球面透镜PPT课件

,球面透镜,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2010材料工程学院,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT视光学技术学院,透镜概述透镜的概念由前后两个折射面组成的透明介质称为透镜（lens），这两个折射面至少有一个是弯曲面。弯曲面可以为球面、柱面、环曲面或非球面。球面，顾名思义，像一个圆球的表面，各条子午线都是弯的，且弯度都相等。柱面，像一根柱子的表面，其中一条子午线是直的，与之垂直的子午线则弯度最大。环曲面，简而言之，就像一个鼓的表面，各条子午线都有弯度，其中一条子午线弯度最大，与之垂直的子午线弯度最小。平面，可以看作特殊的球面，半径无穷大的球面。,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT视光学技术学院,一、球面透镜的定义和种类（一）球面透镜的定义球面透镜：前后表面均为球面，或一面为球面、一面为平面的透镜,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,（二）透镜的种类透镜为凸透镜和凹透镜两种中央比边缘厚的透镜称为凸透镜，也称为正透镜、会聚透镜；中央比边缘薄的透镜称为凹透镜，也称为负透镜、发散透镜。根据透镜前后两面的形状，透镜可以分为以下六种类型：1、双凸透镜2、平凸透镜3、凸新月形透镜4、双凹透镜5、平凹透镜6、凹新月形透镜,.,9,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,.,10,同一屈光力的透镜可以有无数种形式,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,二、透镜（薄透镜）的光学特性（一）透镜常用光学名词解释。1、曲率半径(r)：球面弧的曲率半径。2、曲率（R）：球面的弯曲程度。曲率半径越小，曲率越大。3、曲率中心(c)：球面弧的圆心。4、主光轴：透镜前后两表面曲率中心的联线。5、透镜的焦点：光轴上无穷远的物体发出的平行光线通过透镜，在光轴上所成的点。透镜的第一焦点（F1），第一焦点又称为物方焦点。第二焦点（F2），也称为像方焦点。6、透镜的焦距：透镜第二主点至第二焦点的距离为第二焦距。7、光学中心：为透镜上的一点，通过该点的光线不发生屈折，按原方向传播。,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,图3-1-4透镜的第一焦点,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,图3-1-3透镜的第二焦点,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,（二）透镜成像规律1凸透镜成像规律,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,凹透镜所成的像，无论物体的位置在焦点以外还是焦点以内，它经凹透镜折射后，所成的像，都是缩小的，正立的虚像。像和物在透镜的同侧。因此它的成像规律，不同于凸透镜那样复杂。,2凹透镜成像规律,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,（三）透镜屈光力的相关计算透镜对光线聚散度改变的程度称为透镜的屈光力（dioptricpower）或镜度。1、透镜各子午线上屈折光线的能力相等由于透镜各方向上的曲率半径均相等，所以透镜各子午线上屈折光线的能力均相等，透镜的屈光力数值是单一的（故球面透镜在眼用镜片中也称为单光片）。屈光力在数值上等于透镜焦距的倒数。,其中为焦距，F为屈光力，屈光力的单位为屈光度，符号为“D”，量纲为。,很多书将透镜的第二焦点（F2）简称透镜的焦点（F），第二焦距（f2）简称为透镜的焦距（f）,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,例：屈光度为+4.00D的凸透镜，其焦距：,薄透镜位于空气中时，第二焦点和第一焦点分居透镜的两侧，且与透镜的距离相等。,例：屈光度为-3.00D凹透镜，其焦距：,第二焦点和第一焦点均为虚焦点,第二焦点和第一焦点均为实焦点,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,2透镜的面屈光力光束从一种介质通过单球面界面（SSRI）进入另一种介质，光束的聚散度将发生改变。球面使光束聚散度改变的程度称为此球面的面屈光力。如光束从折射率为n1的介质，通过曲率半径为r的球面，进入折射率为n2的介质，此球面的屈光力（F）与上述三者均相关。,曲率半径r需遵循符号规则，设光线从左到右传播，如果r从界面向右衡量（即球面的光心在界面的右侧），r为正值；相反，如果r从界面向左衡量（即球面的光心在界面的左侧），则r为负值。r单位为m，F的单位为屈光度(D)。,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,3、薄透镜的屈光力透镜由前后两球面组成，如忽略其厚度将其视为薄透镜，则透镜的屈光度取决于其前后两表面的屈光力。如图3-1-2所示，折射率为n2的新月型凸透镜放在折射率为n1的介质中；透镜的前、后表面曲率半径分别为r1、r2；凸透镜的前、后表面屈光力分别为:,当透镜位于空气中，空气的折射率为1，设透镜的折射率为n，经推导可得透镜的屈光力公式为：,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,例题：一等双凹透镜焦距为-16.67cm，与另一透镜相叠接，共同焦距为+20cm，若两透镜之玻璃折射率为1.6，且相接密合，求第二透镜另一面之曲率半径。