醫(yī)用物理學(xué)13幾何光學(xué)2017課件

第13章幾何光學(xué)第13章幾何光學(xué)(Geometricaloptics)

1、掌握單球面折射成像、共軸球面系統(tǒng)成像和薄透鏡成像的規(guī)律，了解透鏡成像的像差和補(bǔ)救辦法。2、掌握眼的屈光不正及其矯正方法，掌握視力和視角等概念。3、熟悉放大鏡、顯微鏡、纖鏡的光學(xué)原理。4、了解幾何光學(xué)在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用。

學(xué)習(xí)要求幾何光學(xué)的理論基礎(chǔ)是幾何定律和基本的光學(xué)實(shí)驗(yàn)定律：光在均勻介質(zhì)中的直線(xiàn)傳播定律光通過(guò)兩種界面時(shí)的反射和折射定律折射定律:第14章幾何光學(xué)(Geometricaloptics)

光的獨(dú)立傳播定律和光的可逆定律n1n2點(diǎn)光源OCrM像Iuvαi1i2θβ主光軸近軸光線(xiàn)推導(dǎo)：設(shè)球面曲率半徑為r、物距為u、像距為v頂點(diǎn)球面曲率中心P1.單球面折射公式(設(shè):n1<n2)單球面折射公式：由折射定律得：第一節(jié)球面折射單球面折射公式符號(hào)規(guī)則：①實(shí)物距、實(shí)像距取正值；②虛物距、虛像距取負(fù)值；③凸球面對(duì)著入射光線(xiàn)則r為正，反之為負(fù)。第一節(jié)球面折射CO1I1r1v1發(fā)散的入射光束的頂點(diǎn)稱(chēng)為實(shí)物u1>0發(fā)散的折射光束的頂點(diǎn)稱(chēng)為虛像v1<0凹面迎光r1<0會(huì)聚的入射光束的頂點(diǎn)稱(chēng)為虛物u2<0會(huì)聚的折射光束的頂點(diǎn)稱(chēng)為實(shí)像v2>0凸面迎光r2>0u1CO2I2r2v2u2--------單球面折射本領(lǐng)。折射率差值越大、半徑越小，Ф越大，折光本領(lǐng)越強(qiáng)。單位：Ф---屈光度（D）

r---米（m）折射面的焦度（dioptricstrength）第一節(jié)球面折射二、共軸球面系統(tǒng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的折射面的曲率中心在同一直線(xiàn)上所組成的系統(tǒng)。在成像過(guò)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----逐次成像法。第一節(jié)球面折射第二節(jié)透鏡一、薄透鏡成像公式：（僅討論透鏡兩側(cè)介質(zhì)相同的情況）一次成像二次成像nn0n0uv1v例：如圖，兩曲率半徑分別為0.2m和0.4m，求焦距。例11-3：如圖，求平薄透鏡在空氣中的焦距。設(shè)透鏡的折射率為1.5.凸面半徑為30厘米。uvu2=-v1二、薄透鏡的組合兩式相加得第二節(jié)透鏡等效焦度：例：驗(yàn)光時(shí)，鏡片的疊加例11-4兩個(gè)透鏡L1和L2組成共軸透鏡組，兩者的焦距分別為15cm與25cm,他們之間距離d=70cm,若一物體在L1前20cm處，求此透鏡組所成的像在何處？

例11-5上例中若兩個(gè)透鏡的距離d=45cm，求此透鏡組所成的像在何處？四、柱面透鏡表面是圓柱面的一部分凸柱面透鏡凹柱面透鏡第二節(jié)透鏡第二節(jié)透鏡討論1：平行光線(xiàn)經(jīng)凸柱面透鏡后的像討論2：平行光線(xiàn)經(jīng)凹柱面透鏡后的像討論3：點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)凸柱面透鏡后的像應(yīng)用：條形碼掃描五、透鏡的像差(aberration)1、球面像差：主光軸上點(diǎn)狀物發(fā)出的遠(yuǎn)軸光線(xiàn)與近軸光線(xiàn)不能匯聚于主光軸上同一點(diǎn)的現(xiàn)象。像差：物體經(jīng)過(guò)透鏡所成的像與理論上所成的像有所偏差的現(xiàn)象。分類(lèi)：球面像差、色像差等等。矯正方法1：光闌第二節(jié)透鏡矯正方法2：會(huì)聚透鏡后放置發(fā)散透鏡第三節(jié)眼睛一、眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約眼:

