第二章球面和共轴球面系统
2。1某一透镜结构参数如下：
r/mm d/mm n
100
300 1.5
∞
当l=-∞时，求l',在第二个面（平面）上刻十字线，试问通过球面的共轭像在何处？
当入射高度h=10mm时，实际光线和光轴的交点应在何处？在高斯面上的交点高度是多少？这个值说明了什么问题?
l’=299。
解:l’=0，在第二面上十字线其共轭像在无限远。H=10mm，实际光线与广州交点
1
33203mm，这说明了该光线经球面折射后不交于锦州光像点，所以一个物点得到的像是一个弥散斑。
2.2一个玻璃球的直径为400mm，玻璃折射率n=1.5,球中有两个小气泡，一个正在球心,另一个在1/2半径处，沿两气泡的连线方向在球的两边观察两个气泡,它们应在什么位置？如果在水中（n=1.33）观察。则它们应在什么位置?
解：设一个气泡在中心处，另一个在第二面和中心之间.
（1）从右侧观察时，如图a:
a b
（2）从左侧观察时如图b：
(3）在水中时: 中心气泡所成像： ，n ’=1。33 n=1。5，r=200mm ，l=200mm 得到：l'=200mm 仍在圆心处
1/2半径处气泡所成像：
，n ’=1。33 ，n=1.5，r=200mm ，
l=100mm 时 ， l ’=94mm
l=—300mm 时 ， l'=—320mm
2.3一个玻璃球直径为60mm ，玻璃折射率n=1.5,一束平行光射在玻璃球上,其会聚点应在什么位置？
解：
首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式：
由 1n '=1。5 1r =30mm 1n =1 1l =∞
得到:1l '=90mm
对于第二面，d=60mm ，2l =1l '—d=30mm
由 22'222'2
2'r n n l n l n -=- 2n =1。5 2n ’=1 2r =-30mm 1n =1 2l =30mm 得到：2l ’=15mm
会聚点位于第二面后15mm 处.
2。4题2。3中，如果凸面向着平行光的半球镀上反射膜，其会聚点应在什么地方？如果凹面向着光束的半球镀上反射膜，其会聚点应在什么地方？如果反射光束经前面的折射面折射,其会聚点又在什么地方？并说明各个会聚点的虚实。
解：
（1）将第一面镀膜，就相当于凸面镜
像位于第一面的右侧,只是延长线的交点，因此是虚像.
还可以用β正负判断:
(2）光线经过第一面折射：, 虚像
第二面镀膜，
则：
得到：
(3)再经过第一面折射
物像相反为虚像。
2。5某一折射面的曲率半径r=150mm，n=1，n'=1。5，当物位于l=-∞，—1000mm，-100mm，0mm，100mm，150mm和1000mm时,垂轴倍率β应为多少？
解：???
????=-=-l nl l r n l r n ''''n )11()11(β,可得nr n n l nr +-=)('β，将已经条件折射球面半径r=150mm ，折射率n=1和n '=1。5，及对应的物距带入：
（1）l=—∞时,β=0
（2）l=—1000mm 时，β=-0.429
（3）l=-100mm 时,β=1。5
（4）l=0时，由l nr n n r n nr n n l lr n l /)()('''''
+-=+-=解得l '=0。说明物和像都位于单个折射球面 的顶点处，根据几何光学的性质知,此时
β=1。 （5）l=100mm 时,β=0。75
（6）l=150mm 时，β=0.667
（7）l=1000mm 时,β=0.23
2。6某一透镜，1r =—100mm,2r =—120mm ，d=8mm ，n=1.6，在第二个面上镀有反射膜，当平行光由第一个面入射时,试问反射光束通过第一个折射面后会聚于何处?
解：
第一次折射：由 1l =—∞,1r =—100mm
1n =1,1n '=1.6 得到:1l '=—267mm
2l =1l '-d=-275mm 2r =-120mm
经反射面反射，由 得:2l ’=—76。8mm
再由第一面折射，由
，3l =—68.8mm ，3n =1.6，3n ’=1，3r =—100
得：
3l '=—57.9mm
2.7题2.6中，若在第二个折射面上镀有半反射、半透明的膜层，若l=-400mm,400mm 时，试问其透射像和反射像各在什么地方？ 解：第一次折射：由 1l =—400mm ，1r =—100mm
1n =1，1n '=1。6 得到：1l ’=-188mm
2l =1l '—d=—196mm 2r =—120mm
经反射面反射，由 得：2l ’=—86.4mm
再由第一面折射，由,3l =—78。4mm,3n =1.6,3n '=1，3r =—100得: 3l '=—69.4mm 同理可求得l=400mm 时像的位置。
2.8题2。7中两个物距的垂轴倍率β为何值?
