（優(yōu)選）幾何光學(xué)及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用目前一頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)2角膜(1.376)主光軸房水(1.336)虹膜晶狀體(1.406)玻璃狀液(1.336)視網(wǎng)膜黃斑睫狀肌眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)角膜（1.376）房水（1.336）瞳孔晶狀體（1.406）玻璃體（1.336）視網(wǎng)膜

目前二頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)3簡約眼:

把眼睛簡化為一個(gè)單球面折射系統(tǒng)。外面是空氣，里面是水，分界面就是角膜，是個(gè)球面，也稱為單球面折射系統(tǒng)。C15mm5.7mm17mmF1F2n=1.336n=1目前三頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)4折射:當(dāng)光波從一介質(zhì)入射到另一介質(zhì)時(shí)，由于兩介質(zhì)的光學(xué)密度不同，透射光偏離入射方向的現(xiàn)象。折射定律:第一節(jié)球面折射

單球面折射是指：兩種不同折射率的透明介質(zhì)的分界面為球面的一部分時(shí)，光所產(chǎn)生的折射現(xiàn)象。空氣玻璃C單球面折射是研究各種光學(xué)系統(tǒng)成像的基礎(chǔ)。一、單球面折射目前四頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)5n1n2點(diǎn)光源OCrA像Iuvαi1i2θβ主光軸近軸光線推導(dǎo)：設(shè)球面曲率半徑為r、物距為u、像距為v。頂點(diǎn)球面的曲率中心P1.單球面折射公式(設(shè):n1<n2)單球面折射公式：由折射定律得：目前五頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)6其中，n1——物方折射率

n2——像方折射率

u——物距（實(shí)物取+、虛物取-）

v——像距（實(shí)像取+、虛像取-）

r——球面的曲率半徑（球心在像的一方取+、球心在物的一方取-）注意，嚴(yán)格的講，單球面系統(tǒng)不能對(duì)物點(diǎn)成理想的像，只是在物體發(fā)出的光線為近軸光線時(shí)才成立，否則形成的是彌散的光斑或者彎曲的像面，形成像差。為了提高成像質(zhì)量，在光學(xué)系統(tǒng)中會(huì)加入光闌，擋住透鏡邊緣部分，限制非近軸光線。目前六頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)7物點(diǎn)——入射線與光軸的交點(diǎn)；物距就是物點(diǎn)與球面頂點(diǎn)的距離像點(diǎn)——折射線與光軸的交點(diǎn)；像距就是像點(diǎn)與球面頂點(diǎn)的距離物方——實(shí)際入射線所在的一方像方——實(shí)際折射線所在的一方實(shí)物、實(shí)像——物在物方、像在像方虛像——像在物方目前七頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)8--------描寫單球面折射本領(lǐng)。單位：Ф---單位是：屈光度（D）

r---米（m）1D=1m-11D=100度(眼鏡)2.焦度（dioptricstrength）Φ>0，說明單球面具有會(huì)聚光線的作用Φ<0，說明單球面具有發(fā)散光線的作用絕對(duì)值越大，會(huì)聚或發(fā)散的能力越強(qiáng)目前八頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)93.單球面的焦距第一焦點(diǎn)F1（物空間焦點(diǎn)）(當(dāng)

v=∞時(shí))第二焦距

f2：(當(dāng)

u

=∞時(shí))F1f1F2f2第一焦距f1：第二焦點(diǎn)F2（像空間焦點(diǎn)）f1>0是會(huì)聚，f1<0是發(fā)散f2>0是會(huì)聚，f2<0是發(fā)散目前九頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)10根據(jù)而所以，有目前十頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)11二、共軸球面系統(tǒng)如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的折射球面，且這些折射面的曲率中心都在同一直線上，所組成的系統(tǒng)稱為共軸球面系統(tǒng)。在成像過程中，前一折射面所成的像，即為相鄰的后一個(gè)折射面的物----逐次成像法。u1v1u2v2

