第20章 几何光学.ppt

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1、第第20章章 几何光学几何光学教学基本要求教学基本要求一、掌握一、掌握一、掌握一、掌握单球面折射公式，单球面折射公式，单球面折射公式，单球面折射公式，能解决能解决能解决能解决共轴球面系统的成共轴球面系统的成共轴球面系统的成共轴球面系统的成像问题；像问题；像问题；像问题；二、掌握二、掌握二、掌握二、掌握透镜成像公式，透镜成像公式，透镜成像公式，透镜成像公式，能解决能解决能解决能解决透镜组成像问题；透镜组成像问题；透镜组成像问题；透镜组成像问题；三、了解三、了解三、了解三、了解眼睛的光学结构及其屈光系统，眼睛的光学结构及其屈光系统，眼睛的光学结构及其屈光系统，眼睛的光学结构及其屈光系统，掌握掌握掌

2、握掌握眼屈光眼屈光眼屈光眼屈光不正的矫正；不正的矫正；不正的矫正；不正的矫正；四、理解四、理解四、理解四、理解常用光学仪器的基本原理及应用中的有关问常用光学仪器的基本原理及应用中的有关问常用光学仪器的基本原理及应用中的有关问常用光学仪器的基本原理及应用中的有关问题。题。题。题。作业：作业：作业：作业：10,12,14,15,18,20,21,26,2810,12,14,15,18,20,21,26,2820.0 概述概述 光给人以视觉，人类主要是通过光从物质世界获光给人以视觉，人类主要是通过光从物质世界获得信息，进而认识物质世界的。人类对光现象、光的得信息，进而认识物质世界的。人类对光现象、光

3、的传播规律、光的本性及光与物质的相互作用的研究已传播规律、光的本性及光与物质的相互作用的研究已有三千多年的历史，已经形成了完整的学科，成为物有三千多年的历史，已经形成了完整的学科，成为物理学中一个重要部分。理学中一个重要部分。光学分为光学分为几何光学几何光学、波动光学波动光学和和量子光学量子光学三部分三部分.几何光学几何光学以光的直线传播为基础，研究光的反射、折以光的直线传播为基础，研究光的反射、折射传播规律及成像问题，是设计光学仪器的主要依据；射传播规律及成像问题，是设计光学仪器的主要依据；波动光学波动光学主要研究光的干涉、衍射和偏振等光的波动主要研究光的干涉、衍射和偏振等光的波动性质和规律

4、，以及在生产实际中的应用；性质和规律，以及在生产实际中的应用；量子光学量子光学则则是以量子理论为基础，将光作为一种能量子，从微观是以量子理论为基础，将光作为一种能量子，从微观过程研究光与物质相互作用的规律过程研究光与物质相互作用的规律.几何光学几何光学是以光线的是以光线的直线传播直线传播为基础，为基础，一般不考虑一般不考虑光的波动性光的波动性，主要应用光的反，主要应用光的反射、折射定律研究系统成像问题，在光学射、折射定律研究系统成像问题，在光学仪器的制造和临床应用中有重要意义。仪器的制造和临床应用中有重要意义。光的反射定律光的反射定律-入射光入射光折射光折射光反射光反射光光的折射定律光的折射定

5、律-20.1 球面折射球面折射20.1.1 球面折射球面折射当光线从一种媒质进入另一种媒质，且两种媒质的当光线从一种媒质进入另一种媒质，且两种媒质的界界面是球面的一部分面是球面的一部分时，所发生的折射称为时，所发生的折射称为球面折射球面折射.一、单球面折射一、单球面折射CAOSSP像像物物主光轴主光轴CAOSSP像像物物主光轴主光轴由三角公式知由三角公式知由折射定律有由折射定律有只考虑近轴光线的折射只考虑近轴光线的折射-代入代入得得将将代入代入得得移项得移项得将将代入代入，得，得消去消去AP得得 符号规定：符号规定：实物、实像时，实物、实像时，u、v 取正号；虚物、取正号；虚物、虚像时，虚像时

6、，u、v 取负号。凸球面迎着入射光线时，取负号。凸球面迎着入射光线时，r 取取正号；凹球面过迎着入射光线对时，正号；凹球面过迎着入射光线对时，r 取负号。取负号。单球面折射公式单球面折射公式 虚物的概念：虚物的概念：物是物是入射光线的会聚点，当入射光线入射光线的会聚点，当入射光线为发散光线时，该物为实物；若入射光线为会聚光线，为发散光线时，该物为实物；若入射光线为会聚光线，则该物为虚物。则该物为虚物。虚物虚物入射光线入射光线像像 例例20.1 有一折射率为有一折射率为1.54的玻璃棒，一端为的玻璃棒，一端为r=30mm的抛光凸球面，另一端为磨砂的平面。试问该棒长为多的抛光凸球面，另一端为磨砂的

