一.光线的概念
能够传输能量的几何线
二.几何光学基本定律
直线传播和折射、反射定律，马吕斯定律，费尔马原理三种表达形式
三 .全反射现象和光路可逆定理
四.几何光学应用范围
五.光学系统的有关 概念（重要）
光学系统：根据需要改变光线传播方向以满足使用要求的光学零件组合；共轴光学系统：有同一对称轴线的光学系统； 非共轴光学系统：有同一对称轴线的光学系统；
球面光学系统：构成系统的零件表面均为球面的光学系统；
非球面光学系统：含有非球面的光学系统；
共轴球面光学系统：光学零件表面为球面，且球心排列在同一直线上的光学系统；目前广泛使用的大多是共轴球面系统和平面镜棱镜系统的组合。
六.透镜
组成光学系统最基本的元件，主要作用是成像。
按面形划分：球面透镜和非球面透镜；
按使光线折转的作用来分：会聚透镜（正透镜）和发散透镜（负透镜） ；
会聚透镜特点：中心厚边缘薄，焦距 f ' 0 ；
发散透镜特点：中心薄边缘厚，焦距 f ' 0 ；
七.成像的有关概念
由一点 A 发出的光线经光学系统后聚交或近似聚交在一点 A ' ，则 A 点为物点， A '点为
物点 A 通过光学系统所成的像点。
物像的虚实：光线延长线的交点是虚的，实际光线的交点是实的。 发散的物，汇聚的像是实的；
汇聚的物，发散的像是虚的；
物点像点的区分：
入射光线交点是物点，出射光线交点是像点。
实物空间：光学系统第一个曲面以前的空间； 虚物空间：光学系统第一个曲面以后的空间；
实像空间：光学系统最后一个曲面以后的空间；
虚像空间：光学系统最后一个曲面以前的空间；
物空间折射率：实际入射光线所在空间介质的折射率；
像空间折射率：实际出射光线所在空间介质的折射率；
八.理想像和理想光学系统
理想像点：由同一物点 A 发出的全部光线，通过光学系统后任然相交于唯一像点 A ' ，
则称 A ' 为物点 A 的理想像点；
什么是眼球的屈光系统
眼球的屈光系统是指眼球内部的一系列光学结构，它们共同作用于从外界进入眼内的光线，使其在视网膜上形成
清晰的物像。眼球的屈光系统主要包括角膜、房水、晶状体和玻璃体四个部分，其中角膜和晶状体是最重要的屈
光体，它们的屈光力占了眼球总屈光力的绝大部分。眼球的屈光系统不仅能够折射光线，还能够调节光线的聚
焦，这就是眼睛的调节功能。调节功能主要由晶状体完成，它可以根据物体距离的远近，改变自身的形状和位
置，从而调整眼球的屈光力，使不同距离的物体都能在视网膜上清晰成像。眼球的屈光系统是人类视觉的基础，
它决定了我们能够看到什么样的世界。如果眼球的屈光系统出现异常，就会导致视力下降或者视觉畸变，这就是
常见的屈光不正，如近视、远视、散光等。屈光不正可以通过佩戴眼镜、隐形眼镜或者进行激光手术等方式来矫
正，从而恢复正常的视觉。
一、眼球的屈光系统概述
1.1 眼球的屈光系统定义
眼球的屈光系统（refractive system of eyeball）是指眼球内部的一系列光学结构，它们共同作用于从外界进入眼
内的光线，使其在视网膜上形成清晰的物像。眼球的屈光系统可以看作是一个复杂的透镜系统，它由多个不同折
射率和曲率半径的透明介质组成。
1.2 眼球的屈光系统组成眼球的屈光系统主要包括以下四个部分：
角膜（cornea）：角膜是眼睛最前面的透明结构，它覆盖在虹膜和瞳孔之前，形成了眼睛表面约四分之三的
部分。角膜由五层组织构成，从外到内依次为：角膜上皮、鲍曼膜、角膜实质、后弹力纤维层和角膜内皮。
角膜没有血管和神经分布，但有丰富的感觉神经末梢。角膜具有很强的折射能力，它是眼睛最主要的屈光体
之一，其平均屈光力约为43D（diopter），占了眼球总屈光力（约60D）的2/3以上。
房水（aqueous humor）：房水是眼球前部的透明液体，它充满了角膜和虹膜之间的前房，以及虹膜和晶状
体之间的后房。房水的主要成分是水，还含有一些无机盐、蛋白质、糖类、维生素等物质。房水的主要功能
