第十一章眼睛的屈光

第十一章眼睛的屈光第一節(jié)眼睛的屈光系統(tǒng)第二節(jié)球面的屈光第三節(jié)透鏡的屈光第四節(jié)眼睛的屈光不正及其物理矯正第一節(jié)眼睛的屈光系統(tǒng)主要內(nèi)容：一、眼的生理結(jié)構(gòu)二、眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)11.1.1、眼睛的生理結(jié)構(gòu)：角膜（1.376）房水（1.336）瞳孔玻璃體（1.336）晶狀體（1.406）視網(wǎng)膜11.1.2.示意眼.

從幾何光學(xué)觀點(diǎn)來看，人眼是一個(gè)由不同介質(zhì)組成的共軸球面系統(tǒng)。這一系統(tǒng)能使物體在視網(wǎng)膜上成清晰的像，進(jìn)入眼腈的光線要通過一系列折射面的折射才能到達(dá)視網(wǎng)膜上。表征眼睛的屈光有三種結(jié)構(gòu)元素：曲率半徑、厚度和折射率。我們把實(shí)際的人眼近似用一個(gè)如圖11-2所示的共軸光學(xué)系統(tǒng)來表征。這個(gè)由五種介質(zhì)(角膜，房水，晶狀體玻璃體，視網(wǎng)膜）組成的系統(tǒng)稱為示意眼。表11-1示意眼結(jié)構(gòu)元素的平均值部位,前,后表面曲率半徑,厚度,折射率空氣7.71.000角膜7.76.80.51.376房水6.810.03.11.337晶狀體10.0-6.03.61.386玻璃體-6.0-9.715.61.33611.1.3、眼睛的光學(xué)結(jié)構(gòu)——簡(jiǎn)化眼一側(cè)是空氣n=1一側(cè)是水n=4/3分界面為球面（r=5.73mm左右可調(diào)節(jié)）F2F1f2=22.92mmf1=15.7mmC5.73mm第二節(jié)球面的屈光主要內(nèi)容一：?jiǎn)吻蛎娴奈锵窆剑簡(jiǎn)吻蛎娴慕咕嗯c焦度三：共軸多球面11.2.1單球面折射系統(tǒng)概念頂點(diǎn)、曲率中心、曲率半徑、主光軸、近軸光線1.單球面的物像公式其中：n1—物方折射率（n1>1）

n2—像方折射率（n2>1）

l—物距（實(shí)物取正、虛物取負(fù)）

—像距（實(shí)像取正、虛象取負(fù)）

r—球面半徑（球心在像方取正、球心在物方取負(fù)）證明：應(yīng)用單球面折射的物像公式的符號(hào)法則

(1)從物點(diǎn)到折射面的方向與入射光線的方向相同,物距為正,反之為負(fù).

(2)從折射面到像點(diǎn)的方向與折射光線的方向相同,像距為正,反之為負(fù).

(3)從折射面到曲率中心的方向與折射光線的方向相同,曲率半徑為正,反之為負(fù).2.單球面的焦距1、焦距F1nf1將v=∞代入折射公式得：

無窮遠(yuǎn)處的像所對(duì)應(yīng)的物點(diǎn)，稱為折射面的物方焦點(diǎn)，用F1表示。

F1到折射面頂點(diǎn)的距離為物方焦距，用f1表示。f1>0會(huì)聚作用、f1<0發(fā)散作用物方焦距像方焦距nF2f2將u=∞代入單球面折射公式得：

與無窮遠(yuǎn)處物體所對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)，稱為該折射面的像方焦點(diǎn)，用F2表示。

F2到折射面頂點(diǎn)的距離稱為像方焦距，用f2表示。f2>0會(huì)聚作用、f2<0發(fā)散作用3.單球面的焦度單位：屈光度(D)，1D=1/m1D=100度決定折射面折射本領(lǐng)的量(n2-n1)/r稱為折射面的光焦度(或稱為焦度）。用φ表示Φ>0單球面折射系統(tǒng)具有會(huì)聚作用Φ<0單球面折射系統(tǒng)具有發(fā)散作用|Φ|值大，單球面折射系統(tǒng)會(huì)聚（發(fā)散）能力強(qiáng)|Φ|值小，單球面折射系統(tǒng)會(huì)聚（發(fā)散）能力弱解：液體處于折射面的凹側(cè)例1：某種液體（n1=1.3）和玻璃（n2=1.5）的分界面為球面。在液體中有一物體放在這個(gè)折射球面的主光軸上離球面39cm處，并在球面前30cm處成一虛像。求該折射球面的曲率半徑，并指出哪一種媒質(zhì)處于球面的凹側(cè)。OI

