幾何光學(xué)與眼鏡光學(xué)

1、幾何光學(xué)與眼鏡光學(xué) 視明眼鏡公司視光培訓(xùn) 內(nèi)容綱要 n光的基本性質(zhì)、概念 n光的基本定律 n透鏡的光學(xué) n球鏡 n柱鏡 n棱鏡 物理光學(xué) n光與電磁波 可見光可見光 物理光學(xué) n單色光與復(fù)色光 n單色光 n藍(lán)色光 ( B )：400nm - 475nm n青色光 ( C )：475nm - 485nm n綠色光 ( G )：485nm - 570nm n黃色光 ( Y )：570nm - 580nm n紅色光 ( R )：580nm - 700nm n復(fù)色光 幾何光學(xué) n光源 n能發(fā)光的物體（自身發(fā)光或反光） n 發(fā)光體 發(fā)光點(diǎn) 幾何光學(xué) n光線 n以直線形式表示光能的傳播方向 n光束 幾何光

2、學(xué) n光束 n發(fā)散光束與平行光束 幾何光學(xué) n光速 n光在真空和空氣中的速度 (30萬公里/秒) n光在其他介質(zhì)中的速度 n介質(zhì)的折射率 v c n 幾何光學(xué) n介質(zhì)的折射率 n常見介質(zhì)的折射率 n真空 1.0 n空氣 1.0003 n水 1.333 n樹脂 1.499-1.7 n玻璃 1.523 n鉆石 2.417 光的基本定律 光的基本定律 n直線傳播定律 n在均勻介質(zhì)中，光沿直線傳播。 光的基本定律 n獨(dú)立傳播定律 n來自不同方向的光線相遇時相互不影 響，仍朝各自的方向前進(jìn)。 光的基本定律 n獨(dú)立傳播定律 n特例：干涉現(xiàn)象 光的基本定律 n反射定律 n術(shù)語：法線、入射角、反射角 光的基本

3、定律 n反射定律 n鏡面反射和散射 光的基本定律 n光路可逆原理 光的基本定律 n折射定律 吸管往上折了！ 折射定律 nSnell法則 n n SinI SinI n舉例：光線從真空中以45角入射， 折射角為30，求此介質(zhì)的折射率。 折射定律 n通過水面看水里的魚，會感覺魚的位置 有何變化？ 折射定律 n全反射和臨界角 折射定律 n全反射現(xiàn)象 折射定律 n光線通過三棱鏡 折射定律 n不同波長的光波，折射程度不相同 符號規(guī)則 n光線從左向右進(jìn)行 n自透鏡向左衡量為負(fù)，向右為正 n物距/像距/焦距 透鏡 透鏡 n什么是透鏡 n至少有一個面是彎曲面 n可以改變光束的聚散度 透鏡 n球面透鏡(球鏡)

4、n凹透鏡 n凸透鏡 n柱面透鏡 n球柱面透鏡 球鏡 n球面 n概念： n前后兩個面都是球面 n一個球面一個平面 球鏡的分類 n凸透鏡 n中央比邊緣厚 n凹透鏡 n中央比邊緣薄 球鏡的光學(xué) 符號法則 光線從左向右進(jìn)行 自透鏡向左衡量為負(fù)，向右為正 物距/像距/焦距 球鏡的光學(xué) n焦點(diǎn)焦距 焦距為正焦距為負(fù) 球鏡的光學(xué) n物點(diǎn)和像點(diǎn) 物距為負(fù)像距為正 球鏡成像 n作圖法 球鏡成像 n作圖法 球鏡成像 n作圖法 球鏡成像 n計算法 像距 焦距物距 111 vfu 111 uv f 物距/像距：正負(fù) 焦距：凸球鏡為正 凹球鏡為負(fù) 球鏡成像 n計算法 n舉例：一物體距離凸透鏡50cm，透鏡焦距 為40c

5、m，求像的位置。 n解： 50. 0 40. 0 1 50. 0 1111 fuv mv2 成像在透鏡右側(cè)2米處 球鏡的屈光力(F) n以球面透鏡焦距的倒數(shù)表示 n單位：屈光度 (Diopter, D) n公式： n舉例：一凸透鏡焦距40cm，該透鏡的屈 光力為多少？ f F 1 球鏡的屈光力 n球面透鏡屈光力的規(guī)范寫法 n實(shí)際工作中屈光度的增率 n1/4系統(tǒng) (0.25D, 0.50D, 0.75D) n1/8系統(tǒng) (0.125D, 0.25D, 0.375D) 鏡片生產(chǎn)廠家: 通過改變前后表面的曲率來改變 鏡片（透鏡）的屈光力 球鏡屈光力與球面屈光力 21 FFF 對薄球鏡而言, 球面的屈

