第十一章幾何光學(xué)講課教案

1、第十一章第十一章 幾何幾何(j h)光學(xué)光學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 球面球面(qimin)成像成像一、單球面一、單球面(qimin)折射折射單球面折射：折射率不同的兩種介質(zhì)的分界面是球面的一部分時(shí)，單球面折射：折射率不同的兩種介質(zhì)的分界面是球面的一部分時(shí)，所產(chǎn)生的折射現(xiàn)象。單球面折射是研究各種關(guān)學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的折射現(xiàn)象。單球面折射是研究各種關(guān)學(xué)系統(tǒng)(xtng)成像成像的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)第一頁(yè)，共46頁(yè)。2211sinsininin由折射由折射(zhsh)定律有定律有 2211inin1i2iOA近軸近軸)()(21nn)(1221nnnn第二頁(yè)，共46頁(yè)。pAPa pAPrAP，rnnpnpn1221單球面折射

2、公式，它適用于一切近軸條件下凸、凹球面的單球面折射公式，它適用于一切近軸條件下凸、凹球面的成像，但它必須成像，但它必須(bx)遵守一個(gè)統(tǒng)一的符號(hào)規(guī)則，即：遵守一個(gè)統(tǒng)一的符號(hào)規(guī)則，即：p(2)(2)凡是虛物、虛像的距離凡是虛物、虛像的距離, , p、 均取負(fù)值均取負(fù)值(3)若是入射光線對(duì)著凸球面，則若是入射光線對(duì)著凸球面，則r取正值，反之取正值，反之(fnzh)，若是入射光線對(duì)著凹球面，則若是入射光線對(duì)著凹球面，則r取負(fù)值取負(fù)值，p(1)凡是實(shí)物、實(shí)像的距離，凡是實(shí)物、實(shí)像的距離， p 均取正值均取正值第三頁(yè)，共46頁(yè)。單球面折射單球面折射(zhsh)(zhsh)公式中，有一個(gè)恒量，表示球面的公

3、式中，有一個(gè)恒量，表示球面的折射折射(zhsh)(zhsh)本領(lǐng)，稱(chēng)為折射本領(lǐng)，稱(chēng)為折射(zhsh)(zhsh)面的焦度，面的焦度，rnn12單位單位(dnwi)(dnwi)為屈光度，以為屈光度，以D D表示表示例如，例如，n2=1.5n2=1.5，n1=1.3n1=1.3，r=10cmr=10cm的單球面，其焦度為的單球面，其焦度為2 2屈光屈光度，記作度，記作2D2D1frnnnf1211點(diǎn)點(diǎn)F1稱(chēng)為折射面的第一焦點(diǎn)稱(chēng)為折射面的第一焦點(diǎn)(jiodin)，或物空間焦點(diǎn)，或物空間焦點(diǎn)(jiodin)從從F1到折射面頂點(diǎn)到折射面頂點(diǎn)P的距離的距離 稱(chēng)為折射面的第一焦距稱(chēng)為折射面的第一焦距 p討論

4、：討論：第四頁(yè)，共46頁(yè)。2fprnnnf1222平行于主軸的光線經(jīng)單球面折射平行于主軸的光線經(jīng)單球面折射(zhsh)(zhsh)后會(huì)聚于主光軸上一后會(huì)聚于主光軸上一點(diǎn)點(diǎn)F2F2，F(xiàn)2F2稱(chēng)為折射稱(chēng)為折射(zhsh)(zhsh)面的第二焦點(diǎn)，或像空間焦點(diǎn)面的第二焦點(diǎn)，或像空間焦點(diǎn)F2F2到折射到折射(zhsh)(zhsh)面頂點(diǎn)面頂點(diǎn)P P的距離的距離 稱(chēng)為折射稱(chēng)為折射(zhsh)(zhsh)面面的第二焦距的第二焦距可正也可負(fù)，可正也可負(fù)，正表示折射面對(duì)正表示折射面對(duì)(min du)入射光線起會(huì)聚作用；入射光線起會(huì)聚作用；負(fù)表示起發(fā)散作用負(fù)表示起發(fā)散作用2f1f第五頁(yè)，共46頁(yè)。2121nnf

5、f2211fnfn用焦距表示近軸條件用焦距表示近軸條件(tiojin)下的單球面成像公式下的單球面成像公式 121pfpf在近軸光線條件下單球面折射成像的高斯在近軸光線條件下單球面折射成像的高斯(o s)公式公式.第六頁(yè)，共46頁(yè)。二、共軸球面二、共軸球面(qimin)系統(tǒng)系統(tǒng)共軸球面系統(tǒng)共軸球面系統(tǒng):：兩個(gè)或兩個(gè)以上折射面的曲率中心如果在同一：兩個(gè)或兩個(gè)以上折射面的曲率中心如果在同一條直線上。簡(jiǎn)稱(chēng)共軸系統(tǒng)這條通過(guò)各球面中心的直線稱(chēng)為共軸條直線上。簡(jiǎn)稱(chēng)共軸系統(tǒng)這條通過(guò)各球面中心的直線稱(chēng)為共軸系統(tǒng)的主光軸人眼就是系統(tǒng)的主光軸人眼就是(jish)一個(gè)共軸球面系統(tǒng)一個(gè)共軸球面系統(tǒng)共軸球面系統(tǒng)共軸球面

