幾何光學(xué)及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用

1、幾何光學(xué)：幾何光學(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)，以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)， 波動(dòng)光學(xué)：波動(dòng)光學(xué)：研究光的電磁性質(zhì)和傳播規(guī)律，研究光的電磁性質(zhì)和傳播規(guī)律， 量子光學(xué)：量子光學(xué)：以光的量子理論為基礎(chǔ)，用光的粒以光的量子理論為基礎(chǔ)，用光的粒子性去研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)子性去研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律。律。研究各種成像光學(xué)儀器的理論。研究各種成像光學(xué)儀器的理論。是干涉、衍射、偏振的理論和應(yīng)用。是干涉、衍射、偏振的理論和應(yīng)用。主要主要特別特別 波動(dòng)光學(xué)和量子光學(xué)，統(tǒng)稱為物理光學(xué)。波動(dòng)光學(xué)和量子光學(xué)，統(tǒng)稱為物理光學(xué)。2Lecture 5 幾何光學(xué)幾何光學(xué) 第一節(jié)第一節(jié) 球面成像球面成像第二節(jié)第二節(jié) 透鏡透

2、鏡第三節(jié)第三節(jié) 眼眼第四節(jié)第四節(jié) 放大鏡和顯微鏡放大鏡和顯微鏡第五節(jié)第五節(jié) 醫(yī)學(xué)應(yīng)用舉例醫(yī)學(xué)應(yīng)用舉例教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：3角膜角膜(1.376)主光軸主光軸房水房水(1.336)虹膜虹膜晶狀體晶狀體(1.406)玻璃狀液玻璃狀液(1.336)視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜黃斑黃斑睫狀肌睫狀肌眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)角膜（角膜（1.3761.376）房水（房水（1.3361.336）瞳孔瞳孔晶狀體（晶狀體（1.4061.406）玻璃體（玻璃體（1.3361.336）視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜4簡約眼簡約眼: : 把眼睛簡化為一個(gè)單球面折射系統(tǒng)。把眼睛簡化為一個(gè)單球面折射系統(tǒng)。外面是空氣，里面是水，分界面就是角膜，是個(gè)球面，外面

3、是空氣，里面是水，分界面就是角膜，是個(gè)球面，也稱為單球面折射系統(tǒng)。也稱為單球面折射系統(tǒng)。C C15mm5.7mm17mmF1F2n=1.336n =15折射折射: :當(dāng)光波從一介質(zhì)入射到另一介質(zhì)時(shí)，由于兩介質(zhì)的光當(dāng)光波從一介質(zhì)入射到另一介質(zhì)時(shí)，由于兩介質(zhì)的光學(xué)密度不同，透射光偏離入射方向的現(xiàn)象。學(xué)密度不同，透射光偏離入射方向的現(xiàn)象。折射定律折射定律: :rninsinsin21第一節(jié)第一節(jié) 球面折射球面折射 單球面折射是指：單球面折射是指：兩種不同折射率的透明介質(zhì)的兩種不同折射率的透明介質(zhì)的分界面為球分界面為球面的一部分面的一部分時(shí)，光所產(chǎn)生的折射現(xiàn)象時(shí)，光所產(chǎn)生的折射現(xiàn)象?？諝饪諝獠ＡРＡ

4、 C單球面折射單球面折射是研究各種光學(xué)系統(tǒng)成像的基礎(chǔ)。是研究各種光學(xué)系統(tǒng)成像的基礎(chǔ)。一、單球面折射一、單球面折射6n1n2點(diǎn)光源點(diǎn)光源OCr rA像像Iu uv vi1i2主光軸主光軸近軸光線近軸光線推導(dǎo)：設(shè)球面曲率半徑為推導(dǎo)：設(shè)球面曲率半徑為r、物距為物距為u、像距為像距為v。頂點(diǎn)頂點(diǎn)球面的曲球面的曲率中心率中心P1.1.單球面折射公式單球面折射公式(設(shè)設(shè): n1 0，說明單球面具有會(huì)聚光線的作用 0是會(huì)聚，f10是會(huì)聚，f20是發(fā)散2121nnff11rnfnnrnnnfu11121211)(rnfnnrnnnfv22121222)(根據(jù)rnn12而所以，有2211fnfn12二、共軸球面