＜0u3v3u4＜0v4n′n〞n0n0n0目前十一頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)12∵∴v1=60cm2040OI1n=1.540I2v2v1[例題]玻璃球(n=1.5)的半徑為10cm，一點(diǎn)光源放在球前40cm處，求近軸光線通過玻璃球后所成的像。第二折射面，n1=1.5,n2=1,u2=-40cm,r=-10cm∵∴v2=11.4cm目前十二頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)13透鏡是具有兩個(gè)折射球面的光學(xué)系統(tǒng)，也是最簡單的共軸球面系統(tǒng)。通常用光學(xué)玻璃制成，也有用其它透明物質(zhì)如塑料等制造。透鏡可分為薄透鏡和厚透鏡兩大類。還有柱面透鏡。平常用的大多是薄透鏡，即透鏡的厚度相對(duì)于物距和像距而言非常小，可以忽略。從形狀上有六種凸透鏡凹透鏡第二節(jié)透鏡會(huì)聚透鏡發(fā)散透鏡目前十三頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)14一、薄透鏡的成像公式du1=uv1=-u2n0nn0考慮薄透鏡前后媒質(zhì)相同的情況，按共軸球面系統(tǒng)計(jì)算得：OI1Iv2=v根據(jù)有而薄透鏡前后的媒質(zhì)相同，所以目前十四頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)15當(dāng)n0=1時(shí),即透鏡放在空氣中得到，薄透鏡成像公式：（該公式適用于透鏡兩側(cè)媒質(zhì)相同的情況。）放置在空氣中的薄透鏡的焦度：將ｆ的值帶回單球面折射公式，目前十五頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)16二、薄透鏡組合由兩個(gè)或兩個(gè)以上的薄透鏡組成的共軸系統(tǒng)，稱為薄透鏡組合。薄透鏡之間可以是隔開分立的，也可以是緊密貼合的。薄透鏡組合后所成的像，可以應(yīng)用薄透鏡成像公式采用逐次成像法求得，即，先求物體經(jīng)過第一個(gè)透鏡所成的像，再將此像作為第二個(gè)透鏡的物，求出第二個(gè)透鏡所成的像，依此類推。P224目前十六頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)17

眼球壁主要分為三層:外層:角膜、鞏膜。中層:包括虹膜、睫狀體。內(nèi)層:視網(wǎng)膜。一、眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)一、眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)二、視力、屈光不正及其矯正第三節(jié)眼(Theeye)目前十七頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)18簡約眼:

把眼睛簡化為一個(gè)單球面(接近角膜)折射系統(tǒng)。C15mm5mm15mmF1F2n=1.336簡約眼的單球面曲率半徑約5mm根據(jù)單球面焦距公式，得到所以得到簡約眼的折射公式：目前十八頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)19

對(duì)近物:睫狀肌收縮，晶狀體曲率半徑減小,

眼的焦度增大。對(duì)遠(yuǎn)物：睫狀肌放松，晶狀體曲率半徑增大,

眼的焦度減小。眼的調(diào)節(jié)：眼睛改變自身焦度使遠(yuǎn)近不同的物體均能在視網(wǎng)膜上成清晰像的本領(lǐng)。眼的調(diào)節(jié)是通過睫狀肌改變晶狀體表面的曲率來完成。2、眼的調(diào)節(jié)目前十九頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)20當(dāng)所看的物體比較近時(shí)，兩眼的視軸會(huì)向鼻中線會(huì)聚。人眼所能看清近物的能力，也就是說晶狀體的調(diào)節(jié)能力是有一定限度的，這決定于晶狀體變凸的最大限度。目前二十頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)21遠(yuǎn)點(diǎn)：眼睛在完全不調(diào)節(jié)時(shí)（肌肉完全松弛時(shí)）所能看清物體的最遠(yuǎn)位置。正常視力的人，遠(yuǎn)點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處，平行光會(huì)聚在視網(wǎng)膜上。近似眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在眼前的一定距離處，因此，近似眼看不清遠(yuǎn)物。近點(diǎn)：眼睛經(jīng)過最大調(diào)節(jié)所能看清物體的最近位置。視力正常人的近點(diǎn)距離約為10-12cm，近視眼的近點(diǎn)更近，遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)更遠(yuǎn)。明視距離：最適宜而不易引起眼睛過度疲勞的看物距離，視力正常人的明視距離是25cm。近點(diǎn)(10~12cm)遠(yuǎn)點(diǎn)(∞)（明視距離）25cm眼的調(diào)節(jié)的范圍：目前二十一頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)22二、視力、屈光不正及其矯正視角視角：從物體兩端入射到眼中節(jié)點(diǎn)的光線所夾的角度。單位是分。眼節(jié)點(diǎn)國際標(biāo)準(zhǔn)視力==θ眼的分辨本領(lǐng)（視力）：眼睛能分辨兩物點(diǎn)間最短距離的能力。設(shè)此時(shí)眼睛能分辨物體的最小視角為θ。

