模擬眼睛的屈光不正及物理矯正

1、實驗目的：理解并掌握光焦度、屈光度的概念及測量方法；理解并掌握薄透鏡成像規(guī)律，計算薄透鏡的屈光度；模擬眼睛屈光不正光路，理解物理矯正原理。實驗原理從光學角度看，眼睛是一個具有自動調(diào)節(jié)功能的光學系統(tǒng)。理論和實驗都已 證明，當發(fā)光體的光線經(jīng)光學系統(tǒng)成像后，若物距為S、像距為S、透鏡的焦距 為f，則三者之間的關系滿足高斯公式：111+=S S f光焦度是指焦距的倒數(shù)，表示著透鏡的發(fā)散或會聚本領，單位為屈光度D （1D=1m-1），也可用度作單位，1D=100度。常見的屈光不正（常）眼有：1）近視眼：眼睛不經(jīng)調(diào)節(jié)時，平行光入射會聚在視網(wǎng)膜之前，即眼睛的會 聚能力加強，這種眼睛稱為近視眼。多數(shù)近視眼是由

2、于眼球前后距離變大，即眼軸過長引起；少數(shù)近視眼是由于 角膜和品狀體對光線的折射能力過強引起。前者為軸性近視，后者為屈光性近視。無論是屬于哪種近視眼，它們的近點與遠點都近移，需要配帶發(fā)散透鏡進行 物理矯正，這種發(fā)散透鏡稱為近視鏡。圖近視眼圖近視眼的物理矯正2）遠視眼：眼睛不經(jīng)調(diào)節(jié)時，平行光入射會聚在視網(wǎng)膜之后，即眼睛的會 聚能力減弱，這種眼睛稱為遠視眼。多數(shù)遠視眼是由于眼球前后距離變小，即眼軸過短引起；少數(shù)遠視眼是由于 角膜和品狀體對光線的折射能力過弱引起。前者為軸性遠視，后者為屈光性遠視。無論是屬于哪種遠視眼，它們的近點與遠點都遠移，需要配帶會聚透鏡進行 物理矯正，這種會聚透鏡稱為遠視鏡。圖

3、遠視眼圖 遠視眼的物理矯正本實驗中利用透鏡A作為眼睛，像屏作為視網(wǎng)膜來模擬眼睛的成像過程。通過前后移動像屏來模擬軸性近視和遠視眼的屈光不正成像原理，利用透鏡B （焦距小于透鏡A）和透鏡C （焦距大于透鏡A）來模擬屈光性近視和遠視眼的屈光不正成像原理，并用一塊凹透鏡D和一塊凸透鏡E分別模擬矯正眼睛屈光 不正的近視鏡和遠視鏡。最后通過高斯公式來求出矯正鏡的焦距。實驗儀器光具座及附件、光源、物屏、像屏，不同焦距的薄透鏡。薄透鏡共5片薄透鏡A焦距為200mm （模擬眼睛）薄透鏡B焦距為150mm （模擬屈光性近視眼）薄透鏡C焦距為250mm （模擬屈光性遠視眼）薄透鏡D焦距為-150mm （模擬近視眼

4、矯正鏡）薄透鏡E焦距為600mm （模擬遠視眼矯正鏡）實驗內(nèi)容共軸調(diào)節(jié)透鏡成像存在著像差，成像系統(tǒng)應盡量在近軸區(qū)域。為達到上述要求，應使 各光學元件的主光軸重合，習慣上稱同軸等高，即共軸。此外，成像系統(tǒng)中的各量，如物距、像距及透鏡移動的距離等都是沿著主光 軸計算長度的。長度是按光具座的刻度來讀取的。為測量準確，透鏡主光軸應與 光具座導軌平行。共軸調(diào)節(jié)可分為粗調(diào)和細調(diào)兩步來做。首先粗調(diào)，將各光學元件置于光具座上，并靠攏排列。調(diào)節(jié)其高、低、左、 右，使光源、物屏、透鏡、像屏等的中心同高共線并平行于導軌。各元件所在的 平面要相互平行且垂直于導軌軸線。然后再細調(diào)，依靠成像規(guī)律來判斷：將像屏、物屏置于光