5、系統(tǒng)二、共軸球面系統(tǒng)如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的折射球面，且這些折射面的曲如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的折射球面，且這些折射面的曲率中心都在同一直線上，所組成的系統(tǒng)稱為共軸球面系統(tǒng)。率中心都在同一直線上，所組成的系統(tǒng)稱為共軸球面系統(tǒng)。在成像過程中，前一折射面所成的像，即為相鄰的后一在成像過程中，前一折射面所成的像，即為相鄰的后一個(gè)折射面的物個(gè)折射面的物-逐次成像法。逐次成像法。u u1 1v v1 1u u2 2v v2 2 0u u3 3v v3 3u u4 40v v4 4nnn0n0n0131015 . 15 . 14011vv v1 1=60cmrnnvnun1212112040OI1n=1.540

6、I2v2v1例題例題玻璃球玻璃球(n=1.5)的半徑為的半徑為10cm，一點(diǎn)光源放在球前，一點(diǎn)光源放在球前40cm處，求近軸光線通過玻璃球后所成的像。處，求近軸光線通過玻璃球后所成的像。第二折射面，第二折射面，n1=1.5, n2=1, u2=-40cm, r =-10cm105 . 111405 . 12vv v2 2=11.4cmrnnvnun12222114透鏡透鏡是具有兩個(gè)折射球面的光學(xué)系統(tǒng)，也是最簡單的是具有兩個(gè)折射球面的光學(xué)系統(tǒng)，也是最簡單的共共軸球面系統(tǒng)軸球面系統(tǒng)。通常用光學(xué)玻璃制成，也有用其它透明物質(zhì)如。通常用光學(xué)玻璃制成，也有用其它透明物質(zhì)如塑料等制造。塑料等制造。 透鏡可分

7、為薄透鏡和厚透鏡兩大類。還有柱面透鏡。平透鏡可分為薄透鏡和厚透鏡兩大類。還有柱面透鏡。平常用的大多是常用的大多是薄透鏡，即透鏡的厚度相對(duì)于物距和像距而言薄透鏡，即透鏡的厚度相對(duì)于物距和像距而言非常小，可以忽略。非常小，可以忽略。從形狀上有六種從形狀上有六種凸凸透透鏡鏡凹凹透透鏡鏡第二節(jié)第二節(jié) 透透 鏡鏡會(huì)聚透鏡發(fā)散透鏡15一、一、 薄透鏡的成像公式薄透鏡的成像公式du1=uv1=-u2n0nn0)11(112100rrnnnvu考慮薄透鏡前后媒質(zhì)相同的情況，考慮薄透鏡前后媒質(zhì)相同的情況，按共軸球面系統(tǒng)計(jì)算得：按共軸球面系統(tǒng)計(jì)算得：OI1Iv2=v)11(2100rrnnn焦度2211fnfn根

8、據(jù)有1210001)11(1rrnnnnf1210002)11(1rrnnnnf而薄透鏡前后的媒質(zhì)相同，所以16當(dāng)當(dāng)n0=1時(shí)時(shí), ,即透鏡放在空氣中即透鏡放在空氣中12121)11)(1(rrnfffvu111得到，薄透鏡成像公式：得到，薄透鏡成像公式：（該公式適用于透鏡（該公式適用于透鏡兩側(cè)媒質(zhì)相同兩側(cè)媒質(zhì)相同的情況。）的情況。）放置在空氣中的薄透鏡的焦度：放置在空氣中的薄透鏡的焦度：f1將的值帶回單球面折射公式，1)11(1102100nrrnnnvu且17二、二、 薄透鏡組合薄透鏡組合由兩個(gè)或兩個(gè)以上的薄透鏡組成的共軸系統(tǒng)，稱為薄由兩個(gè)或兩個(gè)以上的薄透鏡組成的共軸系統(tǒng)，稱為薄透鏡組合。