解：根据题2.7计算结果,由????
?????='-=''=321ββββββl l l n l n 得： ='β—0。183
=''β0。135
2.9设某一球面反射镜1r =—100mm ，试求垂轴倍率β=?-1.0,?-2.0,?-1，?1，?10，?∞的情况下的物距和像距？
解： r l l 211=+' ，
l l '-=β 1） 0=β时， ,50-=l -∞=l
0='l ， 50-='l （可用解）
2) 1.0-=β时, ,550-=l mm l 55-='
3) 2.0-=β时， mm l 300-=， mm l 60-='
4) 1-=β时， ,100mm l -= mm l 100-='
5) 1=β时, mm l 0=, mm l 0='
6) 5=β时， mm l 40-=， mm l 200='
7） 10=β时， mm l 45-=, mm l 450='
8) ∞=β时， mm l 50-=, -∞='l
§1.9 共轴球面系统的逐次成像法 重点：主光轴、逐次成像法 ∑1 ∑2 ∑3 ∑4 共轴球面折射系统 1．逐次成像法 2．垂轴放大率：m m m m y y y y y y y y ββββ""??=′′′=′=2122111 3．拉－赫公式：m m m u y n u y n ′′′=111 例1.9.1 设空气中两个薄透镜L 1和L 2的光焦度分别为Φ1和Φ2，将它们密切接触，求组合系统的光焦度。 分析： 1．薄透镜密切接触问题 2．f f f ′ =′+′11121 或 Φ＝Φ1+Φ2表明： 密接薄透镜组的光焦度等于各透镜的光焦度之和。 3．用逐次成像法可证明，空气中相距为d 的两薄透镜组合的光焦度为 Φ＝Φ1+Φ2－d Φ1Φ2厚透镜的光焦度则为：Φ＝Φ1+Φ2－(d / n)Φ1Φ2 例1.9-2 有一玻璃半球，折射率为1.5，球面半径为5.0cm ，平面镀银。在球面顶点前方10.0cm 处有一小物休，用逐次成像法求它经这个系统最后所成的像。
分析： 1．逐次成像法 2．入射反向时的符号法则应用 例1.9-3 一个凹面镜焦距为125mm ，水平放置，凹面向上，并在凹面上注以CS 2液体，液体中心厚度为7mm ，当一个发光点放在光轴上距液面150mm 时，其像点与物点重合，试求CS 2的折射率（图1.9-4）。 分析： 图 1.9-4 1．光的可逆性的应用，仅当物点经平面折射所成的像S 1 S ′在凹面反射镜的曲率中心处时，通过凹面镜反射的光线沿原路返回再经平面折射最后所成的像才 能与物点重合。 C S ′S 2．利用逐次成像法验证
光在球面上的反射与折射 、球面镜成像 （1）球面镜的焦距球面镜的反射仍遵从反射定律，法线是球面的半径。一束近主轴的平行光线，经凹镜反射后将会聚于主轴上一点F （图1-4-1），这F 点称为凹镜的焦点。一束近主轴的平行光线经 凸面镜反射后将发散，反向延长可会聚于主轴上一 点F （图1-4-2），这F 点称为凸镜的虚焦点。焦点 F 到镜面顶点O 之间的距离叫做球面镜的焦距f 。可以证明，球面镜焦距f 等于球面半径R 的一半，即 2R f = （2）球面镜成像公式 f u 111=+υ 上式是球面镜成像公式。它适用于凹面镜成像和凸面镜成像，各量符号遵循“实取正，虚取负”的原则。凸面镜的焦点是虚的，因此焦距为负值。在成像中，像长 和物长h 之比为成像放大率，用m 表示， u h h m υ='= 由成像公式和放大率关系式可以讨论球面镜成像情况，对于凹镜，如表Ⅰ所列；对于凸 镜，如表Ⅱ所列。 、球面折射成像 （1）球面折射成像公式 r n n v n u n 1 221-=+ 这是球面折射的成像公式，式中u 、υ的符号同样 遵循“实正虚负”的法则，对于R ；则当球心C 在出射光的一个侧，（凸面朝向入射光）时为正，当球心C 在入射光的一侧（凹面朝向入射光）时为负。 若引入焦点和焦距概念，则当入射光为平行于主轴的平行光（u=∝）时，出射光（或其反向延长线）的交点即为第二焦点，（也称像方焦点），此时像距即 是第二焦距2f ，有1 22 2n n R n f -=。当出射光为平行光时，入射光（或其延长线）的交点即第一焦点（即物方焦点），这时物距即为第一焦距1f ，有 121 1n n R n f -=，将1f 、2f 代入成像公式改写成 图图1-4-2 图1-4-6 A