7、平面。试问该棒长为多少时，正好使无穷远处物体经球面后清晰地成像在磨砂少时，正好使无穷远处物体经球面后清晰地成像在磨砂平面上。平面上。S像像O解：解：如图所示，已知如图所示，已知由单球面折射公式有由单球面折射公式有v为正，是实像为正，是实像二、焦点、焦距和光焦度二、焦点、焦距和光焦度当点光源在主光轴上的当点光源在主光轴上的 点时，如果折射光为平行于主点时，如果折射光为平行于主光轴的光线光轴的光线(像距为无限远像距为无限远)，则，则 点称为点称为第一焦点第一焦点，该，该点到点到O点的距离称为点的距离称为第一焦距第一焦距，用，用 表示。表示。O当平行于主光轴的光当平行于主光轴的光(物距为无限远物距为

8、无限远)经折射而成的像经折射而成的像在主光轴上的在主光轴上的 时，称时，称 点为点为第二焦点第二焦点，该点到，该点到O点的距离称为点的距离称为第二焦距第二焦距，用，用 表示。表示。O和和 的大小表征着折射面的折射本领。的大小表征着折射面的折射本领。光焦光焦度度 当当r 以米为单位时，以米为单位时，的单位为屈光度，用的单位为屈光度，用D表示。表示。三、共轴球面系统三、共轴球面系统-当几个折射球面的曲率中心在当几个折射球面的曲率中心在同一条直线上时，它们就组成了共轴球面系统。这一条同一条直线上时，它们就组成了共轴球面系统。这一条直线称为这共轴球面系统的主光轴。直线称为这共轴球面系统的主光轴。在共轴

9、球面系统中求物体的像时，可以用在共轴球面系统中求物体的像时，可以用逐次成像逐次成像法法：先求出物体通过第一个折射球面所成的像，然后以：先求出物体通过第一个折射球面所成的像，然后以这个像作为第二个折射球面的物，求得经过第二个折射这个像作为第二个折射球面的物，求得经过第二个折射球面的像，如此依次下去，直至求出最后的像。球面的像，如此依次下去，直至求出最后的像。若前一个球面所成的像在次一个球面若前一个球面所成的像在次一个球面之前之前，就，就可把前一个球面的像当作次一个球面的可把前一个球面的像当作次一个球面的实物实物；若前；若前一个球面所成之像在次一个球面一个球面所成之像在次一个球面之后之后，这时就是

10、，这时就是虚虚物。物。SS像像物物主光轴主光轴 例例20.2 一玻璃球一玻璃球 的半径为的半径为10cm，一点光源，一点光源放在球前放在球前40cm处，处，求近轴光线通过玻璃球后所成的像。求近轴光线通过玻璃球后所成的像。解：解：设玻璃球所处媒设玻璃球所处媒质折射率为质折射率为 ，则对第一折射面有则对第一折射面有SS1S2404020 这就是说，若没有第二个折射面，此像将呈现在第一这就是说，若没有第二个折射面，此像将呈现在第一个折射面后个折射面后60cm处。由于此像在第二个折射面的后面，因处。由于此像在第二个折射面的后面，因而这像是第二个折射面的虚物。而这像是第二个折射面的虚物。由公式得由公式得

11、解之，得解之，得于是对第二个折射面，由于是于是对第二个折射面，由于是从玻璃折射到空气从玻璃折射到空气，所以有，所以有再次应用公式得再次应用公式得 因为像距为因为像距为正值，所以是实像正值，所以是实像，即最后成像在玻璃，即最后成像在玻璃球后球后11.4cm处。处。解之，得解之，得透镜透镜是具有两个折射球面的光学系统，也是最简单是具有两个折射球面的光学系统，也是最简单的的共轴球面系统共轴球面系统。通常用光学玻璃制成，也有用其它透。通常用光学玻璃制成，也有用其它透明物质如塑料等制造。明物质如塑料等制造。透镜可分为薄透镜和厚透镜两大类。透镜两曲面在透镜可分为薄透镜和厚透镜两大类。透镜两曲面在其主光轴上

12、的距离叫透镜的厚度，如果透镜的厚度与它其主光轴上的距离叫透镜的厚度，如果透镜的厚度与它的球面曲率半径相比可以忽略不计，则称为的球面曲率半径相比可以忽略不计，则称为薄透镜薄透镜。此。此外，还有柱面透镜。外，还有柱面透镜。一、薄透镜一、薄透镜-从形状上有六种从形状上有六种凸凸透透镜镜凹凹透透镜镜20.2 透镜透镜1.薄透镜成像公式：薄透镜成像公式：SS2S1第一次折射第一次折射第二次折射第二次折射、相加得相加得符号规定与前同符号规定与前同当透镜置于空气中时，当透镜置于空气中时，上式变为，上式变为薄透镜成像公式薄透镜成像公式 2.薄透镜的焦点、焦距和焦度：薄透镜的焦点、焦距和焦度：薄透镜也有薄透镜也

