模拟眼睛的屈光不正及物理矫正

1、实验目的：理解并掌握光焦度、屈光度的概念及测量方法；理解并掌握薄透镜成像规律，计算薄透镜的屈光度；模拟眼睛屈光不正光路，理解物理矫正原理。实验原理从光学角度看，眼睛是一个具有自动调节功能的光学系统。理论和实验都已 证明，当发光体的光线经光学系统成像后，若物距为S、像距为S、透镜的焦距 为f，则三者之间的关系满足高斯公式：111+=S S f光焦度是指焦距的倒数，表示着透镜的发散或会聚本领，单位为屈光度D （1D=1m-1），也可用度作单位，1D=100度。常见的屈光不正（常）眼有：1）近视眼：眼睛不经调节时，平行光入射会聚在视网膜之前，即眼睛的会 聚能力加强，这种眼睛称为近视眼。多数近视眼是由

2、于眼球前后距离变大，即眼轴过长引起；少数近视眼是由于 角膜和品状体对光线的折射能力过强引起。前者为轴性近视，后者为屈光性近视。无论是属于哪种近视眼，它们的近点与远点都近移，需要配带发散透镜进行 物理矫正，这种发散透镜称为近视镜。图近视眼图近视眼的物理矫正2）远视眼：眼睛不经调节时，平行光入射会聚在视网膜之后，即眼睛的会 聚能力减弱，这种眼睛称为远视眼。多数远视眼是由于眼球前后距离变小，即眼轴过短引起；少数远视眼是由于 角膜和品状体对光线的折射能力过弱引起。前者为轴性远视，后者为屈光性远视。无论是属于哪种远视眼，它们的近点与远点都远移，需要配带会聚透镜进行 物理矫正，这种会聚透镜称为远视镜。图

3、远视眼图 远视眼的物理矫正本实验中利用透镜A作为眼睛，像屏作为视网膜来模拟眼睛的成像过程。通过前后移动像屏来模拟轴性近视和远视眼的屈光不正成像原理，利用透镜B （焦距小于透镜A）和透镜C （焦距大于透镜A）来模拟屈光性近视和远视眼的屈光不正成像原理，并用一块凹透镜D和一块凸透镜E分别模拟矫正眼睛屈光 不正的近视镜和远视镜。最后通过高斯公式来求出矫正镜的焦距。实验仪器光具座及附件、光源、物屏、像屏，不同焦距的薄透镜。薄透镜共5片薄透镜A焦距为200mm （模拟眼睛）薄透镜B焦距为150mm （模拟屈光性近视眼）薄透镜C焦距为250mm （模拟屈光性远视眼）薄透镜D焦距为-150mm （模拟近视眼

4、矫正镜）薄透镜E焦距为600mm （模拟远视眼矫正镜）实验内容共轴调节透镜成像存在着像差，成像系统应尽量在近轴区域。为达到上述要求，应使 各光学元件的主光轴重合，习惯上称同轴等高，即共轴。此外，成像系统中的各量，如物距、像距及透镜移动的距离等都是沿着主光 轴计算长度的。长度是按光具座的刻度来读取的。为测量准确，透镜主光轴应与 光具座导轨平行。共轴调节可分为粗调和细调两步来做。首先粗调，将各光学元件置于光具座上，并靠拢排列。调节其高、低、左、 右，使光源、物屏、透镜、像屏等的中心同高共线并平行于导轨。各元件所在的 平面要相互平行且垂直于导轨轴线。然后再细调，依靠成像规律来判断：将像屏、物屏置于光

5、具座上，使其距离 l 4f。插入透镜并左右移动其位置，在屏上分别得到放大像和缩小像，调节各 元件，使放大像与缩小像的中心重合。如果系统是由多个透镜等元件组成的，均 用这种方法使所有像的中心重合在一个位置，则达到了共轴要求。以下所有实验 都是在共轴条件下进行的。模拟正常眼成像过程：（1）将焦距为200mm的薄透镜A放在物屏和像屏之间，调节光源、物屏、像 屏及薄透镜共轴等高。（2）将物屏和像屏间的距离调整为850mm，调节薄透镜A的位置，使像屏上 呈现清晰的像，以模拟正常眼睛的成像过程。模拟近视眼成像过程：（1）将像屏向后移动50mm模拟轴性近视眼成像过程，此时成像会变模糊。将薄透镜D （焦距为-