9、薄透鏡之間可以是隔開分立的，也可以是透鏡組合。薄透鏡之間可以是隔開分立的，也可以是緊密貼合的。緊密貼合的。薄透鏡組合后所成的像，可以應(yīng)用薄透鏡成像公式采薄透鏡組合后所成的像，可以應(yīng)用薄透鏡成像公式采用逐次成像法求得，即，先求物體經(jīng)過第一個(gè)透鏡所用逐次成像法求得，即，先求物體經(jīng)過第一個(gè)透鏡所成的像，再將此像作為第二個(gè)透鏡的物，求出第二個(gè)成的像，再將此像作為第二個(gè)透鏡的物，求出第二個(gè)透鏡所成的像，依此類推。透鏡所成的像，依此類推。P22418 眼球壁主要分為三層眼球壁主要分為三層: :外層外層: :角膜、鞏膜。角膜、鞏膜。中層中層: :包括虹膜、睫狀體。包括虹膜、睫狀體。內(nèi)層內(nèi)層: :視網(wǎng)膜。視網(wǎng)

10、膜。 一、眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)一、眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)一、眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)一、眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)二、視力、屈光不正及其矯正二、視力、屈光不正及其矯正第三節(jié)第三節(jié) 眼眼 (The eye)19簡約眼簡約眼: : 把眼睛簡化為一個(gè)單球面把眼睛簡化為一個(gè)單球面( (接近角膜接近角膜) )折射系統(tǒng)。折射系統(tǒng)。C C15mm5mm15mmF1F2mm15n-nrnf1211mm20n-nrnf1222n=1.336rvu133. 133. 11簡約眼的單球面曲率半徑約5mm根據(jù)單球面焦距公式，得到所以得到簡約眼的折射公式：20 對(duì)近物對(duì)近物: :睫狀肌收縮，晶狀體曲率半徑睫狀肌收縮，晶狀體曲率半徑減小減小

11、, , 眼的焦度增大眼的焦度增大。對(duì)遠(yuǎn)物：對(duì)遠(yuǎn)物：睫狀肌放松，晶狀體曲率半徑睫狀肌放松，晶狀體曲率半徑增大增大, , 眼的焦度減小眼的焦度減小。眼的調(diào)節(jié)：眼睛改變自身焦度使遠(yuǎn)近不同的物體均能在視網(wǎng)眼的調(diào)節(jié)：眼睛改變自身焦度使遠(yuǎn)近不同的物體均能在視網(wǎng)膜上成清晰像的本領(lǐng)。眼的調(diào)節(jié)是通過睫狀肌改變膜上成清晰像的本領(lǐng)。眼的調(diào)節(jié)是通過睫狀肌改變晶狀體晶狀體表面的曲率來完成。表面的曲率來完成。2 2、眼的調(diào)節(jié)、眼的調(diào)節(jié)rvu133.133.1121當(dāng)所看的物體比較近時(shí)，兩眼的視軸會(huì)向鼻中線會(huì)聚。人眼所能看清近物的能力，也就是說晶狀體的調(diào)節(jié)能力是有一定限度的，這決定于晶狀體變凸的最大限度。22遠(yuǎn)點(diǎn)：遠(yuǎn)點(diǎn)：眼

12、睛在完全不調(diào)節(jié)時(shí)（肌肉完全松弛時(shí)）所能看清物體的最遠(yuǎn)位置。眼睛在完全不調(diào)節(jié)時(shí)（肌肉完全松弛時(shí)）所能看清物體的最遠(yuǎn)位置。正常視力的人，遠(yuǎn)點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處，平行光會(huì)聚在視網(wǎng)膜上。正常視力的人，遠(yuǎn)點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處，平行光會(huì)聚在視網(wǎng)膜上。近似眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在眼前的一定距離處，因此，近似眼看不清遠(yuǎn)物。近似眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在眼前的一定距離處，因此，近似眼看不清遠(yuǎn)物。近點(diǎn)：近點(diǎn)：眼睛經(jīng)過最大調(diào)節(jié)所能看清物體的最近位置。眼睛經(jīng)過最大調(diào)節(jié)所能看清物體的最近位置。視力正常人的近點(diǎn)距離約為視力正常人的近點(diǎn)距離約為10-12cm10-12cm，近視眼的近點(diǎn)更近，遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)更，近視眼的近點(diǎn)更近，遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)更遠(yuǎn)。遠(yuǎn)。明視距離：明視距離：最