13、有两个焦点，两个焦点，其其定义和单球面的焦点相同。定义和单球面的焦点相同。当点光源在主光轴上的当点光源在主光轴上的 点时，如果折射光为平行于主点时，如果折射光为平行于主光轴的光线光轴的光线(像距为无限远像距为无限远)，则，则 点称为点称为第一焦点第一焦点，该，该点到透镜中心的距离称为点到透镜中心的距离称为第一焦距第一焦距，用，用 表示。表示。将将 代代入入(20.4)式得式得第一焦距第一焦距为为将将 代入公式得代入公式得第二焦距第二焦距为为凸透镜焦凸透镜焦距为正，距为正，凹透镜焦凹透镜焦距为负距为负当平行于主光轴的光当平行于主光轴的光(物距为无限远物距为无限远)经折射而成的像经折射而成的像在主

14、光轴上的在主光轴上的 时，称时，称 点为点为第二焦点第二焦点，该点到透，该点到透镜中心点的距离称为镜中心点的距离称为第二焦距第二焦距，用，用 表示。表示。薄透镜置于空气中时焦距公式为薄透镜置于空气中时焦距公式为将将f代入公式得到薄透镜成像公式的代入公式得到薄透镜成像公式的高斯形式高斯形式焦焦度度 当当f 以米为单位时，以米为单位时，的单位为屈光度，用的单位为屈光度，用D表示。表示。1屈光度屈光度=100度度例例20.3 用折射率为用折射率为 的玻璃制成的薄透镜形状的玻璃制成的薄透镜形状如图，求该透镜置于空气中的焦度如图，求该透镜置于空气中的焦度.解：先考虑光线球面一侧入射，此时有解：先考虑光线

15、球面一侧入射，此时有，应应用式用式(20.23a)得得若考若考虑虑光光线线平面一平面一侧侧入射，此入射，此时时有有 25cm不管光线从透镜的不管光线从透镜的哪一侧射入，求出哪一侧射入，求出的焦距都是一样的的焦距都是一样的 3.薄透镜的单向放大率薄透镜的单向放大率设近轴的且垂直于主光轴的物体高为设近轴的且垂直于主光轴的物体高为 ，其共轭像的，其共轭像的高为高为 ，定义像高，定义像高 与物高与物高 的比值为薄透镜的的比值为薄透镜的单向放大率，用单向放大率，用 表示，即表示，即.当当 时，是放大了的像，当时，是放大了的像，当 时，是时，是缩小了的像缩小了的像.二、薄透镜组合二、薄透镜组合-由两个或多

16、个透镜共轴组合而成由两个或多个透镜共轴组合而成的光学系统，称为薄透镜组。薄透镜组的成像，可以的光学系统，称为薄透镜组。薄透镜组的成像，可以用薄透镜公式和逐次成像法求得。用薄透镜公式和逐次成像法求得。1.复合透镜：复合透镜：两透镜紧密接触，则它们之间的距离两透镜紧密接触，则它们之间的距离为零，在这一条件下，第一透镜所成的像就是第二为零，在这一条件下，第一透镜所成的像就是第二透镜的物。透镜的物。SS2S1对第一个透镜，有对第一个透镜，有对第二个透镜，有对第二个透镜，有两式相加，得两式相加，得 称为透镜组的称为透镜组的等效焦距等效焦距，若以焦度表示，则有，若以焦度表示，则有需要某一定焦度的透镜而没有

17、时，需要某一定焦度的透镜而没有时，就可用两只适当的透镜搭配起来。就可用两只适当的透镜搭配起来。2.不密合透镜：不密合透镜：用薄透镜公式和逐次成像法求解。用薄透镜公式和逐次成像法求解。例例20.3 焦距都是焦距都是30cm的三个透镜，使之各相距的三个透镜，使之各相距30cm排在同一轴线上，中间一个是凹透镜，两边是凸排在同一轴线上，中间一个是凹透镜，两边是凸透镜。将点光源放在这个透镜组前透镜。将点光源放在这个透镜组前40 cm处的轴线上，处的轴线上，问像成在何处？若把这三个透镜彼此贴合在一起，像又问像成在何处？若把这三个透镜彼此贴合在一起，像又成在何处？成在何处？S3S1S2S解解：(1)三个透镜

18、分开放置时三个透镜分开放置时对第一个透镜对第一个透镜对第二个透镜对第二个透镜对第三个透镜对第三个透镜实像，在第三个透镜后实像，在第三个透镜后50cm处处(2)将三个透镜彼此贴合在一起时将三个透镜彼此贴合在一起时，等效焦距，等效焦距 为为对整个透镜组，对整个透镜组，实像，在透镜组后实像，在透镜组后120cm处。结果与只用一个透镜一处。结果与只用一个透镜一样，原因是第二、第三个透镜的折光作用抵消了。样，原因是第二、第三个透镜的折光作用抵消了。20.2.3 厚透镜厚透镜 从原则上讲，应用逐次成像法可以解决任意多个从原则上讲，应用逐次成像法可以解决任意多个单球面所组成的共轴系统的成像问题单球面所组成的