P

Vun1=1.3n2=1.5例2：圓柱形玻璃棒（n=1.5）的一端是半徑為2cm的凸球面。求:（1）當(dāng)棒置于空氣中時(shí)，在棒的軸線上距離棒端外8cm處的物點(diǎn)所成像的位置。（2）若將此棒放入水（n=1.33）中時(shí)，物距不變，像距應(yīng)是多少(設(shè)棒足夠長(zhǎng))？解：當(dāng)棒置于空氣中時(shí)，n1=1.0，n2=1.5，r=2cm，=8cm，代入公式當(dāng)棒放入水中時(shí)，n1=1.33，n2=1.5，r=2cm，=8cm，代入公式得：=-18.5cm,為虛像，且像在棒外。得：=12cm為實(shí)像11.2.2共軸多球面1.共軸多球面屈光系統(tǒng):

先求出物體通過第一折射面所成的像，將此像作為第二折射面的物，再求該物通過第二折射面的像……如此下去，直到求出通過最后折射面所成的像。2.依此成像法:解：例：有一玻璃球(n=1.5)置于空氣中(n=1),其半徑為10cm,當(dāng)點(diǎn)光源置于球前40cm處,求近軸光線通過玻璃后的成像位置。1

1.5402060對(duì)第一折射面來說，對(duì)第二折射面來說，小結(jié)：一、概念1、物點(diǎn)、像點(diǎn)2、物方、像方3、實(shí)像與虛像實(shí)物與虛物4、焦距5、焦度二、重要公式第三節(jié)透鏡的屈光透鏡：折射面是兩個(gè)球面，或者一個(gè)是球面，另一個(gè)是平面的共軸球面系統(tǒng)，叫做透鏡。薄透鏡：當(dāng)透鏡中間部分的厚度與折射球面的曲率半徑相比很小，可以忽略不計(jì)時(shí)，這種透鏡稱為薄透鏡。11.3.1、薄透鏡重要公式薄透鏡兩式相加得：證明：(11-7)()2、薄透鏡的焦距：透鏡有兩個(gè)焦點(diǎn)，兩個(gè)焦距。當(dāng)薄透鏡兩側(cè)介質(zhì)相同時(shí)（11-9）（11-10）(11-8)f﹤0

時(shí)焦點(diǎn)為虛焦點(diǎn)，透鏡對(duì)光線起發(fā)散作用。f﹥0

時(shí)焦點(diǎn)為實(shí)焦點(diǎn)，透鏡對(duì)光線起會(huì)聚作用。越小，折射本領(lǐng)越大。將焦距公式（11-8）代入薄透鏡物像公式。(11-11)符號(hào)規(guī)則：實(shí)物，實(shí)像，實(shí)焦點(diǎn)，為正虛物，虛像，虛焦點(diǎn)，為負(fù)例1:求圖中凸透鏡的焦距。設(shè)透鏡的折射率為1.5，置于空氣中。n0=1n0=1n=1.5r1=30cmr2=∞解：可以另一方向定義r1、r23、薄透鏡的焦度注意：φ>0會(huì)聚透鏡、凸透鏡（中厚邊薄—雙凸、平凸、彎月）

Φ<0發(fā)散透鏡、凹透鏡（中薄邊厚—雙凹、平凹、彎月）

|φ|值大，透鏡的會(huì)聚（發(fā)散）能力強(qiáng)

|φ|值小，透鏡的會(huì)聚（發(fā)散）能力弱例2：一個(gè)由折射率n=1.5的玻璃做成的等凸薄透鏡，在空氣中的焦距為30cm，如把這透鏡的一側(cè)密封在盛滿水的半無限大水箱的一端面的孔中。求水箱外光軸左方90cm處的小物體被該系統(tǒng)成像的位置。90cmn=1n=1.5兩種方法:(1)兩次單球面成像

