眼的光學系統(tǒng)

關(guān)于眼的光學系統(tǒng)第1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)幾何光學基礎(chǔ)

當兩種不同折射率的透明媒質(zhì)的分界面為球面的一部分時，所產(chǎn)生的折射現(xiàn)象稱為單球面折射。一、單球面折射第2頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五

此式為單球面成像公式第3頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五第4頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五二、共軸球面系統(tǒng)

如果兩個或兩個以上的折射面的曲率中心在同一直線上，它們便組成共軸球面系統(tǒng)。

共軸球面系統(tǒng)的成像決定于入射光依次在每一個折射面上的折射結(jié)果。第5頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五薄透鏡成像公式：稱為薄透鏡公式的高斯形式三、透鏡成像第6頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五

薄透鏡的焦距越短，它對光線的會聚或發(fā)散本領(lǐng)越強，所以人們用焦距的倒數(shù)來表示透鏡對光線的會聚或發(fā)散本領(lǐng)，稱為透鏡的焦度，即=1/f

。當焦距以米為單位時，焦度的單位為屈光度。會聚透鏡的焦度為正，發(fā)散透鏡的為負。在配制眼鏡時常以度為單位，它們之間的關(guān)系是1屈光度等于100度。另：第7頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五薄透鏡組合

兩個或兩個以上薄透鏡組成的共軸系統(tǒng)，稱為薄透鏡組合，簡稱透鏡組。解題方法：應(yīng)用薄透鏡成像公式，采用逐次成像法求出，即先求出第一透鏡所成的像，此像作為第二透鏡的的物，求出第二次所成的像，依此類推，直至最后一透鏡成像的位置，便是物體經(jīng)過透鏡組成的像。第8頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五設(shè)兩個透鏡的焦距分別為f1,f2

，透鏡組的物距為u,相距為v。對第一個透鏡：例對第二個透鏡：第9頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五對第一個透鏡：對第二個透鏡：兩式相加：即：緊密接觸的透鏡組的等效焦距的倒數(shù)等于組成它的各透鏡的焦距的倒數(shù)之和。第10頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五四、厚透鏡厚透鏡與薄透鏡不同的是兩折射面之間的厚度不能忽略。1、兩焦點第11頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五2、兩主點第12頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五3、兩節(jié)點第13頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五4、作圖法第14頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五四、柱面透鏡第15頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五五、透鏡的像差1、球面像差原因：遠軸光線比近軸光線經(jīng)透鏡折射后偏折得多些第16頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五球面像差的矯正第17頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五2、色像差原因：不同顏色的光其折射率也不同第18頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五色像差的矯正第19頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五

眼睛第二節(jié)眼的光學結(jié)構(gòu)第20頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五角膜房水虹膜瞳孔晶狀體視網(wǎng)膜玻璃體一、眼的光學結(jié)構(gòu)第21頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五眼的屈光系統(tǒng)角膜房水晶狀體玻璃體第22頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五視網(wǎng)膜共十層，前8層對光的感覺不靈敏，第9層分布有錐狀細胞和桿狀細胞，第10層直接與脈絡(luò)膜相聯(lián)。第23頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五古氏平均眼二、古氏眼和簡約眼第24頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五眼的各種光學常數(shù)未調(diào)節(jié)最大調(diào)節(jié)未調(diào)節(jié)最大調(diào)節(jié)折射率角膜玻璃體晶狀體外層晶狀體內(nèi)層曲率半徑前角膜后角膜晶狀體前表面晶狀體后表面1.3761.381.3361.417.86.8-6.0101.3761.3361.381.417.86.85.33-5.33整個眼睛系統(tǒng)焦度第一主點距離第二主點距離第一焦點距離第二焦點距離第一節(jié)點距離第二節(jié)點距離第一焦距第二焦距58.6470.571.3841.7721.6022.086-15.707-12.39724.28721.0166.96.57.36.9-17.055-14.16922.78518.930第25頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五簡約眼生理學上常把眼睛簡化為一個單球面折射系統(tǒng)，凸球面代表角膜，n＝1.33，r=5mm，f1=15mm，f2=20mmΦ=66D第26頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五三、眼的調(diào)節(jié)