對(duì)一定距離外的物體，不同的人眼的最小視角不同，即視力不同。1.視力vision視力正常的眼睛，能夠分辨的兩個(gè)物體的最小視角是1分。目前二十二頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)231分視角5米眼L=1.5mm視力表的原理：（以國際標(biāo)準(zhǔn)視力表中視力1.0為例）L=1.5mm基本原理是，當(dāng)人眼能看清5m遠(yuǎn)處的一個(gè)圓形的缺口或E字形上的開口（缺口或開口的距離為1.5mm）的方向時(shí)，按簡化眼計(jì)算，此缺口在視網(wǎng)膜像中的距離約為5μm，說明此眼視力正常，定為1.0；同時(shí)也可以算出，當(dāng)物像為5μm時(shí)，由光路形成的兩個(gè)三角形的對(duì)頂角即視角約相當(dāng)于1分度（即1’）；因此，如果受試者在視角為10分度時(shí)才能看清相應(yīng)增大了的視力表上標(biāo)準(zhǔn)圖形的缺口（相當(dāng)于國際視力表上最上面一排圖），則視力定為0.1。目前二十三頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)24（國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)視力表：視力=5–lgθ)我國，設(shè)計(jì)了一種對(duì)數(shù)視力表。把國際視力表上記為1.0的正常視力記為5.0，而將視角為10分度時(shí)的視力記為4.0，其間相當(dāng)于視力4.1、4.2直至4.9的圖形，各比上一排形成的視角小1.259倍，而log1.259=0.1；這樣，視力表上不論原視力為何值，改善程度的數(shù)值都具有同樣的意義。國際視力表對(duì)于相應(yīng)圖形大小的設(shè)計(jì)是有缺陷的，如，相當(dāng)于0.2視力的圖形比視力0.1的圖形小1/2，而相當(dāng)于視力1.0的圖形比視力為0.9的圖形小了1/9。但是臨床上，將0.9的視力改善到1.0較容易，但是0.1的視力改善為0.2是很難的。盡管都是增加了0.1，但是真正改善的程度并不一樣。目前二十四頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)252、眼的屈光不正及其矯正正視眼遠(yuǎn)點(diǎn)距離：∞近點(diǎn)距離：10~12cm非正視眼近視眼遠(yuǎn)視眼散光眼近視眼(shortsight)成像：在視網(wǎng)膜前。成因：晶狀體或角膜曲率較大，聚光能力太強(qiáng)；或眼球的前后徑過長。矯正：凹透鏡。遠(yuǎn)視眼(farsight)成像：在視網(wǎng)膜后.成因：晶狀體或角膜曲率變小，聚光能力減弱；或眼軸過短。矯正：凸透鏡。目前二十五頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)26近視眼的配鏡：佩戴凹透鏡（發(fā)散光線）的目的是把無窮遠(yuǎn)處的物體成一個(gè)虛像在近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)處,使眼不調(diào)節(jié)可看清遠(yuǎn)物。遠(yuǎn)點(diǎn)凹透鏡此時(shí)有：u=∞,v=-(遠(yuǎn)點(diǎn)距離)由透鏡成像公式得：凹透鏡焦度：Φ=1/f遠(yuǎn)點(diǎn)距離目前二十六頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)27P230例14-4目前二十七頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)28遠(yuǎn)視眼的配鏡：凸透鏡的作用是把近處的物體（或明視距離處）的物體成一個(gè)虛像在遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)處。近點(diǎn)凸透鏡此時(shí)有：u=25cm,v=-(近點(diǎn)距離)由透鏡成像公式得：凸透鏡焦度：Φ=1/f物25cm目前二十八頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)29P231例14-5P240課后題14-8目前二十九頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)30原因：角膜不是球面了，而是在各個(gè)方向上曲率半徑不相等，是非對(duì)稱的折射系統(tǒng)。矯正：配戴適當(dāng)焦度的柱面透鏡ABCD若AB＞CD散光眼和配鏡凸柱面透鏡凹柱面透鏡目前三十頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)31對(duì)各種不同的散光眼，矯正的方法不相同。單性散光：角膜的某一子午面(如縱子午面)曲率正常，而另一方向的子午面曲率較小(大)，即當(dāng)眼不調(diào)節(jié)時(shí)，一個(gè)子午面內(nèi)的平行光恰會(huì)聚于網(wǎng)膜上，另一子午面內(nèi)的平行光會(huì)聚于網(wǎng)膜之后(前)。矯正的方法是配一適當(dāng)度數(shù)的凸(凹)柱面透鏡，鏡軸的方向與正常曲率子午面的方向一致。單純遠(yuǎn)視散光（圖A）單純近視散光（圖B）子午像面：軸外物點(diǎn)的主光線與光學(xué)系統(tǒng)主軸所構(gòu)成的平面，稱為光學(xué)系統(tǒng)成像的子午面。

