7.凸麵鏡的反射與成像

平行光線投射到凸麵鏡上,反射的光線將成為散開光線,如果順著反射光線的相反方向延伸到凸麵鏡鏡麵的後麵,可會聚並相交於一點,這一點就是凸麵鏡的主焦點(F),屬虛性焦點。

凸麵鏡成像的幾何作圖原則和凹麵鏡相同,也就是:

·從物體的某一點(A)作一與主軸平行的直線為入射光線,入射光線到達球麵鏡鏡麵時?熏發生反射,反射後的方向相反的直線為反射光線,此反射光線必然通過主焦點(F)。

·從物體的同一點(A)通過鏡麵的曲率中心(C)的連線為副軸,此副軸與上述通過主焦點的反射光線發生相交的點(A′),即為該物體成像之處。

8.屈光和屈光指數的概念

當光線由一種介質斜向射入另一種密度不同的介質時,在兩種介質的界麵處,除一部分光線發生反射,返回到第一種介質外,另一部分進入第二種介質中,從通過第一和第二兩個介質的分界處起,光線的行進方向發生改變。這種現象稱為光的屈折。光線的屈折,也稱作光的折射,在眼科則通常稱為屈光。

光線的屈折現象是由於光在兩種介質中傳播速度的不同所產生的。通常,我們把光傳播速度快的介質稱為光稀介質,傳播速度慢者稱為光密介質。

光的屈折也是遵循一定的規律的:

·光線(S)由光稀介質(甲)到光密介質(乙),光線向垂直方向的法線(NN’)方向折射,入射角(∠i)大於折射角(∠r);反之,由光密介質到光稀介質,光線背離垂直方向的法線方向折射。

·一定的兩種介質,入射角與折射角的正弦之比和甲介質與乙介質的折射率之比成反比關係,是一個常數。即sini/sinr=乙/甲。

光由空氣射入時,入射角的正弦與在另一介質內折射角的正弦之比,我們把它稱為後一介質的折射率。如果把空氣的折射率定為1,那麼,某一介質的折射率(一般用n表示)=sini/sinr。折射率也稱為屈光指數。

舉例來說,光由空氣進入水,其入射角(∠i)的正弦為4時,在水中折射角(∠r)的正弦為3,則水的折射率為4/3,即1.333。

一些常見介質的屈光指數分別為:真空為1,空氣為1.000029,角膜、前房水、晶狀體和玻璃體分別為1.377、1.336、1.437和1.336,無鉛玻璃為1.5。

介質的屈光指數越大,光線通過後發生的屈光作用越大;光線投射與通過的介質表麵的斜度越大,光線發生的屈光程度也越大。這個規律我們要掌握。

9.透鏡大家族

我們通常所用的眼鏡鏡片就是透鏡,它是由玻璃或其他透明物質製成的,鏡片的一麵或兩麵是球麵形或弧形。

透鏡可分為兩大類,即球麵透鏡和圓柱透鏡。

球麵透鏡簡稱球鏡,一般用“S”表示。它的表麵是正圓形球體的一部分,這個圓球的中心就是球麵透鏡表麵的中心,圓球的半徑即為該球麵透鏡表麵的曲率半徑。透鏡上各個子午線上的表麵彎曲度都相同,也就是說,各個子午線上的屈光力相等。根據球麵透鏡表麵彎曲度的性質,又可分為凸球麵透鏡和凹球麵透鏡兩種。

圓柱透鏡簡稱柱鏡,一般用“C”表示。鏡片的一個徑向為平麵,另一與之相垂直的徑向呈彎曲麵,此彎曲麵為圓柱的一部分,因此這種鏡片既稱為圓柱透鏡,又稱為柱鏡片。柱鏡片的軸(A)與圓柱的軸相平行,因為在軸的方向為平麵,因此,此軸向並沒有屈光力,與軸向相垂直的方向具有最大的屈光能力。圓柱透鏡也有凸圓柱透鏡和凹圓柱透鏡之分。

透鏡的屈光能力用屈光度(度、D)來表示。

平行光通過一個凸或凹透鏡後,在1米處聚合成為一個實或虛的焦點,即焦距(F)為1米,那麼,該透鏡的屈光能力為1屈光度(度);如果聚焦於0.5米處,即焦距為0.5米,則屈光能力為2屈光度。由此可見,透鏡的屈光能力與焦距成反比的關係,用公式:度=1/F表示,式中:度為屈光度,單位為度,F為焦距,單位為米。

透鏡屈光力的大小取決於:

·透鏡材料本身的屈光指數:屈光指數越高,屈光力越大。

·透鏡表麵曲率半徑:曲率半徑越大,屈光力越小。

透鏡的凸、凹性質分別以正(+)、負(-)來表示。如3屈光度的凸透鏡可寫記為“+3.00DS”,軸在90°、3屈光度的凸圓柱透鏡寫記為“+3.00DC×90°。

10.凸透鏡的屈光、成像和應用

凸透鏡亦稱為正球透鏡,鏡片中央厚,周邊薄,呈凸形,所以叫做凸透鏡。

平行光線通過凸球麵透鏡發生屈折後,與主軸相交於一點(PF),成為集合光線,因此,凸透鏡又稱為集合透鏡。所相交的點(PF)為主焦點,是平行光的實性焦點。

凸透鏡的成像可用幾何作圖法來表示。從物體的頂端(A)作兩條直線,一條與主軸平行,經過透鏡後發生屈折,改變方向(Da),通過主焦點F2;另一條通過鏡片的光學中心點(O),這兩條線相交於a點,此即為物體A點的像。

凸透鏡的成像取決於物體與鏡片的距離。

物體(AB)位於主焦點(F1)以遠,在鏡片的另一側可形成一個比物體小的、倒置的實像(ab)。如果物體(AB)移至主焦點(F1)以內,則在鏡片與物體同側形成一比物體大的、直立的虛象(ab)。

凸透鏡可應用於矯正遠視眼、老視眼和無晶狀體眼。照相機和幻燈機的鏡頭亦為凸透鏡。

11.凹透鏡的屈光、成像和應用

凹透鏡亦稱為負球透鏡,鏡片的中央薄,周邊厚,呈凹形,所以又叫凹透鏡。

平行光線通過凹球麵透鏡發生屈折後,光線散開,成為散開光線,不可能形成實性焦點,沿著散開光線的返回延伸,在投射光線的同一側會聚於F點,形成的是一虛性焦點。

凹透鏡成像的幾何作圖與凸透鏡者原則相同。從物體的頂端(A)亦作兩條直線:一條平行於主軸,經過凹透鏡後屈折為散開光線,將此折射光線相反方向返回至主焦點(F);另一條通過透鏡的光學中心點(O),這兩條直線相交於一點(a),此為物體A點的像。

凹透鏡所成的像(ab)總是小於物體的、直立的虛像。

凹透鏡主要用於矯正近視眼。

12.凸圓柱透鏡的屈光和應用

凸圓柱透鏡相當於由圓柱切下的一個部分。圖中X-Y為軸的方向,有如一平板玻璃PQRS;而與軸相垂直的方向,如同一凸球鏡片LM。