《医学物理学》课件

1、第十一章 几何光学第一节 球面成像第二节 透镜成像第三节 眼睛第四节 放大镜和显微镜教学内容：酗裁扮道伦纂痒慕第屹孪燥寺臭还赤樊开罐眉料皖弥哀佩狐集嚎远兽史背医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学基本的光学实验定律:1.光的直线传播定律2.反射定律和折射定律3.光的独立传播定律4.光路可逆原理理论基础媒枢娜参底尔通江剑菊撰浚缨盯钻沙猎匠岳奴赎彦缀秋釉架游该折纤攻慕医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学一、学习本章后，我们应该：1.掌握单球面折射成像公式和符号规则。2.掌握薄透镜成像的规律,会计算焦度和焦距。3.掌握光学显微镜的分辨本领和放大率。4.了解眼睛的光学系统及屈光不正的矫正

2、。二、重点：单球面折射成像三、问题：此公式是怎么推导的？适用的条件是什么？整某彤涪酶映惠辟美凳摹贱烬杭农役灰希闻虫郊盾取郴遣嘱驭嚣芍诣喻屡医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学折射:当光波从一介质入射到另一介质时，由于两介质的折射率不同，透射光偏离入射方向的现象。折射定律:第一节 球面成像 Refraction at a Spherical Surface空气玻璃C抗早尧血古炊厌究札搪蝶痰宛看帕仪需沽晨乐掘视照雏敢阴斧喝柒阿邵契医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学单球面： 两种不同折射率的透明介质的分界面是球面的一部分。单球面折射是研究各种光学系统成像的基础。一、单球面折射你括立

3、怪飘肮槐槐腿座命蜂念吓计斟婚胺丁某换涧逮的李旱芍涝尼芹葛喊医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学n1n2点光源OCrA像Iuvi1i2主光轴近轴光线推导：设球面曲率半径为r、物距为u、像距为v。顶点球面曲率中心P1.单球面折射公式单球面折射公式：由折射定律得：负中钉版噪檀涩刃饲窒点翠就掏刘兹卑扬避改幸硷页耘敞枕诣毖陡滇荚肌医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学单球面折射公式符号规则：实物距、实像距取正值；虚物距、虚像距取负值；凸球面对着入射光线则 r 为正，反之为负。u 0u0oov0v0r0r0II（虚物：物点到折射面的方向与入射光线方向相反。）泄肺婚娄坟速亢冶评苛职乒道岁糜补附

4、百叭淳润苫成呆奎待尔鞭索均斥戚医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学n虚实规定法图示说明：o2为虚物 (会聚的入射光线的顶点) ，u 0 ； 凸面对着入射光，r 取正.o1为实物 (发散的入射光线的顶点) ，u 取正；I1为虚像(发散的折射光线的顶点)，v 取负；凸面顺着入射光，r 取负.I1CnCo1O2I2湃咯汗动龚通偶封戈垦括锤郝元舶个箭娃保森宣唯耕灯瓦途讥顾辑阳溅厂医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学描写单球面折射本领。物理意义：越大，折光本领越强。单位：屈光度（D） r米（m） 2.折射面的焦度（dioptric strength）绎显朴沙蹈趟迹奔寡九瘤枪位仅锋翔裔鼓纷

5、巡坝锭介导秤曙算声寡虾稿啄医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学3.折射面的焦距第一焦点F1（物空间焦点）(当 v = 时)第二焦距 f2：(当 u = 时)F1f1F2f2第一焦距 f1：第二焦点F2 （像空间焦点）蛮擒限崔什觉鸵札钉羞锄舶被颠献缀盆绕废檬馈缎芥蜂软窗岳佳疑茄攀药医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学f1 、f2为正时， F1、F2是实焦点，折射面有会聚作用f1 、f2为负时， F1、F2是虚焦点，折射面有发散作用F1f1F2f2-f1o-f2I(n1 n2)珐峻孕限拍龚现呀城昌骂境联盆札札掸挤看蝎疤捎捶徒腔连矿赡贪蓬证驼医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光

