【中學(xué)課件】眼與常用光學(xué)儀器

1、 第三節(jié)第三節(jié) 眼眼 睛睛1一、眼的結(jié)構(gòu)1、生理結(jié)構(gòu)http:/ 眼眼 睛睛http:/ 眼眼 睛睛http:/ 眼眼 睛睛http:/ 眼眼 的的 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 眼睛不同于任何光學(xué)折射系統(tǒng)，眼的焦度能在一定范圍自動調(diào)節(jié)，能將遠(yuǎn)近不同物體成像在視網(wǎng)膜上，眼睛能改變焦度的這種本領(lǐng)稱為眼的調(diào)節(jié)眼的調(diào)節(jié)(accommodation)。 眼睛不調(diào)節(jié)時能看清的物點到眼睛之間的距離稱為遠(yuǎn)點遠(yuǎn)點，正常視力的人，其遠(yuǎn)點在無窮遠(yuǎn)處，即平行光進(jìn)入眼睛后剛好會聚于視網(wǎng)膜上。近視眼的遠(yuǎn)點為有限距離近視眼的遠(yuǎn)點為有限距離。若物體逐漸向眼睛移近，晶狀體的曲率半徑隨之減小，眼睛的焦度增大，使得進(jìn)入眼睛的光線不能在視網(wǎng)膜上成清

2、晰的像。眼睛最大調(diào)節(jié)（晶狀體曲率半徑最?。r能看清的物體與眼睛之間的距離稱為近點近點(near point)。正常人明視距離正常人明視距離(comfortable visual distance)：25cm第三節(jié)第三節(jié) 眼眼 睛睛http:/ sight)眼睛不調(diào)節(jié)時，平行光進(jìn)入眼內(nèi)經(jīng)折射后會聚于視網(wǎng)膜前面，在視網(wǎng)膜上成像模糊不清，則稱為近視眼。近視的原因可能是角膜或晶狀體的折射面曲率半徑太小，對光線的偏折太強，或者眼球的前后直徑太長。近視眼的矯正方法是配戴一副 適當(dāng)焦度的凹透鏡，使光線進(jìn)入眼睛之前經(jīng)凹透鏡適當(dāng)發(fā)散，再經(jīng)眼睛折射后恰好在視網(wǎng)膜上形成清晰的像，如圖14-20所示。具體地說，近視眼

3、所配戴的凹透鏡要使光線所成虛象在近視眼的遠(yuǎn)點處，這樣近視眼在不調(diào)節(jié)時就能看清遠(yuǎn)處的物體。第三節(jié)第三節(jié) 眼眼 睛睛http:/ 一近視眼的遠(yuǎn)點在眼前50cm處，今欲使其看清無限遠(yuǎn)的物體，則應(yīng)配戴多少度的鏡？解： 配戴的眼鏡必須使無限遠(yuǎn)的物體應(yīng)在眼前50cm處成一虛象，如圖所示。設(shè)眼鏡的焦距為f，u=，v=0.5m,代入薄透鏡公式，得：f15 . 011 解得 =1/=1/0.5=2d=200度第三節(jié)第三節(jié) 眼眼 睛睛http:/ sight)眼睛不調(diào)節(jié)時，來自遠(yuǎn)處的平行光射入眼內(nèi)經(jīng)折射后會聚于視網(wǎng)膜的后面，因此，在視網(wǎng)膜上得不到清晰的像，如圖。此類眼睛稱為遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼在不調(diào)節(jié)時既看不清遠(yuǎn)處

4、物體，也看不清較近的物體。遠(yuǎn)視眼的近點比正視眼要遠(yuǎn)些。第三節(jié)第三節(jié) 眼眼 睛睛http:/ 眼眼 睛睛http:/ 一遠(yuǎn)視眼的近點在1.2m處，要看清眼前12cm處物體，問應(yīng)配戴怎樣的眼鏡？解：所配戴的眼鏡應(yīng)使眼前12cm處的物體在眼前1.2m處成一虛象，如圖11-22。對于透鏡：u=0.12m，v=1.2m，代入薄透鏡公式得：df5 . 72 . 1112. 011 即配戴焦度為7.5d的凸透鏡。http:/ 眼眼 睛睛http:/ 從物體兩端入射到眼中節(jié)點的光線所夾的角度稱為視角。視角決定物體在視網(wǎng)膜上成像的大小，視角越大，成像也越大，眼睛越能看清物體細(xì)節(jié)。實驗指出，視力正常的眼睛能分辨兩