§2.2球面光学成像系统、 ?本节讨论有限大小的物体经过折射球面在近轴区的成像情况 ?有限大小的物体经折射球面的成像，除了物象位置外，还会涉及像的正倒、虚实、放大率等问题。 ?细小物平面以细小光束成像 物平面是靠近光轴的很小的垂轴平面，并以细光束成像，就可以认为其像面也是平的，成的是完善像，称为高斯像，我们将这个成完善像的不大区域称为近轴区 一单个折射球面成像 当求得一对共轭点的截距l和l'后，可求得通过该共轭点的一对共轭面上的垂轴放大率。 β仅和共轭面位置有关。
在同一对共轭面上，β为常数，所以像和物相似 当|β|> 1，为放大像；当|β|<1，为缩小像 ?2.轴向放大率 指光轴上一对共轭点沿轴移动量之间的关系 物点沿轴移动一微小量dl，相应的像移动dl' 讨论： ①α恒为正，当物点沿轴向移动时，像点沿轴同向移动 ②一般，α≠β，即空间物体成像后要变形。如正方体
③只有在dl很小时才适用 如果物点沿轴移动有限距离，如图所示，此距离显然可以用物点移动的始末两点A1和A2的截距差l2－l1 来表示，相应于像点移动的距离应为l 2'-l 1' 对A1和A2点 移项整理得 即
其中β1和β2分别为物在A1和A2两点的垂轴放大率 3.角放大率 共轭光线与光轴夹角u'和u 的比值，称为角放大率 4. 三个放大率之间的关系 5. 拉亥不变量J 在公式β=y'/y=nl'/n'l 中，利用公式γ=l/l'=u /u'，
此式称为拉格朗日－亥姆霍兹恒等式，简称拉亥公式。其表示为不变量形式，用J 表示，简称拉亥不变量。 J 表征了这个光学系统的性能，即能以多高的物、多大孔径角的光线入射成像。J 值大，表明系统能对物体成像的范围大，成像的孔径角大，传输光能多。同时，孔径角还与光学系统分辨微细结构的能力有关。所以J 大的系统具有高的性能。 ?1.完善成像的等光程条件 ?2.轴上物点单个折射球面的光路计算公式 ?3.轴上物点近轴光路
光在球面上的反射与折射 1.4.1、球面镜成像 （１）球面镜的焦距球面镜的反射仍遵从反射定律,法线是球面的半径。一束近主轴的平行光线,经凹镜反射后将会聚于主轴上一点F （图１-4-１)，这F 点称为凹镜的焦点。一束近主轴的平行光线经 凸面镜反射后将发散，反向延长可会聚于主轴上一 点F （图1-４－２），这F 点称为凸镜的虚焦点。焦 点Ｆ到镜面顶点O 之间的距离叫做球面镜的焦距ｆ。可以证明，球面镜焦距ｆ等于球面半径R 的一半，即 2R f = （2）球面镜成像公式 f u 111=+υ 上式是球面镜成像公式。它适用于凹面镜成像和凸面镜成像，各量符号遵循“实取正,虚取负”的原则。凸面镜的焦点是虚的,因此焦距为负值。在成像中,像长 和物长h 之比为成像放大率,用m 表示, u h h m υ='= 由成像公式和放大率关系式可以讨论球面镜成像情况,对于凹镜,如表Ⅰ所列;对于凸镜, 如表Ⅱ所列。 1.4.2、球面折射成像 (1)球面折射成像公式 r n n v n u n 1 221-=+ 这是球面折射的成像公式,式中u 、υ的符号同样 遵循“实正虚负”的法则，对于R;则当球心Ｃ在出射光的一个侧，(凸面朝向入射光）时为正，当球心C 在入射光的一侧(凹面朝向入射光）时为负。 若引入焦点和焦距概念，则当入射光为平行于主轴的平行光(u=∝）时,出射光(或其反向延长线)的交点即为第二焦点，（也称像方焦点),此时像距即是第二焦 距2f ,有1 22 2n n R n f -=。当出射光为平行光时,入射光(或其延长线）的交点即第一焦点（即物方焦点),这时 物距即为第一焦距1f ,有 121 1n n R n f -=，将1f 、2f 代入成像公式改写成 图1-4-1 图 1-4-2 图1-4-6 A