(2)一次單薄透鏡成像加一次單球面成像無論用哪種方法，都必須知道r1=r2=r

的值，可利用f的公式求得：方法一：相加方法二：2、像差分類：球面像差、色像差等等。11.3.4、透鏡的像差1、像差：物體通過透鏡所成的像與理論上所預(yù)期的像有一定的偏差，這種偏差叫像差。①球面像差近軸光線和遠(yuǎn)軸光線經(jīng)透鏡成像后不能在同一點(diǎn)會(huì)聚，此現(xiàn)象稱為球面像差，簡(jiǎn)稱球差。球差使點(diǎn)狀物體的像為一圓斑。球面像差矯正的方法：在透鏡前加光闌光闌②色像差冕牌玻璃的相對(duì)色散較小，火石玻璃相對(duì)色散較大，將其分別作成凸凹透鏡組合后即可消除色像差。高品質(zhì)的光學(xué)儀器都是由多個(gè)透鏡組成，目的在于消除像差。不同波長(zhǎng)的光通過透鏡后不能在同一點(diǎn)成像的現(xiàn)象稱為色像差。透鏡越厚，色像差越明顯。矯正方法：用折射率不同的會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡適當(dāng)?shù)亟M合可以消除色像差。解：兩次單透鏡成像例3：兩個(gè)薄透鏡在空氣中的焦距分別為f1和f2。若將這兩個(gè)透鏡緊密靠在一起，這樣組合系統(tǒng)的焦距和焦度如何表示。f1f2a相加又小結(jié)：一、概念1、薄透鏡3、焦度2、焦距二、重要公式1、2、3、第四節(jié)眼睛的屈光不正及其矯正什么是屈光不正—當(dāng)捷狀肌完全舒張時(shí)，平行光線射入眼內(nèi)，經(jīng)折射后,若恰好聚焦在視網(wǎng)膜上，成一清晰的像.這樣的眼睛為屈光正常，否則為屈光不正常。屈光不正的類型：1、近視眼

2、遠(yuǎn)視眼

3、老花眼

4、散光眼

5、弱視眼一、概念1、遠(yuǎn)點(diǎn)—捷狀肌完全舒張時(shí)，角膜曲率半徑最大時(shí)，能看到的最遠(yuǎn)距離。l=10m可視為無窮遠(yuǎn)。(把不經(jīng)調(diào)節(jié)就能在視網(wǎng)模上成像的物的位置稱遠(yuǎn)點(diǎn).)2、近點(diǎn)—捷狀肌處于最緊張狀態(tài)時(shí)，角膜曲率半徑最小時(shí)，能看到的最近距離。隨著年齡的增長(zhǎng)、捷狀肌的老化，使近點(diǎn)有改變。

兒童7cm青年10cm

中年25cm55歲以后1－2m3、明視距離—連續(xù)工作不致引起捷狀肌過分疲勞的最佳近點(diǎn)。l=25cm4、眼睛的調(diào)節(jié)范圍—遠(yuǎn)點(diǎn)到近點(diǎn)（正常的調(diào)節(jié)范圍遠(yuǎn)點(diǎn)到明視距離）。5、視角—兩個(gè)物點(diǎn)到眼睛的夾角。B’A’BA6、分辨本領(lǐng)—眼睛能分辨的最小視角。單位：分1度=60分1°=60′7、眼睛的視力—有兩種定義的檢驗(yàn)方法。分辨本領(lǐng)視力=5-lg分辨本領(lǐng)10分0.14.05分0.24.32分0.54.71分1.05.00.7分1.55.20.5分2.05.3視力=1/分辨本領(lǐng)（舊制）（新制）11.4.1、近視眼特點(diǎn)：捷狀肌完全舒張時(shí)，平行光入射，會(huì)聚在視網(wǎng)膜的前面，抵達(dá)視網(wǎng)膜時(shí)又分散，所成的像模糊不清，遠(yuǎn)點(diǎn)與近點(diǎn)都向眼睛移近；越近視，遠(yuǎn)點(diǎn)越近。原因：（1）長(zhǎng)時(shí)間近距離注視，捷狀肌長(zhǎng)時(shí)間緊張，導(dǎo)致球面（角膜）半徑變小，軸長(zhǎng)變長(zhǎng)（3）眼病造成的變化，肌肉神經(jīng)紊亂。（2）遺傳矯正：用凹透鏡矯正遠(yuǎn)點(diǎn)-遠(yuǎn)點(diǎn)1近視眼近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)近視眼的矯正例1：一近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)為0.4m，需配戴多少度、什么類型的透鏡才能矯正成屈光正常的眼睛。解：凹透鏡例2：戴近視鏡為300度的近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在哪？解：11.4.2、遠(yuǎn)視眼特點(diǎn)：捷狀肌完全舒張時(shí)，平行光入射，會(huì)聚在視網(wǎng)膜的后面，抵達(dá)視網(wǎng)膜時(shí)還沒會(huì)聚，過視網(wǎng)膜后才會(huì)聚．發(fā)散性增強(qiáng)了，遠(yuǎn)點(diǎn)與近點(diǎn)都平移了（遠(yuǎn)點(diǎn)在眼后）原因: