Khúc xạ
Tiến sĩ Nguyễn Văn Đàm
I. Nhắc lại về khúc xạ ánh sáng,
Thấu kính cầu và thấu kính trụ.
1.1. Hiện tượng khúc xạ: ánh sáng khi đi từ một môi trường trong suốt này sang môi
trường trong suốt khác sẽ bị đổi hướng, đó là hiện tượng khúc xạ. Tia tới, tia khúc xạ và
pháp tuyến cùng nằm trong một mặt phẳng.
1.2. Chỉ số khúc xạ: Vận tốc ánh sáng truyền đi trong chân không khác với truyền đi
trong những môi trường khác. Từ đó nảy sinh khái niệm chỉ số khúc xạ tuyệt đối n của
môi trường.
N= Vận tốc ánh sáng truyền trong chân không
Vận tốc ánh trong môi truờng
Vì coi mật độ quang học của không khí bằng với chân không trong các điều kiện bình
thường cho nên có các chỉ số sau:
Chỉ số khúc xạ: Không khí =1
Nước (thuỷ dịch ) =1,33
Giác mạc =1,37
Thuỷ tinh thể =1,38 – 1,42
Không khí
Thuỷ tinh
Khi đi từ môi trường ít đậm đặc vào môi trường đậm đặc thì tia khúc xạ lệch về hướng
pháp tuyến P (đường vuông góc với mặt ngăn cách giữa 2 môi trường).
α: Góc tới
1
β: Góc khúc xạ
1.3. Khúc xạ bởi lăng kính: Khi ánh sáng đi qua 1 môi trường có hai bản mặt song song
thì tia tới và tia ló song song. Nhưng nếu hai bản mặt không song song thì hướng của tia
sáng bị thay đổi. Môi trường có hai bản mặt không song song này gọi là lăng kính. Vậy
lăng kính là một môi trường trong suốt được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song
với nhau. Hai mặt này sẽ cắt nhau ở cạnh của lăng kính. Mặt thứ 3 là đáy của lăng kính.
Đáy lăng kính không có vai trò quang học.
EKH: Góc lệch.
Để mắt ở G sẽ thấy điểm D như là ở vị trí H.
Tia ló bao giờ cũng lệch về phía đáy lăng kính.
Công suất lăng kính: 1độ lăng kính (1Δ) là độ lệch
1cm ở khoảng cách 1m của vật được nhìn qua lăng kính.
ứng dụng:
- Điều trị thiểu năng phân kỳ:
- Điều trị thiểu năng qui tụ:
- Điều chỉnh lác đứng trên:
- Điều chỉnh lác đứng dưới:
1.4. Khúc xạ bởi thấu kính: Có 2 lăng kính để áp đáy vào nhau thì các tia khi đi qua
thấu kính sẽ hội tụ. Khi để hai lăng kính đối đỉnh: các tia sẽ phân kỳ. Vô số các thấu kính
đặt như vậy sẽ tạo ra thấu kính phân kỳ. Trên thực tế chúng ta hay gặp các loại thấu kính:
Thấu kính hội tụ Thấu kính phân kỳ
Thấu kính lồi 2 mặt. Thấu kính lõm 2 mặt.
2
Thấu kính lồi 1 mặt. Thấu kính lõm 1 mặt.
Thấu kính lồi dạng liềm. Thấu kính lõm dạng liềm.
Các tiêu điểm của thấu kính lồi mỏng:
Tia sáng song song tới từ vô cực, qua Tia sáng tới từ 1 điểm gần hơn vô cực,
thấu kính sẽ hội tụ ở tiêu điểm F2 ảnh ở A’. Avà A’là 2 điểm tương
ứng.
Các tia sáng đi ra từ tiêu điểm, Vật A ở phía trong tiêu cự: Tia ló sẽ phân kỳ
tạo tia ló sẽ đi song song. ảnh ảo ở phía sau A, cùng bên
với thấu kímh.
Cách xác định ảnh qua thấu kính lồi cực mỏng: Có 3 tia chính để xác định 1 ảnh.
- Tia đi qua quang tâm: không lệch.
- Tia đi song song với trục: qua tiêu điểm chính.
- Tia đi qua tiêu điểm: khi ló ra sẽ song song với trục chính.
Vật ở ngoài tiêu điểm F1: ảnh thật và ngược chiều.
Vật ở trong tiêu điểm F1: ảnh ảo, cùng chiều, ở xa thấu kính hơn và lớn hơn vật.
Vật ở F1: ảnh ảo, ở xa vô cực.
Cách xác định ảnh qua thấu kính phân kỳ:
ảnh luôn luôn là 1 ảnh ảo, cùng chiều và nhỏ hơn vật.
