醫(yī)學物理第十四章幾何光學

醫(yī)學物理第十四章幾何光學第一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)球面折射一、單球面折射MNn1n2cPIOi1i2αβθuvrh討論入射光線為近軸光線的情況：對近軸光線，均很小第二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二單球面折射公式:MNn1n2cPOIi1i2αβθuvrh第三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二單球面折射公式符號規(guī)定:

對實物、實像，物距u、像距v均取正號；對虛物、虛像，物距u、像距v均取負號；當對著入射光線為凸球面時曲率半徑r取正，反之曲率半徑r取負。上式是一切凸、凹球面在近軸光線下的折射成像規(guī)律。引入幾個概念：焦度（dioptricstrength)：表示球面的折射本領(lǐng)。單位：屈光度（D）第四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二第一焦距：第二焦距：二者的關(guān)系：MNn1n2cPF1F2f1f2r

折射面的焦度與兩個焦距之間的關(guān)系：第五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二二、共軸球面系統(tǒng)(coaxialsphericalsystem)

如果兩個或兩個以上折射球面的曲率中心在同一直線上，它們便組成共軸球面系統(tǒng).

在成像過程中，前一個折射面所成的像，即為相鄰的后一個折射面的物。

采用逐次成像法，應用單球面折射成像公式，求共軸球面系統(tǒng)的像。例14-2：P259

玻璃球(n=1.5)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.第六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二oP1P2II1n1n2ABn第二節(jié)透鏡透鏡：具有兩個折射面的共軸系統(tǒng)一、薄透鏡（thinlens)成像公式u1=uv2=vu2=-v1

薄透鏡：組成透鏡的兩個球面頂點之間距離P1P2與透鏡焦距相比很小。對第一折射面APB有：對第二折射面APB有：第七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二薄透鏡成像公式：薄透鏡的焦度為：根據(jù)公式：可求出薄透鏡的兩焦距f1、f2。將薄透鏡放置于空氣中時：在空氣中的薄透鏡成像公式為：此時薄透鏡的兩焦距相等，且與焦度互為倒數(shù)關(guān)系。1屈光度=100度第八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二oI1I二、薄透鏡組合透鏡組：兩個或兩個以上薄透鏡組成的共軸系統(tǒng)。討論由兩個薄透鏡緊密帖合在一起構(gòu)成的透鏡組：u1=uu2=-v1v第九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二三、厚透鏡（thicklens）(兩折射面距離較大)三對基點及三條特殊光線：1、一對焦點2、一對主點3、一對節(jié)點F1F2B1H1A2H2第一主平面，第二主平面N1N2

節(jié)點的作用類似于薄透鏡的光心。第十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二

已知厚透鏡中三對基點的位置，利用三條特殊光線中的任意兩條，用作圖法可求物體經(jīng)厚透鏡折射后所成的像。F1F2H1H2N2N1PQ四、柱面透鏡(cylindricallens)指兩個折射面是圓柱面的一部分的薄透鏡。屬于非對稱折射面點光源發(fā)出光線經(jīng)此系統(tǒng)成象為直線,非點像.第十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二五、透鏡的像差

物體經(jīng)透鏡折射所成的像與物體本身出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象，叫透鏡的像差。1、球面像差(sphericalaberration)

物點發(fā)出的近軸光線和遠軸光線經(jīng)透鏡折射后不能成像為一點，而成為一個光斑，這種現(xiàn)象叫球面球面像差。O減小球面像差的方法：在透鏡前放置光闌；

在會聚透鏡后放置發(fā)散透鏡。(對遠軸光線的發(fā)散強于對近軸光線)2、色像差

透鏡對不同波長的光具有不同的折射率，導致同一物點發(fā)出的不同波長的光通過透鏡后不能在同一點成像的現(xiàn)象。第十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)眼睛一、眼的光學結(jié)構(gòu)第十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二眼是復雜的共軸球面系統(tǒng)。F1F2N2N1H1H2古氏平均眼（長度單位為mm）f2=24.4f1=15.77.087.33F1F2PCf1=15mmf2=20mm5mm簡約眼第十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二二、眼的調(diào)節(jié)

