典型光学系统-眼睛与放大镜
15 目视光学系统.放大镜,显微镜
摄影物镜直接代替目镜，该目镜称为摄影目镜，为 使整个共轭物像距不致于太大，目镜应设计成负光组。
39
数字显微镜
显微物镜的像面上，直接放置CCD接收器，连接到 计算机上，还可以对显微镜的图像进行测量和实时处理， 图像的大小也可以通过CCD靶面上的象素面积计算出来
40
25
二、显微物镜的基本类型： 低倍物镜（3×~6×） 双胶合透镜 中倍物镜（里斯特~）（6×~8×） (两组双胶合透镜) 高倍物镜（>=40×） 阿米西物镜 阿贝浸液物镜
①消色差物镜：
②复消色差物镜（ 90× ）:金相显微镜-筒长无限. ③平视场物镜：显微照相、显微投影：校正场曲. ④反射式和折反式物镜：是否有反射面.
不发光物体的分辨率：
0.5 垂直照明： ； 倾斜照明： NA NA NA 或 , 分辨率 浸泡溶液，减小入射波长 NA 分辨率
19
2、有效放大率
眼睛的分辨最小角距离（角分辨本领）min 2 ~ 4
1、透明物体照明：利用照明系统发出的光线直接照射到
物体上，经过透射后，进入显微镜成像。
1）临界照明 透明物体照明 2）柯拉照明
28
§15.6 显微镜的照明系统
1）临界照明：光源经过聚光镜所成的像与物平面重合 相当于物平面上置光源。
优点：亮度高，结构简单 缺点：照度不均匀
29
一、照明方法
聚光镜应有与显微物镜相同或稍大的NA 要求：聚光镜前放置的可变光阑为聚光镜的孔阑 改变孔阑大小，可改变进入物镜光束的孔径角，使 之与物镜的NA相适应
22
如果使用10×的目镜， 则据公式可以求得物镜的放大倍数为：
73 b 7.3 目 10
课件工程光学-08典型光学系统.ppt
1.0
0.8
光谱光效率
为什么暗环境下能
0.6
做饭、洗衣，但不
0.4
能描龙绣凤？
0.2
2024/10/8
0.0 400 500 600 700 800
l(nm)
光谱光效率函数曲线
第七章 光度学基础
7
§8.1.5 眼睛的分辨率
眼睛刚能分辨开二个很靠近点的能力称为眼睛的分辨率。 二者成反 比
刚能分辨的二个点对眼睛物方节点的张角称为极限分辨角。
瞄准精度和前面讲到的分辨率是不是一个概念？
瞄准精度随所选取的瞄准标志而异，最高精度可达人眼分辨率的1/6到1/10。
二实线重合 60
2024/10/8
二直线端部对准 叉线对准单线
（10～20）
10
第七章 光度学基础
双线对称夹单线 （5～10）
9
§8.1.7 眼睛的立体视觉
眼睛观察空间物体时，能区别它们的相对远近而具有立体视觉。简称体视。 C
若以50％渐晕点为界来决定线视场2 y
F
2 y 2B2F
f tanW2
f h d
250 f
2 y 500h d
W F
f 眼瞳
W3W2 W1 2a 2h
眼瞳
d
2024/10/8
第七章 光度学基础
14
讨论：
逢年过节，要买放大镜孝敬老人， 该如何选择其放大倍率？
2y h
2y 1
2y 1 d
（2）与照明光谱成份有关：单色光分辨率高（眼睛有色差）； （3）与视网膜上成像位置有关，黄斑处分辨率最高。
对眼睛张角小物体的要借助望远镜或显微镜等仪器，仪器 应有适当的放大率，使能被仪器分辨的也能被眼睛分辨。
第八讲(目视光学仪器--放大镜、目镜)
视度和目镜调节量之间的关系式 假如要求仪器的视度值为SD，则 要求像距值为：x`＝1000/SD。根据牛顿公式得
式中SD为视度值，f`目为目镜的焦距，x为目镜的移 动量。f`目和x的单位为毫米。 一般要求目视光学仪器的视度调节范围为±5视度。 绝大多数仪器都采用移动目镜来调节视度，视度的 分划直接刻在目镜圈上，也有少数仪器是采用移动 物镜来调节视度的。
为了校正近视，可以在眼睛前面加一个发散 透镜，如图所示。发散透镜的焦距正好与远 点距离相同。无限远的物体通过发散透镜以 后，正好成像在眼睛的远点上，再通过眼睛 成像在视网膜上。
对远视眼来说，在自然状态下像方焦点F ’ 落在网膜的后方，依靠眼睛的调节，有可 能看清无限远的物体，但它所能看清的近 点距离将增加。例如，当调节能力为－10 个视度和远视为+2个视度时，近点距离为：
大则放大率越小。由于单透镜有像差存在，不能期望以减小凸
透镜的焦距来获得大的放大率。简单放大镜放大率都在3×以下。 如能用组合透镜减小像差，则放大率可达 20×。
3、 目镜
目镜也是放大视角用的仪器。目镜是望远镜和显微镜
的重要组成部分，它的作用相当于一个放大镜。目镜
把物镜的像进一步放大后，使成像于人眼的明视距离
