眼睛醫(yī)學(xué)宣教

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2、眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)第三節(jié)眼睛1

1第三節(jié)眼睛2

2具有上表所列常數(shù)的簡(jiǎn)化眼稱為古氏平均眼。簡(jiǎn)約眼：光線進(jìn)入眼球時(shí)，最大的折射發(fā)生在空氣與角膜的交界面上，因?yàn)檫@兩種媒質(zhì)折射率的差值較眼內(nèi)任何相鄰兩種媒質(zhì)折射率的差值大。生理學(xué)上常常把眼睛進(jìn)一步簡(jiǎn)化為一個(gè)單球面折射系統(tǒng)，稱為簡(jiǎn)化眼，第三節(jié)眼睛3

3二、眼的調(diào)節(jié)眼睛不同于任何光學(xué)折射系統(tǒng)，眼的焦度能在一定范圍自動(dòng)調(diào)節(jié)，能將遠(yuǎn)近不同物體成像在視網(wǎng)膜上，眼睛能改變焦度的這種本領(lǐng)稱為眼的調(diào)節(jié)(accommodation)。眼睛不調(diào)節(jié)時(shí)能看清的物點(diǎn)到眼睛之間的距離稱為遠(yuǎn)點(diǎn)，正常視力的人，其遠(yuǎn)點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)處，即平行光進(jìn)入眼睛后剛好會(huì)聚于視網(wǎng)膜上。近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)為有限距離。若物體逐漸向眼睛移近，晶狀體的曲率半徑隨之減小，眼睛的焦度增大，使得進(jìn)入眼睛的光線不能在視網(wǎng)膜上成清晰的像。眼睛最大調(diào)節(jié)（晶狀體曲率半徑最?。r(shí)能看清的物體與眼睛之間的距離稱為近點(diǎn)(nearpoint)。正常人明視距離(comfortablevisualdistance)：25cm第三節(jié)眼睛4

4三、眼的屈光不正及其矯正眼睛不調(diào)節(jié)時(shí)，若平行光進(jìn)入眼內(nèi)經(jīng)折射后剛好在視網(wǎng)膜上形成一清晰的像，如圖14-17所示。這種屈光正常的眼睛稱為正視眼，否則稱為非正視眼，它包括近視眼、遠(yuǎn)視眼、散光眼三種。5

51、近視眼(nearsight)眼睛不調(diào)節(jié)時(shí)，平行光進(jìn)入眼內(nèi)經(jīng)折射后會(huì)聚于視網(wǎng)膜前面，在視網(wǎng)膜上成像模糊不清，則稱為近視眼。近視的原因可能是角膜或晶狀體的折射面曲率半徑太小，對(duì)光線的偏折太強(qiáng)，或者眼球的前后直徑太長(zhǎng)。近視眼的矯正方法是配戴一副適當(dāng)焦度的凹透鏡，使光線進(jìn)入眼睛之前經(jīng)凹透鏡適當(dāng)發(fā)散，再經(jīng)眼睛折射后恰好在視網(wǎng)膜上形成清晰的像，如圖14-20所示。具體地說(shuō)，近視眼所配戴的凹透鏡要使光線所成虛象在近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)處，這樣近視眼在不調(diào)節(jié)時(shí)就能看清遠(yuǎn)處的物體。第三節(jié)眼睛6

6例題14-4一近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在眼前50cm處，今欲使其看清無(wú)限遠(yuǎn)的物體，則應(yīng)配戴多少度的鏡？解：配戴的眼鏡必須使無(wú)限遠(yuǎn)的物體應(yīng)在眼前50cm處成一虛象，如圖所示。設(shè)眼鏡的焦距為f，u=∞，v=0.5m,代入薄透鏡公式，得：解得φ=1/?=–1/0.5=–2D=–200度第三節(jié)眼睛7

72、遠(yuǎn)視眼(farsight)眼睛不調(diào)節(jié)時(shí)，來(lái)自遠(yuǎn)處的平行光射入眼內(nèi)經(jīng)折射后會(huì)聚于視網(wǎng)膜的后面，因此，在視網(wǎng)膜上得不到清晰的像，如圖。此類眼睛稱為遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼在不調(diào)節(jié)時(shí)既看不清遠(yuǎn)處物體，也看不清較近的物體。遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)比正視眼要遠(yuǎn)些。第三節(jié)眼睛8

