第十一章眼睛的屈光.ppt

第十一章眼睛的屈光 第一节眼睛的屈光系统 第二节球面的屈光 第三节透镜的屈光 第四节眼睛的屈光不正及其物理矫正 第一节眼睛的屈光系统 主要内容 一 眼的生理结构 二 眼的光学结构 11 1 1 眼睛的生理结构 角膜 1 376 房水 1 336 瞳孔 玻璃体 1 336 晶状体 1 406 视网膜 11 1 2 示意眼 从几何光学观点来看 人眼是一个由不同介质组成的共轴球面系统 这一系统能使物体在视网膜上成清晰的像 进入眼腈的光线要通过一系列折射面的折射才能到达视网膜上 表征眼睛的屈光有三种结构元素 曲率半径 厚度和折射率 我们把实际的人眼近似用一个如图11 2所示的共轴光学系统来表征 这个由五种介质 角膜 房水 晶状体玻璃体 视网膜 组成的系统称为示意眼 表11 1示意眼结构元素的平均值 部位 前 后表面曲率半径 厚度 折射率空气7 71 000角膜7 76 80 51 376房水6 810 03 11 337晶状体10 0 6 03 61 386玻璃体 6 0 9 715 61 336 11 1 3 眼睛的光学结构 简化眼 一侧是空气n 1一侧是水n 4 3分界面为球面 r 5 73mm左右可调节 第二节球面的屈光 主要内容 一 单球面的物像公式 单球面的焦距与焦度三 共轴多球面 11 2 1单球面折射系统 概念 顶点 曲率中心 曲率半径 主光轴 近轴光线 1 单球面的物像公式 其中 n1 物方折射率 n1 1 n2 像方折射率 n2 1 l 物距 实物取正 虚物取负 像距 实像取正 虚象取负 r 球面半径 球心在像方取正 球心在物方取负 证明 应用单球面折射的物像公式的符号法则 1 从物点到折射面的方向与入射光线的方向相同 物距为正 反之为负 2 从折射面到像点的方向与折射光线的方向相同 像距为正 反之为负 3 从折射面到曲率中心的方向与折射光线的方向相同 曲率半径为正 反之为负 2 单球面的焦距 1 焦距 将v 代入折射公式得 像方焦距 将u 代入单球面折射公式得 与无穷远处物体所对应的像点 称为该折射面的像方焦点 用F2表示 F2到折射面顶点的距离称为像方焦距 用f2表示 f2 0会聚作用 f2 0发散作用 3 单球面的焦度 单位 屈光度 D 1D 1 m1D 100度 决定折射面折射本领的量 n2 n1 r称为折射面的光焦度 或称为焦度 用 表示 解 液体处于折射面的凹侧 例2 圆柱形玻璃棒 n 1 5 的一端是半径为2cm的凸球面 求 1 当棒置于空气中时 在棒的轴线上距离棒端外8cm处的物点所成像的位置 2 若将此棒放入水 n 1 33 中时 物距不变 像距应是多少 设棒足够长 解 当棒置于空气中时 n1 1 0 n2 1 5 r 2cm 8cm 代入公式 当棒放入水中时 n1 1 33 n2 1 5 r 2cm 8cm 代入公式 得 18 5cm 为虚像 且像在棒外 得 12cm为实像 11 2 2共轴多球面 1 共轴多球面屈光系统 先求出物体通过第一折射面所成的像 将此像作为第二折射面的物 再求该物通过第二折射面的像 如此下去 直到求出通过最后折射面所成的像 2 依此成像法 解 对第一折射面来说 对第二折射面来说 小结 一 概念 1 物点 像点 2 物方 像方 3 实像与虚像实物与虚物 4 焦距 5 焦度 二 重要公式 第三节透镜的屈光 透镜 折射面是两个球面 或者一个是球面 另一个是平面的共轴球面系统 叫做透镜 薄透镜 当透镜中间部分的厚度与折射球面的曲率半径相比很小 可以忽略不计时 这种透镜称为薄透镜 11 3 1 薄透镜 薄透镜 两式相加得 证明 11 7 2 薄透镜的焦距 透镜有两个焦点 两个焦距 当薄透镜两侧介质相同时 11 9 11 10 11 8 f 0时焦点为虚焦点 透镜对光线起发散作用 f 