13、適宜而不易引起眼睛過度疲勞的看物距離，最適宜而不易引起眼睛過度疲勞的看物距離，視力正常人的明視距離是視力正常人的明視距離是25cm25cm。近點(diǎn)近點(diǎn)(1012cm)遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)()（明視距離）（明視距離）25cm眼的調(diào)節(jié)的范圍：眼的調(diào)節(jié)的范圍：23二、視力、屈光不正及其矯正二、視力、屈光不正及其矯正視角視角視角：視角：從物體兩端入射到眼中節(jié)點(diǎn)的光線所夾的角度。單位是分。從物體兩端入射到眼中節(jié)點(diǎn)的光線所夾的角度。單位是分。眼節(jié)點(diǎn)眼節(jié)點(diǎn)國際標(biāo)準(zhǔn)視力國際標(biāo)準(zhǔn)視力=1能分辨的最小1視角眼的分辨本領(lǐng)（視力）：眼的分辨本領(lǐng)（視力）：眼睛能分辨眼睛能分辨兩物點(diǎn)間最短距離兩物點(diǎn)間最短距離的能力。設(shè)此時(shí)眼睛能分辨物

14、體的最小視角為的能力。設(shè)此時(shí)眼睛能分辨物體的最小視角為。 對(duì)一定距離外的物體，不同的人眼的對(duì)一定距離外的物體，不同的人眼的最小視角不同，最小視角不同，即視力不同。即視力不同。1.視力視力vision視力正常的眼睛，能夠分辨的兩個(gè)物體的最小視角是視力正常的眼睛，能夠分辨的兩個(gè)物體的最小視角是1分。分。241 1分視角分視角5 5米米眼眼L=1.5mmL=1.5mm視力表的原理：視力表的原理：（以（以國際標(biāo)準(zhǔn)視力表國際標(biāo)準(zhǔn)視力表中視力中視力1.01.0為例）為例）L=1.5mmL=1.5mm基本原理是，當(dāng)人眼能看清基本原理是，當(dāng)人眼能看清5m遠(yuǎn)處的一個(gè)圓形的缺口或遠(yuǎn)處的一個(gè)圓形的缺口或E字形上的開

15、口（缺口字形上的開口（缺口或開口的距離為或開口的距離為1.5mm）的方向時(shí)，按簡化眼計(jì)算，此缺口在視網(wǎng)膜像中的距）的方向時(shí)，按簡化眼計(jì)算，此缺口在視網(wǎng)膜像中的距離約為離約為5m，說明此眼視力正常，定為，說明此眼視力正常，定為1.0；同時(shí)也可以算出，當(dāng)物像為；同時(shí)也可以算出，當(dāng)物像為5m時(shí)，時(shí)，由光路形成的兩個(gè)三角形的對(duì)頂角即視角約相當(dāng)于由光路形成的兩個(gè)三角形的對(duì)頂角即視角約相當(dāng)于1分度（即分度（即1）；因此，如果）；因此，如果受試者在視角為受試者在視角為10分度時(shí)才能看清相應(yīng)增大了的視力表上標(biāo)準(zhǔn)圖形的缺口（相分度時(shí)才能看清相應(yīng)增大了的視力表上標(biāo)準(zhǔn)圖形的缺口（相當(dāng)于國際視力表上最上面一排圖），則

16、視力定為當(dāng)于國際視力表上最上面一排圖），則視力定為0.1。25（國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)視力表國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)視力表：視力視力= 5 = 5 lg lg) )我國，設(shè)計(jì)了一種我國，設(shè)計(jì)了一種對(duì)數(shù)視力表對(duì)數(shù)視力表。把國。把國際視力表上記為際視力表上記為1.0的正常視力記為的正常視力記為5.0，而將視角為而將視角為10分度時(shí)的視力記為分度時(shí)的視力記為4.0，其間相當(dāng)于視力其間相當(dāng)于視力4.1、4.2直至直至4.9的圖形，的圖形，各比上一排形成的視角小各比上一排形成的視角小1.259倍，而倍，而log1.259 = 0.1；這樣，視力表上不論；這樣，視力表上不論原視力為何值，改善程度的數(shù)值都具原視力為何值，改善程度

17、的數(shù)值都具有同樣的意義。有同樣的意義。國際視力表對(duì)于相應(yīng)圖形大小的設(shè)計(jì)是有缺陷國際視力表對(duì)于相應(yīng)圖形大小的設(shè)計(jì)是有缺陷的，如，相當(dāng)于的，如，相當(dāng)于0.2視力的圖形比視力視力的圖形比視力0.1的圖的圖形小形小1/2，而相當(dāng)于視力，而相當(dāng)于視力1.0的圖形比視力為的圖形比視力為0.9的圖形小了的圖形小了1/9。但是臨床上，將。但是臨床上，將0.9的視力改的視力改善到善到1.0較容易，但是較容易，但是0.1的視力改善為的視力改善為0.2是很是很難的。盡管都是增加了難的。盡管都是增加了0.1，但是真正改善的程，但是真正改善的程度并不一樣。度并不一樣。262、眼的屈光不正及其矯正、眼的屈光不正及其矯正正