8遠(yuǎn)視的原因可能是角膜或晶狀體折射面的曲率半徑太大，焦度過(guò)小；或者是眼球前后直徑太短，將物體的像成在視網(wǎng)膜之后。遠(yuǎn)視眼矯正的方法是配戴一副適當(dāng)焦度的凸透鏡，讓平行光線進(jìn)入眼睛之前先經(jīng)凸透鏡適當(dāng)會(huì)聚，再經(jīng)眼睛折射后會(huì)聚于視網(wǎng)膜上，如圖11-21（b）所示，由于遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)較正視眼遠(yuǎn)些，因此，遠(yuǎn)視眼在看眼前較近的物體時(shí)，所選擇的凸透鏡必須將此物體的虛象成在遠(yuǎn)視眼的近視點(diǎn)處。第三節(jié)眼睛9

9例題14-5一遠(yuǎn)視眼的近點(diǎn)在1.2m處，要看清眼前12cm處物體，問(wèn)應(yīng)配戴怎樣的眼鏡？解：所配戴的眼鏡應(yīng)使眼前12cm處的物體在眼前1.2m處成一虛象，如圖11-22。對(duì)于透鏡：u=0.12m，v=–1.2m，代入薄透鏡公式得：即配戴焦度為7.5D的凸透鏡。10

103、散光眼(astigmatism)散光眼的角膜表面不是球面，其角膜的各個(gè)方向子午線的半徑不相等，點(diǎn)物發(fā)出的光線經(jīng)角膜折射后不能形成一清晰的點(diǎn)像，既散光眼為非對(duì)稱折射系統(tǒng)。散光眼的眼球縱向子午線半徑最短，橫向子午線的半徑最長(zhǎng)，其它方向子午線半徑介于二者之間。使得遠(yuǎn)處的平行光線經(jīng)角膜折射后，不能在一點(diǎn)成像。常把一點(diǎn)物看成一條很短的線條，這就使他看物體時(shí)感到模糊不清。散光眼的矯正方法是配戴適當(dāng)焦度的柱面透鏡。第三節(jié)眼睛11

11四、眼的分辨本領(lǐng)從物體兩端入射到眼中節(jié)點(diǎn)的光線所夾的角度稱為視角。視角決定物體在視網(wǎng)膜上成像的大小，視角越大，成像也越大，眼睛越能看清物體細(xì)節(jié)。實(shí)驗(yàn)指出，視力正常的眼睛能分辨兩物點(diǎn)的視角為1/，與之對(duì)應(yīng)，在明視距離處眼睛能分辨兩物點(diǎn)之間的最短距離約為0.1mm。眼睛能分辨兩物點(diǎn)間最小距離的能力稱為眼的分辨本領(lǐng)，其大小與分辨的最小視角有關(guān)，分辨的最小視角越小，眼的分辨本領(lǐng)越大。因此，常用眼睛分辨的最小視角的倒數(shù)表示其分辨本領(lǐng)，稱為視力(visualacuity)第三節(jié)眼睛12

12應(yīng)用上式計(jì)算視力時(shí)，最小視角應(yīng)以分（/）為單位。第三節(jié)眼睛L=5-logα視角應(yīng)以分（/）為單位。13

13第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器一、放大鏡(magnifier)1、使用放大鏡的原因：為了看清楚微小物體或物體的細(xì)節(jié)，需要調(diào)節(jié)眼睛和物體間的距離。為增大視角，用于這一目的的會(huì)聚透鏡，稱為放大鏡。2、操作方法：使用放大鏡時(shí)，常常將物體放在放大鏡的焦點(diǎn)附近且靠近透鏡一側(cè)。14

143、角放大率：通常用這兩個(gè)視角的比值γ/β來(lái)衡量放大鏡放大視角的能力，稱為角放大率α，即第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器15

154、計(jì)算方法:（視角很?。┐耸奖砻?，放大鏡的角放大率與它的焦距成反比。式中f為放大鏡的焦距第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器16

16二、光學(xué)顯微鏡1、顯微鏡(microscope)的光學(xué)原理(1)結(jié)構(gòu)：物鏡（f短)；目鏡(f長(zhǎng))。(2)顯微原理第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器17

17(3)顯微鏡的放大率M：代入上式得式中y//y稱為物鏡的線放大率（m）；25/f2是目鏡的角放大率（α）代入上式得第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器18