6、系統(tǒng)(xtng) 成像采用逐級(jí)成像法成像采用逐級(jí)成像法先求出物體通過(guò)第一折射面后所成的像先求出物體通過(guò)第一折射面后所成的像I I1 1 ，以，以I I1 1作為第二折射面的物，作為第二折射面的物，求出通過(guò)第二折射面后所成的像求出通過(guò)第二折射面后所成的像I I2 2，再以，再以I I2 2作為第三折射面的物，作為第三折射面的物，依次類(lèi)推，直到求出最后一個(gè)折射面所成的像為止依次類(lèi)推，直到求出最后一個(gè)折射面所成的像為止例題例題112一點(diǎn)光源放在一玻璃球前一點(diǎn)光源放在一玻璃球前40cm處，已知玻璃球處，已知玻璃球（n=1.5）的直徑為）的直徑為20cm 求近軸光線通過(guò)玻璃球后所成像的求近軸光線通過(guò)玻璃

7、球后所成像的位置位置第七頁(yè)，共46頁(yè)。第一第一(dy)折射折射面面cmrcmpnn10,40, 5 . 1, 0 . 11121100 .15 .15 .1400 .11pcmp601cmrcmLppnn10,400.1,5.121221105 . 10 . 10 . 1405 . 12pcmp4 .112第二第二(d r)折射面折射面第八頁(yè)，共46頁(yè)。第二節(jié)第二節(jié) 透鏡透鏡(tujng)透鏡：是由兩個(gè)折射面組成的共軸光學(xué)系統(tǒng)，兩個(gè)折射面之間是透鏡：是由兩個(gè)折射面組成的共軸光學(xué)系統(tǒng)，兩個(gè)折射面之間是均勻的透明均勻的透明(tumng)介質(zhì)介質(zhì)常用的是球面透鏡，包括雙球面折射面，或球面常用的是球面

8、透鏡，包括雙球面折射面，或球面-平面組合平面組合等此外還有柱面、橢球面等其它形狀的透鏡。等此外還有柱面、橢球面等其它形狀的透鏡。第九頁(yè)，共46頁(yè)。一、薄透鏡一、薄透鏡(tujng)成像公成像公式式薄透鏡：透鏡的厚度薄透鏡：透鏡的厚度(hud)與物距、像距及球面的曲率半徑相比很小與物距、像距及球面的曲率半徑相比很小薄透鏡按結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為凸透鏡和凹透鏡兩大類(lèi)；薄透鏡按結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可分為凸透鏡和凹透鏡兩大類(lèi)；按光學(xué)性質(zhì)分類(lèi)，可分為會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡兩大類(lèi)按光學(xué)性質(zhì)分類(lèi)，可分為會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡兩大類(lèi)如果組成透鏡材料的折射率大于鏡外介質(zhì)的折射率，凸透鏡就是會(huì)聚透鏡，如果組成透鏡材料的折射率大于鏡外介質(zhì)

9、的折射率，凸透鏡就是會(huì)聚透鏡，凹透鏡就是發(fā)散透鏡凹透鏡就是發(fā)散透鏡第十頁(yè)，共46頁(yè)。第一第一(dy)折射折射面面10110rnnpnpn第二第二(d r)折射折射面面20202rnnpnpn)11(112100rrnnnpp1on)11)(1(1121rrnpppppppp2211,第十一頁(yè)，共46頁(yè)。透鏡前后的介質(zhì)透鏡前后的介質(zhì)(jizh)相同相同時(shí)：時(shí)： 12100)11(rrnnnffpp111121)11)(1(rrnf在空氣在空氣(kngq)中中薄透鏡成像的高斯薄透鏡成像的高斯(o s)公式公式 f/1通常用焦距的倒數(shù)來(lái)表示透鏡的會(huì)聚或發(fā)散本領(lǐng)，稱(chēng)為通常用焦距的倒數(shù)來(lái)表示透鏡的會(huì)聚或

10、發(fā)散本領(lǐng)，稱(chēng)為透鏡的焦度透鏡的焦度表示，即表示，即如果焦距用米（如果焦距用米（m）表示，則焦度的單）表示，則焦度的單位為屈光度（位為屈光度（D） 第十二頁(yè)，共46頁(yè)。二、薄透鏡二、薄透鏡(tujng)的組合的組合由兩個(gè)或兩個(gè)以上的薄透鏡由兩個(gè)或兩個(gè)以上的薄透鏡(tujng)組成的共軸系統(tǒng)，稱(chēng)為組成的共軸系統(tǒng)，稱(chēng)為薄透鏡薄透鏡(tujng)的組合薄透鏡的組合薄透鏡(tujng)組合后所成的像，組合后所成的像，可以采用逐次成像法求得，即先求出第一透鏡可以采用逐次成像法求得，即先求出第一透鏡(tujng)單獨(dú)單獨(dú)存在時(shí)所成的像，以此像作為第二個(gè)透鏡存在時(shí)所成的像，以此像作為第二個(gè)透鏡(tujng)的