18、視眼正視眼遠(yuǎn)點(diǎn)距離：遠(yuǎn)點(diǎn)距離：近點(diǎn)距離：近點(diǎn)距離：1012cm非正視眼非正視眼近視眼近視眼遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼散光眼散光眼近視眼近視眼 (short sight)(short sight)成像：成像：在視網(wǎng)膜前。在視網(wǎng)膜前。成因：成因：晶狀體或角膜曲率較大，晶狀體或角膜曲率較大， 聚光能力太強(qiáng)；或眼球的前后徑過長。聚光能力太強(qiáng)；或眼球的前后徑過長。矯正矯正：凹透鏡。凹透鏡。遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼 (far sight)(far sight)成像：在視網(wǎng)膜后成像：在視網(wǎng)膜后. .成因：晶狀體或角膜曲率變小，成因：晶狀體或角膜曲率變小， 聚光能力減弱；或眼軸過短。聚光能力減弱；或眼軸過短。矯正矯正：凸透鏡。凸透鏡。

19、27近視眼的配鏡近視眼的配鏡：佩戴凹透鏡（發(fā)散光線）的目的是把無窮佩戴凹透鏡（發(fā)散光線）的目的是把無窮遠(yuǎn)處的物體成一個(gè)虛像在遠(yuǎn)處的物體成一個(gè)虛像在近視眼的近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)處遠(yuǎn)點(diǎn)處, ,使眼不調(diào)節(jié)可看使眼不調(diào)節(jié)可看清遠(yuǎn)物。清遠(yuǎn)物。遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)凹透鏡凹透鏡此時(shí)有：此時(shí)有：u = , v = - (遠(yuǎn)點(diǎn)距離遠(yuǎn)點(diǎn)距離)由透鏡成像公式得：由透鏡成像公式得：凹透鏡焦度：凹透鏡焦度： =1/f遠(yuǎn)點(diǎn)距離遠(yuǎn)點(diǎn)距離f111遠(yuǎn)點(diǎn)距離28 P230 例14-429遠(yuǎn)視眼的配鏡遠(yuǎn)視眼的配鏡：凸透鏡的作用是把近處的物體（或明凸透鏡的作用是把近處的物體（或明視距離處）的物體成一個(gè)虛像在視距離處）的物體成一個(gè)虛像在遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)視眼的近

20、點(diǎn)處。近點(diǎn)處。近點(diǎn)近點(diǎn)凸透鏡凸透鏡此時(shí)有：此時(shí)有： u = 25cm, v = -(近點(diǎn)距離近點(diǎn)距離)由透鏡成像公式得：由透鏡成像公式得：凸透鏡焦度：凸透鏡焦度：=1/f物物25cmf11251近點(diǎn)距離30 P231 例14-5 P240 課后題14-831原因：原因：角膜不是球面了，而是在各個(gè)方向上曲率半徑不相等，角膜不是球面了，而是在各個(gè)方向上曲率半徑不相等， 是非對(duì)稱的折射系統(tǒng)。是非對(duì)稱的折射系統(tǒng)。矯正：矯正：配戴適當(dāng)焦度的柱面透鏡配戴適當(dāng)焦度的柱面透鏡A AB BC CD D若若ABABCDCD散光眼和配鏡散光眼和配鏡凸柱面透鏡凸柱面透鏡凹柱面透鏡凹柱面透鏡32對(duì)各種不同的散光眼，矯正