目前三十一頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)32復(fù)性散光(散光加近視或遠(yuǎn)視)：角膜的兩子午面曲率都較大(或較小)，但不相等，使得兩個(gè)子午面的平行光線會(huì)聚于視網(wǎng)膜之前(或之后)，且不重合。這種情況最常見。矯正的方法是配適當(dāng)度數(shù)的凹(或凸)柱面透鏡和球面透鏡。目前三十二頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)33混合散光：角膜的兩正交子午面的曲率一個(gè)過大，一個(gè)過小，即兩子午面內(nèi)的平行光線一個(gè)會(huì)聚在網(wǎng)膜之前，一個(gè)會(huì)聚在網(wǎng)膜之后。矯正時(shí)也是用球面透鏡和柱面透鏡組合配鏡。目前三十三頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)34一、放大鏡β眼節(jié)點(diǎn)f25cmγ放大倍數(shù)（角放大率）：即y作用：增大視角。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器放大正立虛像使用放大鏡時(shí)，需要將物體放在放大鏡的焦點(diǎn)以內(nèi)，但是要靠近焦點(diǎn)處。為什么？通常這個(gè)虛像是成在明視距離，25ｃｍ處目前三十四頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)35二、光學(xué)顯微鏡的成像原理yF1F2L1L2物鏡目鏡f1f2y25cm顯微鏡的放大率：1.顯微鏡的光路圖和放大率：物鏡的線放大率目鏡的角放大率目前三十五頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)36于是，顯微鏡的放大率為

為物鏡的線放大率，為目鏡的角放大率。一般顯微鏡會(huì)附有幾個(gè)可供選擇的物鏡和目鏡，適當(dāng)配合就可以獲得不同的放大率。yF1F2L1L2物鏡f1f2S根據(jù)相似三角形目前三十六頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)372.光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)光學(xué)儀器的圓孔衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力。衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力。分辨極限:光學(xué)系統(tǒng)能分辨開兩物點(diǎn)的最短距離。分辨本領(lǐng):最短距離的倒數(shù)稱為光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。AB物鏡兩物點(diǎn)A’B’相應(yīng)兩象點(diǎn)艾里斑0顯微鏡為了提高放大率的需要，物鏡的焦距往往都是比較小的，因此能夠透光的面積很小，相當(dāng)于圓孔。目前三十七頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)38瑞利判據(jù)A1A2A1A2A1A2Z1.00.8兩個(gè)物點(diǎn)（A1和A2）剛能夠被分辨的條件是：一個(gè)物點(diǎn)的衍射亮斑的第一暗環(huán)正好與另一個(gè)物點(diǎn)的衍射亮斑中央點(diǎn)重合。此時(shí)Z為剛能分辨的最短距離（即顯微鏡的分辨極限距離）。A1A2S1S2f目前三十八頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)39