由于正常人眼适应于无限远物体，因而对 于望远镜则要求物镜的像方焦点恰好和目镜的 物方焦点相重合，如图3—15(a)所示。对于近 视眼来说，则要求仪器所成的像应位于前方近 视眼的远点距离上。为此目镜应该向前调节， 使物镜所成的像位于目镜的物方焦点以内，这 样，通过目镜以后在前方成一视度为负的虚像， 此虚像再通过近视眼正好成像在网膜上，如图 3—15(b)所示。对于远视眼，目镜应向后调节， 使物成像在仪器后方，视度为正，再通过远视 眼正好成像在网膜上，如图3—15(c)所示。
光学放大镜原理
光学放大镜原理
光学放大镜是一种利用透镜原理实现物体放大的装置。
其原理基于透镜对光线的折射和聚焦能力。
光线从被观察的物体上射入放大镜的透镜表面时，会因为折射而改变方向。
透镜会将这些经过折射的光线聚焦在一个点上，这个点被称为焦点。
当将观察者的眼睛放置在焦点位置时，透镜将光线聚焦到观察者的视网膜上，使物体看起来放大了。
具体而言，光学放大镜的放大效果与它的焦距有关。
通常，放大镜由一个凸透镜组成，该透镜的两侧均为凸面。
凸透镜的凸面会让光线发生向内收敛的折射，并使光线汇聚于凹透镜的焦点处。
物体与透镜的距离不同，光线的折射程度也会不同，从而产生不同的图像放大效果。
对于一个放大镜，当物体放在焦点的无穷远处时，透镜将光线聚焦到焦点上，形成一个实像。
如果物体与透镜的距离小于焦距，透镜将光线聚焦到无穷远处的虚像上。
虚像放大镜是因为光线的折射产生的，使观察者眼中的物体表现为放大的状态。
光学放大镜的放大倍数取决于焦距，通常用焦距与目标物距离的比值来表示。
例如，如果放大镜的焦距为20厘米，物体距
离镜片25厘米，则放大倍数为20/25=0.8倍，即物体放大了
0.8倍。
总的来说，光学放大镜利用透镜的折射和聚焦原理，将光线聚焦到观察者的眼睛上，从而使物体看起来放大。
通过调整放大镜与物体的距离和镜片的焦距，可以实现不同程度的放大效果。
工程光学第七章典型光学系统
①透射光亮视场照明。光通过透明物体产生亮视场。 ②反射光亮视场照明。对不透明的物体，从上面照射产生漫射或规 则的反射形成亮视场。 ③透射光暗视场照明。倾斜入射的照明光束在物体旁侧向通过，光 束通过物体结构的衍射、折射和反射，射向物镜，形成物体的像， 则获得暗视场。 ④反射光暗视场照明。在旁侧入射到物体上的照明光束经反射后在 物镜侧向通过，若无缺陷的放射镜作为物体，得到一均匀暗视2场2 。
距离
距离
R为远点视度，P为近点视度，单位为屈光度（D）=1/m。 医学上， 1D=100度。 随着年龄增大，肌肉调节能力下降，调节范围减小。
（二）眼的缺陷及校正
眼睛的远点在无限远或眼光学系统的后焦点在视网膜上，称
为正常眼。
正常眼观察近物时，物体距眼最适宜的距离是250mm，称
为明视距离M。
4
①近视眼 近视眼的网膜离水晶体太远或水晶体表面曲率太大，无限 远物点成像在网膜之前，远点在眼前有限远。 需配一负光角度凹面透镜，透镜的像方焦点与眼睛的远点 重合，这样，无限远物点就能成像在网膜上。
大小应与目 500tgw 6，8，11，16，22，32。 镜的视场角 250 D ②成实像的眼睛、摄影和投影系统。
f e
e
一致： e
2 y 5 0 0tg w e
5 0 0tg w
表明：在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，其在物
空间的线视场越小。
18
三、显微镜的出瞳直径 普通显微镜，物镜框是孔径光阑。 复杂物镜，其最后镜组的镜框为孔径光阑。 测量用显微镜，物镜像方焦平面上设置专门的孔径光阑， 经目镜所成的像为出瞳（直径为D‘）。 则有： n ysinun ysinu nsinuyn sinu y n sinu fo
典型光学系统-眼睛与放大镜
人眼的构造剖视图
巩膜 瞳孔 角膜 虹膜 视网膜 脉络膜 黄斑中心凹
水晶体
盲斑
盲斑 神经纤维 大脑
光
视神经细胞
晶状体在虹膜后面，是由两个不同曲率的面组成的透明体，
人眼的构造剖视图
巩膜 瞳孔 角膜 虹膜 视网膜 脉络膜 黄斑中心凹
• 当A、B两点距离不等时， A • 产生了远近的感觉 A 被称为双眼立体视觉
αA
B
或
a1b1 a2b2
A B
A B
立体视差的极限 值 min
b2 称为“体视锐度” a2
B αB
l
αA αB
b
a1
b1
b2
min 约为10”，有可能达到5”或3”
a2
b1
分辨角成反比关系
人眼刚能将两点分开的视角称为眼睛的极限分辨角
