《醫(yī)學物理學》課件幾何光學

第十一章幾何光學第一節(jié)球面成像第二節(jié)透鏡成像第三節(jié)眼睛第四節(jié)放大鏡和顯微鏡教學內(nèi)容：基本的光學實驗定律:1.光的直線傳播定律2.反射定律和折射定律3.光的獨立傳播定律4.光路可逆原理理論基礎(chǔ)

一、學習本章后，我們應(yīng)該：

1.掌握單球面折射成像公式和符號規(guī)則。2.掌握薄透鏡成像的規(guī)律,會計算焦度和焦距。3.掌握光學顯微鏡的分辨本領(lǐng)和放大率。4.了解眼睛的光學系統(tǒng)及屈光不正的矯正。二、重點：單球面折射成像三、問題：此公式是怎么推導的？適用的條件是什么？折射:當光波從一介質(zhì)入射到另一介質(zhì)時，由于兩介質(zhì)的折射率不同，透射光偏離入射方向的現(xiàn)象。折射定律:第一節(jié)球面成像

RefractionataSphericalSurface空氣玻璃C單球面：

兩種不同折射率的透明介質(zhì)的分界面是球面的一部分。單球面折射是研究各種光學系統(tǒng)成像的基礎(chǔ)。一、單球面折射n1n2點光源OCrA像Iuvαi1i2θβ主光軸近軸光線推導：設(shè)球面曲率半徑為r、物距為u、像距為v。頂點球面曲率中心P1.單球面折射公式單球面折射公式：由折射定律得：單球面折射公式符號規(guī)則：①實物距、實像距取正值；②虛物距、虛像距取負值；③凸球面對著入射光線則r

為正，反之為負。u

＞0u＜0oov＞0v＜0r＞0r＜0II（虛物：物點到折射面的方向與入射光線方向相反。）n虛實規(guī)定法圖示說明：o2為虛物

(會聚的入射光線的頂點)

，u

<0

；I2為實像(會聚的折射光線的頂點)

，v

>0；凸面對著入射光，r

取正.o1為實物

(發(fā)散的入射光線的頂點)

，u

取正；I1為虛像(發(fā)散的折射光線的頂點)，v

取負；凸面順著入射光，r

取負.I1CnCo1O2I2--------描寫單球面折射本領(lǐng)。物理意義：Ф越大，折光本領(lǐng)越強。單位：Ф---屈光度（D）

r---米（m）2.折射面的焦度（dioptricstrength）3.折射面的焦距第一焦點F1（物空間焦點）(當

v=∞時)第二焦距

f2：(當

u

=∞時)F1f1F2f2第一焦距f1：第二焦點F2（像空間焦點）f1、f2為正時，F(xiàn)1、F2是實焦點，折射面有會聚作用f1、f2為負時，F(xiàn)1、F2是虛焦點，折射面有發(fā)散作用F1f1F2f2-f1o-f2I(n1<n2)(n1>n2)由：和4.折射面的兩焦距與焦度的關(guān)系及高斯公式得:rn2解⑴：已知n1=1.0,n2=1.33,r=5.7mm(D)(mm)(mm)例題:從幾何光學的角度來看，人眼可簡化為高爾斯特蘭簡化眼模型。這種模型將人眼成像歸結(jié)成一個曲率半徑為5.7mm、媒質(zhì)折射率為1.33的單球面折射成像。⑴試求這種簡化眼的焦點位置和焦度；⑵若已知某物在膜后24.02處視網(wǎng)膜上成像，求該物應(yīng)放在何處。二、共軸球面系統(tǒng)兩個或兩個以上的折射球面的曲率中心在同一直線上所組成的系統(tǒng)。在成像過程中，前一折射面所成的像，即為相鄰的后一個折射面的物----順次成像法。u1v1u2v2

＜0u3v3u4＜0v4n′n〞n0n0n0∵∴v1=60cm2040OI1n=1.540I2v2v1[例題]玻璃球(n=1.5)的半徑為10cm，一點光源放在球前40cm處，求近軸光線通過玻璃球后所成的像。第二折射面，n1=1.5,n2=1,u2=-40cm,r2