第二章球面和共轴球面系统 2。1某一透镜结构参数如下： r/mm d/mm n 100 300 1.5 ∞ 当l=-∞时，求l',在第二个面（平面）上刻十字线，试问通过球面的共轭像在何处？ 当入射高度h=10mm时，实际光线和光轴的交点应在何处？在高斯面上的交点高度是多少？这个值说明了什么问题? l’=299。 解:l’=0，在第二面上十字线其共轭像在无限远。H=10mm，实际光线与广州交点 1 33203mm，这说明了该光线经球面折射后不交于锦州光像点，所以一个物点得到的像是一个弥散斑。 2.2一个玻璃球的直径为400mm，玻璃折射率n=1.5,球中有两个小气泡，一个正在球心,另一个在1/2半径处，沿两气泡的连线方向在球的两边观察两个气泡,它们应在什么位置？如果在水中（n=1.33）观察。则它们应在什么位置? 解：设一个气泡在中心处，另一个在第二面和中心之间. （1）从右侧观察时，如图a: a b （2）从左侧观察时如图b：
(3）在水中时: 中心气泡所成像： ，n ’=1。33 n=1。5，r=200mm ，l=200mm 得到：l'=200mm 仍在圆心处 1/2半径处气泡所成像： ，n ’=1。33 ，n=1.5，r=200mm ， l=100mm 时 ， l ’=94mm l=—300mm 时 ， l'=—320mm 2.3一个玻璃球直径为60mm ，玻璃折射率n=1.5,一束平行光射在玻璃球上,其会聚点应在什么位置？ 解： 首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式： 由 1n '=1。5 1r =30mm 1n =1 1l =∞ 得到:1l '=90mm 对于第二面，d=60mm ，2l =1l '—d=30mm 由 22'222'2 2'r n n l n l n -=- 2n =1。5 2n ’=1 2r =-30mm 1n =1 2l =30mm 得到：2l ’=15mm 会聚点位于第二面后15mm 处. 2。4题2。3中，如果凸面向着平行光的半球镀上反射膜，其会聚点应在什么地方？如果凹面向着光束的半球镀上反射膜，其会聚点应在什么地方？如果反射光束经前面的折射面折射,其会聚点又在什么地方？并说明各个会聚点的虚实。
§1.4、光在球面上的反射与折射 1.4.1、球面镜成像 （1）球面镜的焦距球面镜的反射仍遵从反射定律，法线是球面的半径。一束近主轴的平行光线，经凹镜反射后将会聚于主轴上一点F （图1-4-1），这F 点称为凹镜的焦点。一束近主轴的平行光线经凸面镜反射后将发散，反向延长可会聚于主轴上一点F （图1-4-2），这F 点称为凸镜的虚焦点。焦点F 到镜面顶点O 之间的距离叫做球面镜的焦距f 。可以证明，球面镜焦距f 等于球面半径R 的一半，即 2R f = （2）球面镜成像公式 根据反射定律可以推导出球面镜的成像公式。下面以凹镜为例来推导：（如图1-4-3所示）设在凹镜的主轴上有一个物体S ，由S 发出的射向凹镜的光线镜面A 点反射后与主轴交于S '点，半径CA 为反射的法线，S '即S 的像。根据反射定律， AC S SAC '∠=∠，则CA 为S SA '角A 的平分线，根据角平分线的性质有 图1-4-1 图 1-4-2
S C CS S A AS '= ' ① 由为SA 为近轴光线，所以O S S A '='，SO AS =，①式可改写为 S C CS S O OS '= ' ② ②式中OS 叫物距u ，S O '叫像距v ，设凹镜焦距为f ，则 f u OC OS CS 2-=-= υ-='-='f S O OC S C 2 代入①式 υ υ --= f f u u 22 化简 f u 111=+υ 这个公式同样适用于凸镜。使用球面镜的成像公式时要注意：凹镜焦距f 取正，凸镜焦距f 取负；实物u 取正，虚物u 取负；实像v 为正，虚像v 为负。 f u 111=+υ
