医用物理学几何光学.ppt

几何光学Geometricaloptics,掌握：单球面折射公式、共轴球面系统的计算、近视眼和远视眼的矫正及其计算、显微镜的分辨距离和物镜的数值孔径熟悉：放大镜的放大率、光学纤维导光、导象原理了解：眼的折光作用、散光眼和老光眼的成因及其矫正、显微镜放大率、电子显微镜的原理,1球面折射,一、单球面折射,1.单球面折射公式,(前提条件：近轴光线),符号法则,入射光,折射光,实物u0虚物u0,U,U,实象v0虚象v0,入射光,折射光,V,V,符号法则,凸面迎着入射光，r0,凹面迎着入射光，r0,入射光,折射光,入射光,折射光,折射率:,入射光所处媒质为n1,折射光所处媒质为n2,n1,n2,n1,n2,二、球面透镜公式,2.折射本领,第一焦点F1：主光轴上点光源在此发出的光束经折射后为平行光的点,第一焦距（F1至球面顶点P的距离）：,第二焦点F2：平行于主光轴的光束位折射后会聚在此的点,第二焦距（F2至球面顶点P的距离）：,3、焦度(focalpower),焦度D的单位：屈光度（f以m为单位）焦度越大，折射本领越强,1屈光度=100度,二、共轴球面系统,1.计算方法,以单球面折射公式为基础，逐个球面计算，求得最后成象位置：,物,第一球面折射,(象物),第二球面折射,(象物),一玻璃球(n1.5)半径为10厘米,点光源放在球面前40厘米处,求近轴光线通过玻璃球后所成的像。,V160厘米,v2114厘米,2.虚实物判断方法,前一球面成象位于次一球面之前，此象为次一球面的实物；,前一球面成象位于次一球面之后，此象为次一球面的实虚物。,以折射面为界,入射光线和折射光线分居两侧,物与入射光线同侧为实,异侧为虚,象与折射光线同侧为实,异侧为虚。,【例5】半径为R，折射率为1.5的玻璃球置于空气中，一点光源放于玻璃球外何处，经玻璃球折射后向右成平行光？,【解】,2眼屈光,物,角膜,水状液,瞳孔(虹膜),水晶体,视网膜感光,自动调节曲率半径(折射本领焦度)，眼的这种机能称为调节,古氏平均眼,简约眼,1.远点(farpoint眼不调节时能看清物体的最远位置。,正视眼：无穷远,近视眼：眼前一定距离,远视眼：眼后（虚远点）,2.近点(nearpoint)眼最大调节时能看清物体的最近位置,正视眼：眼前1012厘米,近视眼：10厘米,远视眼：12厘米,3.明视距离正常光照下不使眼高度调节而过分疲劳的距离,25cm,二、眼的屈光不正及矫正,1.近视眼（近点：10cm、远点：12cm、远点：在网膜后),矫正：配一副凸透镜，使远物所(成实象)与(虚远点)重合,计算：,一远视眼的远点在眼后2米处，今欲使其在眼不调节时能看清远方的物体，问应配戴多少度的凸透镜镜片?,u=v=2米,一远视眼的近点在眼前90厘米处，欲使他最近能看清眼前15厘米处的物体，应配戴多少度的凸透镜镜片?,u15厘米，v-90厘米,3.散光眼,原因：角膜球面不匀称，不同方向具有不同曲率,矫正：用适当的（方向、凹凸）柱面透镜,4.老花眼,原因：眼调节功能的衰退，看近物屈光不够，近点同远视眼，远于正视眼,矫正：凸透镜,例如某一眼球角膜在纵向曲率半径正常小，水平曲率半径最大，屈光不够，用圆柱面凸透镜矫正：（单纯远视散光）,【例6】某眼近点在眼前45厘米处，戴上+500度镜片后能看清的最近物体在何处？,【解】,【例7】一患者戴上+400度的眼镜矫正屈光不正后，近点在眼前10cm处，远点同正视眼。此患者眼睛的屈光不正为，不戴眼镜时的近点在，远点在。,【解】,矫正前近点,矫正前远点,【例8】某人不戴眼镜时能看清10cm到100cm之间的物体，戴上-100度眼镜后，能看清到之间的物体。,【解】,矫正后近点,矫正后远点,【例9】某患者眼睛的近点在眼前0.5米处，而远点在眼后1米，今欲使他在眼不调节时看清远方物体，应配戴度的透镜片；戴了此镜片后的近点移到眼前米处。,【解】,矫正后近点,3放大镜纤镜,一、纤镜（fibrescope）,作用：观察体内器官壁情况,种类：支气管镜、食道镜、胃镜、肠镜和膀胱镜等,材料：由数万根玻璃纤维有序排列组成(光学玻璃纤维，直径小于20微米，可任意弯曲）,导光导象原理：,A，入射光线沿着纤维内全反射,n0sinA=nsinncosA,n0sinAn,nsinAn1sin90on1,sinA=,n0sinA,光学纤维的数值孔径(numericalapertureN.A.),A（孔径角）越大，光纤导光能力越强,n1.62，n11.52，A34,n0sinA,作用：导光、导象,二、放大镜(magnifier),凸透镜,作用代替眼的调节，将视角放大为（将物Y放大为Y）,放大倍数角放大率：,【例10】已知放大镜焦度为12屈光度，求角放大率。,【解】,4显微镜电子显微镜,一、显微镜(microscope)的放大率,物镜(objective),目镜(eyepiece),此时目镜相当于放大镜!,二、显微镜的分辨本领（分辨率）,1.分辨本领(resolvingpower)或分辨率(resolution)用最小分辨距离(resolvingdistance)Z表示：,照明光波长,n物体与物镜之间媒质折射率,物体入射到物镜边缘光线与主轴的夹角,nsin物镜的数值孔径（N.A）,2.提高分辨率的方法：降低和提高n及,=42,【例11】一台显微镜的N.A.为1.3，照射光波长5500埃，求分辨本领是肉眼的几倍？,【解】,【例12】一油浸物镜恰能分辨每厘米40000条的一组等距线条，光源为波长4500的蓝光，求显微镜物镜的数值孔径。,【解】,【例13】一架显微镜，用以分辨标本上相距0.25m的细节，目镜成象在明视距离处，而肉眼在明视距离处的分辨距离为0.1mm，如照射光波长为550nm，求显微镜的放大率和物镜的数值孔径N.A.。,【解】,三、电子显微镜（electronmicroscope）,1.提高分辨本领的理论依据,eU=,v=,U50KV0.055AU100KV0.039A,电磁透镜,2.电子显微镜成像原理,电子源（光源）,聚光线圈(聚光镜）,标本,电子透镜（物镜）,中间象,电子透镜（目镜）,最后象,3.电子显微镜的应用,本章小结,1.单球面折射,2.折射本领,3.共轴球面系统计算,物,第一球面折射,象