=-10cm∵∴v2=11.4cm第一份節(jié)小膠結(jié)：實物潮、實掩像，u、v取正活；虛物嗚、虛討像，u、v取負.凸球鑼面對森著入事射光柔線時睜，r取正誰，反劃之取沈負.共軸談球面打系統(tǒng)如何拉求第市一、淋二焦段距？符號暖規(guī)定單球嶼面成霞像公鞏式焦度憐：逐次迫成像逃法第二球節(jié)守透譯鏡成鹿像圖中視所示譯的雙拐凸透善鏡（a）、晉雙凹他透鏡(b勁)、平慮凸透材鏡(c響)、平斬凹透狗鏡(d屢)、彎線凹透氣鏡（心又稱海凸凹勻透鏡貴）（e)、彎由凸透豪鏡（宮又稱復凹凸饒透鏡溝）(f輸)等等.球面僵透鏡往的種鏟類：條件肚：近那軸光曉線一、茶薄透規(guī)鏡成惱像公覆式此即估薄透勾鏡成譽像公姑式.將兩余方程凡相加惡，得挨：1.薄透挑鏡成累像公邁式：推論葬：透塞鏡置卡于空雀氣中很時，n0=1則上敞式為嘴：2.薄透駐鏡的悉焦點產(chǎn)、焦搬距和燈焦度薄透章鏡也避有兩堵個焦申點，管其定出義與展單球王面的靜焦點響一致則其束第一勢焦距f1為：由u=∞，得費出第托二焦假距f2：由v=∞，代艱入公緣瑞式可見未：f1=f2令f1=f2=f，則此式好稱為僅薄透恒鏡成誤像公例式的仔高斯睜形式.其成駁立條都件是源什么井？焦度徐為多芬少？即薄透扔鏡焦智距:對放史置在論空氣俱中的重薄透惕鏡來關(guān)說:二、摩薄透樣鏡組惰合I1O兩個丸或兩卸個以舟上薄玩透鏡房誠組成鍋的共稿軸系龍統(tǒng)稱悠為薄觸透鏡芹的組偷合，兵簡稱透鏡峽組.用逐次姻透鏡機成像碗法也可且以求雞物體斷最后潑所成與的像.O2I1I2OI3I2O3O1.復合亞透鏡(密切水貼合油薄透枕鏡)的成稀像兩式鼻相加浴，得黑：f1、f2為兩構(gòu)個薄拘透鏡饒的焦?jié)删鄓2=vv1=-u2u1=u2.相距奔一定良距離防的兩陡薄透糞鏡組晌合例14埋-3自學三、缺厚透眉鏡及礙共軸捧球面掩系統(tǒng)暢的三竊對基塔點F2點光報源在攏主光嗓軸上艱某F1點處剛，若啦產(chǎn)生沖的光屬線經(jīng)鳥系統(tǒng)泊折射伸后平啟行射元出，饞此F1點稱假為第油一焦僻點；1.兩焦構(gòu)點（F1、F2）平行溜于主偵光軸傍的光禿線若誓經(jīng)系暫統(tǒng)折乏射后初，出規(guī)射光錄線與符主光獸軸相業(yè)交于懂某F2點,則F2點為創(chuàng)系統(tǒng)績的第防二焦販點.F1光線混好象評在主鍛平面包上發(fā)乘生折漠射的.第一宗主點H1是計鑰算物必距、趣第一壩焦距增的參掘考點技；2.兩主代點（H1、H2）第一標主平府面與侮主光聽軸的回交點H1稱為戒第一儲主點識；F2F1第二軌主平翅面與估主光悶軸的次交點H2稱為天第二內(nèi)主點.H1第一主平面H2第二主平面第二哈主點H2是計統(tǒng)算像鎮(zhèn)距、尼第二古焦距救的參欺考點.節(jié)點的作趨用類若似于涌薄透刪鏡的光心.N2N1以任佳何角功度向N1入射茄的光星線都皆以同枕樣的蛛角度武從N2射出貓，光欺線只很發(fā)生魔平移慕不改岔變方犁向，吹則此N1、N2兩點棄稱為佳兩節(jié)沙點.3.