医学物理第十四章几何光学

医学物理第十四章几何光学第1页，共29页，2023年，2月20日，星期五第一节球面折射一、单球面折射MNn1n2cPIOi1i2αβθuvrh讨论入射光线为近轴光线的情况：对近轴光线，均很小第2页，共29页，2023年，2月20日，星期五单球面折射公式:MNn1n2cPOIi1i2αβθuvrh第3页，共29页，2023年，2月20日，星期五单球面折射公式符号规定:

对实物、实像，物距u、像距v均取正号；对虚物、虚像，物距u、像距v均取负号；当对着入射光线为凸球面时曲率半径r取正，反之曲率半径r取负。上式是一切凸、凹球面在近轴光线下的折射成像规律。引入几个概念：焦度（dioptricstrength)：表示球面的折射本领。单位：屈光度（D）第4页，共29页，2023年，2月20日，星期五第一焦距：第二焦距：二者的关系：MNn1n2cPF1F2f1f2r

折射面的焦度与两个焦距之间的关系：第5页，共29页，2023年，2月20日，星期五二、共轴球面系统(coaxialsphericalsystem)

如果两个或两个以上折射球面的曲率中心在同一直线上，它们便组成共轴球面系统.

在成像过程中，前一个折射面所成的像，即为相邻的后一个折射面的物。

采用逐次成像法，应用单球面折射成像公式，求共轴球面系统的像。例14-2：P259

玻璃球(n=1.5)半径为10cm,一点光源放在球前40cm处,求近轴光线通过玻璃球后所成的像.第6页，共29页，2023年，2月20日，星期五oP1P2II1n1n2ABn第二节透镜透镜：具有两个折射面的共轴系统一、薄透镜（thinlens)成像公式u1=uv2=vu2=-v1

薄透镜：组成透镜的两个球面顶点之间距离P1P2与透镜焦距相比很小。对第一折射面APB有：对第二折射面APB有：第7页，共29页，2023年，2月20日，星期五薄透镜成像公式：薄透镜的焦度为：根据公式：可求出薄透镜的两焦距f1、f2。将薄透镜放置于空气中时：在空气中的薄透镜成像公式为：此时薄透镜的两焦距相等，且与焦度互为倒数关系。1屈光度=100度第8页，共29页，2023年，2月20日，星期五oI1I二、薄透镜组合透镜组：两个或两个以上薄透镜组成的共轴系统。讨论由两个薄透镜紧密帖合在一起构成的透镜组：u1=uu2=-v1v第9页，共29页，2023年，2月20日，星期五三、厚透镜（thicklens）(两折射面距离较大)三对基点及三条特殊光线：1、一对焦点2、一对主点3、一对节点F1F2B1H1A2H2第一主平面，第二主平面N1N2

节点的作用类似于薄透镜的光心。第10页，共29页，2023年，2月20日，星期五

已知厚透镜中三对基点的位置，利用三条特殊光线中的任意两条，用作图法可求物体经厚透镜折射后所成的像。F1F2H1H2N2N1PQ四、柱面透镜(cylindricallens)指两个折射面是圆柱面的一部分的薄透镜。属于非对称折射面点光源发出光线经此系统成象为直线,非点像.第11页，共29页，2023年，2月20日，星期五五、透镜的像差

物体经透镜折射所成的像与物体本身出现偏差的现象，叫透镜的像差。1、球面像差(sphericalaberration)

物点发出的近轴光线和远轴光线经透镜折射后不能成像为一点，而成为一个光斑，这种现象叫球面球面像差。O减小球面像差的方法：在透镜前放置光阑；

在会聚透镜后放置发散透镜。(对远轴光线的发散强于对近轴光线)2、色像差

透镜对不同波长的光具有不同的折射率，导致同一物点发出的不同波长的光通过透镜后不能在同一点成像的现象。第12页，共29页，2023年，2月20日，星期五第三节眼睛一、眼的光学结构第13页，共29页，2023年，2月20日，星期五眼是复杂的共轴球面系统。F1F2N2N1H1H2古氏平均眼（长度单位为mm）f2=24.4f1=15.77.087.33F1F2PCf1=15mmf2=20mm5mm简约眼第14页，共29页，2023年，2月20日，星期五二、眼的调节