眼的焦度能在一定范圍內(nèi)自動改變，才能將遠近不同的成像在視網(wǎng)膜上，眼睛能改變自身焦度的本領(lǐng)叫眼的調(diào)節(jié)。遠點：眼睛不調(diào)節(jié)能看清的物點到眼睛的距離稱為遠點。正常視力的人的遠點在無窮遠處。明視距離：在適當光照下，最適宜而不易引起眼睛疲勞的距離為25cm。近點：眼睛最大調(diào)節(jié)能看清的物點到眼睛的距離稱為近點。正常視力的人的近點在10－12cm遠處。第27頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五四、眼的屈光不正及其矯正正視眼：眼睛不調(diào)節(jié)時，若平行光進入眼內(nèi)經(jīng)過折射后剛好成像于視網(wǎng)膜上形成一清晰的像。第28頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五非正視眼包括：近視眼、遠視眼和散光眼1、近視眼：眼睛不調(diào)節(jié)時，若平行光進入眼內(nèi)經(jīng)過折射后匯聚于視網(wǎng)膜前。近視眼的矯正加發(fā)散透鏡遠點第29頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五

一近視眼的遠點在眼前50cm處，今欲使其看清無限遠處的物體，則應(yīng)配戴多少度的眼鏡？解：設(shè)眼鏡的焦距為f,u=,v=50cm第30頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五2、遠視眼：眼睛不調(diào)節(jié)時，若平行光進入眼內(nèi)經(jīng)過折射后匯聚于視網(wǎng)膜后。遠視眼的矯正加匯聚透鏡遠點第31頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五

一遠視眼的近點在眼前1.2m處，今欲使其看清眼前12cm處的物體，則應(yīng)配戴怎樣的眼鏡？解：設(shè)眼鏡的焦距為f,u=0.12m,v=-1.2m第32頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五3、散光眼：散光眼的縱向子午線最短，橫向子午線最長，其他方向的子午線介于兩者之間。散光眼的矯正是配戴適當焦度的柱面透鏡，以矯正屈光不正常的子午面的焦度。第33頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五五、眼的象差1、色象差原因：從紅光到紫光的折射率不同，成象位置不同如：波長589.3nm，59D，波長486.1nm，60D，相差1D，最大相差2.25D,對黃綠光最敏感，色差對機能影響不大2、球面象差角膜球面非球面；晶狀體中心折射率大；中央亮度感覺比周圍強。第34頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)光的主觀感覺光度學眼睛在感受光刺激時，能比較光的強弱；同時還能區(qū)別光色的能力。光度學色度學一、輻射通量和光通量1、輻射通量：單位時間內(nèi)通過某一面積的全部輻射能。2、光通量：輻射通量中能夠引起視覺的部分，也叫光流單位：流明3、視見函數(shù)：相同的光通量引起不同的明亮感覺，人眼對各種不同波長的光的相對敏感度的數(shù)量。第35頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五第36頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五