兩節(jié)下點（N1、N2）用任竊意兩壓條光線可得左出厚濫透鏡談所成為的像如果嗽系統(tǒng)前后媒質(zhì)相同(如空預(yù)氣),則1.平行寶主光駕軸的哭光線瀉在第鏈二主窯平面父上折寨射后送通過F2出射.2.通過F1的光鵝線在貴第一其主平貢面上類折射殼后平關(guān)行于末主光困軸出憑射.3.通過N1的光妨線從N2平行基于入蜘射光生線的棍方向漫出射.F1F2H1H2N1N2OI單球攔面的鏟三對勇基點f1f2n2PCF1F2F2F10f1f2薄透剃鏡的鬧三對照基點四、礙柱面桌透鏡透鏡撲的兩注個折痛射面丈不是僚球面窯，而搞是圓柱本面的一此部分亂，這狀種透尿鏡稱毒為柱面袍透鏡.散光固眼的鋸矯正辱鏡片秩通常哨為柱禮面透灣鏡.第二疑節(jié)投小隆結(jié)薄透肚鏡成置像公逗式焦度唉、焦懇距復合劑透鏡爹的成鍬像像差色像躲差球面蓄像差φ=φ1+φ2作業(yè)Pa年ge托s療25連5-鞠25帽61、4、5、7眼球里壁主矛要分嗓為三父層:外層:角膜仰、鞏差膜。中層:包括販虹膜帳、睫繡狀體服。內(nèi)層:視網(wǎng)音膜。一、嘉眼的扒光學妖結(jié)構(gòu)第三恨節(jié)燭眼丑睛(T壟he極e瓜ye無)角膜(1浸.3茫76無)主光辣軸房水(1唐.3露36怠)虹膜晶狀揀體(1辣.4臭06涼)玻璃亮狀液(1災(zāi).3捆36招)視網(wǎng)麻膜黃斑睫狀豎肌古氏鳴平均遼眼:共軸宏球面由折射加系統(tǒng)膛。眼的罩光學降結(jié)構(gòu)簡約種眼:把眼彼睛簡樂化為內(nèi)一個釋單球兇面(即角插膜)折射胞系統(tǒng)低。C17化mm5.蔬7m耐m17洽mmF1F2n=1甩.3溝36對近驢物:增大崇晶狀彩體表毯面曲洞率（奧即曲謎率半蹲徑減膝?。?焦度益增大。對遠丑物：減小畜晶狀蒜體表勾面曲啦率（孕即曲侍率半兔徑增大）,焦度過減小。眼的冊調(diào)節(jié)禍：眼寺睛改雨變自遭身焦污度使罪遠近犧不同周的物場體均均能在帖視網(wǎng)淘膜上惹成清失晰像謠的本忙領(lǐng)。麻眼的資調(diào)節(jié)街是通豎過改己變晶抹狀體筑表面稀的曲辨率來稀完成互。二、適眼的憑調(diào)節(jié)遠點議：眼睛圖在完改全不魔調(diào)節(jié)會時所嗓能看凱清物克體的刃最遠臂位置起。近點夫：眼睛依經(jīng)過路最大旗調(diào)節(jié)磁所能田看清倦物體稀的最朽近位旅置。明視懂距離懇：最適校宜而會不易含引起匆眼睛艙過度晌疲勞津的看鋪物距自離。近點(1撥0~12腳cm般)遠點(∞鑰)（明瓶視距庫離）25砍cm眼的扔調(diào)節(jié)梅的范災(zāi)圍：三、痰眼的億分辨惑本領(lǐng)憐及視繪力視角視角蹲：從物擊體兩毫端入性射到編眼中節(jié)點的光嬌線所跑夾的榆角度破。眼節(jié)懇點國際膊標準猾視力=θ眼的你分辨迫本領(lǐng)偉：眼睛儉能分治辨兩物昆點間佩最短始距離的能花力。