0时焦点为实焦点 透镜对光线起会聚作用 越小 折射本领越大 将焦距公式 11 8 代入薄透镜物像公式 11 11 符号规则 实物 实像 实焦点 为正 虚物 虚像 虚焦点 为负 解 可以另一方向定义r1 r2 3 薄透镜的焦度 注意 0会聚透镜 凸透镜 中厚边薄 双凸 平凸 弯月 0发散透镜 凹透镜 中薄边厚 双凹 平凹 弯月 值大 透镜的会聚 发散 能力强 值小 透镜的会聚 发散 能力弱 例2 一个由折射率n 1 5的玻璃做成的等凸薄透镜 在空气中的焦距为30cm 如把这透镜的一侧密封在盛满水的半无限大水箱的一端面的孔中 求水箱外光轴左方90cm处的小物体被该系统成像的位置 两种方法 1 两次单球面成像 2 一次单薄透镜成像加一次单球面成像 无论用哪种方法 都必须知道r1 r2 r的值 可利用f的公式求得 方法一 相加 方法二 2 像差分类 球面像差 色像差等等 11 3 4 透镜的像差 1 像差 物体通过透镜所成的像与理论上所预期的像有一定的偏差 这种偏差叫像差 球面像差近轴光线和远轴光线经透镜成像后不能在同一点会聚 此现象称为球面像差 简称球差 球差使点状物体的像为一圆斑 色像差 不同波长的光通过透镜后不能在同一点成像的现象称为色像差 透镜越厚 色像差越明显 矫正方法 用折射率不同的会聚透镜和发散透镜适当地组合可以消除色像差 解 两次单透镜成像 相加 又 小结 一 概念 1 薄透镜 3 焦度 2 焦距 二 重要公式 1 2 3 第四节眼睛的屈光不正及其矫正 什么是屈光不正 当捷状肌完全舒张时 平行光线射入眼内 经折射后 若恰好聚焦在视网膜上 成一清晰的像 这样的眼睛为屈光正常 否则为屈光不正常 屈光不正的类型 1 近视眼2 远视眼3 老花眼4 散光眼5 弱视眼 一 概念 1 远点 捷状肌完全舒张时 角膜曲率半径最大时 能看到的最远距离 l 10m可视为无穷远 把不经调节就能在视网模上成像的物的位置称远点 2 近点 捷状肌处于最紧张状态时 角膜曲率半径最小时 能看到的最近距离 随着年龄的增长 捷状肌的老化 使近点有改变 儿童7cm青年10cm中年25cm55岁以后1 2m 3 明视距离 连续工作不致引起捷状肌过分疲劳的最佳近点 l 25cm 4 眼睛的调节范围 远点到近点 正常的调节范围远点到明视距离 6 分辨本领 眼睛能分辨的最小视角 单位 分1度 60分1 60 7 眼睛的视力 有两种定义的检验方法 视力 1 分辨本领 旧制 新制 11 4 1 近视眼 特点 捷状肌完全舒张时 平行光入射 会聚在视网膜的前面 抵达视网膜时又分散 所成的像模糊不清 远点与近点都向眼睛移近 越近视 远点越近 原因 1 长时间近距离注视 捷状肌长时间紧张 导致球面 角膜 半径变小 轴长变长 3 眼病造成的变化 肌肉神经紊乱 2 遗传 矫正 用凹透镜矫正远点 例1 一近视眼的远点为0 4m 需配戴多少度 什么类型的透镜才能矫正成屈光正常的眼睛 解 凹透镜 例2 戴近视镜为300度的近视眼的远点在哪 解 11 4 2 远视眼 特点 捷状肌完全舒张时 平行光入射 会聚在视网膜的后面 抵达视网膜时还没会聚 过视网膜后才会聚 发散性增强了 远点与近点都平移了 远点在眼后 原因 1 眼病 2 遗传 矫正 用凸透镜矫正远点 也可以矫正近点 远视眼的矫正 例3 一远视眼的远点在眼后75cm处 成为屈光正常的眼睛需配戴多少度 什么类型的眼镜 解 凸透镜 例4 近点为1 25m的远视眼 需配戴多少度的眼镜 解 凸透镜 11 4 3 老花眼 特点 远点仍是 但近点远移 原因 随着年龄增长 晶状体失去弹性 捷状肌不灵 是正常的生理现象 矫正 用凸透镜矫正近点 例5 一老年人既近视又老花 其远点是160cm 近点是50cm 需配什么眼镜 解 11 4 4 散光眼 特点 角膜曲率各向异性 使水平与垂直会