二、發(fā)光強度、照度、面發(fā)光度和光源的亮度1、發(fā)光強度：單位立體角內(nèi)的光通量。單位：坎德拉2、照度：受照面被照明的程度，單位面積上的光通量。單位：輻透3、面發(fā)光度：從某一面上發(fā)出的光通量，單位面積上發(fā)出的光通量。單位：輻透4、亮度：對點光源而言，表征發(fā)光強弱并與發(fā)光表面特性有關(guān)的物理量，表示單位面積的光源在法線方向單位立體角內(nèi)傳送出去的光通量。單位：熙提第37頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)眼的視覺光覺：使我們能感覺光的存在，并能區(qū)分光的強弱形覺：使我們感覺到物體的遠近、大小、并產(chǎn)生立體感覺色覺：使我們有顏色的感覺，并能比較兩種不同的顏色一、眼的光覺和適應(yīng)視覺產(chǎn)生的原因：由輻射體發(fā)出的光通量進入眼睛后在網(wǎng)膜上成象，引起光刺激，使我們能區(qū)別被觀察物體的亮度和照度，以及區(qū)分物體的遠近、大小和顏色等，即使我們引起視覺。決定視覺的因素：物體的亮度、物體周圍的照度、成象的位置，以及觀察者所處的環(huán)境。第38頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五適應(yīng)：錐狀細胞和桿狀細胞受光照射時，感光物質(zhì)分解，刺激神經(jīng)末梢，就引起光感覺。感光物質(zhì)不斷分解，同時又不斷地產(chǎn)生，對于任何照度眼睛都能自動調(diào)節(jié)，使感光物質(zhì)的存量適度，眼睛對一定照度適應(yīng)的過程。暗適應(yīng)：從亮到暗，就有盲瞎的感覺，開始什么也看不見，然后逐漸分辨出周圍的物體，敏感度由慢到快到慢，整個過程需要一定時間。明適應(yīng)：從暗到明，眼睛會有發(fā)痛的感覺，辨別周圍物體細節(jié)的能力大為降低，經(jīng)過一定時間后才適應(yīng)光亮而回復(fù)正常的視覺。暗夜亮度10-8熙提，瞳孔直徑8mm；日光照射2熙提，瞳孔直徑2mm。光通量變化時，波長長的亮度變化快。第39頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五二、眼的分辨本領(lǐng)1、視角：從眼的第一節(jié)點到被觀察兩點所聯(lián)直線的夾角。物體的遠近，物體的大小2、視力：能分辨最小視角的倒數(shù)。1分即視力即為1，2分為0.5，0.67分為1.5。眼的分辨本領(lǐng)隨著對象的亮度、眼的適應(yīng)、光波的波長和瞳孔的大小等因素而變，同時還與背景的亮度、成象的部位有關(guān)。瞳孔大?。海?）增加光通量；（2）減少衍射斑；（3）形成象差。3mm為好單眼、雙眼成象，對稱，心理生理。第40頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五三、眼的色覺1、色調(diào)：單一波長引起的視覺。2、飽和度：實際上不是單色光，含有白光，濃度降低，濃淡的程度。3、亮度：明暗的不同。能分辨光譜中的150種，另外光譜中沒有30種絳色。4、互補色：相混合后得非彩色（白色或灰色）紅色和青綠色，橙色和青色，黃色和藍色，綠黃色和紫色，綠色和絳色5、三原色：紅色(700nm)，綠色(520nm)，藍色(420nm)第41頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五6、色覺理論三色學說：錐細胞分別感受三種顏色三種傳入神經(jīng)纖維，由粗到細，分別傳導(dǎo)紅、綠、藍解釋：（1）色盲，某種感受器的缺陷；（2）色混合，是光對不同感受器作用的結(jié)果；（3）互補色為三色的混合。大腦皮質(zhì)進行最后的分析和綜合，在大腦皮質(zhì)興奮和抑制時，對顏色的敏感度會發(fā)生改變。在大腦皮質(zhì)疾患時，色覺可以完全喪失或者部分發(fā)生障礙。第42頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)幾種醫(yī)用光學儀器一、放大鏡角放大率第43頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五二、光學顯微鏡1.顯微鏡的光學原理第44頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五

點光源經(jīng)過光學儀器的小圓孔后，由于衍射的影響，所成的象不是一個點而是一個明暗相間的圓形光斑。s1s2φδφδD**愛里斑2.光學儀器的分辨率中央最亮的亮斑稱為愛里斑。第45頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五瑞利判據(jù)：如果一個點光源的衍射圖象的中央最亮處剛好與另一個點光源的衍射圖象第一個最暗處相重合，認為這兩個點光源恰好能為這一光學儀器所分辨。φδ恰能分辨能分辨不能分辨第46頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五s1s200D**圓孔衍射的第一級極小值由下式給出：Dsinθ1=1.22λ最小分辨角為：1.22Dλ=θ1~~1sinθ0=

在恰能分辨時，兩個點光源在透鏡前所張的角度，稱為最小分辨角0。第47頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五1.22Dλθ0=1D光學儀器的透光孔徑最小分辨角的倒數(shù)稱為光學儀器的分辨率第48頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五3.顯微鏡的分辨本領(lǐng)

根據(jù)顯微鏡的具體使用情況,阿貝指出:物體所能分辨兩點之間的最短距離為:

式中λ是光波的波長,n是物鏡與標本之間媒質(zhì)的折射率,u為物點發(fā)出的光線與物鏡邊緣所成錐角的一半。nsinu稱為數(shù)值孔徑，用N.A表示可見物鏡孔徑數(shù)越大、照射光波長越短，顯微鏡能分辨的最短距離越小，越能看清物體的細節(jié)，顯微鏡的分辨本領(lǐng)也越強第49頁，共52頁，2023年，2月20日，星期五提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)的方法之一是：增大物鏡的孔徑數(shù)

如利用油浸物鏡增大n和u值。通常情況下，顯微鏡物鏡和標本之間的媒質(zhì)是空氣(稱為干物鏡)，如圖14-28(a)。它的孔徑數(shù)nsinu值最