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光的折射定律 當光傳播到兩種不同的介質（如水、玻璃）的分界面上時，在產(chǎn)生光的反射的同時，將有一部分光線射入到另一介質中，其傳播方向隨介質的密度大小而發(fā)生改變，這種光的偏折現(xiàn)象稱為光的折射。我們稱這兩種介質的分界面為折射面。從折射面進入新的介質，并且傳播方向發(fā)生改變的光線稱為折射光線。折射光線和法線所構成的角稱為折射角，記為i’，如圖1-2-4所示。介質所固有的并和其密度及所通過光線的波長有關的特征量稱為介質的折射率，通常用n表示。它反映了光從真空射入某種媒質發(fā)生折射的時候，入射用i的正弦跟折射角i’的正弦之比。折射率的大小表明媒質的折光能力的大小，n值越大表明折光能力越大。光的折射定律指出： Ld}(*-1i
①入射光線、折射光線及法線在同一平面內。 VU`z|nBW@
②入射角i與折射角i’的正弦之比等于后介質折射率n’與前介質折射率n之比，即 2 ] DCF
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<5ft6a2fQ 由此可見，當光線從光疏介質進入光密介質時，折射角 i’<入射角i，折射光線靠近法線；反之折射光線遠離法線。在后一種情況下，當入射光線以某一特定角度α入射時，折射角i’將等于90°，角α就稱為臨界角。當入射光線以大于臨界角的方向射到界面上時，將全部被反射而不再發(fā)生折射，這種現(xiàn)象稱為全反射現(xiàn)象，如圖1-2-5所示。 [Zt#
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_/jUs_W 在熟悉了光線的傳播規(guī)律后，下面我們利用這些規(guī)律來講述成象理論。 =|gJb|?w
1841年德國數(shù)學家高斯建立了“理想光學系統(tǒng)成完善象”的理論。根據(jù)這一理論：物空間中的每一個點、一條線、一個面相應在象空間里有一共軛的點、線、面與它對應。這一理論又稱高斯光學。它確定并表征了光學系統(tǒng)性質所必要的基點：焦點、焦平面、主點、主平面、焦距以及物與象之間共軛關系。 Q@e*$<3
物空間平行于系統(tǒng)光軸的平行光束，系統(tǒng)象空間與光軸的交點F'是與物空間光軸上無限遠點共軛的點，稱為系統(tǒng)象空間的主焦點（或第二主焦點）；通過F'所作垂直于光軸的平面，稱為系統(tǒng)象空間的主焦平面（或第二主焦平面）。反之可得系統(tǒng)的物方主焦點F(或第一主焦點)和物方主焦面(或第一主焦面)。 *qO ]v9 j
作物空間焦點F發(fā)出光線的延長線（圖1-2-6），并且將象空間相應的平行光線向反方向延長，于是此兩延長線（虛線）交于M點，通過M點作光軸的垂直平面MH，稱為系統(tǒng)物空間的主平面，主平面與光軸的交點H，稱為系統(tǒng)物空間的主點。反之可得系統(tǒng)象方主平面M'H'和象方主點H'。 VM!-I8t
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Iu-'o 物方主點H與物方焦點F間的距離f稱為光學系統(tǒng)的物方焦距。同理H'與F'的距離f'稱為象方焦距。焦距的正負是以相應的主點為原點來確定的，與光線傳播方向一致的則焦距為正。 ,a9D~i 9R
我們以象方焦距的正、負來定義系統(tǒng)或透鏡的正、負。 esh$* )1
在已知理想光學系統(tǒng)的焦距和主點位置后，對于任一位置已定的物體，均可通過作圖求出該系統(tǒng)所成象的大小和位置。 zr3q>]oma
物體AB到H的距離稱為物距，記作l。同樣，H'到A'點的距離稱為象距，記為l'。從圖1-2-7中我們用簡單的相似三角形關系，即可得出物距l(xiāng)、象距l(xiāng)'和焦距f'之間的關系為 k_K,J 6_)
1/l+1/l'=1/f' qu<B%v
上式稱為高斯公式。 'Vm5Cs$
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2Ft8dfdm` 我們定義物體通過系統(tǒng)后所成象的高度η'和物體高度η之比稱為垂軸放大率，記作β。則 ! c4)pMd
β=η'/η=l'/l=(l'-f')/f' wuIsO;}/9
從上式中可以看出，在物體位置及象的位置固定不變的情況下，象的放大率和光學系統(tǒng)的焦距有直接關系。通常l>>f'，故放大率β和焦距的大小成正比。因此，在小型照相機上裝配的標準鏡頭的焦距比中型（如120照相機）的標準鏡頭焦距要短。在同樣畫幅的照相機上，裝上長焦距鏡頭，對同一被攝物體，我們可以在底片上得到較大的象。從使用角度來講為得到更細膩的象，一個好的照相機應配有多個不同焦距的鏡頭。 `i
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