旋转抛物面用于收集从某个点发出的光信号用于将点光源发出的光转化成平行光，反之亦然。
35
2,物体经透镜所成的象对眼睛的张角,即平行光经透镜聚焦后虚象对人眼的张角。
(注,25cm是人眼的明视距离 )
光学仪器一、简单放大镜物体位于物方焦面上时，定义 角放大率 M：
2
1
2 5 c mM
f
cm25/1 h
fh /2
1,明视距离处的物体对眼睛的张角。
1
A ′ F ′
B′
B
y
A F( )
f
2
眼瞳
36
一般简单放大镜只能取 M~2.5，否则由于象差将使成象模糊。
二、复合显微镜注,16cm近似第一次实象到物镜的距离复合显微镜能获得较大的角放大率。
最基本形式：
由一个目镜和一个物镜组成；物体通过物镜成一实象；目镜则起简单放大镜的作用，把实象 I0 放大成虚象 Ie。
目 镜物 镜物
1eF
2oF
1oF
oI
eI
oo fm /cm16
物镜放大率目镜放大率
ee fM /cm25?
37
目 镜物 镜
2eF
1oF
21,oeFF A B
DC
E G
2 5 c m 1 6 c m
eo
eo
M M m ff
显微镜的总放大率考虑到光的波动性的影响，用可见光观察时显微镜的放大率一般限制正在 1000倍左右。
三、望远镜以开普勒折射望远镜为例，主要元件,透镜 。
物镜具有长焦距 fo，目镜具有短焦距 fe。
38
，
当目镜的第一焦点 Fe1与物镜的第二焦点 Fo2重合时，进入望远镜的平行光将以平行光从目镜射出。但光线与望远镜主轴的夹角改变了。
|| of
AB
|| ef
EG
由近似几何关系：
以及
EGAB?
o
e
fM
f
得望远镜的角放大率由于象差的限制，折射望远镜难于做到大的放大率。反射式望远镜则可以有大的放大率。
39
眼睛是一架精密的光学仪器眼睛一、眼睛的结构
40
折射面的曲率半径 5.56mm
象方介质的折射率 1.333
网膜的曲率半径 9.7 mm
物方焦距 -16.70 mm
象方焦距 22.26 mm
光焦度 59.88屈光度二、简化眼（简约眼）
为方便近似计算，把眼睛简化成一个折射球面的模型，
即简化眼。
简约眼参数表
41
年 龄 10 20 30 40 50 60 70 80
近点距 p
（ cm） -7 -10 -14 -22 -40 -200 100 40
远点距 r (cm) 200 80 40
A=R-P(屈光度 ) 14 10 7 4.5 2.5 1 0.25 0
PRprA 11
rR
1?
pP
1?
眼睛在不同年龄时的调节能力和调节范围表
三、眼睛的调节能力眼睛的调节能力表示为
r,p：分别表示远点和近点到眼睛物方主点的距离,
远点视度近点视度
42
近视眼的矫正四、眼睛的缺陷及其矫正近视眼 —— 眼睛的折光能力太强，加负透镜抵消远视眼 —— 眼睛的折光能力太弱，加正透镜加强散光眼 —— 眼的光焦度在不同方向不同，造成一物点发出的光束经眼睛不能相交于同一点上。一般在某正交的方向上作矫正。
A A′
远视眼的矫正
A A′
43
五、眼睛对光强变化的适应暗适应,发生在由亮处到暗处时，适应时间大约 30～ 60
分钟。
眼睛能适应不同亮暗的环境，这种能力称为眼睛的 适应 。
眼睛所能感受的光强变化范围很大，其比值可达 1012:1。
适应可分为 明适应 和 暗适应 。
明适应,发生在由暗处到亮处时，适应时间大约几分钟；
光学基础和测量技术第二部分 几何光学
2
几何光学不涉及光的电磁波本性，而是研究光在透明介质中沿直线路径传播的问题。
3
1.光的直线传播定律在各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。
光在传播过程中与其他光束相遇时，不改变各自的传播方向，光束之间互不影响，各自独立地传播。
2.光的独立传播定律几何光学基本定律一、几何光学三定律
4
3.光的折射定律和反射定律入射光线、折射光线和法线共面（同处于入射面内）入射线和折射线分居于法线两侧；
入射角与折射角的正弦之比由这两种介质的折射率决定
（ Snell定律）：
光的折射定律：
s i n s i nn r n i
其中,n 和 n′分别 为入射光和折射光所在介质的折射率，
i 和 r 分别为光的入射角和折射角。
i
r
i?
