Лекция 22

1.

Законы геометрической оптики
1. Законы геометрической оптики. Построение изображения в
оптических системах.
2. Элементы фотометрии.
2.1. Энергетические величины.
2.2. Световые величины.

2. 1. Законы геометрической оптики. Построение изображения в оптических системах.

Геометрическая оптика − раздел оптики, в котором распространение
света рассматривается как поток лучей.
Световыми лучами называют линии, перпендикулярные волновому
фронту. Модель светового луча: поток света, прошедший сквозь малое
отверстие.
Законы геометрической оптики
Закон прямолинейного распространения света
В оптически однородной среде свет
распространяется прямолинейно
Доказательство: наличие резкой тени от
предметов.
Закон нарушается в случае малых размеров
освещаемых объектов

3. 1. Законы геометрической оптики. Построение изображения в оптических системах.

Закон независимости световых лучей
Эффект, производимый отдельным лучом, не зависит от
действия остальных лучей.
Закон может нарушаться в случае сильных световых
потоков (нелинейная оптика).
Закон отражения
Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом, угол
падения равен углу отражения.
i1
i1
S1 - отражающая поверхность;
S2 - плоскость падения; АО падающий луч; ОВ - отраженный
луч; ON - перпендикуляр.

4. 1. Законы геометрической оптики. Построение изображения в оптических системах.

Закон преломления
Преломлённый луч лежит в одной плоскости с падающим .Отношение
синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина
постоянная для двух данных сред − относительный показатель
преломления n21.
i1
sin i1
n2 υ1
n21
sin i2
n1 υ2
i1
1
2
i2
υ1, υ2 − скорости распространения
лучей в средах 1 и 2

5. 1. Законы геометрической оптики. Построение изображения в оптических системах.

Полное внутреннее отражение
При увеличении угла падения увеличивается угол преломления. При
некотором угле падения (предельный угол, iпр) угол преломления
станет равным π/2. При углах падения луч идет по границе раздела сред
(i 1> i пр), падающий свет полностью отражается.
Полное внутреннее отражения используется в
призмах.
поворот на 90°
поворот на 180°
sin iпр n21
обернуть лучи

6.

1. Законы геометрической оптики.
Построение изображения в оптических системах.
Отражающие призмы применяются в оптических приборах (биноклях,
перископах), а также в рефрактометрах.
Вопросы передачи световых волн и изображений изучаются в
специальном разделе оптики − волоконной оптике.
Световоды используются для передачи и кодирования информации,
для исследований в медицине и т.д.

7.

1. Законы геометрической оптики.
Построение изображения в оптических системах
Для изменения хода лучей используют различные элементы. Наиболее
распространенные из них призмы, зеркала и линзы.
Линзы – прозрачные тела, ограниченные сферическими или
цилиндрическими поверхностями.
F
F
Собирающая линза преобразует
параллельный световой пучок лучей в
сходящийся пучок.
Рассеивающая линза преобразует
параллельный световой пучок лучей в
расходящийся пучок.

8.

1. Законы геометрической оптики.
Построение изображения в оптических системах
MN –линза
О – оптический центр линзы
АОА1 – главная оптическая ось линзы;
F1 , F2 , - фокусные расстояния;
ОВ – расстояние от предмета до линзы;
ОВ1 – расстояние от изображения до
линзы
Фокусное расстояние (F, м) –
геометрической место точек, в котором
собираются все лучи.
Оптическая сила линзы (D, дптр) − величина,
обратная фокусному расстоянию.
D
1
F

9.

1. Законы геометрической оптики.
Построение изображения в оптических системах
Положение
предмета
Комментарий
СОБИРАЮЩАЯ ЛИНЗА
Характеристика
изображения
ОВ < F
Предмет находится между
фокусом и линзой.
мнимое,
уменьшенное, прямое
ОВ = F
Предмет находится в фокусе
изображения нет
F < ОВ < 2F
Предмет находится между
фокусом и двойным фокусом.
действительное,
увеличенное, обратное
(перевернутое).
ОВ = 2F
Предмет находится в двойном
фокусе
действительное, равное,
обратное (перевернутое)
ОВ >2F
Предмет находится за двойным
фокусом
действительное,
уменьшенное, обратное
(перевернутое).
Любое
РАССЕИВАЮЩАЯ ЛИНЗА
мнимое,
уменьшенное, прямое

10. Ход лучей в зеркалах

1. Законы геометрической оптики.
Построение изображения в оптических системах.
Ход лучей в зеркалах
плоское зеркало
сферическое зеркало
S – действительное
положение объекта;
S` − мнимое положение
объекта.
S – действительное положение
объекта;
S` − мнимое положение объекта;
О – оптический центр (полюс);
F – фокусное расстояние.

11. Формула сферического зеркала (тонкой линзы)

1. Законы геометрической оптики.
Построение изображения в оптических системах
Формула сферического зеркала (тонкой линзы)
1 1 1
2
a b F R
а – расстояние от полюса зеркала (линзы) до предмета;
b – расстояние от полюса зеркала (линзы) до изображения;
F – фокусное расстояние; R – радиус кривизны.
Изображение мнимое: b берется со знаком минус.
Выпуклое зеркало: F берется со знаком минус.
Увеличение изображения :
b
Г
a

12. 2. Элементы фотометрии. 2.1. Энергетические величины. 2.2. Световые величины

Фотометрия – раздел оптики, занимающийся измерением световых
потоков и величин, связанных с этими потоками.
Энергетические величины – характеризуют энергетические
параметры оптического излучения;
Световые величины – характеризуют физиологическое действие
света и оцениваются по воздействию на глаз.
Единицы
измерения
Вт
ватт
кд
кандела
ср
стерадиан
лм
люмен
лк
люкс

13. 2.1. Энергетические величины.

Величина, ед. изм.
Формула
Пояснение
1 Поток излучения,
W
е
t
W – энергия излучения
t − время
2 Излучательность,
е
Rе
S
S – площадь сечения, через
которое проходит поток
3 Сила света, Вт/ср
е
Iе
Ω – телесный угол, в пределах
которого распространяется
излучение
ΔIe – сила света элемента
излучающей поверхности
ΔS – проекция элемента на
плоскость, перпендикулярную
направлению наблюдения
S –площадь освещаемой
поверхности
Вт
Вт/м2
4 Энергетическая
яркость
(лучистость),
Вт/(ср∙м2)
5 Энергетическая
освещенность,
Вт/м2
Ве
I е
S
е
Ее
S

14. 2.2. Световые величины

Величина, ед. изм.
Формула
1 Сила света, кд
d
I
d
2 Световой поток, лм
d I d
3 Светимость, лм/м2
R
S
2
Яркость,
кд/м
4
5 Освещенность, лк
Пояснение
dФ – поток излучения;
dΩ – телесный угол
Ф – световой поток; S площадь
φ –угол падения
dI
B
dS cos
E
S