顯微鏡的分辨本領(lǐng)：顯微鏡能分辨最短距離的能力。當(dāng)物鏡的數(shù)值孔徑越大，波長越短，顯微鏡能夠分辨的最短距離越小，也就是越能看清物體細(xì)節(jié)。根據(jù)瑞利判據(jù)，阿貝爾指出，顯微鏡能分辨兩點(diǎn)之間的最小分辨距離為：物鏡的數(shù)值孔徑：物鏡β強(qiáng)度Z（推導(dǎo)略）目前三十九頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)40提高顯微鏡分辨本領(lǐng)的兩個(gè)途徑：⒈增大物鏡的數(shù)值孔徑N.A（比如：采用油浸鏡頭）⒉減小照射光的波長λ（采用紫外線、電子射線）蓋玻片n=1.52n=1β干物鏡物鏡(n=1.52)油浸物鏡油n=1.52β標(biāo)本目前四十頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)41因此，顯微鏡的分辨本領(lǐng)和放大率是兩個(gè)不同的概念，放大率是指物體成像后能被放大的倍數(shù)；分辨本領(lǐng)則是分辨物體細(xì)節(jié)的能力。放大率與物鏡的線放大率以及目鏡的角放大率有關(guān)；而分辨本領(lǐng)只決定于物鏡。只使用高倍目鏡來提高顯微鏡的放大率，對(duì)分辨本領(lǐng)沒有改善，例如一個(gè)40×(N·A0.65)的物鏡配一個(gè)20×的目鏡和一個(gè)100×(N·A1.30)的物鏡配一個(gè)8×的目鏡，雖然放大倍數(shù)都是800倍，但顯然后者的分辨本領(lǐng)較前者高一倍，更能清楚地觀察到物體的細(xì)節(jié)。目前四十一頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)42

第五節(jié)醫(yī)學(xué)應(yīng)用舉例目前四十二頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)手術(shù)顯微鏡目前四十三頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)手術(shù)顯微鏡，是顯微外科手術(shù)必備的光學(xué)儀器，可用于眼科，耳鼻喉科，外科，整形外科和腦神經(jīng)外科等，基本上由觀察系統(tǒng)/照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成。手術(shù)顯微鏡需要滿足以下要求：1）顯微鏡放大倍數(shù)一般在4~40倍。低倍視場大，作為初始檢查用，10~16倍常用于手術(shù)，高倍則用于觀察細(xì)微病變的檢查。顯微變倍時(shí)應(yīng)保證齊焦。2）要有足夠大的工作距離，通常125~400mm。3）物鏡視場對(duì)手術(shù)操作方便與否有很大關(guān)系，常用視場為15~40mm。當(dāng)物鏡放大倍數(shù)增大時(shí)，視場則減小。4）手術(shù)顯微鏡所成的像，必須是完全一致的立體像，便于操作。5）照明裝置的照明范圍應(yīng)該足夠大，亮度適中。深部手術(shù)時(shí)采用同軸照明。光路中需設(shè)有隔熱片或采用冷光源，以免熱量傳至手術(shù)處，使局部組織發(fā)生變化。6）若手術(shù)需要助手配合，則手術(shù)顯微鏡需要能兩人同時(shí)觀察，且視場一致。7）調(diào)角方便，盡量用腳控開關(guān)操縱。8）操作部位能消毒或置消毒套。目前四十四頁\總數(shù)五十一頁\編于十二點(diǎn)醫(yī)用內(nèi)鏡分為軟性