11、物，再的物，再求出經(jīng)第二個(gè)透鏡求出經(jīng)第二個(gè)透鏡(tujng)所成的像，依次類(lèi)推，直到求出所成的像，依次類(lèi)推，直到求出最后一個(gè)透鏡最后一個(gè)透鏡(tujng)所成的像為止所成的像為止討論焦距各為f1和f2 的兩個(gè)(lin )薄透鏡密切接觸時(shí)，物距和像距間的關(guān)系 第十三頁(yè)，共46頁(yè)。第一個(gè)薄透鏡第一個(gè)薄透鏡(tujng)11111fpp21111fpp第二個(gè)薄透鏡第二個(gè)薄透鏡(tujng)211111ffpppp值為透鏡值為透鏡(tujng)組的等效組的等效焦距焦距f21111fff21薄透鏡組的焦度薄透鏡組的焦度 第十四頁(yè)，共46頁(yè)。三、共軸光具組三、共軸光具組實(shí)際光學(xué)儀器通常是多個(gè)透鏡的組合系統(tǒng)

12、對(duì)任何組合透鏡，只要具有同一主光軸，就可以被視為共軸光具組，物像之間的共軛關(guān)系完全可以由共軸球面系統(tǒng)的三對(duì)基點(diǎn)（兩焦點(diǎn)、兩主點(diǎn)、兩節(jié)點(diǎn)）來(lái)確定，這樣可以簡(jiǎn)化(jinhu)求像過(guò)程圖118 三對(duì)基點(diǎn)(jdin)第十五頁(yè)，共46頁(yè)。1.兩個(gè)主焦點(diǎn)兩個(gè)主焦點(diǎn) 如圖如圖118所示，物空間平行于主光軸的光束所示，物空間平行于主光軸的光束，經(jīng)系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)折射后在像空間與主光軸的交點(diǎn)折射后在像空間與主光軸的交點(diǎn)F2，稱(chēng)為像空間的主焦，稱(chēng)為像空間的主焦點(diǎn)或第二主焦點(diǎn)即物空間的物在無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，像空間的共點(diǎn)或第二主焦點(diǎn)即物空間的物在無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，像空間的共軛點(diǎn)像所在軛點(diǎn)像所在(suzi)的位置像空間平行于主光軸的光束的

13、位置像空間平行于主光軸的光束，在物空間與主光軸的交點(diǎn)，在物空間與主光軸的交點(diǎn)F1，稱(chēng)為物空間的主焦點(diǎn)，稱(chēng)為物空間的主焦點(diǎn)或第一主焦點(diǎn)即像空間的像在無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，物空間的共軛或第一主焦點(diǎn)即像空間的像在無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，物空間的共軛點(diǎn)物所在點(diǎn)物所在(suzi)的位置的位置2兩個(gè)節(jié)點(diǎn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn) 在共軸光具組的主光軸上還存在兩個(gè)特殊點(diǎn)在共軸光具組的主光軸上還存在兩個(gè)特殊點(diǎn)N1和和N2，如圖，如圖118，其作用類(lèi)似于薄透鏡的光心其作用類(lèi)似于薄透鏡的光心(un xn)，光線通過(guò)它們時(shí)不改變，光線通過(guò)它們時(shí)不改變方向，只產(chǎn)生平移從任意角度向方向，只產(chǎn)生平移從任意角度向N1點(diǎn)入射的光線都將以相同角度點(diǎn)入射的光線都將以相同角

14、度從從N2射出因此射出因此N1和和N2分別稱(chēng)為系統(tǒng)的物方和像方節(jié)點(diǎn)，或第一分別稱(chēng)為系統(tǒng)的物方和像方節(jié)點(diǎn)，或第一和第二節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)第十六頁(yè)，共46頁(yè)。3.兩個(gè)主點(diǎn)兩個(gè)主點(diǎn) 在圖在圖118中，將物空間通過(guò)焦點(diǎn)中，將物空間通過(guò)焦點(diǎn)F1的光線延長(zhǎng)，與像空間相應(yīng)平的光線延長(zhǎng)，與像空間相應(yīng)平行光的反向延長(zhǎng)線相交于行光的反向延長(zhǎng)線相交于A1點(diǎn)過(guò)點(diǎn)過(guò)A1點(diǎn)垂直于主光軸的平面稱(chēng)為點(diǎn)垂直于主光軸的平面稱(chēng)為系統(tǒng)物空間主平面或第一系統(tǒng)物空間主平面或第一(dy)主平面該平面與主光軸的交點(diǎn)主平面該平面與主光軸的交點(diǎn)H1，稱(chēng)為系統(tǒng)的物空間主點(diǎn)或第一稱(chēng)為系統(tǒng)的物空間主點(diǎn)或第一(dy)主點(diǎn)同樣，將物空間平行于主點(diǎn)同樣，將物空

