眼镜光学讲课

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培训班:几何光学与眼镜光学
中山大学眼科视光学系
透镜
什么是透镜
至少有一个面是弯曲面 可以改变光束的聚散度
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球面透镜
概念:
前后两个面都是球面 一个球面+一个平面
球面
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球面透镜
主光轴、光心
主光轴:连接前后球面球心的连线
表示柱面透镜的两条主子午线在水平和垂直方向上 垂直方向为轴向,屈光力为零 水平方向屈光力最大,为+3.00D
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柱面透镜的表示方法
表达式
国际标准轴向标示法(TABO法)
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柱面透镜的联合
同轴位的柱面透镜联合
效果为一个柱镜,柱镜度为两者的代数和
轴位互相垂直,柱镜度相同
效果为一个球镜,球镜度为柱镜的度数
轴位互相垂直,柱镜度不相同
等效为一个球柱面透镜
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球柱面透镜
概念
+3.00
一个球面联合一个柱面 前后两个柱面,轴位互相垂直
+2.00
光学
两条主子午线方向均有不同的屈光力,且都不为零。
空气 玻璃
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球面的屈光力
举例:如图,光线从玻璃 (n=1.5)经过球面进入水中 (n=1.33),球面的曲率半径 为50cm,求此球面的屈光 力。
玻璃 水
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球镜的表面屈光力
透镜的表面屈光力:
前表面屈光力:
n 1 F1 r1 后表面屈光力:
散光透镜
光学:
平行光线通过散光透镜,不能形成一个焦点。
分类:根据透镜前后表面的形状:
柱面透镜 球柱面透镜 环曲面透镜
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柱面透镜
圆柱体和柱面
圆柱体的轴 柱面
柱面在与轴平行的方向上是 平的
柱面在与轴垂直的方向上是 圆形的,弯度最大
这两个方向称为柱面的两条 主子午线方向。
基弧 -6.50 -6.00 -5.50 -5.00 -4.50 -4.50 -4.50 -4.00
透镜屈光度 -1.00DS -2.00DS -3.00DS -4.00DS -5.00DS -6.00DS -7.00DS -8.00DS
基弧 +6.50 +6.00 +5.50 +5.00 +4.50 +4.00 +3.50 +3.00
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球柱面透镜形式的转换
光学十字转换为球柱联合形式
练习:将以下光学十字转化为球柱联合形式
+2.50
-1.00
+3.75
10°
-2.25
45°
-0.50
+1.25
60°
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球柱面透镜形式的转换
正负柱镜形式的转换
球柱相加作为新的球镜度 柱镜度改变正负号 轴位转90°
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球镜的形式
同一屈光度的球镜可以有无数种前后表面组成方 式
最佳透镜形式
尽可能减少或消除像差 配戴清晰舒适
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最佳球镜的形式
透镜屈光度 +1.00DS +2.00DS +3.00DS +4.00DS +5.00DS +6.00DS +7.00DS +8.00DS
光亮度
表示光源或被照物体表面单位面积上再某方向所反射 或反射的光通量,单位:cd/m2
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几何光学
光的传播 光的基本定律
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几何光学
光线
以直线形式表示光能的传播方向
光束
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几何光学
介质
光线能通过的任何空间、透明物质都称为光的介质 均匀介质 光密介质 光疏介质
光的基本定律
光路可逆原理
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符号规则
光线从左向右进行 自透镜向左衡量为负,向右为正
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眼镜光学
球面透镜 柱面透镜 球柱面透镜 棱镜 镜眼距 眼镜的放大作用 镜片的曲率和厚度 像差 多焦眼镜
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形式
球柱面透镜
+3.00 +2.00
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球柱面透镜
形式
球镜 ()正柱镜 球镜 ()负柱镜 柱镜 ()柱镜
球柱联合的形式 正交柱镜的形式
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球柱面透镜形式的转换
光学十字转换为球柱联合形式
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几何光学
介质的折射率
常见介质的折射率
真空
1.0
空气
1.0003

1.333
冕牌玻璃 1.523
钻石
2.417
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光的基本定律
直线传播定律
在均匀介质中,光沿直线传播。
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光的基本定律
直线传播定律
特例:光的衍射
球面
+1.00 +2.50 =
柱面 +
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球柱面透镜形式的转换
光学十字转换为球柱联合形式
+1.00 +2.50
+1.00/+1.50×90 小度数的作为球镜度 大度数减小度数的作为柱镜度 小度数所在方向作为轴向
培训班:几何光学与眼镜光学
+2.50/-1.50×180 大度数的作为球镜度 小度数减大度数的作为柱镜度 大度数所在方向作为轴向
F2
1 n r2
r1
r2
F1
F2
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球镜的表面屈光力
薄球镜屈光力公式:
F F1 F2
11 F (n 1)( )
r1 r2
举例:一新月形凸透镜,折 射率1.5,前表面曲率半径 为20cm,后表面曲率半径 为50cm,求此透镜的屈光 力。
r1
r2
F1 F F2
几何光学与眼镜光学
光的本质 光的度量
物理光学
培训班:几何光学与眼镜光学
微粒说 波动说 电磁说 量子说
光的本质
培训班:几何光学与眼镜光学
电磁说
光与电磁波
光是一种电磁波 变化的电场和磁场产生电磁波
培训班:几何光学与眼镜光学
电磁说
电磁波根据波长的分类
γ射线:0.001~0.1nm X射线:0.1~10nm 紫外线:10~380nm 可见光:380~760nm 红外线:760nm~1mm 无线电波
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球柱镜透镜的光学
史氏光锥
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球柱镜透镜的光学
史氏光锥
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环曲面透镜
环曲面
在两条主子午线上都有曲率,但不相等
平面
球面
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柱面
环曲面
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复色光
培训班:几何光学与眼镜光学
量子说
量子说
能量的发射与吸收是以确定的极小单位的量子间断性 地进行
发光过程是不连续的光子辐射,每个光子都具有一定 的能量,光子在空间运动时,其能量仍保持密集于一 处
光波频率越高、波长越短、能量越大、粒子性越显著 光波波长越长、能量越小、波动性越显著
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成像在透镜右侧2米处
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球镜透镜的屈光力
以球面透镜焦距的倒数表示 单位:屈光度 公式: F 1
f
举例:一凸透镜焦距40cm,该透镜的屈光力为多 少?