18(4)放大率與焦距的關(guān)系：由于被觀察物體放在靠近物鏡的第一焦點(diǎn)，所以物鏡的線放大率y//y可近似地等于s/f1，s是像y/到物鏡的距離，即物鏡的像距。由于物鏡和目鏡的焦距與物鏡的像距s相比很小，式中s可以看成鏡筒長(zhǎng)度，因此顯微鏡的放大率與所用物鏡和目鏡的焦距成反比。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器19

192、光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)利用光學(xué)系統(tǒng)觀察較為復(fù)雜的物體，其畫(huà)面可以看成由許多不同亮度、不同位置的物點(diǎn)的像所組成。但衍射現(xiàn)象限制了光學(xué)系統(tǒng)分辨物體細(xì)節(jié)的能力。（1）定義：光學(xué)系統(tǒng)能分辨開(kāi)兩物點(diǎn)的最短距離稱為分辨極限，它的倒數(shù)稱為光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。（2）圓孔衍射：愛(ài)里斑第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器20

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21甲衍射圖樣的中央極大光強(qiáng)度與乙衍射圖樣的第一極小光強(qiáng)度重合所確定出的所確定出的兩物點(diǎn)間的距離作為光學(xué)系統(tǒng)所能分辨的兩物點(diǎn)間的最短距離，稱這個(gè)極限距離為瑞利判據(jù)。（4）光學(xué)系統(tǒng)的最小分辨角：根據(jù)瑞利判據(jù)：（3）瑞利判據(jù)：在衍射圖樣合成的總光強(qiáng)度曲線中，當(dāng)兩最大光強(qiáng)度之間的最小光強(qiáng)度不超過(guò)最大光強(qiáng)度的80﹪，則可分辨出有兩個(gè)物點(diǎn)。如圖（b）所示。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器22

22θ是在瑞利判據(jù)下兩衍射圖樣中心對(duì)光學(xué)系統(tǒng)主光軸的夾角，它與剛好能分辨開(kāi)的兩物點(diǎn)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)主光軸的夾角θ0相等，即θ0=θ。θ0稱為光學(xué)系統(tǒng)的最小分辨角。上式表明，對(duì)于無(wú)限遠(yuǎn)的物點(diǎn)，通過(guò)圓形通光孔成像的光學(xué)系統(tǒng)，其通光孔徑越大，能分辨開(kāi)的兩物點(diǎn)的角距離越小，分辨本領(lǐng)越大；所用光波的波長(zhǎng)越短，分辨本領(lǐng)亦越大。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器23

233、顯微鏡的分辨本領(lǐng)（1）定義：使用顯微鏡的目的是為了清楚地觀察物體的細(xì)節(jié)。由于光的衍射，如果物體的細(xì)節(jié)之間的距離小于某一極限值時(shí)，顯微鏡是無(wú)法分辨的。顯微鏡能分辨最短距離的能力稱為它的分辨本領(lǐng)或分辨力。注意：被觀察的標(biāo)本可以看成由許多物點(diǎn)組成的。各物點(diǎn)在物鏡的像平面上所成的像不是理想的點(diǎn)像，而是有一定大小的亮斑。從目鏡中看到的細(xì)節(jié)是來(lái)自物鏡的像，只有物鏡能分辨標(biāo)本的細(xì)節(jié)。（2）分辨原理：由瑞利判據(jù)可知，當(dāng)一物點(diǎn)的衍射亮斑中心恰好與另一物點(diǎn)的衍射圖樣中的第一極小重合時(shí)，兩物點(diǎn)之間的距離正好處于物鏡可分辨的極限距離。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器24

24（3）分辨的最短距離nsinu稱為物鏡的孔徑數(shù)(numericalaperture)（N?A）25

25（4）討論：物鏡的孔徑數(shù)越大，照射光的波長(zhǎng)越短，顯微鏡能分辨的最短距離越小，越能看清物體的細(xì)節(jié)。（5）分辨本領(lǐng)與放大率的區(qū)別。顯微鏡的放大率是物鏡線放大率與目鏡角放大率的乘積，而分辨本領(lǐng)只決定于物鏡特性。目鏡只能放大物鏡所分辨的細(xì)節(jié)，不能提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)。例如，一個(gè)40×（N.A0.65）的物鏡配上一個(gè)20×的目鏡與用100×（N.A1.30）的物鏡配上8×的目鏡，它們的放大率雖然都是800×，但是后者的分辨本領(lǐng)比前者高1倍，因而可看到更多、更清楚的物體細(xì)節(jié)。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器26