15、間平行于光軸的光線延長(zhǎng)，與像空間通過(guò)第二主焦點(diǎn)光軸的光線延長(zhǎng)，與像空間通過(guò)第二主焦點(diǎn)F2的反向延長(zhǎng)光線相的反向延長(zhǎng)光線相交于交于B2點(diǎn)過(guò)點(diǎn)過(guò)B2點(diǎn)垂直于主光軸的平面稱(chēng)為系統(tǒng)像空間主平面或點(diǎn)垂直于主光軸的平面稱(chēng)為系統(tǒng)像空間主平面或第二主平面該平面與主光軸的交點(diǎn)第二主平面該平面與主光軸的交點(diǎn)H2，稱(chēng)為像空間主點(diǎn)或第二，稱(chēng)為像空間主點(diǎn)或第二主點(diǎn)不管光線在折射系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)怎樣曲折的路徑，折射效果等主點(diǎn)不管光線在折射系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)怎樣曲折的路徑，折射效果等效于在主平面上發(fā)生折射因此將效于在主平面上發(fā)生折射因此將F1到到H1的距離稱(chēng)為第一的距離稱(chēng)為第一(dy)焦距，物到第一焦距，物到第一(dy)主平面的距離為物

16、距；主平面的距離為物距；F2到到H2的距離為第的距離為第二焦距，像到第二主平面的距離為像距二焦距，像到第二主平面的距離為像距第十七頁(yè)，共46頁(yè)。根據(jù)(gnj)三對(duì)基點(diǎn)的特性，只要知道它們?cè)诠草S系統(tǒng)中的位置，我們就可以利用下列三條特征光線中的任意兩條求出物體通過(guò)系統(tǒng)后所成的像，如圖119所示圖119用作圖法求物體(wt)經(jīng)共軸球面系統(tǒng)的成像（1）平行于主光軸的光線在第二(d r)主平面折射后通過(guò)第二(d r)主焦點(diǎn)F2（2）通過(guò)第一主焦點(diǎn)F1的光線在第一主平面折射后平行于主光軸射出（3）通過(guò)第一節(jié)點(diǎn)N1的光線從第二(d r)節(jié)點(diǎn)N2平行于入射方向射出第十八頁(yè)，共46頁(yè)。21ff pfpp111p

17、如果(rgu)折射系統(tǒng)前后介質(zhì)的折射率相同（例如光具組放在空氣中），則且N1與 H1重合(chngh)，N2與H2重合(chngh)在這種情況下，共軸光具組的p、和f 的關(guān)系和薄透鏡具有相同(xin tn)的形式，即p和f 的值都是從相應(yīng)的主平面算起第十九頁(yè)，共46頁(yè)。四、柱面透鏡四、柱面透鏡如圖，透鏡系統(tǒng)的折射面不是球面(qimin)形狀而是柱面形狀，這種透鏡稱(chēng)為柱面透鏡柱面透鏡有凸面和凹面兩種圓柱圓柱(yunzh)透鏡透鏡第二十頁(yè)，共46頁(yè)。在光學(xué)系統(tǒng)中，只要含有主光軸的平面都稱(chēng)作子午面，子午面與折射面的交線稱(chēng)作子午線折 射面是球面時(shí)，它的任何子午線的曲率半徑都是相等的這種折射系統(tǒng)稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)

18、折射系統(tǒng)如果折射面在不同方向上的子午線的曲率半徑不相同，這種折射面組成的共軸系統(tǒng)稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)折射系統(tǒng)非對(duì)稱(chēng)折射系統(tǒng)對(duì)光線在各個(gè)子午面上的折射本領(lǐng)不同柱面透鏡的成像即如此(rc)主光軸上點(diǎn)光源發(fā)出的光束經(jīng)柱面透鏡折射后可以形成一線狀像 圖1111圓柱(yunzh)透鏡成像第二十一頁(yè)，共46頁(yè)。五、透鏡五、透鏡(tujng)的像差的像差物體經(jīng)透鏡成像后，由于各種因素的影響，所得結(jié)果相對(duì)理想的像總有一定差別，這種差別叫做(jiozu)透鏡的像差產(chǎn)生像差的原因很多，下面簡(jiǎn)單介紹球面像差和色像差1. 球面像差球面像差前面研究的球面折射問(wèn)題，都限制在小角度、近軸光線的入前面研究的球面折射問(wèn)題，都限制在小角度

19、、近軸光線的入射但在實(shí)際光路中常存在遠(yuǎn)軸光線，它們通過(guò)球面折射射但在實(shí)際光路中常存在遠(yuǎn)軸光線，它們通過(guò)球面折射時(shí)不能與近軸光線成像于同一位置，而產(chǎn)生像差，這種像時(shí)不能與近軸光線成像于同一位置，而產(chǎn)生像差，這種像差稱(chēng)為差稱(chēng)為(chn wi)球面像差，如圖球面像差，如圖1112(a)所示由于所示由于球面像差的存在，使得物點(diǎn)經(jīng)透鏡成像后得到的不是一個(gè)球面像差的存在，使得物點(diǎn)經(jīng)透鏡成像后得到的不是一個(gè)亮點(diǎn)，而是一個(gè)邊緣模糊的亮斑，稱(chēng)為亮點(diǎn)，而是一個(gè)邊緣模糊的亮斑，稱(chēng)為(chn wi)“彌散彌散圓圓”第二十二頁(yè)，共46頁(yè)。矯正(jiozhng)球面像差的最簡(jiǎn)單方法是在透鏡的前面加上一個(gè)光闌將遠(yuǎn)軸光線濾掉

