眼视光学基础

这个目录主要记录我的读书笔记,光靠看的话很难看下去,所以尝试这种记录的方法

第一节 几何光学

一、几何光学的基本概念

(一)光的反射与折射

  • 光的反射

当光线照射在物体表面,或两种介质的分界面,就会有一部分光线出现反射(reflection)。有多少光线反射取决于物体的材料和光线投射的角度。

光的反射定律:入射光线、反射光线与法线位于同一平面上,入射角等于反射角

  • 光的折射

当光从一种透明介质进入另一种透明介质时,光的传播方向将会发生偏折,这种现象称为光的折射(refraction)

光发生偏折的原因是光在两种介质的传播速度不一样。

光的折射定律:入射光线、折射光线与法线在同一平面上,入射角\theta_1的正弦与折射角\theta_2的正弦之比,等于第二种介质的折射率n_2与第一种介质的折射率n_1之比

{sin\theta_1\over sin\theta_2 = {n_2\over n_1}}

当光线从折射率低的介质进入折射率高的介质,折射角小于入射角。反之,从折射率高的介质进入折射率低的介质,折射角大于入射角。

  • 全反射

当光线从折射率高的介质进入折射率低的介质,入射角恰好达到某一特定的角度时,折射率为90度,实际上没有折射,只有反射,这个角称为临界角。

(二)物像关系

  • 物与像的互换
  • 物的虚实

在几何光学中有四种不同的光束:会聚光束、发散光束、平行光束、像散光束

  • 像的虚实
  • 物方空间与像方空间
    物方空间是实际入射光束所在的空间,不一定就是物点所在的空间。像方空间是实际出射光束所在的空间,不一定是像点所在的空间。

    (三)符号规则

    现在一般遵循卡迪生(Cartesian)系统
  1. 光线 规定自左向右为正。
  2. 距离(如焦距)、线段(如曲率半径)均自折射面出发,向右为正,向左为负。
  3. 角度 从主轴或法线出发,顺时针为正,逆时针为负。
  4. 垂直线段(如物像高度) 在主轴上方正立者为正,倒立者为负。
  5. 表示方法 点用大写表示,线段用小写表示。

    二、近轴光学理论

    (一)相关概念

  6. 光轴 连接透镜前后表面光学中心的连线。光轴与透镜的交点是薄透镜的光学中心
  7. 焦点 无穷远处的物体发出的平行光线通过透镜后所成的像点即为焦点,也称为像方焦点。平行光线通过凸透镜,能会聚到一个焦点,称为实焦点;凹透镜所成的是虚焦点。
  8. 近轴光线 靠近主光轴的理想光线

    (二)成像公式

    n_1 \approx u+n_2 \approx v = n_1-n_2 \approx r
    还有什么高斯透镜公式,,,有点复杂。透镜的焦距越长,它发散或会聚光线的能力越弱。

    三、像差的概念

    想要获得理想的成像只有在近轴光线的条件下才能得到,即:
  9. 入射光线与光轴的夹角要很小
  10. 物点距离光轴要很近,即系统的孔直径角和视场角都要很小
  11. 是单色光
    实际上日常生活中这些条件都得不到满足,所以实际光学系统成的像与近轴光学理论计算的结果是不同的,实际成像与理想成像之间的偏差即为像差
    像差分两大类,一类是单色像差,包括球差、慧差、像散、场曲和畸变;另一类是色像差,包括轴向色差与垂轴色差。

    第二节 眼镜光学