• 乃奎斯特极限：当两 像点的间距大于（或 等于）视觉细胞的直 径时，就认为眼睛可 以分辨。
极限分辨角
眼睛在看物空间两点时，这两点对眼睛物方节点的 张角称为两点间的角距离或称为视角
• Γ 系统.ε 系统=ε 人眼
五、眼睛的对准精度
• 杆状细胞——明（光）视觉——弱照明——感光 • 锥状细胞——暗（色）视觉——亮照明——感色
四、眼睛的分辨率（分辨本领）
• 人眼的分辨率是眼睛的重要光学特性，同时也是目视光学 仪器设计的重要依据之一。用其它观测设备（如照相机、C CD等）替代人眼时也可据此作为参考。 • 眼的分辨能力：眼能够分辨最靠近两相邻点的能力称为眼的分辨 能力，或视觉敏锐度。指的是成像在中央凹区时的分辨能力。 人眼的分辨率一般用极限分辨角来表示。人眼分辨率与极限
显微镜放大镜望远镜的原理
显微镜放大镜望远镜的原理显微镜、放大镜和望远镜是一些常见的光学仪器，它们在不同领域中使用，帮助我们观察微小的细节或远距离的景物。
这些仪器的原理基于光的折射、反射和聚焦，使我们能够看到不可见的细节。
下面我将详细介绍显微镜、放大镜和望远镜的原理。
显微镜是一种用于观察微小物体或细胞的工具。
它主要由物镜、目镜、光源和台座组成。
光线从光源发出，经过可调节的光圈控制进入物镜，然后通过目镜进入我们的眼睛。
物镜和目镜分别具有不同的放大倍数。
在光线通过物镜时，由于光在不同介质中的传播速度不同，光线发生折射，造成物体倾斜现象，这也叫做畸变。
目镜的作用是进一步放大和补偿这种畸变。
通过调节物镜和目镜的位置，我们可以获得清晰的放大图像。
放大镜原理与显微镜类似，其主要用途是放大远距离物体。
放大镜由凸透镜和目镜组成。
光线从被观察的物体进入凸透镜，被凸透镜弯曲且因折射而聚焦。
这样就形成一个放大的虚像，这个虚像位于凸透镜的近焦点处。
然后，目镜在凸透镜的近焦点处继续放大虚像，使我们的眼睛能够看到放大的物体。
望远镜是用于观察遥远物体的仪器。
它主要由物镜和目镜组成，类似于放大镜的结构。
物镜的作用是收集远距离的光线，并让其在焦平面上聚焦。
然后，目镜位于焦平面上，使我们的眼睛可以看到放大的视觉图像。
与放大镜不同的是，望远镜的物镜和目镜通常具有非常大的焦距和放大倍数，使我们能够观察到遥远的星体或景物。
在这些光学仪器的工作过程中，光线的折射和反射是至关重要的。
折射是光线通过介质界面时的偏折现象，其原理是根据光的速度在不同介质中的差异。
光线在通过透镜或镜片时，会因介质的折射率而发生偏折，从而导致物体的形状和位置发生变化。
光的反射则发生在镜子和镜片的表面上，它使光线发生方向改变，并将其反射出来。
反射光线的角度取决于入射角度和反射面的性质。
聚焦是这些仪器的重要功能之一。
聚焦通过调整透镜和镜片的相对位置来实现。
聚焦的目的是使光线在透镜或镜片上交汇，产生一个清晰的放大或投影图像。
工程光学习题解答--第七章-典型光学系统
工程光学习题解答--第七章-典型光学系统第七章 典型光学系统1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求： （1）远点距离； （2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距； （4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离； （5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。
解： ① 21-==rl R )/1(m∴ ml r5.0-=②PR A -= D A 8= D R 2-=∴D A R P 1082-=--=-=m P l p1.01011-=-== ③f D '=1 ∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-=' m l R1-='⑤P R A '-'= DA 8=D R 1-='DA R P 9-=-'='m l P11.091-=-='2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。