蠢設(shè)對撓一定托距離扣處的概物體奸，眼閱睛能罪分辨煤物體溝的最惱小視榜角為θ。對一費定距瓣離處質(zhì)的物鴨體，汽不同煎的人胖眼的最小皂視角濃不同葵，即遷視力椅不同帖。1.視力vi忠si裕on1分視燈角5米眼L=吹?課后孟練習:自畫槐一國鐮際視柱力表,視力剝?yōu)?.介1,嚷0.銀6,佛1田.0滑,1泛.5視力樂表的奔原理幸：（以國際釋標準鎖視力銅表中視列力1.坊0為例堅）L=臟1.轟5m撓m5米處物的大小=（國內(nèi)際標準資對數(shù)云視力觀表：視力=怪5–lgθ)四、管眼的崗屈光豈不正氧及其受矯正正視鐮眼遠點勞距離賓：∞近點垮距離誓：10～12辱cm非正蘭視眼近視槐眼遠視機眼散光輪眼近視足眼(s籌ho齒rt拉s橋ig諷ht顫)成像怨：在傻視網(wǎng)召膜前北。成因旦：晶園狀體癢或角遵膜曲懸率變百大，聚光歐能力塔增強最；或見眼軸躲過長照。矯正：凹透優(yōu)鏡。遠視尋眼(f委ar號s頑ig眼ht族)成像進：在團視網(wǎng)鉤膜后.成因稻：晶迎狀體勿或角岸膜曲漆率變贈小，聚光胡能力搭減弱碧；或趴眼軸態(tài)過短個。矯正：凸透駕鏡。近視搞眼的梢配鏡：凹透睡鏡的償作用痰是把饅無窮層遠處擇物體齊成像況在近視奸眼遠點,使眼袍不調(diào)久節(jié)可線看清蓮遠物慚。遠點凹透耽鏡此時獲有：u=∞靠,v=夸-(遠點補距離)由透罰鏡成鞋像公狂式得窮：f=v凹透接鏡焦滋度：Φ=1秩/f=1佳/v凹透欣鏡片圾度數(shù)=夕-1芒00（度居）遠點李距離遠視瘦眼的浴配鏡：凸透什鏡的果作用罪是把熟近點匙之內(nèi)倘（或項明視員距離褲處）雨的物枯體成濾像在遠視促眼近點乎。近點凸透幫鏡此時簡有：u=剛20止cm銷,v=廉-（近智點距吊離）由透祖鏡成鋪像公平式得狐：凸透拖鏡焦秒度：Φ=1業(yè)/f凸透敢鏡片轉(zhuǎn)度數(shù)=+素10桑0（度盤）物20影cm散光趟眼的控配鏡眼的客屈光哥不正瞞包括剖：近志視眼西、遠菊視眼趟、散蔬光眼.1.子午家面任何竊通過墳主光蜓軸的妄平面丹稱為埋子午燒面.2.子午愚線子午寶面與架折射勺面(如角調(diào)膜表脈面)相交狂的線嚴稱為壇子午恒線.3.對稱呀折射炎面角膜聲表面慨是球曲面的庫一部完分，烏其各佛子午封線的布曲率潑半徑檢都相秋同，敲這種鼓折射均面叫個球面穴對稱離折射急面，否則壞，稱犯為非去球面緩折射脂面.原因伯：角膜賄的各降個方仰向子褲午線疼的半禍徑不籌相等矯正陰：配戴違適當誼焦度節(jié)的柱糕面透溪鏡ABCD即散歲光眼幣為非憐球面刑對稱午折射芬系統(tǒng)若AB＞CD凸柱憲面透米鏡凹柱替面透較鏡老花胞眼塞老料花是團指對勉近物藍的視究力調(diào)仍節(jié)出鵝現(xiàn)進體行性籌退化航。眼遲睛的拒聚焦侄能力戀隨著嗚年齡吃逐漸言減弱燦，到65歲時高，很非少或疼完全爽沒有黨聚焦庫能力童。通鍛常在45歲，飲當眼旋睛不汁能適網(wǎng)應(yīng)正賽常的繡閱讀卻距離氧時才王引起喪注意間。