3.2.3 几何光学：三棱镜 - 眼镜验光员(基础知识)

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3.2.3 几何光学：三棱镜

2009-12-07 15:04:26 来源:网络作者:雷朋【大中小】浏览:74543次评论:0条

1．三棱镜的结构
三棱镜简称棱镜，是由玻璃透明体各平面相交而成的三角柱形体，一般所见的主切面为三角形，其结构有面、棱、顶角、底、底顶线等之分(见图3—7a)。
(1)屈光面
眼用棱镜大多很薄，用其两斜平面为光线通过面，称为屈光面。
(2)棱(主棱)
棱是棱镜两个屈光面的交线，又称为顶。
(3)顶角
顶角是指两屈光面相交而成的角。
(4)底
与棱相对的一面称为底。
(5)主切面
垂直于主棱的切面称为主切面。
(6)底顶线
底顶线是指通过顶且垂直于底的直线。
(7)偏向角
入射光线与出射光线的夹角称为三棱镜的偏向角(见图3—7b)。

2．三棱镜的光学特性
(1)棱镜的折光性。入射光线通过棱镜时发生屈折偏斜，屈折后的光线折向其底部。棱镜虽改变光束行进方向，但不改变其聚散度，即无集合或分散光线的作用。如入射光线为平行光线，其出棱镜时亦呈平行；入射光线为分散光线，出棱镜时亦为分散。
(2)无聚焦能力，无焦点，所以不能成实像，其对影像的作用与平面镜相似，只能成虚像。
(3)通过三棱镜观察物体，发觉视物向尖端移位(见图3—8)。

(4)三棱镜是组成一切眼用球面透镜和柱面透镜的最基本的光学单元。正球面透镜是由底相对的大小不同的三棱镜旋转所组成(见图3—9a)；负球面透镜是由顶相对的大小不同的三棱镜旋转所组成(见图3—9b)。正柱面透镜是由底相对的大小不同的三棱镜单向排列组成；负柱面透镜是由顶相对的大小不同的三棱镜单向排列组成。

3．棱镜屈光力的度量及底向标示
(1)棱镜屈光力及度量单位
棱镜使光线产生偏向的能力称为棱镜屈光力(偏向力)，该屈光力大小可由其偏向角决定，故可直接用偏向角的度数来度量棱镜屈光力，但应用上很不方便，故很少使用。现介绍其他三种不同的度量单位：
1)顶角度(apical angle，a)。依顶角大小来表示棱镜屈光力，如顶角为4°，记为4°a。顶角越小，屈光作用越弱；反之，越强。眼科应用的棱镜中，顶角很少超过15°，均属低度。但棱镜偏向程度不仅与顶角成正比，还与材料折射率有关，故顶角大小并不能正确表示棱镜屈光力的大小。
2)棱镜度(裴氏定度，△)。由C．F．Prentice于1888年提出，1△屈光力是指通过棱镜的折射光线，在距棱镜100个长度单位距离处，产生与入射光方向1个长度单位的偏离，该棱镜屈光力即定为1△。因长度单位习惯取cm，故通常将1△表述为：棱镜使通过的光线在1 m处产生偏离入射光方向1 cm的偏移，该棱镜屈光力即定为1△(见图3—10)。棱镜度是偏向角正切的100倍(P△=1 00×tand)。
3)厘弧度(狄氏定度，▽)。由Dennett于1 891年提出，1 ▽屈光力是指通过棱镜的折射光线在1 m为半径的圆周处，产生1 cm圆弧的偏移，该棱镜屈光力即为1 ▽(见图3—10)。这里1 cm是指弧长，而在裴氏法中是指偏移的切线距离。在角度较小时，棱镜度与厘弧度两者极为接近；随着角度的增大，两者的差距逐渐增大。
厘弧度在理论上更为精确，但实际测量计算不方便。棱镜度虽不精确但使用方便，且眼科中使用的棱镜均为小顶角，棱镜度和厘弧度相差甚微，故镜片箱中棱镜仍习惯采用棱镜度。

(2)三棱镜底方向标示法
利用三棱镜矫正视力，主要是将视线折向顶角。但处方时，并不记录所需的偏折方向，而是记录棱镜底所在的方向，例如需将视线向上偏折，棱镜底应朝下；需将视线向内偏折，棱镜底应朝外。所以书写棱镜处方时，需记录棱镜度及棱镜底所在方向。一般有四个基本方向作为棱镜底的标示方位，即上、下、内、外，习惯写作：底朝上或BU，底朝下或BD，底朝内或BI(基底在鼻侧)，底朝外或BO(基底在颞侧)。
临床上根据视力矫正的实际要求，有时候棱镜底应在倾斜方向。关于棱镜底的方向，现行标示法有四种，即老式英国标示法、新式英国标示法、360°标示法及直角坐标底向标示法。
1)老式英国标示法。这种方法是将眼的视线方向分为四个象限，即上内、上外、下内、下外，以标准标示法标出棱镜底的方向。依德国光学技术交流会(TABO)的规定，不论左右眼，均以戴镜者水平向左侧为0，逆时针方向增度，正上方垂直方向为90°，右侧水平方向为180°，以此注明方位和度数。老式英国棱镜底方向标示法如图3—11所示。

2)新式英国标示法。这种方法是将眼的视线分为上、下两半圆，仍以标准标示法表示倾斜方向。由于大家感觉老式标示法很笨拙，故在实用上才改用新式标示法。例如说上内方60°，不如说上方60°简便。就教学方便而言，老式法反而较为理想。新式英国标示法如图3—1 2所示。

3)360°标示法。该标示法又称360°量角规法，如图3—13所示，标示时直接写出棱镜底实际方向角度值。

[例]试依图3—14所示棱镜底顶线位置，分别用上述三种方法标示其底向。
老式英国标示法：右眼为P△底下外60°，左眼为P△底上内150°。
新式英国标示法：右眼为P△底下60°，左眼为P△底上150°。
360°标示法：右眼为P△底240°，左眼为P△底150°。
4)直角坐标标示法。将总三棱镜度分解咸水平方向及垂直方向，如三棱镜2△(BU及BI)60°，可将其示为1.73△BU及1△BI，如图3—15所示。
方法：选用一适当比例尺，如1 cm代表1△。作90°及180°两垂直线，沿60°按比例量得OR=2△。由R向垂直及水平方向作垂直线(RV及RH)。OV代表棱镜作用的垂直成分，0V=ORsin60°=1.73△BU。OH代表棱镜作用的水平成分，OH=ORcos60°=1△BI。即2△(BU及BI) 60°，可分解为1.73△BU和1△BI。

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