6、光力 n計算公式： n舉例：如圖，光線從空 氣通過球面進(jìn)入玻璃 （n=1.5），球面的曲率 半徑是20cm，求此面的 屈光力。 r nn F 12 空氣玻璃 r：凸球面為正 凹球面為負(fù) “凸”、“凹”是相對入射光 線而言 球面的屈光力 n舉例：如圖，光線從玻 璃（n=1.5）經(jīng)過球面進(jìn) 入水中（n=1.33）,球面 的曲率半徑為50cm，求 此球面的屈光力。 玻璃水 球鏡的表面屈光力 n透鏡的表面屈光力： n前表面屈光力： n后表面屈光力： 1 1 1 r n F 2 2 1 r n F r1 r2 F1F2F 球鏡的表面屈光力 n薄球鏡屈光力公式： n舉例：一新月形凸透鏡，折射率1.5，前表

7、 面曲率半徑為20cm，后表面曲率半徑為 50cm，求此透鏡的屈光力。 21 FFF ) 11 )(1( 21 rr nF r1r2 F1 F F2 如果把鏡片翻過來了,屈光度如何變化? 折射率1.5，前表面曲率半徑為50cm，后表面曲 率半徑為20cm，求此透鏡的屈光力。 球鏡的形式 球鏡的形式 n同一屈光度的球鏡可以有無數(shù)種前后表面組成 方式 n例如: -3D 的近視鏡片 n0+(-3)=-3D; +3+(-6)=-3D, -1+(-2)=-3D n最佳透鏡形式 n盡可能減少或消除像差 n配戴清晰舒適 最佳球鏡的形式 透鏡屈光度 基弧 透鏡屈光度 基弧 +1.00DS -6.50-1.00

8、DS+6.50 +2.00DS-6.00-2.00DS+6.00 +3.00DS-5.50-3.00DS+5.50 +4.00DS-5.00-4.00DS+5.00 +5.00DS-4.50-5.00DS+4.50 +6.00DS-4.50-6.00DS+4.00 +7.00DS-4.50-7.00DS+3.50 +8.00DS-4.00-8.00DS+3.00 球鏡屈光力的測量 n鏡度表 1 1 1 r n F n=1.523 鏡度表是在以前鏡片材料比較單一的情況下測量鏡片 屈光度的，它是按n為1.523的材料設(shè)計的; 對于其他材料，F(xiàn)=(n-1)/(n-1) * (F1+F2) 焦度計 如

9、何識別鏡片的折射率？ n通過焦度計測出鏡片屈光度F以及鏡度表 測出鏡片“屈光度” (F1+F2)，則可以 計算出鏡片折射率 nn=F* 0.532/ (F1+F2) + 1 第二部分 1. 散光透鏡 散光眼的成像 n平行光線經(jīng)過散光眼不能形成焦點(diǎn)，而形成前 后兩條焦線； n例中水平子午線形成垂直焦線 Fh 散光眼 n散光眼系統(tǒng)的成像過程. n例中垂直子午線形成水平焦線 Fv 單純近視性散光單純近視性散光單純遠(yuǎn)視性散光單純遠(yuǎn)視性散光 復(fù)性近視性散光復(fù)性近視性散光混合散光混合散光復(fù)性遠(yuǎn)視性散光復(fù)性遠(yuǎn)視性散光 散光透鏡 n光學(xué)：平行光線通過散光透鏡，不能形 成一個焦點(diǎn)。 n分類：根據(jù)透鏡前后表面的形

10、狀： n柱面透鏡 n球柱面透鏡 n環(huán)曲面透鏡 1.1 柱面透鏡 柱面透鏡 n圓柱體和柱面 n圓柱體的軸 n柱面 n柱面在與軸平行的方向 上是平的 n柱面在與軸垂直的方向 上是圓形的，彎度最大 n這兩個方向稱為柱面的 兩條主子午線方向。 柱面透鏡 n一個柱面和一個平面組成 n正柱面透鏡 n負(fù)柱面透鏡 柱面透鏡 n主子午線： n軸向子午線：與軸平行 的子午線，在柱面上是 平的，沒有彎度。 n屈光力子午線：與軸垂 直的子午線，在柱面上 的圓形的，彎度最大。 柱面透鏡光學(xué) n光線通過軸向子午線（圖 中垂直方向）不會出現(xiàn)聚 散度的改變 n光線通過屈光力子午線 （圖中水平方向）會出現(xiàn) 聚散度的改變 柱面透

11、鏡光學(xué) 焦線與軸向平行 柱面透鏡的表示方法 n光學(xué)十字 柱面透鏡的表示方法 n表示柱面透鏡的兩條主子午線在水平和垂直方 向上 n垂直方向?yàn)檩S向，屈光力為零 n水平方向屈光力最大，為+3.00D 0 +3.00 柱面透鏡的表達(dá)式 n+3.00DC90 n表示+3.00D的柱面透鏡，軸在90方向 0 +3.00 柱鏡各方向屈光度 n柱鏡在斜向軸向上的屈光力 n為所求方向與柱鏡軸的夾角 2 SinFF n舉例：柱面透鏡+3.0090，求60方向 上的屈光力為多少。 軸向標(biāo)示法 n國際標(biāo)準(zhǔn)軸向標(biāo)示法（TABO法） 3.00 0 單純單純 近視性散光近視性散光 + 0 +3.00 單純單純 遠(yuǎn)視性散光遠(yuǎn)