已知：放大镜 mm f 25=' mmD 18=放mm P 50='mm l P 250='-'%50=K求：① Γ ② 2y ③l 解：①f D P '-'-=Γ125501252501250-+=''-+'=f P feye92110=-+=②由%50=K 可得：18.050*2182=='='P D tg 放ωωωtg tg '=Γ ∴02.0918.0==ωtg D y tg =ω ∴mmDtg y 502.0*250===ω∴mm y 102= 方法二：18.0='ωtg Θmmtg y 45*250='='ωmml 200-='mmfe 250='mm l 2.22-=yy l l X'==='=92.22200βΘmm y 102=③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='l l =-'1125112001=--lmml 22.22-=3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e25='。
应用光学-人眼 放大镜-PPT文档资料
Applied optics
2.人眼的要求：对目视光学系统 (1)扩大视角；视放大率至少大于1
' ' y t g t g i i ' ' i y tg t g e e e
Applied optics
(2)出射平行光，即通过仪器后成像在无限远处
使人眼观察时处于松弛状态，降低眼睛疲劳
网膜和黄斑是眼睛中的像 平面（光敏面）
6
Applied optics
盲点 Blind spot: 神经纤维的出口处，不能 产生视觉
盲点
小实验：
7
Applied optics
后室 Posterior chamber: 眼睛成像的（实）像空间， 充满n=1.336的蛋白质玻璃液。后室的内壁为网膜。 脉络膜 Choroid: 包围网膜的一 层黑色膜，使像空间（后室） 成为‘暗室’.
-l
l
近视
远视
b. 明视距离不是近点距： 明视距离：是指正常的眼睛在正常照明（光照度约50勒 克斯）下最方便和最习惯的工作距离，它等于250mm。
14
Applied optics
视度[屈光度]：若眼睛观察的物体距眼睛为l（被 观察物体对眼睛的物距，单位为米），则定义视 度为SD，单位为屈光度：
例1：对正常人眼，若要观察2m处物体，需要 调节多少视度？ -0.5
例2：若某正常人眼的最大调节范围为-10视度， 其近点距离是多少？ -100mm 正常人眼的远点都是无穷远，但近点却各不相 同；近点距越小，调节范围或能力越大。
17
Applied optics
2）. 瞳孔调节（适应特性） 人眼还能在不同亮暗程度的条件下工作。这就是人眼的另一 个特性。
工程光学第7章典型光学系统
物体位于明视距离处对人眼的张角放大镜的工作原理250mm,r=−两块密接透镜构成的放大镜显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距。
各国生产的通用显微物镜的共轭距离大约为190mm 左右。
我国适用于远视眼的视度调节适用于近视眼的视度调节F eF F eF满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像——物镜共轭距不变加反射棱镜、平行平板镜的焦面上，然后通过目镜成像在无限远供人眼观察。
无限筒长显微镜：被观察物体通过物镜以后，成在无限远，在物镜的后面，另有一固定不变的镜筒透镜(我国规定焦距250mm)，再把像成在目镜的焦面上。
7.3 望远镜§7.3.1 望远镜的工作原理望远镜系统的结构望远镜中的轴外光束走向'tan 'o y f ω=−视角放大率：'tan 'f ω望远镜系统中平行于光轴的光线(a)开普勒望远镜系统和(b)伽利略望远镜系统(a)(b)两类望远镜系统中的轴外光束走向开普勒式望远系统加入场镜的系统=1:2.8照相镜头可变光圈孔径光阑探测器视场光阑−UU′聚光镜显微物镜光源物面孔径光阑孔径光阑可变，调节进入显微物镜的能量，调节入射至显微物镜的光束孔径角，与显微物镜的数值孔径相匹配。
其缺点是光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上。
双目望远镜系统望远镜系统简化出瞳距望远镜系统简化'30mmD D =Γ=''tan 8mmo y f ω=−='5mmD =光阑位置D 物D 分D 目l z '01.22d λ=艾里斑Airy disk2)实验系统相同，所用光波波长愈短则艾里斑愈小；U ′刚能分辩的两个像点min0.15≈角距离时人眼还2mm视觉细胞的直径，约5μm U′显微物镜的分辨率'σβσ=显微镜的几何景深2''x u δ≈Δ⋅弥散斑。
工程光学 典型光学系统
2、非正常眼睛及其矫正