把眼睛簡(jiǎn)化為一個(gè)單球面(接近角膜)折射系統(tǒng)。C15mmr15mmF1F2n=1.33第三節(jié)眼睛眼睛處于放松狀態(tài)時(shí)：r=5mm由于眼睛看近處、遠(yuǎn)處物體是像距不變，故簡(jiǎn)約眼的r值必須改變，滿(mǎn)足：遠(yuǎn)點(diǎn)：眼睛在完全不調(diào)節(jié)時(shí)所能看清物體的最遠(yuǎn)位置。近點(diǎn)：眼睛經(jīng)過(guò)最大調(diào)節(jié)所能看清物體的最近位置。明視距離：最適宜而不易引起眼睛過(guò)度疲勞的看物距離。近點(diǎn)(10~12cm)遠(yuǎn)點(diǎn)(∞)（明視距離）25cm眼的調(diào)節(jié)的范圍：第三節(jié)眼睛三、眼的分辨本領(lǐng)及視力視角視角：從物體兩端入射到眼中節(jié)點(diǎn)的光線(xiàn)所夾的角度。視角決定了物體在視網(wǎng)膜成像的大小。眼節(jié)點(diǎn)視力=α眼睛能分辨物體的最小視角α的倒數(shù)表示眼的分辨本領(lǐng)，并稱(chēng)為視力，即：第三節(jié)眼睛據(jù)此所繪視力表稱(chēng)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)視力表第三節(jié)眼睛國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)視力表，即五分法視力表最小視角最小視角最小視角討論：近視眼的配鏡：凹透鏡的作用是把無(wú)窮遠(yuǎn)處物體成像在近視眼遠(yuǎn)點(diǎn),使眼在不調(diào)節(jié)的情況下可看清遠(yuǎn)物。遠(yuǎn)點(diǎn)此時(shí)有：u=∞,v=-50cm遠(yuǎn)點(diǎn)距離50cm第三節(jié)眼睛例題14-4：某近視眼患者的遠(yuǎn)點(diǎn)在眼前50cm處，今欲使其看清無(wú)限遠(yuǎn)的物體，應(yīng)佩戴多少度的眼鏡？遠(yuǎn)視眼的配鏡：凸透鏡的作用是把正視眼近點(diǎn)處的物體成像在遠(yuǎn)視眼近點(diǎn)。近點(diǎn)凸透鏡此時(shí)有：u=0.12m,v=-1.2m物12cm凸透鏡片度數(shù)750度第三節(jié)眼睛例題14-5：某遠(yuǎn)視眼患者近點(diǎn)距離為1.2m，要看清眼前12cm處的物體，應(yīng)配戴怎樣的眼鏡？原因：角膜的各個(gè)方向子午線(xiàn)的半徑不相等矯正：配戴適當(dāng)焦度的柱面透鏡ABCD即散光眼為非對(duì)稱(chēng)折射系統(tǒng)AB＞CD3、散光眼和配鏡第三節(jié)眼睛老花是指對(duì)近物的視力調(diào)節(jié)出現(xiàn)退化。眼睛的聚焦能力隨著年齡逐漸減弱，到65歲時(shí)，很少或完全沒(méi)有聚焦能力。老花眼原因：調(diào)節(jié)功能衰退特點(diǎn)：看遠(yuǎn)正常，看近不行矯正方法：配戴適當(dāng)焦度的凸透鏡第三節(jié)眼睛一、放大鏡β眼節(jié)點(diǎn)f25cmγ角放大率：即y作用：增大視角。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器放大正立虛像yF1F2L1L2物鏡目鏡u1u2y25cm顯微鏡的放大率：1.顯微鏡的光學(xué)原理：第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器二、光學(xué)顯微鏡2.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)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力。分辨極限:光學(xué)系統(tǒng)能分辨開(kāi)兩物點(diǎn)的最短距離。分辨本領(lǐng):最短距離的倒數(shù)稱(chēng)為光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。AB物鏡兩物點(diǎn)A’B’相應(yīng)兩象點(diǎn)艾里斑第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器兩個(gè)物點(diǎn)（A1和A2）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。此時(shí)Z為剛能分辨的最短距離（即顯微鏡的分辨距離）。討論：顯微鏡分辨本領(lǐng)的決定因素顯微鏡的能分辨的最短距離Z：物鏡的數(shù)值孔徑：第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器顯微鏡的分辨本領(lǐng)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N.A.（比如：采用油浸鏡頭）減小照射光的波長(zhǎng)λ蓋玻片n=1.52n=1干物鏡物鏡(n=1.52)油浸物鏡油n=1.52β標(biāo)本第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器三、纖鏡纖鏡：由數(shù)萬(wàn)根玻璃纖維捆縛成束構(gòu)成纖鏡作用：⒈把強(qiáng)光導(dǎo)入器官（體）內(nèi);⒉把器官（體）內(nèi)的像導(dǎo)出體外.（光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡）光導(dǎo)纖維：第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器支纖鏡纖維支氣管鏡檢查第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器醫(yī)學(xué)常用纖鏡：支氣管鏡、食道鏡、胃鏡、腸鏡、膀胱鏡、鼻腔鏡、宮腔、關(guān)節(jié)鏡等。本章小結(jié)注意：符號(hào)規(guī)則2、薄透鏡（1）成像公式：（2）焦距公式：1、單球面折射薄透鏡焦度：欲看清的位置，C、散光