19、共轴系统的成像问题.但是，当折射但是，当折射面很多时，计算就很繁杂面很多时，计算就很繁杂.这时可采用另一种方法来这时可采用另一种方法来处理，就是把共轴球面系统看成一个整体处理，就是把共轴球面系统看成一个整体-厚透镜厚透镜.厚透镜类似于薄透镜，即厚透镜类似于薄透镜，即物方的任何一个点、一条物方的任何一个点、一条线或一个面，在像方都有一个共轭的点、线和面线或一个面，在像方都有一个共轭的点、线和面.这这样，对任何共轴球面系统，无论其结构简单还是复样，对任何共轴球面系统，无论其结构简单还是复杂，物、像之间的关系完全可以由几对特殊的点和杂，物、像之间的关系完全可以由几对特殊的点和面面(它们就是共轴系统的

20、基点和基面它们就是共轴系统的基点和基面)所决定，这样所决定，这样就可以使物、像关系的计算大为简化就可以使物、像关系的计算大为简化.下面介绍厚透下面介绍厚透镜的三对基点以及利用三对基点来如何求像镜的三对基点以及利用三对基点来如何求像。(1)两焦点：两焦点：任何共轴球面系统对光线的折射作用都不外是会任何共轴球面系统对光线的折射作用都不外是会聚或发散，因此它必定有聚或发散，因此它必定有两个等效的焦点两个等效的焦点.若主光轴上某一点发若主光轴上某一点发出的光线通过该折射系统后变成平行光，如图中的光线出的光线通过该折射系统后变成平行光，如图中的光线，则，则这一点称为该厚透镜的这一点称为该厚透镜的第一主焦

21、点第一主焦点；若平行于主光轴的光线通；若平行于主光轴的光线通过该厚透镜后与主光轴交于，如图中的光线过该厚透镜后与主光轴交于，如图中的光线，则点称为该厚，则点称为该厚透镜的透镜的第二主焦点第二主焦点.(2)两主点两主点：在图中，把通过的入射光线：在图中，把通过的入射光线和它通过厚透镜后和它通过厚透镜后射出光线都延长射出光线都延长(图中虚线所示图中虚线所示)，相交于点，过作一垂直于主，相交于点，过作一垂直于主光轴的平面，则该平面称为厚透镜的第一主平面，它与主光轴光轴的平面，则该平面称为厚透镜的第一主平面，它与主光轴的交点称为厚透镜的第一主点；同样，把平行于主光轴的光线的交点称为厚透镜的第一主点；同

22、样，把平行于主光轴的光线和其射出线延长，可得厚透镜的第二主平面和第二主点和其射出线延长，可得厚透镜的第二主平面和第二主点.到到 的距离定义为厚透镜的第一焦距的距离定义为厚透镜的第一焦距 ，物距是物体到，物距是物体到第一主平面的距离；把第一主平面的距离；把 到到 的距离定义为厚透镜的第二焦的距离定义为厚透镜的第二焦距距 ，像距是像到第二主平面的距离，像距是像到第二主平面的距离.(3)两节点两节点：在厚透镜的主光轴上还有两个特殊的：在厚透镜的主光轴上还有两个特殊的点点 和和 ，它们类似薄透镜的光心，它们类似薄透镜的光心.当光线以任意当光线以任意角度朝向角度朝向 入射时，折射光都将以同样角度从入射时

23、，折射光都将以同样角度从 射出，如图中的光线射出，如图中的光线.和分别称为厚透镜的第一节和分别称为厚透镜的第一节点点 和第二节点和第二节点 .根据厚透镜三对基点的特性，只要知道了它们在根据厚透镜三对基点的特性，只要知道了它们在主光轴上的位置，就可利用下列三条光线中的任意两主光轴上的位置，就可利用下列三条光线中的任意两条作出物体通过厚透镜后所成的像。条作出物体通过厚透镜后所成的像。物体上点发出的平行于主光轴的光线在第二主平面折射后，物体上点发出的平行于主光轴的光线在第二主平面折射后，通过第二主焦点通过第二主焦点.物体上点发出的通过第一主焦点的光线在第一主平面折射后，物体上点发出的通过第一主焦点的

24、光线在第一主平面折射后，平行于主光轴射出平行于主光轴射出.物体上点发出的射向第一节点的光线从第二节点射出并与入物体上点发出的射向第一节点的光线从第二节点射出并与入射光线的方向相同射光线的方向相同.每每个个厚厚透透镜镜各各基基点点的的位位置置决决定定于于其其折折射射系系统统的的具具体体构构成成，可可以以通通过过实实验验测测出出.如如果果厚厚透透镜镜两两侧侧的的介介质质相相同同(例如将厚透镜置于空气中例如将厚透镜置于空气中)，则有，则有 ，且，且 与与 重重合合，与与 重重合合，这这样样 、和和 的的关关系就具有与薄透镜相同的高斯形式系就具有与薄透镜相同的高斯形式 若透镜折射面不是球面的一部分，而

