《医用物理学》课程教学课件（PPT讲稿）第10章 几何光学 几种医用光学仪器

第10章几何光学几种医用光学仪器10.1球面折射透镜10.2目录眼睛10.3几种医用光学仪器10.4

目 录 10.1 球面折射 10.2 透镜 10.3 眼睛 10.4 几种医用光学仪器 第10章 几何光学 几种医用光学仪器

第10章几何光学几种医用光学仪器学习要求020103了解掌握熟悉单球面折射成像的基本原理眼睛的光学系统及非正视眼放大镜及内窥镜的组成、作用及应用。和成像公式中的符号规则：屈光不正的矫正：光学显微共轴球面系统、薄透镜成像镜的基本组成及放大率的基本概念。的基本规律及其应用

01 02 03 单球面折射成像的基本原理 和成像公式中的符号规则； 共轴球面系统、薄透镜成像 的基本规律及其应用。 眼睛的光学系统及非正视眼 屈光不正的矫正；光学显微 镜的基本组成及放大率的基 本概念。 放大镜及内窥镜的组成、作 用及应用。 第10章 几何光学 几种医用光学仪器 掌握 熟悉 了解 学习要求

第10章几何光学几种医用光学仪器几何光学不考虑光的波动性，以光的直线传播为基础，研究光的传播规律。理论基础（1）光在均匀媒质中的直线传播定律。（2）光通过两种媒质界面时的反射定律和折射定律。（3）光的独立传播定律及光路可逆定律。条件研究对象的几何尺寸远远大于照射光的波长。近轴光线。不研究像的细节

第10章 几何光学 几种医用光学仪器 几何光学 不考虑光的波动性，以光的直线传播为基础，研究光的传播规律。 理论基础 （1）光在均匀媒质中的直线传播定律。 （2）光通过两种媒质界面时的反射定律和折射定律。 （3）光的独立传播定律及光路可逆定律。 条件 研究对象的几何尺寸远远大于照射光的波长。 近轴光线。 不研究像的细节

第0章几何光学几种医用光学仪器10.13球面折射

10.1 球面折射 第10 章几何光学几种医用光学仪器

第10章几何光学几种医用光学仪器10.1球面折射10.1.1单球面折射1.单球面折射成像公式如图是两种均匀透明媒质，折射率分别为n和m（设n<n），曲率半径为r：α比较小，且满足α～sina～tanα，此时入射光线称为近轴光线。u表示物距，v表示像距。M由折射定律nisini=n2sini2，由此可得出u与vntn2 (n<n2)的关系。由近轴光线的条件可得：nii1=n2i2而:i=α+,iz=-β同时考虑到:α=h~h:β=hh~hh:0:，则得：?V-8r-8u+8unin2-nin2单球面折射单球面折射成像公式ruV

第10章 几何光学 几种医用光学仪器 10.1 球面折射 10.1.1 单球面折射 1. 单球面折射成像公式 如图是两种均匀透明媒质，折射率分别为n1和n2（设n1<n2），曲率半径为r；α比较小， 且满足α≈sinα≈tanα，此时入射光线称为近轴光线。u 表示物距，v 表示像距。 单球面折射 由折射定律 ,由此可得出u与v 的关系。由近轴光线的条件可得： 而：𝑖1 = 𝛼 + 𝜃 ，𝑖2 = 𝜃 − 𝛽 ；同时考虑到：𝛼 = ℎ 𝑢+𝛿 ≈ ℎ 𝑢 ；𝛽 = ℎ 𝑣−𝛿 ≈ ℎ 𝑣 ;𝜃 = ℎ 𝑟−𝛿 ≈ ℎ 𝑟 ，则得： 𝑛1𝑠𝑖𝑛𝑖1 = 𝑛2𝑠𝑖𝑛𝑖2 𝑛1𝑖1 = 𝑛2𝑖2 𝑛1 𝑢 + 𝑛2 𝑣 = 𝑛2 − 𝑛1 𝑟 ——单球面折射成像公式

第10章几何光学几种医用光学仪器10.1.1单球面折射2.单球面折射成像公式的几点讨论ni+n2_n2-niZ7（1）适用条件：近轴光线。（2）符号规则：实物、实像时物距u、像距v均取正值；虚物、虚像时物距u、像距v均取负值；凸球面对着入射光线时单球面的曲率半径r取正，反之取负。（3）折射面的焦度：反映系统的折光本领。Φ="2-n单位为屈光度（D）。1D=100度。（4）焦距：第一焦距（物方焦距）：f=mmr；第二焦距（像方焦距）：f2=mmrn2-nin2-ni（5）焦距和焦度的关系：Φ="1="fif2（6）高斯公式：+2=1u1

第10章 几何光学 几种医用光学仪器 10.1.1 单球面折射 2. 单球面折射成像公式的几点讨论 （1）适用条件：近轴光线。 （2）符号规则：实物、实像时物距 u 、像距 v 均取正值；虚物、虚像时物距 u 、像距 v均 取负值；凸球面对着入射光线时单球面的曲率半径 r 取正，反之取负。 （3）折射面的焦度：反映系统的折光本领。𝜙 = 𝑛2−𝑛1 𝑟 单位为屈光度（D）。1D＝100度。 （4）焦距：第一焦距（物方焦距）：𝑓1 = 𝑛1 𝑛2−𝑛1 𝑟 ；第二焦距（像方焦距）： 𝑓2 = 𝑛2 𝑛2−𝑛1 𝑟 （5）焦距和焦度的关系：𝜙 = 𝑛1 𝑓1 = 𝑛2 𝑓2 （6）高斯公式：𝑓1 𝑢 + 𝑓2 𝑣 = 1 𝑛1 𝑢 + 𝑛2 𝑣 = 𝑛2 − 𝑛1 𝑟