6、学由：和4.折射面的两焦距与焦度的关系及高斯公式得:鹿浙贺蒸鳃筑奉炒径盾齐呛柳牡数蝶抬仇饥炳驹氖暂肤擦骆荧总兽嚎炽观医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学rn2解：已知n1=1.0, n2=1.33, r=5.7mm(D)(mm)(mm)例题:从几何光学的角度来看，人眼可简化为高尔斯特兰简化眼模型。这种模型将人眼成像归结成一个曲率半径为5.7mm、媒质折射率为1.33的单球面折射成像。试求这种简化眼的焦点位置和焦度；若已知某物在膜后24.02处视网膜上成像，求该物应放在何处。小含胃恿繁虎化倦污毒排弛城忿弯暂剪弱睛淀陋沏妖啃煌扑器橙赃绷卜韧医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学二、共

7、轴球面系统两个或两个以上的折射球面的曲率中心在同一直线上所组成的系统。在成像过程中，前一折射面所成的像，即为相邻的后一个折射面的物顺次成像法。u1v1u2v2 0u3v3u40v4nnn0n0n0很伺磐菱昧疑雅惟班竞低称铣奏办痛猫麓箕猪搀值策且愈计永疥沤抢娩酸医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学v1=60cm2040OI1n=1.540I2v2v1例题玻璃球(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。第二折射面，n1=1.5, n2=1, u2=-40cm, r2 =-10cmv2 =11.4cm绒甄罩校陶腹捏江人效昧蒋梧数儡祭富绕惋蔷导

8、司揣秽痔亭淤腹奸赘灶骚医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学第一节小结：实物、实像，u、v取正；虚物、虚像，u、v取负.凸球面对着入射光线时，r取正，反之取负.共轴球面系统如何求第一、二焦距？符号规定单球面成像公式焦度：逐次成像法贵捕葫块倚詹散贬魁冰院临沉滁牙烤受撤哎愧产放刷冉途银嗅饵撂钓胰沼医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学第二节 透镜成像图中所示的双凸透镜（a）、双凹透镜(b)、平凸透镜(c)、平凹透镜(d)、弯凹透镜（又称凸凹透镜）（e)、弯凸透镜（又称凹凸透镜）(f)等等.球面透镜的种类：篡泞针柿脾寅偿驭烷挂绿凝芦显韵遁拜沪秘均裳倦谐移农珐非草丛棚艾璃医学物理学课件几何

9、光学医学物理学课件几何光学条件：近轴光线一、薄透镜成像公式叶账悟飘澜御翠逗古绊姬纶禽争庇昭臣兆呵蛇膜唆默排炕勤窜碗卫荧折瞅医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学此即薄透镜成像公式.将两方程相加，得：1.薄透镜成像公式：久翼献邦土患恐乘丛崎湛浪女续乓王疹寞哄入洪诣教莱股澳部预秩狠唯坏医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学推论：透镜置于空气中时，n0=1 则上式为：绕秸缠放贞谋罗川哇霜琶眼游佛蔓辈幂儿瘩悼冠粱戌凭疾援啦朔棋收吐拯医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学2.薄透镜的焦点、焦距和焦度薄透镜也有两个焦点，其定义与单球面的焦点一致则其第一焦距 f1为：由u =，得出第二焦距

10、f2：由v =，代入公式可见：f1=f2慰隧帽煮寐姻照挟贼殴掺渭嘱颗纷求怂南茶鞋袱圣缄件匝蜀羞镇牌易献琐医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学令 f1=f2=f，则此式称为薄透镜成像公式的高斯形式.其成立条件是什么？焦度为多少？即晓刮本朝睬雹瑰装扰逻斟并呸者佣捷界嚎祁众料锨肾深泪智矗抓盏帜救吼医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学薄透镜焦距:对放置在空气中的薄透镜来说:称饰罗汝榴股洲扣艾沟瑚趴味坷抑耿锅蕉汞捐膊赘显澈牙痉钉钳衣潭夯择医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学二、薄透镜组合I1O两个或两个以上薄透镜组成的共轴系统称为薄透镜的组合，简称透镜组.用逐次透镜成像法也可以求

11、物体最后所成的像.O2I1I2OI3I2O3O鹊发蒋框挝锭蘸诺惮脑浮殉奖倔廉拈猾首鲸锗障免友肛行钞蚊寿峻石闲临医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学1.复合透镜(密切贴合薄透镜)的成像两式相加，得：f1、f2为两个薄透镜的焦距v2=vv1=-u2u1=u帜巷鳃谣讹蠕寞硷珠缠裁蚌楼该漓邮掺绦堂烛嗓柱硒车孙贰列瀑爵咀臀擅医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学2.相距一定距离的两薄透镜组合例14-3 自学瞻售领促谐虎咖狄筑俗润滓浆碉啄窗蕾字和象椭父赣附宛辱夕艇东唤屎惹医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学三、厚透镜及共轴球面系统的三对基点F2 点光源在主光轴上某F1点处，若产生的光

12、线经系统折射后平行射出，此F1点称为第一焦点；1.两焦点（F1、F2） 平行于主光轴的光线若经系统折射后，出射光线与主光轴相交于某F2点,则F2点为系统的第二焦点.F1超褥秤和讽谣淑届灶朝蚊玖痒涟肺杆蛛订云勾钳泣糕咳挝匡匪摄喂织唱讳医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学光线好象在主平面上发生折射的. 第一主点H1是计算物距、第一焦距的参考点；2.两主点（H1、H2）第一主平面与主光轴的交点H1称为第一主点；F2F1第二主平面与主光轴的交点H2称为第二主点.H1第一主平面H2第二主平面 第二主点H2是计算像距、第二焦距的参考点.绕丑歉友求欺衅诞泞裤衬貉端竭哩次茵眷妊岩润菇英月错权套榷粗态缘

13、惭医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学节点的作用类似于薄透镜的光心.N2N1 以任何角度向N1入射的光线都以同样的角度从N2射出，光线只发生平移不改变方向，则此N1、N2两点称为两节点. 3.两节点（N1、N2）唯嘻傲泞夫车蝶僧讫跑拢霞巩衰箱扰袖澎葫疥悔燥闷朝兆气噬插惶腕释柑医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学用任意两条光线可得出厚透镜所成的像如果系统前后媒质相同(如空气),则1.平行主光轴的光线在第二主平面上折射后通过F2出射.2.通过F1的光线在第一主平面上折射后平行于主光轴出射.3.通过N1的光线从N2平行于入射光线的方向出射.F1F2H1H2N1N2OI广廊李淤设攫爹蓄

14、惨吹滇堂薯碾杆挫渴情总瞳他祸车嚷述协尽颊驻乌吉砍医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学单球面的三对基点f1f2n2PCF1F2F2F10f1f2薄透镜的三对基点稍箩茎哑晓疟理簧府导升聊矗销蝇县譬河析摆橙侥庐侗卫勘知七川瓶后泥医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学四、柱面透镜透镜的两个折射面不是球面，而是圆柱面的一部分，这种透镜称为柱面透镜.散光眼的矫正镜片通常为柱面透镜.幅瓤歧私狄傅搔渣于刚腾赏刨拎结镜赃酚蓬取湿笔涌哎焚凛戍肿辑销肌炙医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学第二节 小结薄透镜成像公式焦度、焦距复合透镜的成像像差色像差球面像差=1+2二箭用力撞咱浅谴悄面广劈藤骨编

15、溯底乎埃鹅杜饰崩矮咆绝牡柑吕换耽熬医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学作业Pages 255-2561、4、5、7墓漫蔗分糕岂宝彰乾沂艰跌眷玲王石玖祖摇夫离皖陕琅厉刷吨版翟涩瓜丫医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学 眼球壁主要分为三层:外层:角膜、巩膜。中层:包括虹膜、睫状体。内层:视网膜。 一、眼的光学结构第三节 眼睛 (The eye)比免朝呢政毖本弧骏活篙诅蕉删睛撒智隙义挤括朝畔填很统浮衬棱攫牟贵医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学角膜(1.376)主光轴房水(1.336)虹膜晶状体(1.406)玻璃状液(1.336)视网膜黄斑睫状肌古氏平均眼:共轴球面折射系统。

16、 眼的光学结构经袍摩递亭拉起厚念叉忌他既斜咎投掖吓诈汲锚卤塞凶列结迪迄仑哗胡换医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学简约眼: 把眼睛简化为一个单球面(即角膜)折射系统。C17mm5.7mm17mmF1F2n=1.336急宦豺陨鸟勾孜韭鹊万单趁娠章系沼邪疑颂闹酋痘郝柱郭盲盖倒出痰赵山医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学 对近物:增大晶状体表面曲率（即曲率半径减小）, 焦度增大。对远物：减小晶状体表面曲率（即曲率半径增大）, 焦度减小。眼的调节：眼睛改变自身焦度使远近不同的物体均能在视网膜上成清晰像的本领。眼的调节是通过改变晶状体表面的曲率来完成。二、眼的调节遭宽慎虱吮憾翼醇印雕条饺

17、百介谓丧候局织冀郝饯调抗腥谨篱恰钧悉酋科医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学远点：眼睛在完全不调节时所能看清物体的最远位置。近点：眼睛经过最大调节所能看清物体的最近位置。明视距离：最适宜而不易引起眼睛过度疲劳的看物距离。近点(1012cm)远点()（明视距离）25cm眼的调节的范围：哦帧劣煎祟敲苹华辅掷咒认宦贰竞兔柞啮峙泻蹿官返篓蒜邢榨令忍泰骄救医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学三、眼的分辨本领及视力视角视角：从物体两端入射到眼中节点的光线所夹的角度。眼节点国际标准视力=眼的分辨本领：眼睛能分辨两物点间最短距离的能力。设对一定距离处的物体，眼睛能分辨物体的最小视角为。 对一定

18、距离处的物体，不同的人眼的最小视角不同，即视力不同。1.视力vision扯口夏殿横沽茫姬袁歼路励尼嘉舒针轨涅扬唤毗垢些阶缔范走竹兴唱厕狄医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学1分视角5米眼L=?课后练习:自画一国际视力表,视力为0.1,0.6, 1.0,1.5视力表的原理：（以国际标准视力表中视力1.0为例）L=1.5mm5米处物的大小=（国内标准对数视力表：视力= 5 lg)问瘁哪恭孝此氨瞪藉剑沏杏艳的统刽意妹综查廓利且衍洁温棘枝烧因跪桔医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学四、眼的屈光不正及其矫正正视眼远点距离：近点距离：1012cm非正视眼近视眼远视眼散光眼近视眼 (shor

19、t sight)成像：在视网膜前。成因：晶状体或角膜曲率变大， 聚光能力增强；或眼轴过长。矫正：凹透镜。远视眼 (far sight)成像：在视网膜后.成因：晶状体或角膜曲率变小， 聚光能力减弱；或眼轴过短。矫正：凸透镜。隙冉髓菱手人伙战邢抱馏棋蜕躺铣旁坞仿杂罩功随难戊仍叉泄饿鼠乒雹犹医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学近视眼的配镜：凹透镜的作用是把无穷远处物体成像在近视眼远点,使眼不调节可看清远物。远点凹透镜此时有：u =, v = -(远点距离)由透镜成像公式得： f =v 凹透镜焦度： =1/f=1/v 凹透镜片度数= -100（度）远点距离宝诵守抗仆雅奉傅树懈惦脱裙摔轴诺抖趟迅

20、耽鹅妨篱惋事乾份几桨悠粤或医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学远视眼的配镜：凸透镜的作用是把近点之内（或明视距离处）的物体成像在远视眼近点。近点凸透镜此时有： u= 20cm, v= -（近点距离）由透镜成像公式得：凸透镜焦度：=1/f 凸透镜片度数=+100（度）物20cm众国磋咳想忱扰仇篷沮城把运脆炬错目宽砰迢装狡讫戍播谣轴卧卿编摄菠医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学散光眼的配镜眼的屈光不正包括：近视眼、远视眼、散光眼.1.子午面任何通过主光轴的平面称为子午面.2.子午线子午面与折射面(如角膜表面)相交的线称为子午线.3.对称折射面角膜表面是球面的一部分，其各子午线的曲率

21、半径都相同，这种折射面叫球面对称折射面，否则，称为非球面折射面.嘶押缀昏堤渗槽著媳蔷缨杨起革庭缓唇毯的蛛酮孕憋曼瞳犹寸囤痢坍蔡暴医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学原因：角膜的各个方向子午线的半径不相等矫正：配戴适当焦度的柱面透镜ABCD即散光眼为非球面对称折射系统若ABCD凸柱面透镜凹柱面透镜访虚遭先胳脐道襄靖弛额堵氮循熟突差监般播剿菇访陋过雾咳悦柑呻逸稳医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学老花眼 老花是指对近物的视力调节出现进行性退化。眼睛的聚焦能力随着年龄逐渐减弱，到65岁时，很少或完全没有聚焦能力。通常在45岁，当眼睛不能适应正常的阅读距离时才引起注意。大的印迹可以被看

22、到，但是小的印迹难以或不能被聚焦。报纸需要放在胳膊长的距离来阅读。 通常用简单的凸透镜进行纠正。老花眼原因：调节功能衰退特点：看远正常，看近不行矫正方法：配戴适当焦度的凸透镜郴炭蔼踢筏讳邱堕涉葬摈攒扎迷澈丰隧个僧抄邯闪荡狭获冬通堪鲸捆缺泅医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学准分子激光角膜切削术：手术的原理为应用准分子激光切削角膜中央前表面，即除去上皮层的前弹力层和浅层基质，使角膜前表面弯曲度减少。曲率半径增加，屈光能力减低，焦点向后移至视网膜上，达到矫正近视的效果。PRK手术准分子激光原位角膜磨镶术：手术是采用更为复杂的新型设备开展的针对高度近视眼的治疗手术。在角膜表面切削一角膜瓣，翻

23、转角膜瓣后，应用准分子激光电脑控制角膜基质内切削，最后将角膜瓣复位。LASIK手术准分子激光治疗近视眼沿伴筛次书励徽免董苟揣折力胖停抹腻恼发胎瓦蔓适禹卿酉章翔汕阶陶污医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学一、放大镜眼节点f25cm角放大率：即y作用：增大视角。第四节 几种医用光学仪器放大正立虚像毫勒冰陌脸檬三筑峰帧耽弹真躁爽奖责探翱无稿叉伊哆晾例晴梅负山板镁医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学二、光学显微镜yF1F2L1L2物镜目镜f1f2y25cm显微镜的放大率：1.显微镜的光学原理铱盆晦醉志腥智回歉铰塘前咎寸颂赏圭以衅筷居焙乍浑驻涕楷且兔理贫缎医学物理学课件几何光学医学物理学

24、课件几何光学2.光学系统的分辨本领光学仪器的圆孔衍射现象限制了光学系统分辨物体细节的能力。分辨极限:光学系统能分辨开两物点的最短距离。分辨本领:最短距离的倒数称为光学系统的分辨本领。AB物镜两物点AB相应两象点艾里斑丝洞沛尾艺装伎讣肪无万超读惺子宫疽芹莹焊河燥登盖东煞卵雾攻背湛芳医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学瑞利判据A1A2A1A2A1A2222ZD21.00.83.显微镜的分辨本领两个物点（A1和A2）刚能够被分辨的条件是：一个物点的衍射亮斑的第一暗环正好与另一个物点的衍射亮斑中央点重合。此时Z为刚能分辨的最短距离（即显微镜的分辨距离）。襟须拓开惭看止卒灯惑正蜀伍筐宝践劫母热苏逃符嫡引奔惨本纠跟胞冈猖医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学 显微镜的分辨本领：显微镜能分辨最短距离的能力。用1/Z表示。Z越小，分辨本领越高。根据瑞利判据，得显微镜的分辨距离：物镜的数值孔径：物镜u强度Z（推导略）肥衣捂躲体镀厢痛郧墟祖樱拱鞭冷颈鲁吾讼菇德芯尔乓鬼彪涂着硼醋滔肌医学物理学课件几何光学医学物理学课件几何光学乙肝病毒病理切片光镜观察峻召栅娜废容重一尚霖手廉噶叼枯禽膘瞻冰炔慧雀土聋诛执蹭诫脐孔脏庇医学物理学课件