5、物點的視角為1/，與之對應(yīng)，在明視距離處眼睛能分辨兩物點之間的最短距離約最短距離約為為0.1mm。眼睛能分辨兩物點間最小距離的能力稱為眼的分辨本領(lǐng)，其大小與分辨的最小視角有關(guān)，分辨的最小視角越小，眼的分辨本領(lǐng)越大。因此，常用眼睛分辨的最小視角的倒數(shù)表示其分辨本領(lǐng)，稱為視力視力(visual acuity)第三節(jié)第三節(jié) 眼眼 睛睛http:/ 能能分分辨辨的的最最小小視視角角視視力力1 應(yīng)用上式計算視力時，最小視角應(yīng)以分（/）為單位。第三節(jié)第三節(jié) 眼眼 睛睛l=5-log 視角應(yīng)以分（/）為單位。http:/ 幾種醫(yī)用光學(xué)儀器一、放一、放 大大 鏡鏡(magnifier)151、使用放大鏡的原因

6、使用放大鏡的原因：為了看清楚微小物體或物體的細(xì)節(jié)，需要調(diào)節(jié)眼睛和物體間的距離。為增大視角，用于這一目的的會聚透鏡，稱為放大鏡。2、操作方法：使用放大鏡時，常常將物體放在放大鏡的焦點附近且靠近透鏡一側(cè)。http:/ 通常用這兩個視角的比值/ 來衡量放大鏡放大視角的能力，稱為角放大率，即 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http:/ fytg f25此式表明，放大鏡的角放大率與它的焦距成反比。式中f為放大鏡的焦距第四節(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http:/ 短短)；目鏡鏡( f 長長)。(2)顯微原理第四節(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http:/ ： tgt

7、gm 2522/ytgffytg為目鏡焦距），（代入上式得222525fyyyfym 式中y/y稱為物鏡的線放大率（稱為物鏡的線放大率（m）；）；25/f2是目鏡是目鏡的角放大率（的角放大率（）代入上式得 mm 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http:/ (4)放大率與焦距的關(guān)系：由于被觀察物體放在靠近物鏡的第一焦點，所以物鏡的線放大率y/y可近似地等于s/f1，s是像y/到物鏡的距離，即物鏡的像距。21212525ffsffsm 由于物鏡和目鏡的焦距與物鏡的像距s相比很小，式中s可以看成鏡筒長度，因此顯微鏡的放大率與顯微鏡的放大率與所用物鏡和目鏡的焦距成反比。所用物鏡和目鏡的

8、焦距成反比。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http:/ 利用光學(xué)系統(tǒng)觀察較為復(fù)雜的物體，其畫面可以看成由許多不同亮度、不同位置的物點的像所組成。但衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力。（1）定義：光學(xué)系統(tǒng)能分辨開兩物點的最短距離稱為分辨極限分辨極限，它的倒數(shù)稱為光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)。（2）圓孔衍射：愛里斑d22.1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http:/ 甲衍射圖樣的中央極大光強度與乙衍射圖樣的第一極小光強度重合所確定出的所確定出的兩物點間的距離作為光學(xué)光學(xué)系統(tǒng)所能分辨的兩物點間的最短距離系統(tǒng)所能分辨的兩物點間的最短距離，稱這個極限稱這個極限距離為瑞