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球镜透镜的屈光力
球面透镜屈光力的规范写法 实际工作中屈光度的增率
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柱面透镜
一个柱面和一个平面组成
正柱面透镜 负柱面透镜
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柱面透镜
主子午线:
轴向子午线:与轴平行的子午 线,在柱面上是平的,没有弯 度。
屈光力子午线:与轴垂直的子 午线,在柱面上是圆形的,弯 度最大。
培训班:几何光学与眼镜光学
培训班:几何光学与眼镜光学
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薄透镜与厚透镜
薄透镜
光线通过薄透镜前表面到达后表面的过程中,聚散度 的变化可以忽略不计
F F1 F2
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薄透镜与厚透镜
厚透镜
光线从透镜的前表面经过透镜到达后表面的过程中, 聚散度发生改变,且不能忽略不计
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柱面透镜
光学
光线通过轴向子午线 (图中垂直方向) 不会出现聚散度的改变
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柱面透镜
光学
光线通过屈光力子 午线(图中水平方 向)
会出现聚散度的改 变
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柱面透镜
光线通过柱面透镜,将形成一条焦线
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球面透镜的分类
凸透镜
中央比边缘厚
凹透镜
中央比边缘薄
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球面透镜的光学
焦点/焦距
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作图法
球面透镜成像
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作图法
1/4系统 1/8系统
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球面的屈光力
培训班:几何光学与眼镜光学
球面的屈光力
球镜的屈光力
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球面的屈光力
r
n1
n2
培训班:几何光学与眼镜光学
F n2 n1 r
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球面的屈光力
计算公式:
F n2 n1 r
举例:如图,光线从空气通过 球面进入玻璃(n=1.5),球面 的曲率半径是20cm,求此面的 屈光力。
培训班:几何光学与眼镜光学
光的基本定律
独立传播定律
来自不同方向的光线相遇时相互不 影响,仍朝各自的方向前进。
特例:干涉现象
培训班:几何光学与眼镜光学
光的基本定律
反射定律
术语:法线、入射角、反射角
培训班:几何光学与眼镜光学
光的基本定律
折射定律
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光的基本定律
球面透镜成像
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计算法
球面透镜成像
u
v
f
1 物距
1=1 焦距 像距
1 1 =1 uf v
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球面透镜成像
计算法
举例:一物体举例凸透镜50cm,透镜焦距为40cm,求 像的位置。
解: 1 1 1 1 1 0.50 v u f 0.50 0.40 v 2m
焦线与轴向平行
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柱面透镜
柱面透镜的光学
在轴向主子午线方向屈光力为零 在屈光力主子午线方向屈光力最大
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柱面透镜的表示方法
光学十字
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柱面透镜的表示方法
0 +3.00
折射定律
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折射定律
为什么会发生偏折?
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折射定律
Snell法则
SinI n' SinI' n
举例:光线从真空中以45°角入射,折射角为30°, 求此介质的折射率。
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中山大学眼科视光学系
Fe
F1
F2
t n
F1F2
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球镜屈光力的测量
镜度表
焦度计
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球面透镜的联合
同轴密接联合
屈光力为原球面透镜屈光力的代数和
同轴间距联合
F1
F2
d
Fe F1 F2 dF1F2
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中山大学眼科视光学系
光的量度
视觉光度测量
视见函数
视感强度最亮是波长555nm处-黄绿色区
培训班:几何光学与眼镜光学
光的量度
光通量
表示光源所辐射的总光亮,单位:流明(lm)
发光强度
光源在单位立体角所辐射的光通量,单位:坎德拉(cd)
培训班:几何光学与眼镜光学
光的量度
光照度
被光均匀照射的物体,单位面积上所接受的光通量 单位:勒克斯(lx)
环曲面透镜
什么是环曲面透镜
+2.00×180
0 0
0 +2.00
柱面透镜
培训班:几何光学与眼镜光学
+6.00
-6.00
-6.00 +8.00
微波:1mm~1m 短波:1~10m 中波:100~1000m 长波:1000m以上
培训班:几何光学与眼镜光学
电磁说
光与色觉
单色光
蓝色光 ( B ):400nm - 475nm 青色光 ( C ):475nm - 485nm 绿色光 ( G ):485nwk.baidu.com - 570nm 黄色光 ( Y ):570nm - 580nm 红色光 ( R ):580nm - 700nm
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