21、的方法不相同。對(duì)各種不同的散光眼，矯正的方法不相同。1. 單性散光單性散光：角膜的某一子午面：角膜的某一子午面(如縱子午面如縱子午面)曲率正常，而另曲率正常，而另一方向的子午面曲率較小一方向的子午面曲率較小(大大)，即當(dāng)眼不調(diào)節(jié)時(shí)，一個(gè)子午，即當(dāng)眼不調(diào)節(jié)時(shí)，一個(gè)子午面內(nèi)的平行光恰會(huì)聚于網(wǎng)膜上，另一子午面內(nèi)的平行光會(huì)面內(nèi)的平行光恰會(huì)聚于網(wǎng)膜上，另一子午面內(nèi)的平行光會(huì)聚于網(wǎng)膜之后聚于網(wǎng)膜之后(前前)。矯正的方法矯正的方法是是配一適當(dāng)度數(shù)的凸配一適當(dāng)度數(shù)的凸(凹凹)柱柱面透鏡，鏡軸的方向與正常曲率子午面的方向一致面透鏡，鏡軸的方向與正常曲率子午面的方向一致。單純遠(yuǎn)視散光（圖A）單純近視散光（圖B）

22、子午像面：軸外物點(diǎn)的主光線與光學(xué)系統(tǒng)主軸所構(gòu)成的平面，稱為光學(xué)系統(tǒng)成像的子午面。 332. 復(fù)性散光復(fù)性散光(散光加近視或遠(yuǎn)視散光加近視或遠(yuǎn)視)：角膜的兩子午面曲率都較：角膜的兩子午面曲率都較大大(或較小或較小)，但不相等，使得兩個(gè)子午面的平行光線會(huì)聚，但不相等，使得兩個(gè)子午面的平行光線會(huì)聚于視網(wǎng)膜之前于視網(wǎng)膜之前(或之后或之后)，且不重合。這種情況最常見。，且不重合。這種情況最常見。 矯正的方法矯正的方法是是配適當(dāng)度數(shù)的凹配適當(dāng)度數(shù)的凹(或凸或凸)柱面透鏡和球面透鏡。柱面透鏡和球面透鏡。343. 混合散光：混合散光：角膜的兩正交子午面的曲率一個(gè)過大，一個(gè)角膜的兩正交子午面的曲率一個(gè)過大，一個(gè)

23、過小，即兩子午面內(nèi)的平行光線一個(gè)會(huì)聚在網(wǎng)膜之前，過小，即兩子午面內(nèi)的平行光線一個(gè)會(huì)聚在網(wǎng)膜之前，一個(gè)會(huì)聚在網(wǎng)膜之后。一個(gè)會(huì)聚在網(wǎng)膜之后。矯正時(shí)矯正時(shí)也是用球面透鏡和柱面透也是用球面透鏡和柱面透鏡組合配鏡。鏡組合配鏡。35一、放大鏡一、放大鏡眼節(jié)點(diǎn)眼節(jié)點(diǎn)f25cm放大倍數(shù)（角放大率）放大倍數(shù)（角放大率）：25/yfytgtg)(25cmf即即y作用：增大視角。作用：增大視角。第四節(jié)第四節(jié) 幾種醫(yī)用光學(xué)儀器幾種醫(yī)用光學(xué)儀器 放大放大正立正立虛像虛像f使用放大鏡時(shí)，需要將物體放在放大鏡的焦點(diǎn)以內(nèi)，但是要靠近焦點(diǎn)處。為什么？通常這個(gè)虛像是成在明視距離，25處36二、光學(xué)顯微鏡的成像原理二、光學(xué)顯微鏡的

24、成像原理yF1F2L1L2物鏡物鏡目鏡目鏡f1f2y25cm25tgyy顯微鏡的放大率：顯微鏡的放大率：1.1.顯微鏡的光路圖和放大率：顯微鏡的光路圖和放大率：222525/fyyyfyM y物鏡的線放大率物鏡的線放大率目鏡的角放大率目鏡的角放大率37于是，于是，顯微鏡的放大率顯微鏡的放大率為為mM 為物鏡的線為物鏡的線放大率，放大率， 為目鏡的角為目鏡的角放大率。放大率。m21212525ffSmM，f，fSyym目鏡的角放大率物鏡的線放大率一般顯微鏡會(huì)附有幾個(gè)可供選擇的物鏡和目鏡，一般顯微鏡會(huì)附有幾個(gè)可供選擇的物鏡和目鏡，適當(dāng)配合就可以獲得不同的放大率。適當(dāng)配合就可以獲得不同的放大率。yF