9、利判據(jù)距離為瑞利判據(jù)。（4）光學(xué)系統(tǒng)的最小分辨角： 根據(jù)瑞利判據(jù)：（3）瑞利判據(jù)：在衍射圖樣合成的總光強度曲線中，當(dāng)兩最大光強度之間的最小光強度不超過最大光強度的80，則可分辨出有兩個物點。如圖（b）所示。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http:/ 是在瑞利判據(jù)下兩衍射圖樣中心對光學(xué)系統(tǒng)主光軸的夾角，它與剛好能分辨開的兩物點對光學(xué)系統(tǒng)主光軸的夾角0相等，即0 = 。 r61. 00 0稱為光學(xué)系統(tǒng)的最小分辨角。上式表明，對于無限遠(yuǎn)的物點，通過圓形通光孔成像的光學(xué)系統(tǒng)，其通光孔徑越大，能分辨開的兩物點的角距離越小，分辨本領(lǐng)越大；所用光波的波長越短，分辨本領(lǐng)亦越大。第四節(jié)第四節(jié) 幾

10、種醫(yī)用光學(xué)儀器幾種醫(yī)用光學(xué)儀器http:/ 注意：被觀察的標(biāo)本可以看成由許多物點組成的。各物點在物鏡的像平面上所成的像不是理想的點像，而是有一定大小的亮斑。從目鏡中看到的細(xì)節(jié)是來自物鏡的像，只有物鏡能分辨標(biāo)本的細(xì)節(jié)只有物鏡能分辨標(biāo)本的細(xì)節(jié)。（2）分辨原理：由瑞利判據(jù)可知，當(dāng)一物點的衍射亮斑中心恰好與另一物點的衍射圖樣中的第一極小重合時，兩物點之間的距離正好處于物鏡可分辨的極限距離。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http:/ nsinu稱為物鏡的孔徑數(shù)(numerical aperture)（n a） anz 61. 0http:/ 的目鏡與用100 （n.a1.30）的物鏡配上

11、8 的目鏡，它們的放大率雖然都是800 ，但是后者的分辨本領(lǐng)比前者高1倍，因而可看到更多、更清楚的物體細(xì)節(jié)。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http:/ 利用油浸物鏡來增大n和u值。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http:/ 例如，用n.a1.5的高級油浸物鏡時，若用可見光照射（平均波長為550nm），顯微鏡能分辨的最短距離為nmz7 .2235 . 1255022. 1 比223.7nm再小的細(xì)節(jié)就看不清楚了。若改用波長為275nm的紫外線照明，可使分辨本領(lǐng)提高1倍，即可看清楚小到112nm的細(xì)節(jié)。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)儀器納米納米http:

12、/ for his fundamental work in electron optics, and for the design of the first electron microscope授予1986年nobel physics prizee.魯斯卡ernst ruskaelectron microscopehttp:/ 崔琦1998物理 李遠(yuǎn)哲1986化學(xué)http:/ 對于標(biāo)本大小確定的細(xì)節(jié)，應(yīng)根據(jù)照射光的波長選用具有相應(yīng)孔徑數(shù)的物鏡，顯微鏡也應(yīng)有相應(yīng)的放大率才能看清物體的細(xì)節(jié)。此時的放大率稱為顯微鏡的有效放大率。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http:/ ，只能等于

13、z/ ：anz 61. 0zan 61.0 將這個物鏡能分辨的距離z/放大（如m倍），使顯微鏡最后所成的虛象（像大m z/ ）對人眼所張視角為1/或大于1/，這樣眼睛才能分辨出兩細(xì)節(jié)。設(shè)虛象成在明視距離處，視角取1/（2.910-4弧度），于是manzm 2561. 025109 . 24 由此可見，有效放大率至少要達(dá)218n.a時才能看清物鏡所分辨的細(xì)節(jié)。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http:/ 在10-8pa的超高度真空條件下成功地實現(xiàn)了分辨率高達(dá)0.14nm的水平分辨率以及0.01nm的垂直分辨率的掃描型探針顯微鏡http:/ 鏡鏡37 1、構(gòu)成：它是由透明度高的玻璃或其他透明材料拉成很細(xì)的透明纖維，并在其外表面涂一層折射率比纖維還小的物質(zhì)，并由很多根這樣的纖維絲組合在一起。 2、光束在纖維內(nèi)鏡的傳輸情況如圖11-29所示。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htt