25、是圆柱面的一部若透镜折射面不是球面的一部分，而是圆柱面的一部分，则这种透镜称为柱面透镜。柱面透镜可以两面都分，则这种透镜称为柱面透镜。柱面透镜可以两面都是圆柱的，或一面是圆柱面，另一面是平面的。是圆柱的，或一面是圆柱面，另一面是平面的。和球面透镜一样，也有凸柱面透镜和凹柱面透镜和球面透镜一样，也有凸柱面透镜和凹柱面透镜两种。两种。20.2.4 柱面透镜柱面透镜 柱面透镜的柱面透镜的横截面横截面和球面透镜的和球面透镜的截面截面相同，因此，在同一水相同，因此，在同一水平面内的入射光线将被会聚平面内的入射光线将被会聚(或发散或发散)。但是，柱面透镜竖直方。但是，柱面透镜竖直方向的截面向的截面(纵截面

26、纵截面)却像一个平板玻璃，因此，在同一竖直平面却像一个平板玻璃，因此，在同一竖直平面内的入射光线通过柱面透镜时，不改变进行方向，此方向称为内的入射光线通过柱面透镜时，不改变进行方向，此方向称为柱面透镜的柱面透镜的镜轴镜轴方向。方向。一个点光源发出的光线，经凸圆柱透镜后，所成的像不是一一个点光源发出的光线，经凸圆柱透镜后，所成的像不是一个清晰的点，而是一条与镜轴平行的直线个清晰的点，而是一条与镜轴平行的直线。20.2.5 透镜的像差透镜的像差 实事上，物体经系统所成的像，总是有些缺陷实事上，物体经系统所成的像，总是有些缺陷的。光学系统实际成的像与理论计算的结果有差的。光学系统实际成的像与理论计算

27、的结果有差别，这种差别叫做别，这种差别叫做像差像差。1.球面像差球面像差-在主光轴上一单色点光源在主光轴上一单色点光源发出的光线射到球面上往往不止是近轴光线，发出的光线射到球面上往往不止是近轴光线，而那些射到透镜边缘的光线，就会受到较大的而那些射到透镜边缘的光线，就会受到较大的偏折，以至于不能与近轴光线同交于一点，使偏折，以至于不能与近轴光线同交于一点，使得在近轴光线的成像点位置得在近轴光线的成像点位置I处不是一个点像，处不是一个点像，而是一个小圆斑。这种像差是由于透镜表面呈而是一个小圆斑。这种像差是由于透镜表面呈球面引起的，因此叫球面像差。球面引起的，因此叫球面像差。减小这种像差减小这种像差

28、的最简单方法是在的最简单方法是在透镜前加一光阑透镜前加一光阑，以遮断射到透镜边以遮断射到透镜边缘的光线。另一种缘的光线。另一种方法是方法是配以适当的配以适当的发散透镜发散透镜，组成一，组成一复合透镜，使射到复合透镜，使射到透镜边缘的光线得透镜边缘的光线得到适当的发散，而到适当的发散，而与近轴光线会聚于与近轴光线会聚于一个交点一个交点(像点像点)上。上。2.色像差色像差-不同颜色的光在同一介质中的折射不同颜色的光在同一介质中的折射率是不相同的。例如在水中率是不相同的。例如在水中(20时时)，红光的，红光的n值为值为1.3311，黄光的，黄光的n值为值为1.330，青光的，青光的n值为值为1.33

29、71，而紫光的而紫光的n值为值为1.3404。从。从(20.12)式可以看出，同一式可以看出，同一透镜对不同波长的光，它们的焦距是不相同的，也就透镜对不同波长的光，它们的焦距是不相同的，也就是说，一束平行于主光轴的复合光经过透镜折射后，是说，一束平行于主光轴的复合光经过透镜折射后，不能会聚在同一点上。不能会聚在同一点上。这样，一束平行于主光轴的白光通过透镜后就不是形这样，一束平行于主光轴的白光通过透镜后就不是形成一清晰的点像，而是一个彩色亮斑，其中紫光的焦成一清晰的点像，而是一个彩色亮斑，其中紫光的焦距最短，而红光的焦距最长。这种像差叫色像差。距最短，而红光的焦距最长。这种像差叫色像差。减小这

30、种像差的办法是配以不同质料的、适当的减小这种像差的办法是配以不同质料的、适当的发散透镜，配合成消色差透镜。发散透镜，配合成消色差透镜。20.3 眼睛的光学系统眼睛的光学系统20.3.1 眼的光学结构眼的光学结构玻璃体玻璃体n=1.336视网膜视网膜晶状体晶状体n=1.409虹膜虹膜前房前房(房水房水n=1.336)角膜角膜n=1.376睫状肌睫状肌瞳孔瞳孔一、眼的屈光一、眼的屈光-外界物体通过眼的光学系统成像于外界物体通过眼的光学系统成像于视网膜上视网膜上.二、眼的调节二、眼的调节-眼睛的眼睛的焦度焦度是可以改变的，正因是可以改变的，正因为这样，才能使远近不同的物体都成像在视网膜上。为这样，才