已知：f1=-16.67cm;f=+20cm;n=1.6,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,求:另一透镜的另一面之曲率半径r3解：（1）双凹透镜设前后半径r1和r2；r2=-r11/f1=F1=（n-1）(1/r1-1/r2)=2(n-1)/r1即1/-16.67=0.62/r1r1=0.62(-16.67)=-20cm(2)凸凹透镜(总)设所求半径为r3则F=1/f=(n-1)(1/r1-1/r3)；1/20=0.6(1/-20-1/r3)1/20+0.6/20=-0.6/r3=0.08；r3=-7.5cm,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,例.已知角膜前表面曲率半径为7.8mm，后表面曲率半径为6.5mm。角膜介质折射率为1.376，房水折射率为1.336。求角膜的屈光力。,7.8,6.5,角膜光学效果,r=7.7mm,r=6.8mm,房水n=1.336,空氣n=1,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,例：一块凸新月型薄透镜，折射率为1.5，前、后表面曲率半径分别为5cm和25cm，求透镜的屈光度。解：已知n1.5，由于透镜为新月型，因此r1+0.05m、r2+0.25m,或直接代入公式计算：,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,三、透镜的屈光度表示及其测量（一）透镜的屈光度表示透镜的屈光度以缩写DS表示(球镜（sphere）的简称“S”)。屈光度表示方法通常以1/4DS为间距，如0.25DS，0.50DS，0.75DS。若透镜的屈光度为0.00DS，称为平面透镜。在镜片箱或综合验光仪上，屈光度表示方法以1/8DS为间距，但表示为小数时，将第三位小数的“5”舍去，如0.12DS,0.37DS，0.62DS，0.87DS等。但若两者相加时，仍然将舍去的“5”计算在内。如0.12DS+0.12DS=0.25DS。在精确的焦度计上，透镜的屈光度表示可以达到0.01DS。（二）透镜的测量1、透镜可以利用焦度计进行测量。2、镜度表法。,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,焦度仪,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,焦度仪面盘上的有关数据,眼镜镜片度数测量时先右后左,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,四、透镜的识别与中和（一）透镜的像移现象像移量的增加或缩小的方向、视像移动的方向均与凸透镜移动的方向相反，称为“逆动”（againstmotion）。对于任何凸透镜均有此现象，但根据物理光学原理，镜片和观察者眼睛的距离至少应小于透镜的焦距。像移量的增加或缩小的方向、视像移动的方向均与凹透镜移动的方向相同，称为“顺动”（withmotion）。,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,备注：1）透镜的屈光力越大，像的移动越快；屈光力越小，像的移动越慢。2）镜片前后移动也会有顺动和逆动的现象；,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,经过推导：在棱镜的顶角（a）很小条件下，大致垂直入射的光线，入射角和出射角都很小，用近似计算得:棱镜的偏向角=（n-1）a,a,a,镜片顺动与逆动的机制:,i,三棱鏡改变光路方向,三棱鏡使光线向底面偏折,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2008视光学技术学院,眼用棱镜的计量单位,三棱镜是眼用透镜的光学单元,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,（二）透镜光学中心简易测定法镜片光学中心位置的正偏，是镜片质量重要指标之一。镜片制作通常要求其光学中心与它的几何中心重合；眼镜装配时，也要求两镜片的光学中心距必须等于瞳距，以保证两镜片的光学中心能正对戴镜人两眼的瞳孔。,使用仪器设备或简易目测，其光学原理就是测出镜片对透过的光线不产生折射的一点位置。,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,镜片光心目测法示意图,移动方向,凹透镜,凸透镜,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,（三）透镜性质的识别与中和,1薄厚法对于屈光度较大的镜片，可以直接观察和触摸镜片，比较镜片的中心和周边厚度。,2影像法通过凹透镜所看到的物体的像缩小，屈光力越大，缩小程度越明显。而凸透镜的像放大，屈光力越大，放大程度越明显，但要注意将凸透镜置通常放于眼前15-20cm，以免由于手持的过远超过其焦距而看到倒立缩小的像。,3像移法透镜的屈光力越大，像的移动越快，屈光力越浅，像的移动较慢。,4此外，通过镜片的前后移动也可识别透镜。镜片由眼前向远处移动时，透过镜片看到的物像也向远处移动；当镜片由远处向眼前移动时，透过镜片看到的物像也向眼前移动，表示此透镜为凹透镜。反之，则为凸透镜。,金陵科技学院视光学技术学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,镜度中和法:学生练习操作,所以：在对凸透镜进行识别时，如果透镜于眼睛的距离超过透镜的焦距，将看到倒立、缩小和顺动的像。