第10章几何光学几种医用光学仪器【例题10-1】有一半径为2cm的圆柱形玻璃棒（n=1.5），其一端为凸球面。（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）计算此凸球面的焦距和焦度。（3）若将此棒放入水（n=4/3）中时，物距不变，像距应是多少（设棒足够长）？解：（1）当棒置于空气中时，n=1.0，m=1.5，r=2cm，u=8cm，则由单球面折射成像公式可得10+151.51.0解得V=12cm。820即所成像在玻璃棒内轴线上，距棒的顶点12cm处，为实像。1.51.0(2) fi =_nn2-r=5×2=4cm：f2=n×2=6cmn2-n/-1.5-1.01.5-1.0n2-ni1p = nz-n1 = 1.5-1.02x10-2=25D+（3）当棒置于水中时，ni=4/3，n2=1.5，r=2cm，（u=8cm，由单球面折射成像公式可得4/3±1.5=1.5-4/3解得V=-18cm281V即所成像在棒外轴线上（与物点同侧），离玻璃棒顶点18cm，为虚像

第10章 几何光学 几种医用光学仪器 【例题10-1】有一半径为2cm的圆柱形玻璃棒（n =1.5），其一端为凸球面。（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）计算此凸球面的焦距和焦度。（3）若将此 棒放入水（n =4/3）中时，物距不变，像距应是多少（设棒足够长）？ 解：（1）当棒置于空气中时，n1 =1.0，n2 =1.5， r =2cm，u =8cm，则由单球面折射成像公式可得 1.0 8 + 1.5 𝑣 = 1.5−1.0 2 解得 v=12cm。 即所成像在玻璃棒内轴线上，距棒的顶点12cm处，为实像。 （2）𝑓1 = 𝑛1 𝑛2−𝑛1 𝑟 = 1.0 1.5−1.0 × 2 = 4𝑐𝑚 ; 𝑓2 = 𝑛2 𝑛2−𝑛1 𝑟 = 1.5 1.5−1.0 × 2 = 6𝑐𝑚 𝜙 = 𝑛2−𝑛1 𝑟 = 1.5−1.0 2×10−2 = 25𝐷 （3）当棒置于水中时，n1 =4/3，n2 =1.5，r =2cm， u =8cm，由单球面折射成像公式可得 4/3 8 + 1.5 𝑣 = 1.5−4/3 2 解得 v =－18cm 即所成像在棒外轴线上（与物点同侧），离玻璃棒顶点18cm，为虚像

第10章几何光学几种医用光学仪器10.1.2共轴球面系统1.共轴球面系统如果折射面有两个或两个以上，且这些折射面的曲率中心均在同一直线上，则它们便组成了一个共轴球面系统。2.逐次成像法在成像过程中，前一折射面所成的像，即为相邻的后一个折射面的物，逐次进行下去，直到求出该共轴球面系统中最后的单球面折射后所成的像为止，此像即为光线通过共轴球面系统后所成的像

第10章 几何光学 几种医用光学仪器 10.1.2 共轴球面系统 1. 共轴球面系统 如果折射面有两个或两个以上，且这些折射面的曲率中心均在同一直线上，则它们便组成 了一个共轴球面系统。 2. 逐次成像法 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，逐次进行下去，直 到求出该共轴球面系统中最后的单球面折射后所成的像为止，此像即为光线通过共轴球面系统 后所成的像

第10章几何光学几种医用光学仪器【例题10-2】有一个半径为10cm的玻璃球（n=1.5），某点光源放在球前40cm处，求近轴光线通过该玻璃球后所成的像。解：对第一单球面折射而言，n=1.0，n=1.5，r=10cm，u=40cm，由单球面折射成像公式可得1.0 ±1.5=1.51.0解得V=60cm4010由此可见，物体通过第一单球面折射后成像于1，处，因为60cm超过了球的直径20cm，则折射光线在成像前就被第二单球面折射了，所以在P，后面60cm处并不存在11，则1，相对于第二单球面而言应为虚物，注意第二球面的物距是以第二球面顶点为起点的。所以对第二单球面而言U=－（60-20）=-40cm，n=1.5，n2=1.0，=-10cm，由单球面折射成像公式可得no=1. 01.5±1.0-1.0-1.5解得V2=11.4cmn40+V2—-10因此，最后像成在玻璃球后11.4cm处。V整个玻璃球作为共轴球面系统成像过程如图所示。u=u例题10-2图

第10章 几何光学 几种医用光学仪器 【例题10-2】 有一个半径为10cm的玻璃球（ n =1.5），某点光源放在球前40cm处，求近轴光线通 过该玻璃球后所成的像。 解：对第一单球面折射而言，n1=1.0，n2=1.5，r =10cm，u1=40cm，由单球面折射成像公式可得 1.0 40 + 1.5 𝑣1 = 1.5−1.0 10 解得 v1=60cm 由此可见，物体通过第一单球面折射后成像于I1处，因为60cm超过了球的直径20cm，则折射 光线在成像前就被第二单球面折射了，所以在P1后面60cm处并不存在I1，则I1相对于第二单球面而言 应为虚物，注意第二球面的物距是以第二球面顶点为起点的。所以对第二单球面而言u2= -（60-20） = - 40cm，n1=1.5，n2=1.0，r = -10cm，由单球面折射成像公式可得 − 1.5 40 + 1.0 𝑣2 = 1.0−1.5 −10 解得 v2 =11.4cm 因此，最后像成在玻璃球后11.4cm处。 整个玻璃球作为共轴球面系统成像过程如图所示。 例题10-2图

第0章几何光学几种医用光学仪器10.2透镜

10.2 透镜 第10 章几何光学几种医用光学仪器