大秒的印繞跡可咬以被真看到御，但拍是小亡的印憐跡難恥以或傷不能跑被聚越焦。涂報紙諷需要齒放在竿胳膊亂長的賄距離平來閱完讀。通常穴用簡蜂單的搬凸透槽鏡進闊行糾扇正。老花私眼原因傻：調(diào)功節(jié)功夾能衰會退特點豎：看號遠正豈常，槽看近供不行矯正械方法舊：配墊戴適時當焦蛙度的做凸透教鏡準分號子激慕光角密膜切太削術(shù)倘：手術(shù)忌的原倘理為斑應(yīng)用康準分準子激泄光切贈削角倘膜中剪央前嘴表面泉，即背除去比上皮泄層的吵前彈鹽力層擾和淺部層基朋質(zhì)，啊使角懶膜前雅表面菌彎曲冬度減草少。跟曲率酒半徑遞增加模，屈偵光能啞力減陳低，道焦點袋向后蹈移至技視網(wǎng)訊膜上初，達音到矯舞正近寫視的詞效果廣。PR辜K手術(shù)準分糾子激竹光原連位角艦?zāi)つヂ殍傂g(shù)粘：手術(shù)失是采隊用更蛛為復療雜的片新型臉設(shè)備是開展瓦的針米對高術(shù)度近全視眼酸的治混療手顫術(shù)。窯在角洗膜表鍛面切認削一愛角膜暢瓣，叉翻轉(zhuǎn)堡角膜決瓣后老，應(yīng)雞用準浮分子職激光慰電腦鑄控制聲角膜包基質(zhì)碎內(nèi)切德削，頓最后戲?qū)⒔琼災(zāi)ぐ晖◤臀粔?。LA碰SI葛K手術(shù)準分塵子激哀光治撲療近別視眼一、姿放大欲鏡β眼節(jié)史點f25cmγ角放大率：即y作用梅：增什大視蓬角。第四有節(jié)束幾種菜醫(yī)用薄光學民儀器放大正立虛像二、震光學啞顯微弟鏡yF1F2L1L2物鏡目鏡f1f2y25cm顯微綠鏡的薪放大蠟率：1.顯微悉鏡的慣光學穿原理2.光學憐系統(tǒng)見的分兄辨本細領(lǐng)光學谷儀器蹲的圓防孔衍策射現(xiàn)喘象限蝴制了光學簡系統(tǒng)基分辨誰物體細節(jié)蠶的能同力。分辨惠極限:光學奔系統(tǒng)能分辨筆開兩軟物點太的最連短距宰離。分辨肅本領(lǐng):最短略距離路的倒腎數(shù)稱泉為光外學系功統(tǒng)的哨分辨突本領(lǐng)籍。AB物鏡兩物努點A’B’相應(yīng)錫兩象炒點艾里祥斑瑞利世判據(jù)A1A2A1A2A1A22θ＞2θ＜2ZD21.00.83.顯微笑鏡的掏分辨將本領(lǐng)兩個齊物點乖（A1和A2）剛道能夠殘被分妨辨的駛條件陸是：一個汽物點芝的衍燥射亮懸斑的誰第一濃暗環(huán)陶正好桃與另馳一個捉物點鎮(zhèn)的衍衰射亮托斑中榮央點砌重合腔。此陰時Z為剛錯能分扶辨的拒最短示距離（即顯微充鏡的分辨伴距離）。顯微莊鏡的仰分辨陰本領(lǐng)雹：顯微煙鏡能輕分辨釘最短射距離抗的能勉力。用1/嗽Z表示即。Z越小周，分辨掉本領(lǐng)越高黑。根據(jù)墾瑞利棍判據(jù)銳，得某顯微堪鏡的膨分辨炎距離徹：物鏡丘的數(shù)往值孔襲徑：物鏡u強度Z（推舒導略牌）乙肝桑病毒期病理捐切片光鏡寨觀察提高遮顯微吼鏡分稻辨本辰領(lǐng)的篩兩個既途徑域：（1）增括大物窩鏡的抵數(shù)值中孔徑N.妖A.（比石如：耕采用父油浸占鏡頭