31、能使远近不同的物体都成像在视网膜上。眼睛的这种改变焦度的本领叫眼的调节。眼睛的这种改变焦度的本领叫眼的调节。眼睛的调眼睛的调节是通过睫状肌改变水晶体表面曲率来完成的。节是通过睫状肌改变水晶体表面曲率来完成的。当观察远处物体时，水晶体曲率最小，眼睛处当观察远处物体时，水晶体曲率最小，眼睛处于不调节状态，此时眼睛所能看清楚物体的位置称于不调节状态，此时眼睛所能看清楚物体的位置称为为远点远点。视力正常的人远点在无限远，即平行光进。视力正常的人远点在无限远，即平行光进入眼睛后不用调节正好成像在视网膜上；近视眼的入眼睛后不用调节正好成像在视网膜上；近视眼的远点则近些。远点则近些。20.3.2 眼的调节眼

32、的调节 在观察近处物体时，晶状体的表面曲率变大，在观察近处物体时，晶状体的表面曲率变大，以增大焦度，使近物仍成像在视网膜上。眼睛经最以增大焦度，使近物仍成像在视网膜上。眼睛经最大调节时所能看清物体的最近距离称为大调节时所能看清物体的最近距离称为近点近点。正常。正常眼的近点约为眼的近点约为1011厘米，近视眼的近点近些，而厘米，近视眼的近点近些，而远视眼的近点要远些。远视眼的近点要远些。正常眼在适当的光照下观看正常眼在适当的光照下观看25厘米处的物体时，厘米处的物体时，虽需调节，但长时间不致引起过分疲劳，这个距离虽需调节，但长时间不致引起过分疲劳，这个距离称为称为明视距离明视距离。眼睛有空间感觉

33、是由于它能把相邻两点的像分开，看成是眼睛有空间感觉是由于它能把相邻两点的像分开，看成是两点。从眼的中心点到被观察物体两端点所联接的夹角称为两点。从眼的中心点到被观察物体两端点所联接的夹角称为视角视角。视角的大小决定物体在视网膜上成像的大小。视角的大小决定物体在视网膜上成像的大小。一般眼睛看两点时，若视角小于一般眼睛看两点时，若视角小于1分，则分不清是两点。分，则分不清是两点。眼睛所能分辨的最小视角叫做眼的眼睛所能分辨的最小视角叫做眼的分辨本领分辨本领。能分辨的最小。能分辨的最小视角愈小，其分辨本领愈强。视角愈小，其分辨本领愈强。用能分辨的最小视角的倒数来表示眼的分辨本领，叫做用能分辨的最小视角

34、的倒数来表示眼的分辨本领，叫做视力视力，即，即式中视角的单位是分。式中视角的单位是分。当能分辨的最小视角当能分辨的最小视角 分别为分别为10分、分、2分、分、1分和分和0.67分分时，相应的视力为时，相应的视力为0.1、0.5、1.0和和1.5。另一种是对数视力表示另一种是对数视力表示-五分法视力，用五分法视力，用 表示表示20.3.3 眼的分辨本领和视力眼的分辨本领和视力一、近视眼及其矫正一、近视眼及其矫正-眼不调节眼不调节时，平行光会聚于视网膜前的叫时，平行光会聚于视网膜前的叫近视眼，其远点在眼前有限远。近视眼，其远点在眼前有限远。-原因：原因：晶状体或角膜折光能力晶状体或角膜折光能力太强

35、，或眼球前后直径过长。太强，或眼球前后直径过长。-引起的原因：引起的原因：用眼不当；深度用眼不当；深度近视与遗传有关。近视与遗传有关。-矫正方法：矫正方法：(1)物理方法物理方法-配合适的凹透镜；配合适的凹透镜；(2)医学方法医学方法-激光削角膜使其半径变大。激光削角膜使其半径变大。远点远点远点远点20.3.4 眼的屈光不正及其矫正眼的屈光不正及其矫正 凹透镜的作用是凹透镜的作用是：平行光：平行光(无穷远处物体无穷远处物体)经凹透镜折射成经凹透镜折射成一虚像于近视眼患者的远点，则该患者不调节眼睛能看清。一虚像于近视眼患者的远点，则该患者不调节眼睛能看清。例例 某近视眼的远点在眼前某近视眼的远点

36、在眼前0.5m处，欲使他能看清远物，应配处，欲使他能看清远物，应配什么样的透镜？什么样的透镜？解解：应配凹透镜，使远处物体经凹透镜折射成一虚像于近视眼：应配凹透镜，使远处物体经凹透镜折射成一虚像于近视眼的远点处，这时的远点处，这时 ，代入公式得，代入公式得即应配焦度为即应配焦度为-200度的凹透镜。度的凹透镜。二、远视眼及其矫正二、远视眼及其矫正-眼不调节时，平行光眼不调节时，平行光会聚于视网膜会聚于视网膜后后的叫远的叫远视眼。视眼。-原因：原因：晶状体或角晶状体或角膜折光能力太膜折光能力太弱弱，或眼，或眼球前后直径过球前后直径过短短。-引起的原因：引起的原因：大都大都与遗传有关。与遗传有关。