6、150mm）放在物屏与薄透镜A之间模拟近视眼矫正镜，调 节薄透镜D的位置，使像屏上所成的像清晰，记录下物屏、薄透镜A及像屏（单 次测量）的位置，用多次测量（至少5次）记录下薄透镜D的位置。（2）利用高斯公式计算出薄透镜D的焦距。（3）还原正常眼睛的成像过程，将薄透镜A换成薄透镜B （焦距为150mm） 模拟屈光性近视眼成像过程，此时成像会变模糊，将薄透镜D （焦距为-150mm） 放在物屏与薄透镜B之间模拟近视眼矫正镜，调节薄透镜D的位置，使像屏上 所成的像清晰，记录下物屏、薄透镜B及像屏（单次测量）的位置，用多次测 量（至少5次）记录下薄透镜D的位置。（4）利用高斯公式计算出薄透镜D的焦距。

7、模拟远视眼成像过程：（1）还原正常眼睛的成像过程，将像屏向前移动30mm模拟轴性远视眼成像 过程，此时成像会变模糊。将薄透镜E （焦距为600mm）放在物屏与薄透镜A 之间模拟远视眼矫正镜，调节薄透镜E的位置，使像屏上所成的像清晰，记录 下物屏、薄透镜A及像屏（单次测量）的位置，用多次测量（至少5次）记录 下薄透镜E的位置。利用高斯公式计算出薄透镜E的焦距。还原正常眼睛的成像过程，将薄透镜A换成薄透镜C (焦距为250mm) 模拟屈光性近视眼成像过程，此时成像会变模糊，将薄透镜E (焦距为600mm) 放在物屏与薄透镜C之间模拟远视眼矫正镜，调节薄透镜E的位置，使像屏上 所成的像清晰，记录下物

8、屏、薄透镜C及像屏(单次测量)的位置，用多次测 量(至少5次)记录下薄透镜E的位置。利用高斯公式计算出薄透镜E的焦距。注意事项透镜要轻拿轻放，尽量避免用于触摸透镜表面，严禁用任何物体划透镜。安装透镜时一定要小心，确保透镜被牢固的安装在透镜夹上，切勿将透镜 掉在地上。透镜使用完毕后，用透镜纸将其包好，并按照实际焦距放回贴有焦距标签 的塑料袋中，切勿乱放。附：实验数据记录表及数据处理公式模拟近视眼成像过程数据记录表(轴性近视和屈光性近视各画一个)物屏位置P=薄透镜A(B)位置=像屏位置P=测量次数12345薄透镜D位置(mm)模拟远视眼成像过程数据记录表(轴性远视和屈光性远视各画一个)物屏位置P=

9、薄透镜A (C)位置=像屏位置P=测量次数12345薄透镜E位置(mm)数据处理所用公式设物屏与薄透镜D (E)的间隔为51，薄透镜A (B) (C)与像屏的间隔为S2，物屏与像屏的间隔为L，薄透镜A (B) (C)的焦距为f (f )(f )，则ABC轴性近视眼模拟过程焦距公式：f = ( fASi2 + sD f L - S L + S 21A 22屈光性近视眼模拟过程焦距公式：f =D轴性远视眼模拟过程焦距公式：f=屈光性远视眼模拟过程焦距公式：f = (S2 - fC )S12 + S TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark55 o Current Document E f L - S L + S 21C 22误差分析所用公式近视眼：S = D P u = -A s =4一一 U f2 + s21P 3 D n.(n -1)S1p D轴性近视眼焦距不确定度传递公式：U = 2(S2 fS1 +1 U fDf L - S L + S 2S1L A 22屈光性近视眼焦距不确定