20、，如圖1112(b)所示但由于通過(guò)透鏡的光能減少，使得像的亮度減弱減小像差的另一種方法是在會(huì)聚透鏡之后放置一發(fā)散透鏡，這是因?yàn)榘l(fā)散透鏡對(duì)遠(yuǎn)軸光線的發(fā)散作用強(qiáng)于對(duì)近軸光線的發(fā)散作用這樣組成的透鏡組雖然降低了焦度，卻減小了球面像差圖1112球面(qimin)像差及其矯正第二十三頁(yè)，共46頁(yè)。2.色像差色像差由于透鏡材料對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率不同，因此不同顏色由于透鏡材料對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率不同，因此不同顏色(yns)的光經(jīng)透鏡后折射程度也不同，波長(zhǎng)越短的光偏的光經(jīng)透鏡后折射程度也不同，波長(zhǎng)越短的光偏折程度越大，如圖折程度越大，如圖1113(a)所示物點(diǎn)發(fā)出的不同波長(zhǎng)所示物點(diǎn)發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光經(jīng)透鏡折

21、射后不能成像于一點(diǎn)的現(xiàn)象，稱(chēng)為色像的光經(jīng)透鏡折射后不能成像于一點(diǎn)的現(xiàn)象，稱(chēng)為色像差差 減少(jinsho)色像差的方法是把折射率不同的會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡適當(dāng)搭配，使一個(gè)透鏡產(chǎn)生的色像差被另一個(gè)透鏡的色像差抵消，如圖1113 (b)圖1113色像差及其矯正(jiozhng)第二十四頁(yè)，共46頁(yè)。第三節(jié)眼第三節(jié)眼一、眼的調(diào)節(jié)一、眼的調(diào)節(jié)(tioji) 視力視力1眼的光學(xué)眼的光學(xué)(gungxu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)外界物體發(fā)出的光線，經(jīng)角膜、虹膜和水晶體等折射后成像在人眼的視網(wǎng)膜上，刺激視神經(jīng)細(xì)胞而產(chǎn)生視覺(jué)在視網(wǎng)膜上所成的像是倒立像，但通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)(shnjngxtng)的“習(xí)慣矯正”后，人們感覺(jué)到的仍為正立像

22、圖圖111114 14 眼球水平剖面圖眼球水平剖面圖第二十五頁(yè)，共46頁(yè)。生理學(xué)上常把眼睛進(jìn)一步簡(jiǎn)化為一個(gè)單球面折射系統(tǒng)，稱(chēng)為簡(jiǎn)約眼，其光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1116所示凸球面（代表角膜）的曲率半徑5.7mm，像空間介質(zhì)(jizh)的折射率為1.33，視網(wǎng)膜為系統(tǒng)的焦平面由此可以得出17mm，= 22.7mm圖 1116 簡(jiǎn)約(jinyu)眼第二十六頁(yè)，共46頁(yè)。2眼的調(diào)節(jié)眼的調(diào)節(jié) 人眼的焦度能在一定范圍內(nèi)自動(dòng)改變，使遠(yuǎn)近不同距離的物體都清晰人眼的焦度能在一定范圍內(nèi)自動(dòng)改變，使遠(yuǎn)近不同距離的物體都清晰的成像在視網(wǎng)膜上這種作用稱(chēng)為調(diào)節(jié)人眼的調(diào)節(jié)是有限度的觀察無(wú)的成像在視網(wǎng)膜上這種作用稱(chēng)為調(diào)節(jié)人眼的調(diào)節(jié)是有

23、限度的觀察無(wú)限遠(yuǎn)處物體時(shí)，睫狀肌松弛，眼睛處于不調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)晶狀體曲率限遠(yuǎn)處物體時(shí)，睫狀肌松弛，眼睛處于不調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)晶狀體曲率(ql)半徑最大（晶狀體扁平），焦度最小當(dāng)觀察近處物體時(shí)，睫狀肌半徑最大（晶狀體扁平），焦度最小當(dāng)觀察近處物體時(shí)，睫狀肌收縮，晶狀體靠自身的彈性而變得凸起，晶狀體的曲率收縮，晶狀體靠自身的彈性而變得凸起，晶狀體的曲率(ql)半徑減小，半徑減小，眼睛的焦度相應(yīng)增大眼睛的焦度相應(yīng)增大 眼睛在完全不調(diào)節(jié)的情況下所能看清物體所在(suzi)的位置，稱(chēng)為遠(yuǎn)點(diǎn)視力正常的人遠(yuǎn)點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)處，即平行光線進(jìn)入人眼后剛好成像在視網(wǎng)膜上近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)為有限距離當(dāng)遠(yuǎn)處的物體逐漸移近眼睛時(shí)，晶