文档 §1.4、光在球面上的反射与折射 1.4.1、球面镜成像 （1）球面镜的焦距球面镜的反射仍遵从反射定律，法线是球面的半径。一束近主轴的平行光线，经凹镜反射后将会聚于主轴上一点F （图1-4-1），这F 点称为凹镜的焦点。一束近主轴的平行光线经凸面镜反射后将发散，反向延长可会聚于主轴上一点F （图1-4-2），这F 点称为凸镜的虚焦点。焦点F 到镜面顶点O 之间的距离叫做球面镜的焦距f 。可以证明，球面镜焦距f 等于球面半径R 的一半，即 2R f = （2）球面镜成像公式 根据反射定律可以推导出球面镜的成像公式。下面以凹镜为例来推导：（如图1-4-3所示）设在凹镜的主轴上有一个物体S ，由S 发出的射向凹镜的光线镜面A 点反射后与主轴交于S '点，半径CA 为反射的法线，S '即S 的像。根据反射定律， AC S SAC '∠=∠，则CA 为S SA '角A 的平分线，根据角平分线的性质有 O 图1-4-1 图 1-4-2
文档 S C CS S A AS '= ' ① 由为SA 为近轴光线，所以O S S A '='，SO AS =，①式可改写为 S C CS S O OS '= ' ② ②式中OS 叫物距u ，S O '叫像距v ，设凹镜焦距为f ，则 f u OC OS CS 2-=-= υ-='-='f S O OC S C 2 代入①式 υ υ --= f f u u 22 化简 f u 111=+υ 这个公式同样适用于凸镜。使用球面镜的成像公式时要注意：凹镜焦距f 取正，凸镜焦距f 取负；实物u 取正，虚物u 取负；实像v 为正，虚像v 为负。 f u 111=+υ
第三节球面反射和折射 1、盛水银的容器绕铅垂轴以匀角速度转动，角速度为。试求： s rad /1=ω(1)水银面所成的形状；(2)该凹面镜的熊距。 解：如图所示，P 点的斜率为 r g mg r m dr dz tg 2 2ωωα===故22 2r g z ω=与抛物线的标准形式 px y 22=比较，得焦点坐标为 2 p z =2 22ωg p =故m g p z f 9.41 28.922'2=×====ω2、体温表的断面如图所示，已知水银柱A 离顶点O 距离为2．5mm，设玻璃的折射率n＝1．50，若欲看到水银柱放大6倍的虚象，顶点O 处曲率半径R 应为多大？
解：球面折射的焦距为(R>0) R R n n n f 32 31)(23''?=???=??=R f s x 35.2+?=?=横向放大率为 635.2)3(=+??=?=R R x f βR R 18153+?=故mm R 1=3、某人把折射率n＝1.50、半径为10cm 的玻璃球放在书上看字，试问： (1)看到的字在何处？横向放大率是多少？ (2)若将玻璃球切成两半并取半球，令其平面向上，而让球面和书面相接触，这时看到的字在何处？横向放大率为多少？ 解：(1)由于P 点位于右侧球面的顶点，故横向放大率β＝1，故仅需计及左侧球面的折射成象即可。折射成象的物象公式为 r n n s n s n ?=?'''11将，，和代入上式，得 10?=?=R r 23=n 0.1'=n 20?=s cm s 40'1?=3''1==s n ns β
成一虚象。 (2)如图(b)所示， R PC OP =≈根据折射定律 2 21sin sin 'sin i i n i n ==按几何关系，得 R x OP x i == 1sin ''sin 2CP x OP x i ≈=故 ''CP x n R x n =即cm R n n CP 7.6105.11''=×==110 7.615.1'15.1'''122=?=?=?=CP CP s s n n y y β4、空气的折射率在温度为300K、一个大气压下时，对可见光中心波长为1.0003。设大气层是等温的。试问密度系数为多少时， 地球表面大气较密而能使光线沿海平面弧度弯曲(在无云的天空中，理论上可以整夜看到落日，其形状被剧烈地沿铅直方向压缩)。设折射率n 的性质为(n －1)正比于大气密度，且等温大气层1／e 的高度为8700m。解：因(n－1)正比于大气密度，设 8700 1)(R r e r n ???=?ρ