1）近视眼：无穷远物点成像于视网膜之前，远点为有限远。加负透镜 (ຫໍສະໝຸດ 距与远点重合) 将远点校正到无穷远
50岁之后， 老花眼！
Myopia/ Nearsightedness
H
H
2）远视眼：无穷远物点成像于视网膜之后； 近点变远，非明视距离。
Hyperopia/ Farsightedness
★ 自外层至内层的折射率 n 逐渐增大（1.37→1.41）——校正像差 ★ 调节肌作用改变水晶体曲率(焦距)，不同距离物均成像于视网膜。
8、后室：水晶体后、由视网膜包围的空间，玻璃液n =1.336。
9、视网膜(Retina)：后室内壁、连接脉络膜的一薄膜，由神经 调节肌 细胞和神经纤维构成。 ——感光和成像的位置。 (1) 辐射接收器 杆状细胞：对光刺激极敏感， 感光（明暗视觉） 锥状细胞：感色（色视觉） (2) 黄斑(Macula)：视网膜中部、黄色椭圆形区域。 中心凹：黄斑点中心D ≈0.25mm区域，密集感光细胞， 视觉最灵敏。 (3) 盲斑（点）：视神经的出口，无感光细胞。视网膜的像被 传输至大脑形成视觉。
★眼睛的散光度： AST
R1 R2
1 R 视度 lr
圆柱面透镜 可校正散光
（4）白内障：水晶体变为浑浊而不透明。
手术治疗
(5)斜视:水晶体位置不正或折射面曲率异常 矫正应配戴光楔
四、眼睛的适应能力
★ 适应：眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程度。
明适应：从暗处到亮处—— 瞳孔自动缩小 暗适应：从亮处到暗处—— 瞳孔自动增大
老年
+200→+40cm
约-200cm
★ 远点发散度（会聚度）： R 1 lr ★ 近点发散度（会聚度）： P 1 lp
2015第20课【典型系统-显微镜】
§7-3 显微镜
• • 显微镜是人眼的辅助工具。 对于工作在可见光波长范围的光学显微镜，按用途区分，使用量较大的有三种：
• 工具显微镜（主要应用于精密机构制造工业等方面进行精密测 量）；
• 生物显微镜（主要应用于生物学、医学、农学等方面）；
• 金相显微镜（主要应用于冶金和机械制造工业，观察研究 金相组织结构）。
便于眼睛分辨的角距离为2′~ 4′。
取2′为分辨角的下限， 4′为上限，则在明视距离 250mm处能分辨开两点之间的距离σ′为
250 2 0.00029 ' 250 4 0.00029
NA
σ′是显微镜像空间被人眼所能分辨的线距离 换算到显微镜的物方
0.29 0.58
机械筒长各国标准不同，有160mm，170mm和190mm 等。 我国规定机械筒长为160mm。 共轭距：显微镜物镜从物平面到像平面的距离。（大约 等于180mm） 物平面到光学系统第一个物镜的球面顶点的距离称为“工作距”
光学筒长Δ=F1’F2≠机械筒长≠共轭距（国家标准）
显微镜系统成像原理
目镜
物镜 B A F1
以上适用于其他目视仪器
光瞳匹配关系
• 如果一个系统由若干子系统构成，能够通过系统到达像面 的光必须能够通过每个子系统的所有光阑，而不能被任一 个子系统的任一个光孔所拦。设两个子系统分别具有各自 的孔径光阑和视场光阑，要使通过第1个子系统的光完全通 过第2个子系统，那么只可能有两种情况：（1）两个子系 统的孔径光阑互为共轭关系，视场光阑也互为共轭关系； （2）子系统1的孔径光阑与子系统2的视场光阑共轭，子系 统1的视场光阑与子系统2的孔径光阑共轭。前者常被称为 瞳对瞳、窗对窗，后者也叫瞳对窗，窗对瞳。这就是光学 系统组合中必须要考虑的光瞳匹配关系。
典型光学系统
• 当人眼通过放大镜观察物体时
y' f 'l ' y tg ' P'l ' P'l ' f '
• 视放大率
tg ' f 'l ' D tg P'l ' f '
一般有：
tg ' f 'l ' D tg P'l ' f '
当l ' 当 P' f '
70
80
近点距 (cm)
远点距 （cm) A=R-P (屈光度)
-10 -14 -22 -40 -200 100 40 200 80 40
14
10
7
4.5
2.5
1
0.25
0
人眼的适应
眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适应。
适应可分为明适应和暗适应。前者发生在由暗处 到亮处时，适应时间大约几分钟；后者发生在由亮
近视眼
-r
远视眼：
r
散光眼
第一子午面
-r
第二子午面 -r
1.4 人眼的分辨力
• 明视距离：人眼在近距离工作时的通常距离 250 MM.
