第七章几何光学改.ppt

1、第七章 几何光学,学习要点： 掌握单球面折射的原理和符号规则。 掌握共轴球面系统，薄透镜成像的规律。 掌握光学显微镜的分辨本领和放大率。 了解医学上常用的几种显微镜。 了解眼睛的光学系统及 非正视眼屈光不正的矫正,本章的理论基础： 几何定律和基本的光学实验定律。如光在均匀媒质中的直线传播定律。如：光在均匀煤质中的直线传播定律；光通过两种媒质界面时的反射和折射定律。光的独立传播定律和光路可逆定律。,第一节 球面折射,单球面折射 共轴球面系统,单球面折射,概念：当两种不同的透明媒质的分界面为球面一部分时，光所产生的折射现象 物点：O 物距 u 像点 I ，像距 v 。U与v的关系由折射定律 给出。

2、,A,单球面折射,a.沿主光轴进行，经折射后不改变方向,b.光线OA经球面折射后与主光轴交于I,折射定律,适用于一切凸、凹单球面成像,符号规则：实物物距和实像像距均取正值，虚物距和虚象距均取负值，凸球面对着入射光线r为正，反之为负。,焦度(dioptric strength) 媒质的折射率之差与该侧焦距的比值为折射面的焦度,单位：屈光度(diopter) D D屈光度（焦距单位用米）； 1D=100度,这是焦度的定义式,第一焦距,第二焦距,圆柱形玻璃棒（n=1.5)的一端是半径为2cm的凸球面。 （1）求棒置于空气中时，在棒的轴线上距离棒端外8cm的物点所成像的位置。 （2）棒放入水中时，物距

3、不变，像距应是多少？ 解（1）棒在空气中时 代入式（7-1） 解得v=12cm 成像在轴线上离棒顶点12处，为实像。,例7-1,2）棒在水中时， 代入式（14-1）得 解得v=-18.5cm 像点离玻璃棒顶点18.5cm处，为虚像,例7-1,二、共轴球面系统 （coaxial spherical system),1、共轴球面系统,如果折射球面不止一个，而且它们的曲率中心在一条直线上，这些折射球面就组成了一个共轴球面系统。,2、主光轴,曲率中心所在的直线为该系统主光轴,3、成像的求法,求物体通过共轴球面系统所成的像时，可先求出物体通过第一折射面后所成的像I1，然后将I1作为第二折射面的物，求他通

4、过第二折射面后的像I2 ，如此下去，直到求出最后所成的像为止,例：有一玻璃球（n=1.5)的半径为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。,解：对第一折射面而言， 代入式（14-1）得,解得,若没有第二折射面， 应在 后面60cm处， 对于第二折射面是虚物， 带入式（14-1）得,解得,第二节 透 镜,薄透镜成像公式 薄透镜组合 厚透镜 透镜:有两个折射面的共轴系统,折射面之间是透明的物质 透镜分类:薄透镜 厚透镜;球面透镜和柱面透镜.,薄透镜成像公式,薄透镜:组成透镜的两球面顶点之间的距离与透镜的焦距相比很小. 凹凸薄透镜(n)置于折射率为 和 两种媒质界面处,

5、主光轴物点O发出的光经透镜折射后成像于I.处 折射面的物距像距曲率半径 ； 透镜的物距和像距为u，v 因是薄透镜 将它们代入（7-1），得,薄透镜成像公式,将上两式相加并整理得,薄透镜成像,薄透镜的焦度为 薄透镜两焦距 薄透镜处在同一种媒质中,薄透镜放置在空气中,成像公式简化为 焦度： 第一和第二焦距相等,薄透镜成像公式的 高斯形式： 在空气中薄透镜1/f即薄透镜的焦度 1屈光度=100度,薄透镜组合,两个或两个以上薄透镜组成的共轴系统简称透镜组。 薄透镜组的成像：用薄透镜公式，采用逐次成像法。 两透镜焦距分别为 与 ，透镜组物距为 u ，像距为v,对于第一个透镜 对第二个透镜 两式相加得,薄

6、透镜组合,第一，第二透镜，透镜组的焦度间的关系 应用：测量透镜的焦度。,例7-3,凸透镜 和凹透镜 的焦距分别 是 20cm和40cm ， 在 的右边40cm 处 ，在透镜 左边处放置某物体，求经透镜组后所成的像。 解：由透镜 的成像公式 解得,透镜 的成像：由两透镜的位置关系可知， （此是虚物） 将这些数据代入公式 解得 v=40cm,厚透镜,三对基点：两焦点；两主点；两节点 两焦点： 两主点： 两节点： 厚透镜的三条光线：,第三节眼睛,眼的光学结构 眼的调节 眼的分辨本领及视力 眼的屈光不正及矫正,眼的光学结构,组成：角膜，虹膜，瞳孔，晶状体，视网膜，黄斑。 角膜，虹膜，与晶状体之间充满房