12、視性散光 + 柱面透鏡的聯(lián)合 n同軸位的柱面透鏡聯(lián)合 n效果為一個柱鏡，柱鏡度為兩者的代數(shù)和 n軸位互相垂直，柱鏡度相同 n效果為一個球鏡，球鏡度為柱鏡的度數(shù) n軸位互相垂直，柱鏡度不相同 n等效為一個球柱面透鏡 1.2 球柱面透鏡 球柱面透鏡 n概念 n一個球面聯(lián)合一個柱面 n前后兩個柱面，軸位互相垂直,柱鏡 度不相同 +2.00 +3.00 光學(xué)光學(xué):兩條主子午線方向均有不同的屈光兩條主子午線方向均有不同的屈光 力，且都不為零。力，且都不為零。 +2.00 +2.00 0 +1.00 +2.00 +3.00 0 +3.00 +2.00 0 球柱面透鏡 n形式 n球鏡 正柱鏡 n球鏡 負(fù)柱鏡

13、 n柱鏡 柱鏡 （）（）（）（）（）（） 球柱鏡透鏡的光學(xué) n史氏光錐 球柱鏡透鏡的光學(xué) 混合散光混合散光混合散光混合散光 -3.00 +3.00 + 球柱面透鏡形式的轉(zhuǎn)換 光學(xué)十字轉(zhuǎn)換為球柱鏡形式 n度數(shù)(絕對值)小的作為球鏡度 n大減小的度數(shù)作為柱鏡度 n小的方向作為軸向 +0.50 -1.50 +0.50 -1.50 +1.00 +2.50+1.00/+1.5090 +0.50/2.0090 正負(fù)柱鏡形式的轉(zhuǎn)換 n球柱相加作為新的球鏡度 n柱鏡度改變正負(fù)號 n軸位轉(zhuǎn)90 +1.00/+1.5090 +2.50/-1.50180 球柱面透鏡形式的轉(zhuǎn)換 n正交柱鏡形式轉(zhuǎn)換為球柱鏡形式 n先畫

14、出光學(xué)十字 n球柱鏡形式轉(zhuǎn)換為正交柱鏡形式 n先畫出光學(xué)十字 1.3 環(huán)曲面透鏡 n環(huán)曲面 n在兩條主子午線上都有曲率，但不相等 環(huán)曲面透鏡 n一個面是環(huán)曲面，另一個面是球面 n將散光透鏡做成環(huán)曲面透鏡，在外觀和成像 質(zhì)量上都優(yōu)于球柱面透鏡。 2. 透鏡的有效鏡度 n有效鏡度 透鏡的有效鏡度 n有效鏡度 透鏡的有效鏡度 n有效鏡度 n透鏡在特定的位置起特定的作用。 n同一透鏡放在不同的位置，所產(chǎn)生的光學(xué)作 用會發(fā)生變化。 n如果透鏡的位置發(fā)生改變，而需要保持相同 的光學(xué)作用，則透鏡的屈光力要作相應(yīng)的改 變。 透鏡的有效鏡度 n有效鏡度公式 n應(yīng)用 n例子：驗(yàn)光時試鏡片放在眼前15mm處，驗(yàn)光度

15、數(shù) 為-8.00D，配鏡時，鏡片距離眼球10mm，則配鏡 時應(yīng)配多少度？ dF F Fe 1 d： 移動距離（單位：米） 從左向右移（靠近眼睛）：d為正值； 從右向左移（遠(yuǎn)離眼睛）：d為負(fù)值； 透鏡的有效鏡度 n公式應(yīng)用 n例子：驗(yàn)光時試鏡片放在眼前12mm處，驗(yàn) 光度數(shù)為+12.00D，改配隱形眼鏡，度數(shù)應(yīng) 為多少？ 3. 棱鏡 n基本術(shù)語 n主切面 n底 n頂角 棱鏡 n光學(xué)作用 n改變光束的方向， 不改變聚散度 n光線向棱鏡底方向 偏折 棱鏡 n光學(xué)作用 n人眼通過棱鏡視物，像向棱鏡頂角方向偏移 n表示方式：棱鏡度 n1表示在1m處使光線偏折1cm 棱鏡 n基底方向 n基底主方向 棱鏡 n基底方向 n360標(biāo)記法 透鏡的棱鏡效應(yīng) n透鏡的棱鏡效應(yīng) n棱鏡總把光線折向厚度大的地方 透鏡的棱鏡效應(yīng) n透鏡移心對成像位置的影響 底朝內(nèi)底朝外 透鏡的棱鏡效應(yīng) n移心的棱鏡效應(yīng)計算 FcP c 單位：厘米 透鏡的棱鏡效應(yīng) n移心的基底方向 正鏡的移心方向與像移方向相反（與所需棱鏡效應(yīng)的底方向一致）， 負(fù)鏡的移心方向與像