非球面镜头与球面镜头的比较选择及应用 一、引言 目前，监控市场上对24h连续监控的需求越来越多，由此产生了越来越多的日夜型摄像机。这种摄像机如果采用普通镜头，其白天的图像调节清晰，晚上的图像就变得模糊；反之，晚上图像调节清晰，白天就模糊。其原因是由于普通摄像镜头不可能使可见光和红外光这两种不同波长范围的光线在同一个焦面上成像，因为不同波长的光线通过作为光学介质的镜头之后，聚焦的位置不同。而普通摄像镜头，是只限定在可见光波长范围的性能要求而设计的，因此作为日夜使用就会出现上述现象。 本部分设定了隐藏,您已回复过了,以下是隐藏的内容 红外镜头放在日夜摄像机上能对应可见光与红外光的转换，从而始终保持所监控图像画面的清晰。其原因是，因为红外镜头是根据可见光和红外光这两种波长范围而设计制作的，所以它能使可见光和红外光在统一的焦面上成像。 红外镜头即IR镜头，它采用了特殊的光学玻璃材料，并用最新的光学设计方法，从而消除了可见光和红外光的焦面偏移，因此从可见光到红外光区的光线都可以在同一个焦面位置成像，使图像都能清晰。此外，红外镜头还采用了特殊的多层镀膜技术，以增加对红外光线的透过率，所以用IR镜头的摄像机比用普通镜头的摄像机夜晚监控的距离远。 现在，红外镜头在市场上有定焦与变焦镜头系列，还有1/3与1/2in等系列。其应用范围广泛，除专门作红外对应的特殊用途外，也可用作普通镜头，并能有效地提高成像质量。 除了有专门设计的红外镜头外，实际上24h连续监控的电视监控系统，大多使用的是一种非球面镜头。下面就介绍一下这种镜头的原理、特点、与球面镜头的比较选择及其在电视监控中的应用。 二、非球面镜头的原理 常用的普通摄像镜头为球面镜头，它采用的是球面镜片，而不是平面。一般球面镜片会出现像差，如球差、色差、彗差等，因而实际的摄像镜头通常需要多片凹凸程度不同的镜片，进行分组组合来予以校正。最简单的定焦镜头一般需要4片3组、6片4组或7片4组，而高档的变焦镜头则需要10多片10多组的镜片组合。显然，这不仅使镜头的体积和重量增加，而且使透过的光也减少了。对F值小的高感度镜头来说，其有效通光口径越大，球面像差就越大，当然其校正也就越困难。正是由于球面镜头的缺点，才研制了非球面镜头。
第24卷第2期 河池师专学报 Vol .24No.22004年6月 JOURNAL OF HEC HI NORMAL COLLEGE June.2004 关于共轴球面系统的定义 秦任甲 (河池学院 物理系,广西 宜州 546300) [摘 要] 在所能查到的自50年代以来的大量书籍中,对光学共轴球面系统的定义如出一辙,看来能均是错误的。本文分析了错误的原因并提出了正确的定义。 [关键词] 光学;共轴球面系统;定义错误 [中图分类号] O43 [文献标识码] A [文章编号] 1005-765(2004)02-0044-01 由曲率中心同在一直线上的两个或两个以上球面组成的系统,称为共轴球面系统。诸中心所在的直线称为系统的主(光)轴。 笔者所能找到的凡有共轴球面系统定义的几十种光学书籍中,无一不是采用与此雷同的定义。这些书包括了上世纪50年代初到近两年出版的译著和编著,是颇具代表性、权威性的,绝大多数还是全国普遍使用的大学教材,也包括除笔者主编的以外笔者所见到的医用物理教材。但是,深入分析后不难发现,如此定义共轴球面系统是经不起推敲的。这个定义只要求各球面的曲率中心在同一直线上,孰不知一个物体只确定一个点,其方位还是不确定的。组成系统的所有球面都可绕其曲率中心转动到任意方位。这样各球面的主(光)轴可与它们的曲率中心所在的那条直线成任意夹角。因此,一般而言不可能成为共轴球面系统,各曲率中心所在的直线也成不了各球面的公共主(光)轴。 这样定义共轴球面系统失去定义的唯一性原则,即若满足定义要求的条件,其结果应该是唯一的。但这个定义却可出现两种或多种结果。问题在于这样定义共轴球面系统,只提出了必要条件!!!各曲率中心在同一直线上,而缺少了充分条件!!!这条直线还必须通过各球面的顶点。正确的定义可有如下两种:(1)各球面顶点和曲率中心都在同一直线上的两个或两个以上球面组成的系统,称为共轴球面系统。诸球面顶点和曲率中心所在的直线称为该系统的主(光)轴;(2)各主(光)轴相重合的两个或两个以上球面组成的系统称为共轴球面系统。各球面主(光)轴所重合于的直线称为该系统的主(光)轴。 