第7章典型光学系统1

第七章典型光学系统－眼睛，放大镜本节要点眼睛1.眼睛的构造，黄斑、中心凹、视轴、盲斑2.标准眼和简约眼3.眼睛的调节，远点(距)、近点(距)，正常眼和非正常眼(近视、远视、散光、斜视)4.眼睛的适应，眼睛的分辨本领与相关因素，瞄准精度5.眼睛的立体视觉，立体视差角、立体视差、体视锐度、体视圈半径、体视阈值放大镜1.放大镜的成像原理2.放大镜的放大倍率3.放大镜的光束眼制引言典型光学系统包括眼睛放大镜显微镜望远镜摄影系统投影与放映系统§7-1眼睛及其光学特性•眼睛的构造返回本章要点如图：眼睛像个能自动对焦、变焦、自动改变光圈的照相机。眼睛通过视网膜上的锥状血细胞和杆状细胞实现感光。对光感应最灵敏处称为黄斑(1×0.8)，中央有中心凹(0.3×0.2)，此处仅有锥状细胞。节点与中心凹的连线称视轴。在视神经入口处两种感光细胞都没有，称盲斑。•标准眼和简约眼返回本章要点标准眼：根据大量的测量结果，定出了眼睛的各项光学常数，包括角膜、水状液、玻状液和水晶体的折射率、各光学表面的曲率半径、以及各有关距离。称满足这些光学常数值的眼睛为标准眼。简约眼：把标准眼简化为一个折射球面的模型，称为简约眼。简约眼参数：眼睛的调节－眼睛具有很大的自动调节范围返回本章要点肌肉完全放松时，眼睛所能看到的最远点称为眼睛的远点。肌肉最紧张时，眼睛所能看到的最近点称为眼睛的近点。分别以和表示近点和远点到眼睛物方主点的距离(米)，则其倒数和就是近点和远点会聚度的屈光度数。眼睛的调节范围为下表是正常眼在不同年龄时的调节能力：年龄(岁)近点距p(米)(屈光度)远点距r(米)(屈光度)(屈光度)10-0.071-14∞01420-0.100-10∞01030-0.143-7∞0740-0.222-4.5∞04.550-0.40-2.5∞02.560-2.00-0.52.00.51.00701.001.000.801.250.25800.402.500.402.50.00正常眼观察物体最舒服的距离称明视距离，为250mm。•正常眼和非正常眼返回本章要点正常眼的远点在无穷远，像方焦点在视网膜上。年龄大时将会失去正常。近视眼远视眼散光斜视焦点在网膜前，眼球偏长，远点在眼前有限远焦点在网膜后，眼球偏短，远点在眼后有限远折射面曲率异常，两个互相垂直的方向有不同的焦距水晶体位置不正或折射面曲率异常矫正应配戴负透镜矫正应配戴正透镜矫正应配戴柱面透镜矫正应配戴光楔•眼睛的适应返回本章要点眼睛的适应指对各种光亮环境的适应能力。眼睛所能感受的光亮度变化范围是很大的，可达。人眼能感受到的最低照度值称为绝对暗阈值，约为勒克斯。它相当于蜡烛在30公里远处所产生的照度。适应有暗适应和亮适应两种，前者发生在自亮处到暗处时，过程较慢，极限为60分钟；后者发生在自暗处到亮处时，过程较快，只需要几分钟。•眼睛的分辨本领返回本章要点眼睛能分辨开两个很靠近的点的能力称为眼睛的分辨率。刚能分辨开的二个点对眼睛物方节点的张角称为眼睛的极限分辨角。根据物理光学理论入瞳为的理想光学系统的极限分辨角为。眼睛的最灵敏波长为555纳米，当入瞳单位取mm，极限分辨角取秒时，一般取眼睛的极限分辨角为1分。眼睛的分辨本领相关因素物体的亮度和对比度而异。当对比度一定时，亮度越大则分辨率越高；当对比度不同时，对比度越大则分辨率越高。照明光的光谱成分：单色光的分辨率要比白光为高，并以555纳米的黄光为最高。网膜上的成像位置：成像于黄斑处时分辨率最高。•眼睛的瞄准精度返回本章要点测量时需要用某种标志对目标进行对准，这一过程称为瞄准。瞄准精度随所取的标志而异。30至6010至20105•眼睛的立体视觉返回本章要点眼睛观察物体时，能辨别物体距离，区分相对远近。单眼体视：对于较近的物体，利用眼睛的调节发生变化而产生的感觉来估计距离，范围不大于5米。对于较远的熟悉物体，是利用它对眼睛的张角大小来估计远近的；对于不熟悉的物体，以与邻近的熟悉物比较来确定其相对远近。双眼体视：物体成像于双眼中心凹的同侧对应点时产生单像，否则产生双像。注视A时，成像a1和a2,在中心凹这时B成像为b1和b2，产生双像C成像为c1和c2，也产生双像D成像为d1和d2，产生单像内的点都是成双像的。眼睛估计距离是利用眼睛的调节，当视线转向被观察物时肌肉用力，最小能觉察7分。而辨别相对远近是利用两眼视线的夹角，即立体视差角。立体视差角b为基线长，成人为65mm。L为观察点到眼睛的距离，立体视差是人眼能觉察的最小立体视差，约束30，经训练可以小到10体视锐度体视圈半径人眼存在立体视觉的范围体视阈值能分辨不同远近两点间的最小距离想一想：要有更好的立体视觉，即增大体视圈半径，减小体视阈值，怎样实现？可以借助光学仪器增大基线长，减小体视锐度值。如利用双简棱镜望远镜。放大率，二物镜中心距，体视圈半径扩大到原来的K倍体视阈值缩小到原来的倍§7-2放大镜返回本章要点•放大镜的放大率M放大镜的放大率是视觉放大率——物经放大镜所成像对人眼张角的正切和人眼直接看物体时物对人眼张角的正切之比。物AB在F后很近处，人眼瞳孔在F’或其附近，直接观察时物在明视距离处。正常眼，物在物方焦面上，成像于无穷远，则M仅被f’所决定。•放大镜的光束限制返回本章要点一般情况下，眼瞳为孔阑也是出瞳，放大镜是渐晕光阑。本系统没有实像面，因此没有视场光阑。若以50%时的线视场为2y，则放大镜直径大，则视场大人眼离放大镜距离近，则视场大放大镜倍率小，则视场大