37、-矫正方法：矫正方法：-配配合适的凸透镜；合适的凸透镜；远点远点远点远点三、散光眼及其矫正三、散光眼及其矫正-包含折射面主光轴的各个方向的包含折射面主光轴的各个方向的平面称为平面称为子午面子午面。如果角膜的各个子午面的曲率不相同，。如果角膜的各个子午面的曲率不相同，则点光源发出的光线经角膜折射后不可能会聚于一点，这则点光源发出的光线经角膜折射后不可能会聚于一点，这种眼的屈光不正叫散光眼。种眼的屈光不正叫散光眼。散光眼属于非对称折射。角膜纵子午面的曲率最大，散光眼属于非对称折射。角膜纵子午面的曲率最大，横子午面的曲率最小，其他方向的子午面的曲率介于两者横子午面的曲率最小，其他方向的子午面的曲率介

38、于两者之间。点光源发出的光线经角膜折射后，纵子午面内的光之间。点光源发出的光线经角膜折射后，纵子午面内的光线会聚于线会聚于V，横子午面内的光线会聚于，横子午面内的光线会聚于H(会聚本领弱会聚本领弱)，其他各子午面内的光线会聚于其他各子午面内的光线会聚于V与与H之间。可见在之间。可见在V处得到处得到的像是一条水平线，在的像是一条水平线，在H处则得到一条竖直线，在处则得到一条竖直线，在V与与H之之间，可以得到大小不等的椭圆像。间，可以得到大小不等的椭圆像。ODCABVH 对各种不同的散光眼，矫正的方法不相同。对各种不同的散光眼，矫正的方法不相同。1.单性散光单性散光：角膜的某一子午面：角膜的某一子

39、午面(如纵子午面如纵子午面)曲率正常，而曲率正常，而另一方向的子午面曲率较小另一方向的子午面曲率较小(大大)，即当眼不调节时，一个，即当眼不调节时，一个子午面内的平行光恰会聚于网膜上，另一子午面内的平行子午面内的平行光恰会聚于网膜上，另一子午面内的平行光会聚于网膜之后光会聚于网膜之后(前前)。矫正的方法矫正的方法是是配一适当度数的凸配一适当度数的凸(凹凹)柱面透镜，镜轴的方向与正常曲率子午面的方向一致柱面透镜，镜轴的方向与正常曲率子午面的方向一致。2.复性散光复性散光(散光加近视或远视散光加近视或远视)：角膜的两子午面曲率都较：角膜的两子午面曲率都较大大(或较小或较小)，但不相等，使得两个子午

40、面的平行光线会聚，但不相等，使得两个子午面的平行光线会聚于视网膜之前于视网膜之前(或之后或之后)，且不重合。，且不重合。矫正的方法矫正的方法是是配适当配适当度数的凹度数的凹(或凸或凸)柱面透镜和球面透镜。柱面透镜和球面透镜。3.混合散光：混合散光：角膜的两正交子午面的曲率一个过大，一个过角膜的两正交子午面的曲率一个过大，一个过小，即两子午面内的平行光线一个会聚在网膜之前，一个小，即两子午面内的平行光线一个会聚在网膜之前，一个会聚在网膜之后。会聚在网膜之后。矫正时矫正时也是用球面透镜和柱面透镜组合也是用球面透镜和柱面透镜组合配镜。配镜。20.4 几种医用光学仪器几种医用光学仪器20.4.1 放大

41、镜放大镜 在观察微小物体时，在观察微小物体时，可借助一可借助一放大镜放大镜。放大镜。放大镜就是一个就是一个凸透镜凸透镜，用来增，用来增加眼睛的会聚本领，使物加眼睛的会聚本领，使物体可以放在比眼的近点更体可以放在比眼的近点更近的地方来近的地方来获得更大的视获得更大的视角角，增大视网膜上所成之，增大视网膜上所成之像。使用放大镜时，通常像。使用放大镜时，通常把物体放在它的焦点内靠把物体放在它的焦点内靠近焦点处或焦点上。近焦点处或焦点上。将物体放在明视距离处直接用肉眼观察时对眼睛所张将物体放在明视距离处直接用肉眼观察时对眼睛所张视角视角为为 ，利用放大镜观察时对眼睛所张，利用放大镜观察时对眼睛所张视角