有文献表明,这个错误定义很可能是从国外传入的。在国内广泛存在至少已有半个多世纪,误导一代又一代学人。撰此短文就是要正其名,还其本来面目,在新世纪之初结束其误导。 The Definition of Coaxial Optical System QIN Ren jia (D epartment of Physics,Hechi C ollege,Yizhou,Guangxi 546300,C hina) [Abstract] The author read lots of books about photics since last fifties and found that the definitions of coaxial optical syste m are all wrong.This article analyses the causes why they are wrong and points out the correct definition. [Key words] photics;coaxial optical system;definition error 44 [收稿日期]2004-03-11 [作者简介]秦任甲(1939-),男,桂林医学院,物理学教授,河池学院兼职教授。中国生物医学工程学会医学物理分会理 事,及其所属临床血液流变学专业委员会主任委员,?中国血液流变学杂志#等多种杂志常务编委或编委。主 要研究方向:生物物理学分支!!!血液流变学、医学物理学、物理科学方法。
1.有一直径为100mm 、折射率为1.5的抛光玻璃球，在视线方向可见球内有二个气泡，一个位于球心，另一个位于球心与前表面间的一半处。求二个气泡在球内的实际位置。 解： 由单折射面在近轴区域的物象关系公式r n n l n l n -=-'''，可得r n n l n l n --=''' （1）像在球心时，即r l ='，所以r n r n n r n l n =--=''1，即r l =1仍在球心，物象重合。 （2）因为2' 2r l =，所以r n n r n n r n l n +=--='''22/ 20) 15.1(21001)(2''2=+?=+=+=n n nD n n nr l （mm ） 也即是距离前表明30mm.
2.有一折射率为1.54的玻璃棒，一端为半径为30mm 的抛光凸球面，另一端为磨砂的平面。试问棒长为多少时，正好能于毛面上被球面形成远处物体的清楚像。 解:由单折射面在近轴区域的物象关系公式r n n l n l n -=-'''，可得r n n l n l n --=''', 由于物在无穷远处，所以n n r n l -='''=mm 5556.8554 .03054.1=? 3、一折射球面，其像方焦距和物方焦距分别为180mm 和－150mm ，物方介质为折射率4/3的水，求球面的曲线半径和像方介质折射率 。 解：已知：'f =180mm,150-=f mm,3/4=n ,由折射球面的焦距之间的公式：n f n f -='' 可得像方介质折射率6.11503/4180''=-?-=?-=f n f n （2）由公式r f f =+'，得到球面的曲线半径)(30)150(180'mm f f r =-+=+= 4、有一18mm 高的物体位于折射球面前180mm 处，球面的半径为30mm ，物方为空气，像方介质折射率为1.52， 求像的位置、大小、正倒和虚实。 .解：已知mm y 18=，mm l 180-=，mm r 30=，1=n ，52.1'=n 。 （1）由公式r n n l n l n -=-'''，并把已知数据带入，可得像的位置057.129'=l mm ； （2）由公式l n nl y y '''=，所以49.8) 180(52.118057.129'''-=-??==l n y nl y (mm); （3）由于'y 与y 异号，'l 与l 异号，所以成倒立的实像。 6、曲率半径为200mm 的凹面镜前1m 处，有一高度为40mm 的物体，求