为了避免判断失误，一般将透镜放在眼前约1520cm处。如果看到倒立缩小的像，应将透镜移近。,注意：凸透镜通过凸透镜看到物体的像是略有放大的。注意观察凸透镜的影像时不要将凸透镜拿得太远，超过其焦距将看到缩小、倒立的像。一般将凸透镜置于眼前1520cm左右为宜。,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,镜度中和法,为了使两块透镜紧密叠合，应将试镜片放在未知透镜的凸面，如果试镜片放在未知透镜的凹面，因两片之间的间隙较大，容易出现误差。,像移法是球镜中和法的基础。中和法（neutralization）是指用已知度数的透镜与未知度数的透镜相联合，寻找与未知透镜屈光度相抵消的已知透镜，以测量未知透镜的度数。常用镜片箱（trialcase）的已知镜片进行中和。,.,44,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,五、透镜的联合和转换(一)透镜的联合当两块或几块透镜联合后，相当于一块新的透镜的效果，称为透镜的联合（combination），透镜联合的符号是或/,两个球面薄透镜光学中心紧密叠合是最简单的透镜联合形式，联合的效果相当于原来两块透镜屈光度的代数和。,（）,例1、两凸透镜屈光度分别为+3.00D和+2.00D,当两凸透镜中心叠加在一起块后，其显示的屈光度为+3.00+2.00=+5.00D例2、将-2.00D和-1.00D凹透镜光心相对重合时,其总镜度为-2.00+(-1.00)=-3.00D例3、+5.00D和-3.00D透镜光心重合叠加，其总镜度为+2.00D。,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,如果两个共轴的球镜相隔一定的距离，则联合后的效果并不等于这两块球镜的代数和，必须考虑之间的距离d。联合后的效果需要用等效屈光度公式：进行计算。,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,五、透镜的联合和转换(一)透镜的联合当两块或几块透镜联合后，相当于一块新的透镜的效果，称为透镜的联合（combination），透镜联合的符号是或/,两个球面薄透镜光学中心紧密叠合是最简单的透镜联合形式，联合的效果相当于原来两块透镜屈光度的代数和。,（）,例1、两凸透镜屈光度分别为+3.00D和+2.00D,当两凸透镜中心叠加在一起块后，其显示的屈光度为+3.00+2.00=+5.00D例2、将-2.00D和-1.00D凹透镜光心相对重合时,其总镜度为-2.00+(-1.00)=-3.00D例3、+5.00D和-3.00D透镜光心重合叠加，其总镜度为+2.00D。,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,(二)透镜的转换与基弧面1、透镜的转换从前面透镜的屈光力与面屈光力的关系可以看出，同一屈光力的透镜可以有多种形式，只要前、后表面屈光度相加为所需的屈光力即可（对于薄透镜而言）。转换后镜片类型只有上述所说的六种类型，除等双凸（凹）、平凸（凹）类型外，其余类型镜片的组合均可以有多种形式。,镜片设计的目的是尽可能地减少或消除像差，达到最佳的配戴效果，通常透镜的最佳形式几乎全为新月形。,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,+8.00DS的透镜制造可以任意选择以下形式中的一种，如图,-5.00DS的负透镜可以任意选择以下形式中的一种，如图,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,2、基弧和基弧面屈光度的选取透镜的转换是镜片制作的基础，在转换时，首先被确定面屈光度的面称为基面，此面的面屈光度称为基弧（basecurve）。(1)基弧总是选在面屈光度绝对值低（即半径大）的那个面。对于弯月形的正透镜，r2r1，所以基弧面取在透镜的后表面，对于弯月形的负透镜r1r2，基弧选在透镜的前表面。,(2)通常在生产中，屈光度在4.00DS以内的镜片,基弧一般取6.00D。,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,(3)基弧的面屈光度选取，除考虑镜片的总屈光度与基弧面屈光度的搭配以获得更好的像质外，直径大的基弧面屈光度取低一些。(4)在某些特殊情况下，对于屈光度特高的正镜片，基弧可以取得更低些，甚至取为平凸或双凸的镜片形式。同理，对屈光度特高的负镜片,可采取平凹或双凹的镜片形式。,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,1、正镜片:1）基弧多定在凹面；2）镜度在+4.00DS以内的镜片,基弧一般取-6.00D;3)超过+4.00DS,其基弧定为-4.50/-3.00/-1.00到平面；4)在+10.00DS以上,基弧要定为+2.00D,磨成双凸形。,2、负镜片:1）基弧多定在凸面；2）镜度在-4.00DS以内的镜片,基弧一般取+6.00D;3)超过-4.00DS,其基弧定为+4.50/+3.00/+1.00到平面；4)在-12.00DS以上,基弧要定为-3.00D,磨成双凹形。,金陵科技学院材料工程学院,COPYRIGHT2005视光学技术学院,正透镜和负透镜是透镜的基本形式透镜的屈光力与两面的曲率半径和折射率有关透镜的识别可以通过手工方式和仪器进行识别透镜可以进行中和、联合和转换,透镜的像差,1球面像差,一个物点发出的远轴光线经透镜折射后，与近轴光线所成的像不重合，如图(a)所示，这种像差称为球面像差，简称球差。球面像差导致点光源成像不是一个点，而是一个圆斑。,减小球差最简单的方法是在透镜前加一个光阑，只让近轴光线通过，如图(b)所示。,图(a),图(b),金