24、狀體的曲率半徑逐漸減小，眼焦度增大，使所成的像仍然落在視網(wǎng)膜上但這種調(diào)節(jié)是有一定限度的眼睛通過(guò)最大調(diào)節(jié)能夠看清物體的最近距離，稱(chēng)為近點(diǎn)視力正常的人近點(diǎn)約為1012cm，而遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)則遠(yuǎn)一些在日常工作中，對(duì)于合適的光照度，人眼的最適宜、不致引起過(guò)度疲勞的看物距離大約是25cm左右，這個(gè)距離稱(chēng)為明視距離第二十七頁(yè)，共46頁(yè)。3視力視力從物體垂直于光軸的兩端射到眼中節(jié)點(diǎn)的光線所夾的角稱(chēng)為視角視從物體垂直于光軸的兩端射到眼中節(jié)點(diǎn)的光線所夾的角稱(chēng)為視角視角的大小不僅與物體本身的線度有關(guān)，還與物體到眼睛的距離有角的大小不僅與物體本身的線度有關(guān)，還與物體到眼睛的距離有關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，眼睛看兩個(gè)物點(diǎn)時(shí)，如果視角

25、小于分，眼睛就分不關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，眼睛看兩個(gè)物點(diǎn)時(shí)，如果視角小于分，眼睛就分不清是兩個(gè)物點(diǎn)，而感到是一個(gè)物點(diǎn)相應(yīng)這個(gè)臨界值，在明視距離處清是兩個(gè)物點(diǎn)，而感到是一個(gè)物點(diǎn)相應(yīng)這個(gè)臨界值，在明視距離處兩個(gè)物點(diǎn)能被分辨的最短距離約是兩個(gè)物點(diǎn)能被分辨的最短距離約是0.1mm不同的人，眼睛所能分不同的人，眼睛所能分辨物體的最小視角是不同的，能分辨的最小視角愈小，分辨本領(lǐng)就愈辨物體的最小視角是不同的，能分辨的最小視角愈小，分辨本領(lǐng)就愈高因此，常用高因此，常用(chn yn)最小視角的倒數(shù)來(lái)表示眼睛的分辨本最小視角的倒數(shù)來(lái)表示眼睛的分辨本領(lǐng)，稱(chēng)為視力領(lǐng)，稱(chēng)為視力能能分分辨辨的的最最小小視視角角視視力力1上式中的最

26、小視角以分為單位醫(yī)學(xué)(yxu)上的視力表就是根據(jù)這個(gè)道理制成的例如，最小視角分別為10分，2分，1分時(shí)，其視力分別是0.1，0.5，1.0標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)視力表，規(guī)定為式中視角以分為單位例如視角分別為10分，2分，1分時(shí)，視力L分別為4.0，4.7，5.0第二十八頁(yè)，共46頁(yè)。二、屈光不正及其矯正二、屈光不正及其矯正1117 正常眼、近視眼和遠(yuǎn)視眼正常眼、近視眼和遠(yuǎn)視眼如果眼睛不需要調(diào)節(jié)，就能使平行入射的光線在視網(wǎng)膜如果眼睛不需要調(diào)節(jié)，就能使平行入射的光線在視網(wǎng)膜處成清晰處成清晰(qngx)的像，這種屈光能力正常的眼睛稱(chēng)為正的像，這種屈光能力正常的眼睛稱(chēng)為正常眼如圖常眼如圖1117(a) 所示，否則稱(chēng)

27、為非正常眼，又稱(chēng)屈所示，否則稱(chēng)為非正常眼，又稱(chēng)屈光不正，分近視眼、遠(yuǎn)視眼和散光眼三種類(lèi)型光不正，分近視眼、遠(yuǎn)視眼和散光眼三種類(lèi)型1117 正常眼、近視眼和遠(yuǎn)視眼第二十九頁(yè)，共46頁(yè)。1近視眼近視眼當(dāng)眼睛不調(diào)節(jié)時(shí)，平行入射的光線當(dāng)眼睛不調(diào)節(jié)時(shí)，平行入射的光線(gungxin)，經(jīng)折射后會(huì)聚于，經(jīng)折射后會(huì)聚于視網(wǎng)膜的前面，而在視網(wǎng)膜上成模糊的像，如圖視網(wǎng)膜的前面，而在視網(wǎng)膜上成模糊的像，如圖1117(b)所示，所示，這種眼稱(chēng)為近視眼近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)都較正常眼要近些這種眼稱(chēng)為近視眼近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)都較正常眼要近些近視眼的矯正方法是配戴一副合適焦度的凹透鏡，讓光線經(jīng)凹透鏡適當(dāng)發(fā)散后，再經(jīng)眼睛折射后