3
1.5. Kính trụ: Thấu kính trụ được coi như một loạt các lăng kính chồng lên nhau theo
dãy. ảnh do đó sẽ là một đường tiêu chứ không phải là một điểm. Với thấu kính trụ lõm,
ảnh sẽ là một đường tiêu ảo.
Một hệ quang học phức tạp hơn: Một mặt cầu có hai kinh tuyến thẳng góc với nhau
nhưng không cùng độ cong (ví dụ giác mạc) sẽ là hai kính trụ, chúng sẽ tạo hai đường tiêu
khác nhau và cũng thẳng góc với nhau. Kính trụ nào cong hơn thì đường tiêu của nó ở
phía trước. Kính trụ ít cong hơn có đường tiêu ở phía sau hơn. Đó chính là sơ đồ mắt loạn
thị.
1.6. Nhận dạng và đo thấu kính: Người ta có thể dùng ảnh để nhận diện và xác định
công suất khúc xạ của thấu kính.
- ảnh nghịch chuyển: Thấu kính lồi vì như ta đã biết với kính hội tụ, vật ở xa cho ảnh
thật ngược chiều. Dùng các kính (+) đã biết công suất để trung hoà cho đến khi……
chúng ta sẽ có được công suất của thấu kính lồi.
- ảnh cùng chiều: Thấu kính phân kỳ (ảnh cùng chiều khi vật ở xa). Trung hoà bằng các
kính phân kỳ đã biết số……
- Kính trụ: Đưa theo trục, ảnh không di động, đưa theo hướng vuông góc với trục mà
ảnh chuyển động:
- Nếu ngược chiều: kính trụ lồi.
- Nếu cùng chiều: kính trụ lõm.
II. Mắt về phương diện quang học
1. Sơ đồ quang hệ mắt : Có thể ví cấu tạo quang học mắt tương đương như một máy
ảnh: vật kính gồm giác mạc, thể thuỷ tinh, thuỷ dịch, dịch kính. Cửa sổ ánh sáng Diafam
là mống mắt và đồng tử. Buồng tối là khoang nội nhãn có hắc mạc bao bọc. Phim là võng
mạc .
Sự khác nhau giữa mắt và máy ảnh là ở chỗ: vật kính máy ảnh là một thấu kính. Ơ
mắt đó là một hệ thống các môi trường trong suốt có khúc xạ mạnh. Buồng tối của máy
ảnh là không khí, buồng tối của nhãn cầu thì chứa dịch kính .
4
Các nhà vật lý quang học coi quang hệ mắt như một con mắt ước lược với các chỉ
số (Listing - 1853):
- Điểm chính P: 1,33mm
- Điểm nút N: 7,08m Sau giác mạc
- Tiêu điểm 1: -15,7mm
- Tiêu điểm 2: 24,13mm So với mặt trước của giác mạc
- Công xuất khúc xạ: 58,6 D
Điểm chính: Các mặt phẳng chính với trục chính nơi ngăn cách hai môi trường khúc xạ
khác nhau.
Điểm nút: ở ngay cực sau thể thuỷ tinh.
2. Sự tạo ảnh trên võng mạc: Có ba yếu tố ảnh hưởng.
* Chiều dài trục nhãn cầu. Hai yếu tố này thay đổi rất nhiều
* Lực khúc xạ của quang hệ. mà ảnh vẫn rơi đúng vào võng mạc .
* Chỉ số khúc xạ của quang hệ: Trung bình khoảng 1,33.
- ở những người tật khúc xạ <1diop, trục nhãn cầu có thể từ 20,5 - 29,15mm (bình
thường 23,5 - 24,5mm)
- ở mắt người bình thường, 1mm trục tương đương 3 diop lực khúc xạ.
Khi cận thị nặng,1mm trục tương đương 2 diop lực khúc xạ.
Mắt viễn thị nặng: 1mm trục tương đương >3 diop lực khúc xạ.
- Lực khúc xạ chung của quang hệ có thể thay đổi từ 52,69diop - 64,27diop ở mắt bình
thưòng.
Sự phối hợp giữa chiều dài của trục với lực khúc xạ tạo ra mắt bình thưòng. Vậy mắt
chính thị là kết quả của sự phối hợp hài hoà giữa chiều dài của trục và lực quang học của
mắt. Và như thế nếu sự phối hợp này không xảy ra hài hoà thì ảnh sẽ không rơi vào võng
mạc đó là mắt không chính thị, có hai loại mắt không chính thị:
- Không chính thị hình cầu: Cận thị ảnh ở phía trước võng mạc. Viễn thị ảnh ở sau võng
mạc .
- Không chính thị không hình cầu: Loạn thị.
5