26（6）提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)的方法：A、增大物鏡的孔徑數(shù)利用油浸物鏡來(lái)增大n和u值。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器27

27B、減小照射光的波長(zhǎng)例如，用N.A1.5的高級(jí)油浸物鏡時(shí)，若用可見(jiàn)光照射（平均波長(zhǎng)為550nm），顯微鏡能分辨的最短距離為比223.7nm再小的細(xì)節(jié)就看不清楚了。若改用波長(zhǎng)為275nm的紫外線照明，可使分辨本領(lǐng)提高1倍，即可看清楚小到112nm的細(xì)節(jié)。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器納米28

28電子顯微鏡"forhisfundamentalworkinelectronoptics,andforthedesignofthefirstelectronmicroscope"授予1986年NOBELPHYSICSPRIZEE.魯斯卡ErnstRuskaelectronmicroscope29

29LastmodifiedJune16,2000Copyright?2002TheNobelFoundationContactNobele-Museum?TheOfficialWebSiteofTheNobelFoundationhttp://www.nobel.se/physics/laureates/1957/index.html楊振寧李政道丁肇中1976物理朱棣文1997物理崔琦1998物理李遠(yuǎn)哲1986化學(xué)30

30達(dá)賴?yán)?989和平獎(jiǎng)高行鍵2000文學(xué)獎(jiǎng)31

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32（7）微鏡的有效放大率與孔徑數(shù)之間的關(guān)系：對(duì)于標(biāo)本大小確定的細(xì)節(jié)，應(yīng)根據(jù)照射光的波長(zhǎng)選用具有相應(yīng)孔徑數(shù)的物鏡，顯微鏡也應(yīng)有相應(yīng)的放大率才能看清物體的細(xì)節(jié)。此時(shí)的放大率稱為顯微鏡的有效放大率。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器33

33例如，若樣品中兩細(xì)節(jié)的距離（或一個(gè)細(xì)節(jié)的大?。閆/，則顯微鏡能分辨的最短距離不能大于Z/，只能等于Z/：將這個(gè)物鏡能分辨的距離Z/放大（如M倍），使顯微鏡最后所成的虛象（像大MZ/）對(duì)人眼所張視角為1/或大于1/，這樣眼睛才能分辨出兩細(xì)節(jié)。設(shè)虛象成在明視距離處，視角取1/（2.9×10-4弧度），于是由此可見(jiàn)，有效放大率至少要達(dá)218N.A時(shí)才能看清物鏡所分辨的細(xì)節(jié)。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器34

34在10-8Pa的超高度真空條件下成功地實(shí)現(xiàn)了分辨率高達(dá)0.14nm的水平分辨率以及0.01nm的垂直分辨率的掃描型探針顯微鏡35

35三、纖鏡1、構(gòu)成：它是由透明度高的玻璃或其他透明材料拉成很細(xì)的透明纖維，并在其外表面涂一層折射率比纖維還小的物質(zhì)，并由很多根這樣的纖維絲組合在一起。2、光束在纖維內(nèi)鏡的傳輸情況如圖11-29所示。第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器36

363、最大投射角：設(shè)玻璃纖維的折射率為n1，涂層物質(zhì)的折射率n2，當(dāng)光束從空氣入射到纖維端面時(shí)，不至于向側(cè)面泄漏的最大投射角i由下式確定式中sini稱為光學(xué)玻璃纖維的數(shù)值孔徑（N.A）4、作用：一是利用它將外部的強(qiáng)光導(dǎo)入人體器官內(nèi)；二是通過(guò)它把器官內(nèi)壁的圖象到出體外，以便醫(yī)生觀察和攝影。5、注意事項(xiàng)：纖維束的兩端必須粘結(jié)牢固，并且兩端的纖維絲排列必須完全對(duì)應(yīng)，以免圖象錯(cuò)亂，保證導(dǎo)出的圖象正確清晰。中間部分不加以粘結(jié)，使整個(gè)纖維束顯得非常柔軟，以便能夠沿著體內(nèi)官腔彎曲插入，減少病人痛苦第四節(jié)幾種醫(yī)用光學(xué)儀器37