7、水。 晶状体与视网膜之间充满玻璃体。 简约眼；把眼简化为单球面折射系统。,眼的调节,眼的调节：眼的焦度能在一定范围内改变，将远近不同的物体成像在视网膜上，眼改变自身焦度的本领。 睫状肌收缩改变晶状体的曲率半径。物体在无穷远时，睫状肌完全放松，此时曲率半径最大，焦度最小,远点：眼睛不调节时能看清的最远物体与眼睛之间的距离。正常视力，远点在无穷远，平行光刚好汇聚在视网膜。物体向眼睛移近，晶状体的曲率半径随之减小，眼睛的焦度增大。 近点：处于最大调节状态，能看清物体与眼睛之间的距离。 远视眼近点变远；近视眼是远点变近。 明视距离：不易引起眼疲劳的最适宜距离约为25cm,眼的分辨本领及视力,视角：从物

8、体两端射入到眼中节点的光线所夹的角度称。 视角决定物体在视网膜成像的大小，视角越大，成像越大，越能看清物体细节。 视角与物体的大小，物与眼间的距离有关。 最小视角为 ，最短距离为0.1mm,视力,视力：眼睛能分辨的最小视角的倒数表示眼睛的分辨本领。 最小视角为 ， 相应的视力为0.1 国家标准对数视力表 （五分法视力表）。,眼的屈光不正及其矫正,正视眼 屈光不正眼:近视眼,远视眼,散光眼. 近视眼:成像在膜前.远点不在无限远. 产生原因:角膜或晶状体的曲率半径太小, 对光线偏折太强;或眼球的前后径太长 矫正:.,例14-4,某近视眼患者的远点 在眼前50cm处，其欲看清无限远的物体，则应配戴多

9、少度的眼镜？ 解：眼镜必须使无限远的物体在眼前50cm处成一虚象。设眼镜的焦距为f ， 。代入薄透镜成像公式，得 解得： 此近视眼患者应配戴焦度 2D为的凹透镜,远视眼,眼睛不调节时，平行光射入成像于视网膜后。远处，较近的物体都看不清（不调节），调节后看清远处，近处看不清。近点大于正视眼。 原因：角膜或晶状体的曲率半经太大，焦度太小；眼球的前后直径太小。 矫正：,例14-5,某远视眼患者的近点距离 为1.2m处，要看清眼前12cm处的物体，问应配戴怎样的眼镜？ 解：眼镜应使眼前处物体在眼前1.2m处成虚象. 代入薄透镜成像公式，得 此远视眼患者应配戴 焦度为的凸透镜,第四节几种医用光学仪器,放

10、大镜 光学显微镜 纤镜,放大镜,放在眼睛前,增大物体对眼睛视角的会聚透镜. 使用时,物体放在放大镜焦点内,靠近焦点处,物体经放大镜折射后形成正立方大虚象 物体放在明视距离处, 物体线度很小,视角很小,光学显微镜,组成:两组会聚透镜组成：物镜，目镜. 物体倒置，物镜的第一焦点外，经折射后物体在目镜的第一焦点内成放大的实象，再经目镜放大后成正立虚象。,显微镜,显微镜的放大率为M 由图知， x 取为零 代入上式得 物镜的线放大率：(m) 目镜的角放大率( ),显微镜,显微镜的放大率等于物镜的线放大率与目镜的角放大率的乘积。 被观察物体靠近物镜第一焦点 ， 物镜和目镜的焦距都很小，物镜的线放大率 ,s

11、是显微镜镜筒的长度，显微镜的放大率又可写成 放大率与物镜和目镜的焦距成反比。,光学系统的分辨本领,光学系统能分辨两物点间最短距离的倒数。,显微镜的分辨本领,最小分辨距离：能分辨两点间的最断距离。 分辨本领或分辨率：最小分辨距离的倒数。 物镜能分辨两点之间的最短距离 是光波的波长，n是物镜与标本间媒质的折射率，u为物点发出的光线与物镜边缘所成锥角的一半。nsinu称为物镜的数值孔径，用表示 物镜孔径数越大，光波越长，Z越小，越能看清物体的细节，显微镜的分辨本领越强。,显微镜的分辨本领,提高分辨本领的方法1：增大物镜的数值孔径 利用油浸物镜增大n和u值。 干物镜：物镜和标本之间是空气。nsinu最

12、大值只能达到0.95，因为自P点发出的光束到达盖玻片与空气界面时，部分光线因为折射，全反射不能进入物镜，进入物镜的光束锥角较小。,提高分辨本领,在物镜与盖玻片之间滴入折射率较大的透明液体，如香柏油（n=1.5)。将物镜的孔径数增大到1.5，此即油浸物镜。油浸物镜提高显微镜的分辨本领，避免全反射的产生，增强了像的亮度。 提高分辨本领的方法2：减小照射光波的波长 例：用 为1.5的高级油浸物镜，用可见光照明（波长为550nm）显微镜能分辨的最短距离为： 比223.7nm再小的细节就看不清了。改用波长为275nm的紫外光照明，使分辨本领提高1倍，看清112nm的细节。,纤镜,又称纤维内镜,由大量纤维细丝组成,透明度高的玻璃