28、剛好在視網(wǎng)膜上形成清晰的像，也就是要使來(lái)自遠(yuǎn)處的平行光線經(jīng)凹透鏡后，成虛像于近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)處，使近視眼在不調(diào)節(jié)時(shí)恰好(qiho)看清該物體，如圖1118 所示1118 近視眼的矯正(jiozhng)第三十頁(yè)，共46頁(yè)。例題例題 115 一近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在眼前一近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在眼前(ynqin)0.4m處，欲使處，欲使其能看清無(wú)窮遠(yuǎn)處的物體，問(wèn)應(yīng)配多少度的眼鏡？其能看清無(wú)窮遠(yuǎn)處的物體，問(wèn)應(yīng)配多少度的眼鏡？解：所配戴的眼鏡應(yīng)使無(wú)窮遠(yuǎn)處的物體通過(guò)它后在該近視解：所配戴的眼鏡應(yīng)使無(wú)窮遠(yuǎn)處的物體通過(guò)它后在該近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)處成虛像設(shè)眼鏡的焦距為眼的遠(yuǎn)點(diǎn)處成虛像設(shè)眼鏡的焦距為f，物距為，像距為，物距為，像距為 =0

29、.4m，代入薄透鏡公式，可得，代入薄透鏡公式，可得f14 . 011度250D5 . 24 . 011f即該患者(hunzh)應(yīng)配戴250度的凹透鏡解得第三十一頁(yè)，共46頁(yè)。2遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼眼在不調(diào)節(jié)時(shí)，平行眼在不調(diào)節(jié)時(shí)，平行(pngxng)光經(jīng)眼的光學(xué)系統(tǒng)后，會(huì)聚在視網(wǎng)光經(jīng)眼的光學(xué)系統(tǒng)后，會(huì)聚在視網(wǎng)膜的后面，因此視網(wǎng)膜上得不到清晰的像，如圖膜的后面，因此視網(wǎng)膜上得不到清晰的像，如圖1117(c)所示，所示，這樣的眼稱(chēng)為遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼在不調(diào)節(jié)時(shí)，不僅看不清遠(yuǎn)處物體，這樣的眼稱(chēng)為遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼在不調(diào)節(jié)時(shí)，不僅看不清遠(yuǎn)處物體，更看不清近處物體但調(diào)節(jié)后，可以看清遠(yuǎn)處物體，仍看不清較更看不清近處物體但調(diào)節(jié)后

30、，可以看清遠(yuǎn)處物體，仍看不清較近處物體，遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)較正常眼遠(yuǎn)近處物體，遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)較正常眼遠(yuǎn)遠(yuǎn)視眼的矯正方法是戴一副適當(dāng)焦度的凸透鏡，以禰補(bǔ)眼睛焦度的不足，使來(lái)自遠(yuǎn)處的平行光經(jīng)透鏡后會(huì)聚，再經(jīng)眼睛折射后會(huì)聚于視網(wǎng)膜上，如圖1119所示故此，遠(yuǎn)視眼在看近處(jn ch)（如明視距離）的物體時(shí)，必須使該物體經(jīng)所配戴的凸透鏡折射后，在遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)處成一虛像1119 遠(yuǎn)視眼的矯正(jiozhng)第三十二頁(yè)，共46頁(yè)。例題例題 116 一遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)在眼前一遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)在眼前0.5m處，欲使其能看清處，欲使其能看清0.25m處的物體，問(wèn)應(yīng)配多少度的眼鏡？處的物體，問(wèn)應(yīng)配多少度的眼鏡？解：如果解：如果

31、0.25m處的物體通過(guò)眼鏡后在該遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)處成一虛處的物體通過(guò)眼鏡后在該遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)處成一虛像，便可使患者看清物體設(shè)眼鏡的焦距為像，便可使患者看清物體設(shè)眼鏡的焦距為f，物距為，物距為m，像距為，像距為0.5m，代入薄透鏡，代入薄透鏡(tujng)公式，可得公式，可得f15 . 0125. 01度200D21f即該患者(hunzh)應(yīng)配戴200度的凸透鏡 第三十三頁(yè)，共46頁(yè)。3散光眼散光眼近視眼和遠(yuǎn)視眼均屬球面屈光不正，其光學(xué)系統(tǒng)是對(duì)稱(chēng)折射系統(tǒng)散光眼近視眼和遠(yuǎn)視眼均屬球面屈光不正，其光學(xué)系統(tǒng)是對(duì)稱(chēng)折射系統(tǒng)散光眼是非對(duì)稱(chēng)折射系統(tǒng)，其角膜在各個(gè)方向上的子午線半徑不相等（各子午面是非對(duì)稱(chēng)折射系統(tǒng)，

32、其角膜在各個(gè)方向上的子午線半徑不相等（各子午面焦度不同），點(diǎn)物發(fā)出的光線經(jīng)角膜折射后不能形成一點(diǎn)像圖焦度不同），點(diǎn)物發(fā)出的光線經(jīng)角膜折射后不能形成一點(diǎn)像圖1120表示一散光眼的角膜，其縱向子午面（表示一散光眼的角膜，其縱向子午面（OCD面上面上(min shn)）的子午）的子午線半徑最短，該子午面焦度最大；橫向子午面（線半徑最短，該子午面焦度最大；橫向子午面（OAB面上面上(min shn)）的子午線半徑最長(zhǎng)，該子午面焦度最小，其它子午面的焦度介于二者之的子午線半徑最長(zhǎng)，該子午面焦度最小，其它子午面的焦度介于二者之間從點(diǎn)光源間從點(diǎn)光源O發(fā)出的光線經(jīng)角膜折射后，由于不同方向聚焦的位置不同，發(fā)出的