• 分辨力：眼睛能分辩两个很靠近的点的能力称为眼睛的
分辨率。
• 最小分辨角：能够分辩的最近两点对眼睛的张角称为眼 睛的最小分辩角：60秒 • 最小分辨距离：在明视距离处（ 250MM ）最小分辨角对 应的线量：0.0725MM。
• 望远系统的视放大率等于仪器的角放大率
f '物 tg ' tg ' tg tg f '目
第七章 典型的光学系统
显然，从公式中见， Γ 是一个变量，它随着 p' （放大镜与人眼距离）和 l ' （虚像 与放大镜的距离）的变化而变化。 讨论：1）当 l ' = ∞ 时，即物放于透镜前焦点上时，从上式有： Γ =
D = 250 / f ' f'
2）但是实际上由于人眼观察物体最佳距离为明视距离，250 毫米处，故
为了舒适起见，一般将放大镜所成的虚像成像于明视距离处，而不是无穷远。
图 7—10
显微镜成像原理
在整个成像过程中，目镜起到了一个放大镜的作用，所以它对物体所起的放 大是一个视觉放大，而物镜所起的则是一个垂轴放大作用。显然整个显微镜的视 觉放大率既与物镜的垂轴放大率有关，也与目镜的视觉放大率有关。
Γ = β o ⋅ Γe x'1 250∆ 250 ∆ =− ⇒Γ=− = f 'o f 'o f 'o f 'e f'
∆ L = ∆θ L2 b
c 1 d
c 2 d
1
2
体视半径
可见， ∆L 与 L 及视差有关，随着它们取值的不同，有不同的 ∆L 值。
§7－2
一、视觉放大倍率
放大镜
P' y'
ω'
y F' -l' f'
图 7-8 1、定义：
放大镜成像原理
通过放大镜观察物体时，其像对眼睛所张角度的正切，与眼直接看物体时对 眼所张角度的正切之比。
a
c
) )
δ =( ~
1 6
)
d
b
对准形式
1 )ε 10
)
A C
图 7—5
1 1 ' J C 1 ' A 1 ' B
初中物理神奇的”眼睛“知识点讲解
初中物理神奇的”眼睛“知识点讲解
神奇的"眼睛"
1、放大镜的成像原理：物体在焦距以内，凸透镜成正立、放大的虚像。
2、显微镜
①结构：目镜、物镜。
②成像原理：物镜成倒立、放大的.实像，目镜相当于普通放大镜，把实像再次放大成虚像。
3、望远镜
①结构：目镜、物镜。
②成像原理：物镜成倒立、缩小的实像，目镜相当于普通放大镜，把实像再次放大成虚像。
4、照相机
①结构：镜头、光圈、快门、胶片。
②成像原理：当物距大于两倍焦距时，凸透镜成倒立、缩小的实像。
5、投影仪
①结构：凸透镜、平面镜、屏幕。
②成像原理：当物距在焦距与两倍焦距之间时，凸透镜成倒立、放大的实像。
希望上面对物理中关于神奇的"眼睛"知识的讲解学习，同学们都能很好的掌握，并在考试中取得优异成绩哦。
【初中物理关于神奇的”眼睛“知识点讲解】。
第七章 典型光学系统
适应是指眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程 度；是通过瞳孔的自动增大或缩小完成的。
明适应：由暗处到亮处 暗适应：由亮处到暗处
三、眼睛的调节及校正
眼睛的调节：眼睛成像系统对任意距离的物体自动 调焦的过程。 视度：眼睛的调节程度。若视网膜在物空间的共轭面离开
眼睛的距离为l（以米为单位），则l 的倒数称为视度，用 SD表示 1 SD l 正常人眼，在没有调节的自然状态下，无限远物体的像正 好成在视网膜上，即远点在无限远，此时视度为
L L2 / b
（7-10）
将b 62m m, min 10" 0.00005 代入上式, 得 L 8 104 L2
（7-11）
若通过双目光学系统来增大基线b或减少 Δθmin，则可以增大体视半径和减少立体 视觉误差。
第二节 放大镜
一、 视觉放大率
目视光学仪器的基本工作原理：使物体通过这 些仪器后，其像对人眼的张角大于直接观察 物体时对人眼的张角。
A b L
（7-8）