遠點（farpoint）：眼睛不調(diào)節(jié)時能看清的物點到眼睛之間的距離。（∞）

近點（nearpoint）：眼睛最大調(diào)節(jié)（晶狀體曲率半徑最小時）能看清的物體與眼睛之間的距離。（10cm）

明視距離（comfortablevisualdistance）：在適當照度下，不易引起眼睛過度疲勞的最合適距離。（25cm）

眼的調(diào)節(jié)：眼睛具有在一定范圍內(nèi)改變自身焦度的本領(lǐng)，從而使遠近不同的物體都成像在視網(wǎng)膜上。三、眼的分辨本領(lǐng)及視力

視角：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。第十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二Cα

正常眼能分辨兩物點的最小視角為。

在明視距離處正常眼能分辨兩物點之間的最短距離為。

視力：用來表示眼睛分辨本領(lǐng)的大小。定義：第十六頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二五分法視力表國際標準視力表第十七頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二四、眼的屈光不正及其矯正

正視眼：若平行光進入眼內(nèi)經(jīng)折射后剛好在視網(wǎng)膜上形成一清晰的像，為正視眼。否則稱為非正視眼(屈光不正眼)。屈光不正眼：近視眼（nearsight)

遠視眼(farsight)

散光眼(astigmatism)正視眼1、近視眼及矯正第十八頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二2、遠視眼及矯正3、散光眼及矯正

散光眼屬于非對稱折射系統(tǒng)，任何位置的物點經(jīng)散光眼后均不能成點像。用焦度合適的柱面透鏡矯正散光眼。例題14-4,14-5第十九頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二第四節(jié)幾種醫(yī)用的光學儀器一、放大鏡（magnifier)25cm放大鏡的角放大率：＿＿物體放在明視距離處，用眼睛直接觀察時的視角；＿＿利用放大鏡觀察同一物體時的視角。

放大鏡的角放大率與它的焦距成反比，即放大鏡焦距越小，角放大率越大。增大物體對人眼的視角fy第二十頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二二、顯微鏡物鏡：靠近被觀察標本的透鏡組。目鏡：靠近人眼的透鏡組。第二十一頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二顯微鏡的放大率為：

為物體放在明視距離處時對肉眼所張的視角。

顯微鏡的放大率與所用物鏡和目鏡的焦距成反比。其中m是物鏡的線放大率，是目鏡的角放大率。由于被觀察物體靠近物鏡第一焦點，且物鏡和目鏡的焦距都很小，所以。s鏡筒長度第二十二頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二2、光學儀器的分辨本領(lǐng)

光學系統(tǒng)能分辨兩物點間最短距離的倒數(shù)，稱之為該光學系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。**光學儀器的通光孔徑第二十三頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二瑞利判據(jù)

當一物點的衍射亮斑中心剛好和另一物點的衍射圖樣的第一極暗環(huán)中心重合時，這時兩個物點恰為這一光學儀器所分辨。即這兩物點的距離恰好是可以分辨的最小距離。**第二十四頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二3、顯微鏡的分辨本領(lǐng)

阿貝公式：阿貝指出，物鏡所能分辨兩點之間的最短距離為稱為物鏡的數(shù)值孔徑。

孔徑數(shù)越大，照射光的波長越短，Z越小，分辨本領(lǐng)越強。

顯微鏡能分辨兩點之間的最短距離稱為最小分辨距離。最小分辨距離的倒數(shù)稱為顯微鏡的分辨本領(lǐng)或分辨率。第二十五頁，共二十九頁，編輯于2023年，星期二透明液體n=1.52要提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)，必須減小波長或增大孔徑數(shù)。增大物鏡的孔徑數(shù)：物鏡載玻片蓋玻片n=1.52u干物鏡物鏡載玻片蓋玻片n=1.52浸油物鏡u減小照射光波的波長：使用孔徑數(shù)為1.5的油浸物鏡用波長為550nm的可見光照射，最小分辨距離為223.7nm。用波長為275nm的紫外線照射，最小分辨距離為112n