25、1F2L1L2物鏡物鏡f1f2y yS根據(jù)相似三角形382.2.光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)光學(xué)儀器的圓孔衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)儀器的圓孔衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)系統(tǒng)分辨物體光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力。細(xì)節(jié)的能力。衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力。衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力。分辨極限分辨極限: :光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)能能分辨開兩物點(diǎn)的最短距離。分辨開兩物點(diǎn)的最短距離。分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng): :最短距離的倒數(shù)稱為光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。最短距離的倒數(shù)稱為光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。AB物鏡物鏡兩物點(diǎn)兩物點(diǎn)AB相應(yīng)兩象點(diǎn)相應(yīng)兩象點(diǎn)艾里斑艾里斑顯微鏡為了提高放大率的需要，物鏡的焦距往往都是比較小的，

26、因此能夠透光的面積很小，相當(dāng)于圓孔。39瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)A1A2A1A2A1A2Z1.01.00.80.8兩個(gè)物點(diǎn)（兩個(gè)物點(diǎn)（A1和和A2）剛能夠被分辨的條件是：）剛能夠被分辨的條件是：一個(gè)物點(diǎn)的衍射亮斑的第一暗環(huán)正好與另一個(gè)物點(diǎn)的衍射亮斑中央點(diǎn)重合。此一個(gè)物點(diǎn)的衍射亮斑的第一暗環(huán)正好與另一個(gè)物點(diǎn)的衍射亮斑中央點(diǎn)重合。此時(shí)時(shí)Z Z為剛能分辨的最短距離為剛能分辨的最短距離（即（即顯微鏡的顯微鏡的分辨極限距離分辨極限距離）。）。A1A2S1S2f 40 顯微鏡的分辨本領(lǐng)：顯微鏡的分辨本領(lǐng)：顯微鏡能分辨最短距離的能力。顯微鏡能分辨最短距離的能力。當(dāng)物鏡的當(dāng)物鏡的數(shù)值孔徑越大數(shù)值孔徑越大，波長越短波長

27、越短，顯微鏡，顯微鏡能夠分辨的最短距離越小，也就是越能看清能夠分辨的最短距離越小，也就是越能看清物體細(xì)節(jié)。物體細(xì)節(jié)。根據(jù)瑞利判據(jù)，阿貝爾指出，顯微鏡能分根據(jù)瑞利判據(jù)，阿貝爾指出，顯微鏡能分辨兩點(diǎn)之間的最小分辨距離為：辨兩點(diǎn)之間的最小分辨距離為：ANnZ61. 0sin61. 0物鏡的數(shù)值孔徑：物鏡的數(shù)值孔徑：sinnAN物鏡物鏡強(qiáng)度強(qiáng)度Z（推導(dǎo)略）（推導(dǎo)略）41提高顯微鏡分辨本領(lǐng)的兩個(gè)途徑：提高顯微鏡分辨本領(lǐng)的兩個(gè)途徑：增大物鏡的數(shù)值孔徑增大物鏡的數(shù)值孔徑 N.A（比如：采用油浸鏡頭）（比如：采用油浸鏡頭）減小照射光的波長減小照射光的波長（采用紫外線、電子射線）（采用紫外線、電子射線）蓋玻片蓋

28、玻片n=1.52n=1干物鏡干物鏡物鏡物鏡(n=1.52)油浸物鏡油浸物鏡油油n=1.52標(biāo)本標(biāo)本ANnZ61. 0sin61. 042 因此，顯微鏡的分辨本領(lǐng)和放大率是兩個(gè)不同的概念，放因此，顯微鏡的分辨本領(lǐng)和放大率是兩個(gè)不同的概念，放大率是指物體成像后能被放大的倍數(shù)；分辨本領(lǐng)則是分辨大率是指物體成像后能被放大的倍數(shù)；分辨本領(lǐng)則是分辨物體細(xì)節(jié)的能力。物體細(xì)節(jié)的能力。 放大率與物鏡的線放大率以及目鏡的角放大率有關(guān)；而分放大率與物鏡的線放大率以及目鏡的角放大率有關(guān)；而分辨本領(lǐng)只決定于物鏡。辨本領(lǐng)只決定于物鏡。 只使用高倍目鏡來提高顯微鏡的放大率，對(duì)分辨本領(lǐng)沒有只使用高倍目鏡來提高顯微鏡的放大率，