立体视差：不同距离的物体 对应不同的视差角， 其差 异 称为立体视差。 体视锐度：人眼能感觉到 的极限值 min 称为体视锐 度
人眼能分辨远近的最大距离
Lmax b
min
62mm 20265/ 10" 1200
（7-9）
Lmax称作立体视觉半径 立体视觉阈：双眼能分辨两点间的最 短深度距离。
第七章
典型光学系统
第一节 眼睛及其光学系统
第二节 放大镜 第三节 显微镜系统 第四节 望远镜系统 第五节 目镜 第六节 摄影系统 第七节 投影系统
第一节 眼睛及其光学系统
一、眼睛的结构——成像光学系统
工程光学第8章
6
2、远视眼及矫正方法 远视眼：人眼在完全放松情况下， 完全放松情况下 远视眼：人眼在完全放松情况下， 无限远物体成像于视网膜后 无限远物体成像于视网膜后。 人眼在完全放松情况下， 完全放松情况下 或：人眼在完全放松情况下，眼后 有限远物体成像于视网膜上。 有限远物体成像于视网膜上。 不恰当描述： 不恰当描述：远视眼就是越远的 物体越能看清楚。 物体越能看清楚。 矫正方法： 凸透镜。 矫正方法：配戴 f ′ ≈ lr 的凸透镜。 其它矫正方法：角膜激光手术。 其它矫正方法：角膜激光手术。 3、散光眼 散光眼：不同主截面内光线汇聚点不同。 散光眼：不同主截面内光线汇聚点不同。 正常和非正常散光眼 和非正常散光眼。 有正常和非正常散光眼。 双心柱面透镜矫正正常散光眼 矫正正常散光眼。 双心柱面透镜矫正正常散光眼。
远点 不恰当描述： 不恰当描述：近视眼就是越近的 物体越能看清楚。 物体越能看清楚。 矫正方法： 凹透镜。 矫正方法：配戴 f ′ ≈ lr 的凹透镜。
F’
F’
原理： 原理：加凹透镜使无限远物体经凹透镜后 成像于该近视眼的远点 远点处 成像于该近视眼的远点处。 其它矫正方法：角膜激光手术。 其它矫正方法：角膜激光手术。
9
课程设计（几何光学部分） 课程设计（几何光学部分）
题目一：设计一用于中小学生观察月球、 题目一：设计一用于中小学生观察月球、近距彗星等较大 天体，中低倍率(30 60倍 的简易天文望远镜。 (30— 天体，中低倍率(30—60倍)的简易天文望远镜。 题目二：设计一用于野外中远距离( 500米左右 题目二：设计一用于野外中远距离( 500米左右 )测距的测 距仪。倍率和测量精度自行确定。 距仪。倍率和测量精度自行确定。 题目三：同学们可根据自己的兴趣和能力自行拟订设计题目。 题目三：同学们可根据自己的兴趣和能力自行拟订设计题目。
第十五章 目视光学系统修改课件(放大镜,显微镜,望远镜)
显微镜的视场光阑及线视场
显微镜的线视场取决于视场光阑的大小。所以，显微 镜的线视场：
2y 2y' 2 f etg 500tg 500tg e
场阑
眼瞳
y’ -y Fo’ Fe
’
七. 显微镜的景深
250 mm n nf 2dx NA NA
一显微物镜的垂轴放大倍率
′
出瞳直径
′ ′′
例：一个显微镜物镜的垂轴放大倍率为 -3倍，数值孔径为0.2，共轭 距L为180毫米，物镜框为孔阑，目镜焦距为30毫米，求 ⑴显微镜的视觉放大率 ⑵物镜焦距 ⑶物镜的物象距 ⑷出瞳直径 ⑸出瞳距离（镜目距） ⑹斜入射光照明，波长为0.55微米，求其分辨率 ⑺物镜通光孔径 ⑻系统的总焦距
各渐晕系数下的像方视 场半角的正切与物方视 场半角的比值就是放大 镜的视觉放大率
若眼瞳到放大镜的距离用p′表示
物面放置在焦面上: 有50%渐晕时线视场为2y，放大 镜的线视场与放大率、放大 镜口径、观察距离有关。
K D 0.5 :
y
tg h P'
’
2y 2 f tg
1. 放大率
物
： 物 f 1
NA n sin U
NA决定了物镜的分辨能力
2. 数值孔径
3. 线视场：D分=2y1′=2y1·
物
4. 工作距离：从物镜的第一个面顶点到物面的距离。 5. 物镜的通光口径：
