第六章应用光学__目视光学系统

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《眼视光应用光学》教学大纲

编写单位：西安医学院医学技术系眼视光医学教研室

编写时间： 2013年9月15日

教务处印制

2013年9月15日 2 一、课程简介

课程中文名称 眼视光应用光学

课程英文名称 Applied Optics for Optometry

适用专业及层次 本科临床医学（眼科视光学方向）专业

先修课程 医学物理学

总学时 52学时（其中理论44学时、实验8学时）

课程学分 3学分

开课单位 医学技术系

开课学期 第3学期

使用教材 《眼视光应用光学》，姚进主编，人民卫生出版社，第1版。

参考书目 1、《应用光学》，张以谟主编，电子工业出版社，2008；

2、《应用光学》，安连生主编，北京理工大学出版社，2006；

3、《几何光学.像差.光学设计》，李晓彤主编，浙江大学出版社

教学方式 课堂理论讲授、教学片示教、实验等。

课程概述及教学目的、要求 根据教学要求和培养临床医师的主要目标，本课程着重介绍了光学知识在眼视光中的应用。全书共七章，第一章介绍波动光学基础，包括光源、光的干涉、衍射、偏振和散射。第二章是本书的重点，分别介绍了近轴光学系统成像和理想光学系统成像。第三章至第七章分别对光学系统的光束限制、像差理论与像质评价、光度学与色度学基础、人眼的光学和目视光学仪器进行了详细的介绍。

通过对本课程的学习，学生应正确掌握应用光学中的一些基本成像概念、成像规律以及基本光学技术，学会运用这些知识和技能来正确地进行各种成像计算和作图，包括简单的光路计算以及相应的光路图绘制。

成绩评定 理论考核成绩70%，实验考核成绩20%，平时成绩10%。 3 二、学时分配表

章节 内 容 学时数

理论 实验 合计

一 波动光学基础 6 2 8

二 几何光学成像 14 3 17

三 光学系统的光束限制 4 4

眼应用光学

在空气中波长为1nm～1mm范围内的电磁辐射称为光辐射或光。

• 光辐射包含紫外线、可见光和红外线。自发光点发出的同心光束，经光学系统后仍保持为同心光束，则出射单心光束的“心”为点像。

• 对某一光学系统来说，入射同心光束的“心”称为物点。垂直轴距离的符号规则

• 以光轴为初始点，自光轴向上的距离取正

号，自光轴向下的距离取负号。物体通过平板玻璃成像后，像相对于物，偏

移的距离

• 通过厚度为t，折射率为1.5的平板玻璃后，所成像偏移物的距离为t/3.

将使用目视光学仪器后人眼视网膜光学像大小与人眼直接观察物体的视网膜像大小之比称为视放大率，用符号Γ表示。眼睛配戴远视镜片，会产生枕形畸变。

• 眼睛配戴近视镜片，会产生桶形畸变。完全偏振光的分类

• 包括线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光三种。

在眼睛其他因素不变的情况下，前房深度减小1mm，会使眼睛的总屈光力增加约1.4D 。

模型眼

• 是一个依据人眼的平均尺寸，用各种曲率半径的球面代表眼球光学系统的共轴球面光学系统模型。

孔径光阑经它后面光学系统所成的像称为出射光瞳。

• 孔径光阑经它前面光学系统所成的像称为入射光瞳。

横向放大率

• 像的大小与物的大小的比值，用β表示。

已知薄透镜的横向放大率为2，像方焦距f ’=2cm，则像的位置x’为（ ）。

球面透镜，从形状分类，为凸透镜，凹透镜。

厚透镜的基点

• 物方主点，像方主点

• 物方焦点，像方焦点

• 物方节点，像方节点。

半波损失 • 光在被反射过程中，反射光在离开反射点时的振动方向与入射光到达入射点时的振动方向相反，该现象叫做半波损失。

• 入射光在光疏媒质中前进，遇到光密媒质界面时，在反射过程中产生半波损失。

• 折射光的振动方向相对于入射光的振动方向，永远不发生变化，故无半波损失。

入射光在光密媒质中前进，遇到光疏媒质的界面时，反射光不产生半波损失。

第一章 几何光学基本定律与成像概念

波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。

波前：某一瞬间波动所到达的位置。

光线的四个传播定律：

1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。

2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。

3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。

4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即nnII''sinsin

光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。

光程：光在介质中传播的几何路程S和介质折射率n的乘积。

各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。

各向异性介质：单晶体（双折射现象）

马吕斯定律：光束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。

费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。

全反射临界角：12arcsinnnC

全反射条件：

1）光线从光密介质向光疏介质入射。

2）入射角大于临界角。

共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。

物点/像点：物/像光束的交点。

实物/实像点：实际光线的汇聚点。

虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。

共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。（A，A’的对称性）

完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。每一个物点都对应唯一的像点。

理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。

第六章 像差理论

习 题

1、 设计一个齐明透镜，第一面曲率半径mmr951，物点位于第一面曲率半径中心处。第二个球面满足齐明条件，透镜厚度mmd5，折射率5.1n，该透镜位于空气中。求：

1） 该透镜第二面的曲率半径；2）该齐明透镜的垂轴放大率。

解：

1）由题意知：物点到第二面距离：

mmdLL10059512，又5.1n，10n

由齐明透镜的特征：mmnnLL150)100(5.1022

第二面的曲率半径：mmnnnLr605.2150022

2）5.121n，该齐明透镜的垂轴放大倍率为1.5。

2、已知614.1,2,201nmmdmmL，设计负透镜（齐明），物在第一面的球心，求1r，2r，'2L。

解：由题意，mmL201，又物在第一面的球心处。

mmLr2011。

又mmdLL2212，mmnnLr584.13614.11)22(614.1122

同时得：mmnLL584.35)22(614.11'22

3、已知某一光学系统，只包含初级球差和二阶高级球差，且边缘光球差0'mL，0.707带球差015.0'zL，回答： 1）写出此系统的剩余球差表达式（关于相对高度mhh），并计算0.5带，0.85带球差；

2）求出边缘光线的初级球差和高级球差；

3）最大剩余球差出现在哪一带上？数值为多少？

解：

1）对于一般系统，我们只考虑初级和二阶高级球差的影响。

即：4221)()('mmhhAhhAL。

又此系统对边缘光校正了球差，即1mhh时，0'mL，021AA——①

又在0.707带，即707.0mhh时，有015.0)707.0()707.0(4221AA——②

由①②式得到：06.006.021AA，

所以剩余球差的表达式为42)(06.0))(06.0('mmhhhhL。