应用光学习题、
第一章 : 几何光学基本原理 ( 理论学时: 4 学时 )
• 讨论题:几何光学与物理光学有什么区别？它们研究什么内容？
• 思考题:汽车驾驶室两侧与马路转弯处安装的反光镜为什么要做成凸面,而不做成平面？
• 一束光由玻璃( n=1、5 )进入水( n=1、33 ),若以 45 ° 角入射,试求折射角。
• 证明光线通过二表面平行的玻璃板时,出射光线与入射光线永远平行。
• 为了从坦克内部观察外界目标,需要在坦克壁上开一个孔。假定坦克壁厚为 200mm ,孔宽为 120mm ,在孔内部安装一块折射率为 n=1、5163 的玻璃,厚度与装甲厚度相同,问在允许观察者眼睛左右移动的条件下,能瞧到外界多大的角度范围？
• 一个等边三角棱镜,若入射光线与出射光线对棱镜对称,出射光线对入射光线的偏转角为 40 °,求该棱镜材料的折射率。
• 构成透镜的两表面的球心相互重合的透镜称为同心透镜,同心透镜对光束起发散作用还就是会聚作用？
• 共轴理想光学系统具有哪些成像性质？
第二章 : 共轴球面系统的物像关系 ( 理论学时: 10 学时,实验学时: 2 学时 )
• 讨论题:对于一个共轴理想光学系统,如果物平面倾斜于光轴,问其像的几何形状就是否与物相似？为什么？
• 思考题:符合规则有什么用处？为什么应用光学要定义符合规则？
• 有一放映机,使用一个凹面反光镜进行聚光照明,光源经过反光镜以后成像在投影物平面上。光源高为
10mm ,投影物高为 40mm ,要求光源像高等于物高,反光镜离投影物平面距离为 600mm ,求该反光镜的曲率半径等于多少？
• 试用作图法求位于凹的反光镜前的物体所成的像。物体分别位于球心之外,球心与焦点之间,焦点与球面顶点之间三个不同的位置。
• 试用作图法对位于空气中的正透镜( )分别对下列物距:
求像平面位置。 • 试用作图法对位于空气中的负透镜( )分别对下列物距:
引言
实际光学系统的成像是不完善的，光线经光学系统各表面传输会形成多种像差，使成像产生模糊、变
形等缺陷。像差就是光学系统成像不完善程度的描述。光学系统设计的一项重要工作就是要校正这些像差，使成像质量达到技术要求。光学系统的像差可以用几何像差来描述，包括：
•看一看：照片上的色彩有什么问题吗？
对白光成像的光学系统，由于材料对不同波长的色光折射率不同，使各色光线具
有不同的成像位置和倍率。 §8-4 色差返回本章要点
•位置色差由于同种材料对不同波长具有不同的折射率，根据单个折射球面的物像位置关系公式，对同一物方截距将算出不同的像方截距，导致位置色差。
对复色光成像的仪器要求对主色光校正单色像差，对成像光谱的两端校正色差。
• 位置色差的度量与色差曲线 返回本章要点
对近轴区， 一般有 写成级数式
对某一环带称消色差
色差曲线可以画成形式或形式，大多数软件是将三种色光球差曲
线画在一起，以主色光像面为基准，称三色球差曲线。 返回本章要点 设，若对0.7带光消色差，则有
本图形由软件GA画出
想一想：在消色差环带，F光与C光像点重合，它们能否与d光像点重合？为什么？
位置色差是对两种色光而言，在某孔径带校正了位置色差后，两种色光像点与主色光的像点之间的距离称
二级光谱。 位置色差与球差的比较： 返回本章要点
左图是不同位置时轴上点复色光和
单色光形成的弥散斑，可见：
位置色差和球差都是轴上点像差
位置色差和球差都产生圆形弥散斑
位置色差产生彩色圆形弥散斑，球差
产生单色圆形弥散斑
• 倍率色差 返回本章要点
波长变化引起材料的折射率变化，继而引起光学系统的放大倍率变化，像的大小随之变化。 在高斯像面上度量有
倍率色差，即
F光和C光与高斯像面交点高度
之差。
像散场曲和倍率色差同时存在 彗差和倍率色差同时存在
• 初级位置色差 返回本章要点
初级位置色差为 即由物方色差和系统内各面的贡献所决定，其中是各面的初级位置色差分布系数。 当