33、光線經(jīng)角膜折射后，由于不同方向聚焦的位置不同，在在Ix處得到的是一水平線，在處得到的是一水平線，在Iy處得到的是一條豎直直線在處得到的是一條豎直直線在Ix和和Iy之間之間可以得到大小不等的橢圓或圓形的像因此，散光眼常把一點(diǎn)物看成一條可以得到大小不等的橢圓或圓形的像因此，散光眼常把一點(diǎn)物看成一條很短的線段很短的線段第三十四頁(yè)，共46頁(yè)。第四節(jié)放大鏡和顯微鏡第四節(jié)放大鏡和顯微鏡 一、放大鏡一、放大鏡借助于會(huì)聚透鏡來(lái)增加視角借助于會(huì)聚透鏡來(lái)增加視角(shjio)用于這一目的的會(huì)聚透鏡稱(chēng)為用于這一目的的會(huì)聚透鏡稱(chēng)為放大鏡放大鏡把物體把物體(wt)放在明視距離（放在明視距離（25cm）處，用眼睛直接觀察

34、物體）處，用眼睛直接觀察物體(wt)時(shí)時(shí)的視角為的視角為 ；利用放大鏡觀察同一物體；利用放大鏡觀察同一物體(wt)時(shí)的視角為時(shí)的視角為 ，通常用這，通常用這兩個(gè)視角的比值表示放大鏡的放大率，由于此放大率與眼睛的視角有關(guān)，兩個(gè)視角的比值表示放大鏡的放大率，由于此放大率與眼睛的視角有關(guān)，所以稱(chēng)為角放大率，用表示，即所以稱(chēng)為角放大率，用表示，即a第三十五頁(yè)，共46頁(yè)。fytg25tgyfyfya2525/第三十六頁(yè)，共46頁(yè)。二、顯微鏡成像二、顯微鏡成像普通放大鏡的放大倍數(shù)是有限的，如果想觀察更細(xì)微的物體普通放大鏡的放大倍數(shù)是有限的，如果想觀察更細(xì)微的物體(wt)就就要借助于顯微鏡了普通光學(xué)顯微鏡由

35、兩組會(huì)聚透鏡組成，要借助于顯微鏡了普通光學(xué)顯微鏡由兩組會(huì)聚透鏡組成，左邊的一組透鏡左邊的一組透鏡L1，焦距較短，稱(chēng)為物鏡，焦距為，焦距較短，稱(chēng)為物鏡，焦距為f1；右邊的一組透鏡右邊的一組透鏡L2，焦距較長(zhǎng)，稱(chēng)為目鏡，焦距為，焦距較長(zhǎng)，稱(chēng)為目鏡，焦距為f2第三十七頁(yè)，共46頁(yè)。依據(jù)依據(jù)(yj)角放大率的定義角放大率的定義 Mtgtg2tgfy25tgy222525fyyyfyMamM21212525ffsffsM第三十八頁(yè)，共46頁(yè)。三、顯微鏡的分辨本領(lǐng)三、顯微鏡的分辨本領(lǐng)物鏡的透光面積很小，相當(dāng)于一個(gè)圓孔，物光通過(guò)時(shí)必然產(chǎn)生圓孔衍射，形成有一定大小的衍射亮斑（艾里斑）被觀察物體可以看成由許多不

36、同亮度、不同位置的物點(diǎn)組成，它們的像彼此部分重疊，物體的細(xì)節(jié)(xji)就會(huì)變得模糊不清因此，衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)(xji)的能力瑞利給出了分辨物體細(xì)節(jié)的依據(jù)：當(dāng)一個(gè)物點(diǎn)的衍射亮斑的第一暗環(huán)與另一個(gè)衍射亮斑的中央點(diǎn)重合時(shí)，這兩點(diǎn)恰好處于可以分辨的極限位置，這個(gè)條件就是瑞利判據(jù)理論表明(biomng)，滿足瑞利判據(jù)時(shí)，兩個(gè)衍射亮斑重疊區(qū)中心的光強(qiáng)，約為每個(gè)衍射亮斑中心最亮處光強(qiáng)的80% ，正常人眼剛好能夠分辨這種光強(qiáng)差別 第三十九頁(yè)，共46頁(yè)。第四十頁(yè)，共46頁(yè)。顯微鏡剛能分辨清楚的兩個(gè)物點(diǎn)之間的最短距離稱(chēng)為顯微鏡的分辨顯微鏡剛能分辨清楚的兩個(gè)物點(diǎn)之間的最短距離稱(chēng)為顯微鏡的分辨距離，用距離，用Z表示表示(biosh)它的倒數(shù)它的倒數(shù)1/Z是顯微鏡的分辨本領(lǐng)是顯微鏡的分辨本領(lǐng)角表示角表