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光的反射定律：
cv
n
ii
入射光线、反射光线和法线共面（同处于入射面内）入射光线和反射光线分居于法线两侧； 入射角与反射角的大小相等：
光在折射率为 n 的介质中传播时，其传播速率为其中,c为光在真空中的传播速率。
所以，介质折射率定义为
cn
v
6
光程等于光在介质中经过的几何路程 l 与该介质的折射率 n 的乘积,即
L nl?
若光在非均匀介质中传播，则由 A到 B间的光程为
B
A
L d L n d l
L ct?
即光程代表在相同时间内光线在真空中传播的距离。
二、费马原理
1.光程不难证明：
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L=极值（极小值、极大值或恒定值）
光总是沿着光程 (或者说所需的时间 )为极值的路径传播的，即光沿着光程 (亦即所需时间 )为极小、极大或恒定的路径传播
2.费马原理
0B
A
L n d l
费马原理是几何光学的基本原理，三个重要定律 —— 直线传播定律，反射定律和折射定律 —— 都能从费马原理导出。
当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。
三、光路的可逆性或：
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1）单心（同心）光束一、基本概念由一点发出或相交于一点的光束。
发光点 S 发出的入射光束经过光学系统后,变成以另一点 S′为中心的同心光束,则称 S 为物点,
S′为象点 。
2）物与象
A ′A
1 - 9
S?S
成象基本概念
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3）实象与虚象、实物与虚物
A′1-9S?
若出射的同心光束是会聚的，则称象点为实象 ;若出射的同心光束是发散的，则称为虚象。
若入射光为发散的同心光束，则称物点（发散中心）为实物；若入射光为会聚的同心光束，则称入射光的会聚中心点为虚物。
S—— 实物点
S′—— I的实象和 Ⅱ 的虚物
S″—— 整个系统的虚象
1 - 1 0
A A ′A ″
Ⅰ Ⅰ Ⅰ
I Ⅱ
S S?S
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A A ′
W W
1 - 1 1
S?S
球面波 球面波如果物点 S 发出的同心光束球面波经光学系统后仍为一同心（ S′）光束球面波，则称 S′为 S的完善象点。
物点和相应的象点之间各光线的光程相等,
二、完善成象条件完善成象条件
11
一、光在平面上的反射平面反射镜是一个最简单的、不改变光束单心性的、能成完善象的光学系统 。
同心光束入射于两种 透明介质的平面分界面而发生折射时，
折射光不再是同心光束，造成象差,
光在平面上的反射和折射
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同心光束进入样品池的情况,折射光不再同心！
思考：如何计算 L？
光折射导致的散焦问题
i
1
L
n
3
n
2
n
1
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s i n m ni
n
当光从光密介质射向光疏介质，且入射角 i 大于某一值 im时，
入射光将从介质的分界面上全部反射回去而无折射光线，
这一现象称为光的 全反射 。
nn
二、全反射
im 称为临界角，其满足：
I ＞ I
m
nn＞′
I
m
I
m
I＜
n
n ′
I ′
A
mii?
mii?
mii?
r
nn
n
n?
S
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利用全反射可制作光导纤维！
如何计算最大入射角 imax？ 如何才能有效增大 imax？
光导纤维
i
m a x
n
3
=1
n
2
n
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光在球面上的反射和折射单一球面是组成光学仪器的基本元件和简单的光学系，
因而是研究光学系统成象问题的基础。
一、符号规定光路方向,从左到右为正向，反之取负。
线段的正负,
沿光轴方向 以光轴与球面的交点（顶点）为原点，向右取正，向左取负；
与光轴的垂直距离 以光轴为基准，在其上方取正，下方取负。
i
i
P C P?
A
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光线方向的倾角从主铀 （ 或球面法线 ） 算起,并取小于?/2
的角度 。 由轴或法线转向光线时,若沿顺时针方向转,角度取正值；沿逆时针方向转,则角度取负值 。
角度的正负,
在图中出现的长度和角度都是绝对值。所以若 s表示的某线段值是负的，则应用 -s来表示该线段的几何长度。
从发光点发出的单心光束，或平行光束经球面反射后，将不再保持单心性。
二、球面反射对光束单心性的破坏三、近轴光线条件下单球面反射的物象公式
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1.物象公式
1 1 2
s s r
s — 物距,s′— 象距,r — 球面镜半径。
s — s′一一对应,理想象点 或 高斯象点 。
反射球面焦点平行光入射时反射光在主光轴上的会聚（或发散）点。
焦距 — 焦点到球面顶点间的距离 f′。
2
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令
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A
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近轴光线条件下，单球面反射的物象公式
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球面反射物象公式（高斯公式）
1 1 1
s s f
四、近轴光线条件下的球面折射物象公式
n n n n
s s r
光焦度：
nn
r
球面反射基本公式
i?
i
CP n n?