远点（farpoint）：眼睛不调节时能看清的物点到眼睛之间的距离。（∞）

近点（nearpoint）：眼睛最大调节（晶状体曲率半径最小时）能看清的物体与眼睛之间的距离。（10cm）

明视距离（comfortablevisualdistance）：在适当照度下，不易引起眼睛过度疲劳的最合适距离。（25cm）

眼的调节：眼睛具有在一定范围内改变自身焦度的本领，从而使远近不同的物体都成像在视网膜上。三、眼的分辨本领及视力

视角：从物体两端入射到眼中节点的光线所夹的角度称为视角。第15页，共29页，2023年，2月20日，星期五Cα

正常眼能分辨两物点的最小视角为。

在明视距离处正常眼能分辨两物点之间的最短距离为。

视力：用来表示眼睛分辨本领的大小。定义：第16页，共29页，2023年，2月20日，星期五五分法视力表国际标准视力表第17页，共29页，2023年，2月20日，星期五四、眼的屈光不正及其矫正

正视眼：若平行光进入眼内经折射后刚好在视网膜上形成一清晰的像，为正视眼。否则称为非正视眼(屈光不正眼)。屈光不正眼：近视眼（nearsight)

远视眼(farsight)

散光眼(astigmatism)正视眼1、近视眼及矫正第18页，共29页，2023年，2月20日，星期五2、远视眼及矫正3、散光眼及矫正

散光眼属于非对称折射系统，任何位置的物点经散光眼后均不能成点像。用焦度合适的柱面透镜矫正散光眼。例题14-4,14-5第19页，共29页，2023年，2月20日，星期五第四节几种医用的光学仪器一、放大镜（magnifier)25cm放大镜的角放大率：＿＿物体放在明视距离处，用眼睛直接观察时的视角；＿＿利用放大镜观察同一物体时的视角。

放大镜的角放大率与它的焦距成反比，即放大镜焦距越小，角放大率越大。增大物体对人眼的视角fy第20页，共29页，2023年，2月20日，星期五二、显微镜物镜：靠近被观察标本的透镜组。目镜：靠近人眼的透镜组。第21页，共29页，2023年，2月20日，星期五显微镜的放大率为：

为物体放在明视距离处时对肉眼所张的视角。

显微镜的放大率与所用物镜和目镜的焦距成反比。其中m是物镜的线放大率，是目镜的角放大率。由于被观察物体靠近物镜第一焦点，且物镜和目镜的焦距都很小，所以。s镜筒长度第22页，共29页，2023年，2月20日，星期五2、光学仪器的分辨本领

光学系统能分辨两物点间最短距离的倒数，称之为该光学系统的分辨本领。**光学仪器的通光孔径第23页，共29页，2023年，2月20日，星期五瑞利判据

当一物点的衍射亮斑中心刚好和另一物点的衍射图样的第一极暗环中心重合时，这时两个物点恰为这一光学仪器所分辨。即这两物点的距离恰好是可以分辨的最小距离。**第24页，共29页，2023年，2月20日，星期五3、显微镜的分辨本领

阿贝公式：阿贝指出，物镜所能分辨两点之间的最短距离为称为物镜的数值孔径。

孔径数越大，照射光的波长越短，Z越小，分辨本领越强。

显微镜能分辨两点之间的最短距离称为最小分辨距离。最小分辨距离的倒数称为显微镜的分辨本领或分辨率。第25页，共29页，2023年，2月20日，星期五透明液体n=1.52要提高显微镜的分辨本领，必须减小波长或增大孔径数。增大物镜的孔径数：物镜载玻片盖玻片n=1.52u干物镜物镜载玻片盖玻片n=1.52浸油物镜u减小照射光波的波长：使用孔径数为1.5的油浸物镜用波长为550nm的可见光照射，最小分辨距离为223.7nm。用波长为275nm的紫外线照射，最小分辨距离为112nm