第四章光学仪器基本原理教材

量的圆锥细胞和少量的圆柱细胞，细胞与神经末梢相联接。 视网膜上有约7百万个圆锥细胞，1亿多个圆柱细胞。圆锥
细胞，在明亮光线下起感光作用――明视细胞，对明暗、色 彩有感觉。圆柱细胞，在暗弱光线下起感光作用――暗视细 胞，只对明暗有感觉。
黄斑作用：只有物体的象落在黄斑处才能看清楚。
10、中央窝（fovea centralis）
主要内容
• 4.1 人的眼睛 • 4.2 助视仪器的放大本领 • 4.3 目镜 • 4.4 显微镜的放大本领 • 4.5 望远镜的放大本领 • 4.6 光阑 光瞳 • 4.7 光度学概要——光能量的传播 • 4.8 物镜的聚光本领 • 4.9 单色像差概述 • 4.10 正弦定理和正弦条件 • 4.11 近轴物近轴光线成像的色差 • 4.12 助视仪器的分辨本领 • 4.13 分光仪器的分辨本领 • 4.14 色度学简介
光学仪器遇到的两类矛盾：
成象清晰度
象场光能
成象清晰度
细节分辨
放大本领 仪器的三个指标聚光本领
分辨本领
4.1 人的眼睛
• 作为接收器，感觉约390nm～760nm • 只能辨别和比较，不能测量光强大小 • 视觉暂留时间：1/16秒
一、人眼的结构
瞳孔→
1、巩膜（sclera） 是眼睛最外层一种白色强韧的膜，厚度约是0.4－1.1mm。
围的眼，分为：
（1）近视眼――远点在有限距离处的眼，成象在视网膜前 的眼
（2）远视眼――近点变远的眼，成象在视网膜后的眼
（3）散光眼――角膜曲面不对称的眼
（4）老化眼（老视眼）――调节能力减弱的眼。
2、近视眼（myopic eye）及校正 （1）定义：远点在有限距离处，即对较远的物体看不清楚的 眼，远处物体成在视网膜前的眼。
黄斑中心有一直径约为0.25mm的区域――中央窝，仅含有圆 锥细胞，且含量极大。
作用：视觉最灵敏区，象落在此处最清晰。
11、盲斑（blind spot） 视网膜上的视神经入口处的区域――盲斑，没有圆锥和圆柱细 胞。 作用是象落在此处不能看到――瞎子。 盲斑的验证：
当闭左眼，右眼盯住 看，在25cm处，
7、后房 水晶球后面的空间――后房，有大量水分子的粘性透明物质 （玻璃液），折射率1.336 作用：光学系统的第四个系统.
8、视网膜（retina）
玻璃液透明外膜与巩膜之间有一层不透光的黑色膜――视网 膜，由视神经末梢组成。
作用：接收信息，传递信息。
9、黄斑（yellow spot） 在视网膜上有一较凹的部分――黄斑，直径约2mm，有大
6、水晶体（晶状体）（crystalline humor） 虹膜后面由胶性透明物质组成，且曲率随附近肌肉（睫状肌） 的松紧而改变的一部分――水晶体，外层折射1.386，内层折 射率1.406，类似分布不均的双凸透镜。 作用：将人眼分成两部分（前房、后房），是光学系统的第 三个系统，控制象的清晰调节。
极限小角：1
视场范围：1600 (水平)，1300 (竖直) 清晰成象: 20—60
三、人眼的调节，远点、近点 1、人眼的调节 眼内的水晶体自动地本能地调节曲率半径，改变总的光
焦度，以看清不同远近物体的能力――人眼的调节。
(1)、视度调节——眼睛自动改变焦距的过程 (2)、瞳孔调节——眼睛自动改变瞳点（far point）
当睫状肌放松时，水晶体的曲率半径最大，能在视网膜上成 清晰象的物点到眼的距离――远点。
正常眼的远点是无穷远（儿童、青年、中年）
老年的远点只有几米。
3、近点（near point） 人眼的肌肉紧缩时，水晶体的曲率半径最小，能在视网膜上 看清象的物点到人眼的距离――近点。 正常眼的近点约25cm，儿童一般是7－8cm。 老人是1－2m（50－100lx）
作用：眼睛光学系统的第二个系统。
4、虹膜（iris） 前房之后有一中心带圆孔的彩色膜――虹膜，不透明的，虹膜 与睫状体是相联接的。 作用：是显示眼睛的颜色，调节瞳孔的直径变化。
5、瞳孔（pupil） 虹膜中心的圆孔――瞳孔，直径1.4－8mm，直径可以自动调节。
作用：起到孔径光阑的作用，控制进入眼睛的光能量和调节 象的清晰度、景深。
它由六根筋拉住，以维持眼睛的位置。 作用：是保护眼睛内部，它由六根筋拉住，以维持眼睛的
位置。
2、角膜（cornea） 巩膜正前方曲率较大的一部分――角膜，是透明的，折射率 是1.376。 作用： 光束进入眼的门户，是眼睛光学系统的第一个系统。
3、前房
角膜之后充满一种水样液（热溶液）的地方，即角膜与晶状 体（水晶体）之间的部分――前房，折射率是1.336。
4、明视距离 在合适的照度下（50－100lx），人眼能最方便、最习惯、最 省力地观察物体的距离――明视距离。
规定正常眼的明视距离为25cm，明视范围25cm－
五、非正常眼的校正 1、正常眼与非正常眼
正常眼是指人眼的明视范围为25－ 的眼，即象成在视网
膜上（眼的第二焦点在视网膜上）.
非正常眼是第二焦点不在视网膜上，明视范围不在25— 范
（2）原因：a、眼球长度变长 （先天的） b、角膜曲率半径变小（后天的） c、眼内介质折射率异常等
从几何光学看，远处物体成象在视网膜前，即远点太近。
（3）校正 a、校正方法 远处物体成象在视网膜前说明眼球会聚（折射）太强，要使 光线会聚变弱的办法是在眼前加一个凹透镜，把光线先发散 一下，再经眼会聚则可刚好成象在视网膜上。
校正的方法是配带凹透镜，把无穷远处的物体成象在远点处 。
b、凹透镜度数的计算
由 1 1 1 s s f
物在无穷区处可得 s ，成象在人眼的远点处 s（s 0）
则
1 1 1 s f
得 1 1 f s
都能看到；当眼靠近时，首先
看不到，再靠近
也 看不到，再下看又能看到。随它们间距的不同，看 不到时眼与纸面的间距也不同，原因是眼球不动的缘故。
11、视轴、光轴 视轴是球面系统的光心和中央窝的中心连线， 光轴是各球面系统的光心连线。 视轴和光轴并不重合。
二、简化眼 人眼可视为只有一个折射球面的简化眼
U ：视角