5、具座上，使其距離 l 4f。插入透鏡并左右移動其位置，在屏上分別得到放大像和縮小像，調(diào)節(jié)各 元件，使放大像與縮小像的中心重合。如果系統(tǒng)是由多個透鏡等元件組成的，均 用這種方法使所有像的中心重合在一個位置，則達到了共軸要求。以下所有實驗 都是在共軸條件下進行的。模擬正常眼成像過程：（1）將焦距為200mm的薄透鏡A放在物屏和像屏之間，調(diào)節(jié)光源、物屏、像 屏及薄透鏡共軸等高。（2）將物屏和像屏間的距離調(diào)整為850mm，調(diào)節(jié)薄透鏡A的位置，使像屏上 呈現(xiàn)清晰的像，以模擬正常眼睛的成像過程。模擬近視眼成像過程：（1）將像屏向后移動50mm模擬軸性近視眼成像過程，此時成像會變模糊。將薄透鏡D （焦距為-

6、150mm）放在物屏與薄透鏡A之間模擬近視眼矯正鏡，調(diào) 節(jié)薄透鏡D的位置，使像屏上所成的像清晰，記錄下物屏、薄透鏡A及像屏（單 次測量）的位置，用多次測量（至少5次）記錄下薄透鏡D的位置。（2）利用高斯公式計算出薄透鏡D的焦距。（3）還原正常眼睛的成像過程，將薄透鏡A換成薄透鏡B （焦距為150mm） 模擬屈光性近視眼成像過程，此時成像會變模糊，將薄透鏡D （焦距為-150mm） 放在物屏與薄透鏡B之間模擬近視眼矯正鏡，調(diào)節(jié)薄透鏡D的位置，使像屏上 所成的像清晰，記錄下物屏、薄透鏡B及像屏（單次測量）的位置，用多次測 量（至少5次）記錄下薄透鏡D的位置。（4）利用高斯公式計算出薄透鏡D的焦距。

7、模擬遠視眼成像過程：（1）還原正常眼睛的成像過程，將像屏向前移動30mm模擬軸性遠視眼成像 過程，此時成像會變模糊。將薄透鏡E （焦距為600mm）放在物屏與薄透鏡A 之間模擬遠視眼矯正鏡，調(diào)節(jié)薄透鏡E的位置，使像屏上所成的像清晰，記錄 下物屏、薄透鏡A及像屏（單次測量）的位置，用多次測量（至少5次）記錄 下薄透鏡E的位置。利用高斯公式計算出薄透鏡E的焦距。還原正常眼睛的成像過程，將薄透鏡A換成薄透鏡C (焦距為250mm) 模擬屈光性近視眼成像過程，此時成像會變模糊，將薄透鏡E (焦距為600mm) 放在物屏與薄透鏡C之間模擬遠視眼矯正鏡，調(diào)節(jié)薄透鏡E的位置，使像屏上 所成的像清晰，記錄下物

8、屏、薄透鏡C及像屏(單次測量)的位置，用多次測 量(至少5次)記錄下薄透鏡E的位置。利用高斯公式計算出薄透鏡E的焦距。注意事項透鏡要輕拿輕放，盡量避免用于觸摸透鏡表面，嚴禁用任何物體劃透鏡。安裝透鏡時一定要小心，確保透鏡被牢固的安裝在透鏡夾上，切勿將透鏡 掉在地上。透鏡使用完畢后，用透鏡紙將其包好，并按照實際焦距放回貼有焦距標簽 的塑料袋中，切勿亂放。附：實驗數(shù)據(jù)記錄表及數(shù)據(jù)處理公式模擬近視眼成像過程數(shù)據(jù)記錄表(軸性近視和屈光性近視各畫一個)物屏位置P=薄透鏡A(B)位置=像屏位置P=測量次數(shù)12345薄透鏡D位置(mm)模擬遠視眼成像過程數(shù)據(jù)記錄表(軸性遠視和屈光性遠視各畫一個)物屏位置P=

9、薄透鏡A (C)位置=像屏位置P=測量次數(shù)12345薄透鏡E位置(mm)數(shù)據(jù)處理所用公式設物屏與薄透鏡D (E)的間隔為51，薄透鏡A (B) (C)與像屏的間隔為S2，物屏與像屏的間隔為L，薄透鏡A (B) (C)的焦距為f (f )(f )，則ABC軸性近視眼模擬過程焦距公式：f = ( fASi2 + sD f L - S L + S 21A 22屈光性近視眼模擬過程焦距公式：f =D軸性遠視眼模擬過程焦距公式：f=屈光性遠視眼模擬過程焦距公式：f = (S2 - fC )S12 + S TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark55 o Current Document E f L - S L + S 21C 22誤差分析所用公式近視眼：S = D P u = -A s =4一一 U f2 + s21P 3 D n.(n -1)S1p D軸性近視眼焦距不確定度傳遞公式：U = 2(S2 fS1 +1 U fDf L - S L + S 2S1L A 22屈光性近視眼焦距不確定