A
O P?
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r
2? 2
球面折射基本公式
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1） 物象共轭：物 — 象对应点、对应光线。
基本术语入射光束在其中行进的空间称为物空间；
折射光束在其中行进的空间称为象空间。
2） 物空间、象空间：
当象距 s′> 0，成实象；当 s′< 0，成虚象。
对单球面折射,若实物物距 s < 0，则对单球面反射,物、象空间相重合。若 s < 0，则当 s′< 0 得实象,s′> 0，得虚象。
讨论
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象方焦点 F′— 平行于主轴的入射光折射后与主轴的交点象方焦距 f′ — 从球面顶点 O到象方焦点 F′的距离
nfr
nn
令 s→∞ 得物方焦距 f — 从球面顶点到物方焦点 F 的距离
4） 物方焦点和物方焦距：
物方焦点 F — 主轴上这样的点，其发出的光经折射后成为行于主轴的平行光束。
nfr
nn
令 s′→∞ 得
3） 象方焦点和象方焦距：
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fn
fn
f 与 f′的关系：
讨论：
1） 负号表示物方和象方焦点永远位于球面界面的左右两方；
2） 因 n≠n′，所以 ∣ f∣ ≠∣ f′∣
3） 对于球面反射,f = f′，不必区分物方和象方反射可看做是折射的特例
1ff
ss
五、高斯物象公式联系物距、象距和焦距关系的普遍公式
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若确定物点 P 和象点 P′的位置时，物距和象距分别从物方和象方焦点算起，则推出另一种形式的物象公式 —— 牛顿物象公式六、牛顿物象公式
x?
x? f
f?
r
CFP F? P?
A
O
n n?
x x ff
特点,运用时更为简捷方便
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凸透镜 —— 中间部分比边缘部分厚的透镜凹透镜 —— 中间部分比边缘部分薄的透镜厚透镜 —— 透镜厚度与球面曲率半径相比不能忽略薄透镜 —— 透镜厚度与球面的曲率半径相比可忽略主截面 —— 包含主轴的任一平面透镜主轴 —— 连接透镜两球面曲率中心的直线透镜孔径 —— 透镜圆片的直径物方焦平面 —— 过物方焦距且垂直于主轴的平面象方焦平面 —— 过象方焦距且垂直于主轴的平面薄透镜一、基本名词透镜,由两个球面或一个球面与一个平面组合而 成
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1F 2
F
会聚透镜焦点
1F 2F
发散透镜焦点
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双凸 平凸 双凹 平凹常见透镜
2 1 1 2
12
n n n n n n
s s r r
12,,n n n
二、近轴条件下薄透镜的物象公式分别是物方、透镜和象方的折射率。
26
1ff
ss
薄透镜的高斯公式
p
l
A A '
O O '
M N
- S
- r 2
r 2
s '
l'
P'
x x f f
薄透镜物象公式的牛顿形式由两焦点分别作为计算物距和象距的起点
27
薄透镜的光心对处于同一介质中的透镜，通过光心的光线不改变传播方向。
薄透镜的两个顶点的重合处 O,
定义,在近轴条件下，象的横向大小与物的大小之比值称为透镜的横向放大率：
三、透镜的横向放大率
ys
ys
fx
xf
可推出：
28
fx
xf?
讨论：
1 1
> 0，成正象；?< 0 成倒象。
Q
P'P
Q'
-s s'
y o
y'
放大的象； 缩小的象。
29
P F
B
A
O F'
P'
(a)
1 从 P点作沿主轴的入射线折射后方向不变；
2 从 P点作任一光线与透镜交于 A点、与物方焦平面交于 B点；
3 作辅助线（副轴） BO，过 A作与 BO 平行的折射光线 AP′，其与沿着主轴的光线交于 P ′点,则 P ′就是物点 P 的象点。
a,利用物方焦平面和副轴作图：
四、薄透镜的作图求象法
1.凸透镜主轴上的物点 P 成象的作图法：
30
(b)
P
A
B'
F' P'O
b,利用象方焦平面和副轴作图：
31
1 从物点 P发出的任一光线 PA，与透镜交于 A点
2 过透镜中心 O作平行于 PA的副轴 OB′与象方焦平面交于 B′点
3 连接 A,B′两点，它的延长线就是光的折射方向，它与沿主轴的光线交于 P′点，则 P′点即为所求的象点
P
B
F' P'
A
O
2,凹透镜主轴上的物点 P 成象的作图法：
注意,凹透镜的象方焦平面在物空间，物方焦平面在象空间利用象方焦平面和副轴作图：
32
1F 2F
s
s?