42、视角增为增为 ，二者之比值即为放大镜的放大率，因该放大率是由视角所二者之比值即为放大镜的放大率，因该放大率是由视角所决定，故称为决定，故称为角放大率角放大率。因物体很小，所以因物体很小，所以 和和 都很小，于是角放大率为都很小，于是角放大率为 放大镜的角放大率放大镜的角放大率与其焦距成反比，单与其焦距成反比，单个透镜的放大率只有个透镜的放大率只有几倍，由透镜组构成几倍，由透镜组构成的放大镜，其放大率的放大镜，其放大率也只有也只有20倍左右。倍左右。一、显微镜的光学原理一、显微镜的光学原理-显微镜是一种放大镜的组合，显微镜是一种放大镜的组合，称为称为物镜物镜，是显微镜的关键部件，其作用是放大并保

43、证成，是显微镜的关键部件，其作用是放大并保证成像的质量及分辨细节；像的质量及分辨细节；称为称为目镜目镜,其作用是将物镜放大其作用是将物镜放大后的像进行视角放大。后的像进行视角放大。20.4.2 光学显微镜光学显微镜二、显微镜的放大率二、显微镜的放大率-定义为：使用显微镜后所成像对眼定义为：使用显微镜后所成像对眼睛所张视角睛所张视角 与不用显微镜而将物体放在明视距离处对眼与不用显微镜而将物体放在明视距离处对眼睛所张视角睛所张视角 之比。因物体很小，所以之比。因物体很小，所以 和和 都很小，都很小，于是，于是，显微镜的放大率显微镜的放大率为为 为物镜的单为物镜的单向放大率，向放大率，为目镜的角为目

44、镜的角放大率。放大率。望远镜是为观察远处物体而设计的望远镜是为观察远处物体而设计的.远物发远物发出的光近似为平行光，对眼睛所张的视角很小，出的光近似为平行光，对眼睛所张的视角很小，所以望远镜的作用是增大视角，并不要求它将所以望远镜的作用是增大视角，并不要求它将物成像于明视距离处物成像于明视距离处.图图20.41 望远镜成像示望远镜成像示意图意图 望远镜也是由物镜和目镜组成，物镜是一个望远镜也是由物镜和目镜组成，物镜是一个口径较大焦距较长的凸透镜，目镜有两种：是口径较大焦距较长的凸透镜，目镜有两种：是凸透镜的称为凸透镜的称为开普勒望远镜开普勒望远镜，是凹透镜的称为，是凹透镜的称为伽利略望远镜伽利

45、略望远镜。20.4.3 望远镜望远镜因因和和都很小，由都很小，由图图可得可得 所以所以望远镜的放大率为望远镜的放大率为把透明度很好的玻璃或其他透明物质拉成很细的纤把透明度很好的玻璃或其他透明物质拉成很细的纤维，外表再涂上一层折射率较小的物质，便制成了维，外表再涂上一层折射率较小的物质，便制成了光光学纤维学纤维，简称，简称光纤光纤。保证发生全反射的条件为入射角不大于保证发生全反射的条件为入射角不大于20.4.4 纤镜纤镜 光纤柔光纤柔软可弯，还软可弯，还具有一定的具有一定的机械强度。机械强度。光纤可以光纤可以导导光光，而且可，而且可以以传像传像。如果将足够多条如果将足够多条(如数万条如数万条)的

46、光纤按一定顺序排列，的光纤按一定顺序排列，且光纤两端面的排列都严格地一致，即每根光纤在两端面且光纤两端面的排列都严格地一致，即每根光纤在两端面的几何位置完全相同，这样每根光纤的端面都可视为一个的几何位置完全相同，这样每根光纤的端面都可视为一个取样孔，在独立传光过程中都携带一个像元。当一个图像取样孔，在独立传光过程中都携带一个像元。当一个图像入射到光纤束端面时，通过每根光纤对像元的传导，整个入射到光纤束端面时，通过每根光纤对像元的传导，整个图像就被光纤束从一端传至另一端，图像保持不变。图像就被光纤束从一端传至另一端，图像保持不变。纤镜是一种重要的医用检查器械。通过纤镜，纤镜是一种重要的医用检查器

47、械。通过纤镜，医生可以清晰地观察内脏器官的组织形态并发现疾医生可以清晰地观察内脏器官的组织形态并发现疾病。这种柔软可弯的纤镜插入患者体内时很方便，病。这种柔软可弯的纤镜插入患者体内时很方便，病人痛苦小；同时利用其导光性，可采用强的外部病人痛苦小；同时利用其导光性，可采用强的外部冷光源，基本上消除了观察盲点，使其影像清晰真冷光源，基本上消除了观察盲点，使其影像清晰真实，能发现细小病变，提高了诊断效果。还可配用实，能发现细小病变，提高了诊断效果。还可配用彩色摄影和录像等保存检查资料。近彩色摄影和录像等保存检查资料。近2030年来，年来，纤镜已普及使用，大致有消化系统、呼吸系统、泌纤镜已普及使用，大致有消化系统、呼吸系统、泌尿系统、耳鼻喉科、妇产科等各领域用的纤镜，还尿系统、耳鼻喉科、妇产科等各领域用的纤镜，还有专供脑部、心脏、关节等部位检查的纤镜。有专供脑部、心脏、关节等部位检查的纤镜。