29、對(duì)分辨本領(lǐng)沒有改善，例如一個(gè)改善，例如一個(gè)40(NA 0.65)的物鏡配一個(gè)的物鏡配一個(gè)20的目的目鏡和一個(gè)鏡和一個(gè)100(NA 1.30)的物鏡配一個(gè)的物鏡配一個(gè)8的目鏡，雖的目鏡，雖然放大倍數(shù)都是然放大倍數(shù)都是800倍，但顯然后者的分辨本領(lǐng)較前者高倍，但顯然后者的分辨本領(lǐng)較前者高一倍，更能清楚地觀察到物體的細(xì)節(jié)。一倍，更能清楚地觀察到物體的細(xì)節(jié)。43 第五節(jié)第五節(jié) 醫(yī)學(xué)應(yīng)用舉例醫(yī)學(xué)應(yīng)用舉例手術(shù)顯微鏡手術(shù)顯微鏡，是顯微外科手術(shù)必備的光學(xué)儀器，可用于眼科，耳鼻喉科，外科，整形外科和腦神經(jīng)外科等，基本上由觀察系統(tǒng)/照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成。手術(shù)顯微鏡需要滿足以下要求：1）顯微鏡放大倍數(shù)一般

30、在440倍。低倍視場(chǎng)大，作為初始檢查用，1016倍常用于手術(shù)，高倍則用于觀察細(xì)微病變的檢查。顯微變倍時(shí)應(yīng)保證齊焦。2）要有足夠大的工作距離，通常125400mm。3）物鏡視場(chǎng)對(duì)手術(shù)操作方便與否有很大關(guān)系，常用視場(chǎng)為1540mm。當(dāng)物鏡放大倍數(shù)增大時(shí)，視場(chǎng)則減小。4）手術(shù)顯微鏡所成的像，必須是完全一致的立體像，便于操作。5）照明裝置的照明范圍應(yīng)該足夠大，亮度適中。深部手術(shù)時(shí)采用同軸照明。光路中需設(shè)有隔熱片或采用冷光源，以免熱量傳至手術(shù)處，使局部組織發(fā)生變化。6）若手術(shù)需要助手配合，則手術(shù)顯微鏡需要能兩人同時(shí)觀察，且視場(chǎng)一致。7）調(diào)角方便，盡量用腳控開關(guān)操縱。8）操作部位能消毒或置消毒套。醫(yī)用內(nèi)鏡

31、分為軟性內(nèi)鏡軟性內(nèi)鏡和硬性內(nèi)鏡硬性內(nèi)鏡，從成像原理上又分為光學(xué)內(nèi)鏡，纖維內(nèi)鏡，電子內(nèi)鏡，超聲內(nèi)鏡，磁共振仿真內(nèi)鏡，膠囊內(nèi)鏡等。硬性內(nèi)鏡，如耳道鏡、鼻竇鏡、喉鏡、氣管鏡、宮腔鏡、胸腔鏡、腹腔鏡、肛腸鏡、椎間盤鏡、膀胱鏡、關(guān)節(jié)鏡等。不管是哪種硬性內(nèi)鏡，其結(jié)構(gòu)、成像原理基本相同，都是幾何光學(xué)成像原理的具體應(yīng)用，把凸透鏡、凹透鏡、柱狀透鏡、棱鏡等光學(xué)元件，按照一定尺寸裝在金屬管內(nèi)，不同的是規(guī)格的長短、粗細(xì)、角度、材質(zhì)以及工藝有所差別。奧林帕斯硬式內(nèi)鏡的種類與保養(yǎng)原則奧林帕斯硬式內(nèi)鏡的種類與保養(yǎng)原則奧林帕斯硬式內(nèi)鏡的種類與保養(yǎng)原則50把透明度很好的玻璃或其他透明物質(zhì)拉成很細(xì)把透明度很好的玻璃或其他透明物質(zhì)拉成很細(xì)的纖維，外表再涂上一層折射率較小的物質(zhì)，便制的纖維，外表再涂上一層折射率較小的物質(zhì)，便制成了成了光學(xué)纖維光學(xué)纖維，簡稱，簡稱光纖光纖。 2n1n0n0i0i22210sinnni保證發(fā)生全反射的條件為入射角不大于保證發(fā)生全反射的條件為入射角不大于0i纖維內(nèi)鏡纖維內(nèi)鏡51 光纖柔光纖柔軟可彎，還軟可彎，還具有一定的具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度。光纖可以光纖可以導(dǎo)導(dǎo)光光，