1F 2F
s s?
会聚透镜成象发散透镜成象
33
事实上，薄透镜总是有一定的厚度，在使用时，如何考虑其焦距？
思考题
34
特殊反射面一、旋转椭球面二、旋转抛物面用于收集从某个点发出的光信号用于将点光源发出的光转化成平行光，反之亦然。
35
2,物体经透镜所成的象对眼睛的张角,即平行光经透镜聚焦后虚象对人眼的张角。
(注,25cm是人眼的明视距离 )
光学仪器一、简单放大镜物体位于物方焦面上时，定义 角放大率 M：
2
1
2 5 c mM
f
cm25/1 h
fh /2
1,明视距离处的物体对眼睛的张角。
1
A ′ F ′
B′
B
y
A F( )
f
2
眼瞳
36
一般简单放大镜只能取 M~2.5，否则由于象差将使成象模糊。
二、复合显微镜注,16cm近似第一次实象到物镜的距离复合显微镜能获得较大的角放大率。
最基本形式：
由一个目镜和一个物镜组成；物体通过物镜成一实象；目镜则起简单放大镜的作用，把实象 I0 放大成虚象 Ie。
目 镜物 镜物
1eF
2oF
1oF
oI
eI
oo fm /cm16
物镜放大率目镜放大率
ee fM /cm25?
37
目 镜物 镜
2eF
1oF
21,oeFF A B
DC
E G
2 5 c m 1 6 c m
eo
eo
M M m ff
显微镜的总放大率考虑到光的波动性的影响，用可见光观察时显微镜的放大率一般限制正在 1000倍左右。
三、望远镜以开普勒折射望远镜为例，主要元件,透镜 。
物镜具有长焦距 fo，目镜具有短焦距 fe。
38
，
当目镜的第一焦点 Fe1与物镜的第二焦点 Fo2重合时，进入望远镜的平行光将以平行光从目镜射出。但光线与望远镜主轴的夹角改变了。
|| of
AB
|| ef
EG
由近似几何关系：
以及
EGAB?
o
e
fM
f
得望远镜的角放大率由于象差的限制，折射望远镜难于做到大的放大率。反射式望远镜则可以有大的放大率。
39
眼睛是一架精密的光学仪器眼睛一、眼睛的结构
40
折射面的曲率半径 5.56mm
象方介质的折射率 1.333
网膜的曲率半径 9.7 mm
物方焦距 -16.70 mm
象方焦距 22.26 mm
光焦度 59.88屈光度二、简化眼（简约眼）
为方便近似计算，把眼睛简化成一个折射球面的模型，
即简化眼。
简约眼参数表
41
年 龄 10 20 30 40 50 60 70 80
近点距 p
（ cm） -7 -10 -14 -22 -40 -200 100 40
远点距 r (cm) 200 80 40
A=R-P(屈光度 ) 14 10 7 4.5 2.5 1 0.25 0
PRprA 11
rR
1?
pP
1?
眼睛在不同年龄时的调节能力和调节范围表
三、眼睛的调节能力眼睛的调节能力表示为
r,p：分别表示远点和近点到眼睛物方主点的距离,
远点视度近点视度
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近视眼的矫正四、眼睛的缺陷及其矫正近视眼 —— 眼睛的折光能力太强，加负透镜抵消远视眼 —— 眼睛的折光能力太弱，加正透镜加强散光眼 —— 眼的光焦度在不同方向不同，造成一物点发出的光束经眼睛不能相交于同一点上。一般在某正交的方向上作矫正。
A A′
远视眼的矫正
A A′
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五、眼睛对光强变化的适应暗适应,发生在由亮处到暗处时，适应时间大约 30～ 60
分钟。
眼睛能适应不同亮暗的环境，这种能力称为眼睛的 适应 。
眼睛所能感受的光强变化范围很大，其比值可达 1012:1。
适应可分为 明适应 和 暗适应 。
明适应,发生在由暗处到亮处时，适应时间大约几分钟；