NA n sin U
D物镜 2l1 tgU
2）显微镜物镜的类型
解：⑴显微镜的视觉放大率
显 物2 3 250 30 25
f1
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• 瞄准精度和分辨率是两个概念。
• 又有一定的联系，经验证明，人眼的最高瞄准精度约为分辨率 的1/6至1/10。
• 1、两实线瞄准 ±60" • 3、双线平分或对称瞄准±5~10 "
• 2、两实线端部瞄准±10~20 " • 4、虚线压测件轮廓边缘±20~30"
六、眼睛的景深
七 双目立体视觉
配上适当的正光焦度眼镜后，即 可使无限远物体成像于眼睛的远 点上，然后再经眼睛成像于网膜 上。同时，可以使明视距离的物体
成像于近点
此时，正透镜的焦距等于远 点距。
校正方法
一般用远点视度（远点距离的倒数）表示近视或远视程度，单位为折光度（或 屈光度）。通常医院和眼镜店把一折光度称作100度。
R——远点视度 P——近点视度 单位为折光度 （或称屈光度）
2、眼睛的缺陷和校正
正常眼睛的远点距为无限远，非正常眼睛（远视或近视）的远点距为一有限值。
2、眼睛的缺陷和校正
正常眼在肌肉完全放松的自然状态下 ，能够看清楚无限远处的物体，即远 点应在无限远（R = 0）， 像方焦点正好和视网膜重合 若不符合这一条件就是 非正常眼，或称视力不正常 （屈光不正）
• 眼睛在观察物体时，除了一般的物体特征外，还能够产生 远近的感觉，被称为“空间深度感觉”。 • 单眼或双眼都能产生这种感觉 • 单眼深度感觉来源： • 1）物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近 • 2）物体之间的遮蔽关系和阳光的阴影来判断它们相对位 置 • 3）对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深度 感觉 • 4）眼睛的调节程度来判断物体的远近。
• 眼睛虽具有发现一个平面上 两根平行直线的不重合能力 ，但也有一定的限度 • 这个不重合限度的极限值称 为人眼的瞄准精度。
• 人眼的瞄准精度一般用角度值来表示
• 即两线宽的几何中心线对人眼的 张角小于某一角度值α 时，虽然 还存在着不重合，但眼睛已经认 为是完全重合的，这时α 角度值 即为人眼瞄准精度。 • 人眼对于线条的变形或两条线错开造成的 外形变化或比较两条线宽的变化具有很高 的灵敏度。 • 人眼通过两物的比较发现它们外形变化的 能力比分辨它们要强得多。
二、眼睛的调节及校正
1．眼睛的调节
眼睛（通过水晶体）自动改变焦 距的过程。（18mm~23mm ） 当肌肉完全放松时（通过调节），眼睛所能看清的最远的 点称为远点，其相应的距离称为远点距，以 r 表示（米） 当肌肉在最紧张时（通过调节），眼睛所能看清的最近的 点称为近点，其相应的距离称为近点距，以 p 表示（米）
分辨角成反比关系
人眼刚能将两点分开的视角称为眼睛的极限分辨角
• 乃奎斯特极限：当两 像点的间距大于（或 等于）视觉细胞的直 径时，就认为眼睛可 以分辨。
极限分辨角
眼睛在看物空间两点时，这两点对眼睛物方节点的 张角称为两点间的角距离或称为视角
• Γ 系统.ε 系统=ε 人眼
五、眼睛的对准精度
眼睛的视场很大，可达150˚，但只有黄斑附近才能清 晰识别，其他部分比较模糊， 所以能看清物体的角度 范围为6 ~ 8˚。
从光学角度看，眼睛中最主要的是： 水晶体、视网膜和瞳孔。
★静态简约眼
★人眼的光学参数
眼睛的物方焦距和 像方焦距不相等 f’=18.9~22.8mm ， -f=14.2~17.1mm
a1
双像与单一像
其他概念
视觉基线 立体视觉半径 立体视觉阈 双目立体视觉误差 体视测距机
§7-2
放大镜
一、目视光学仪器的基本原理
tg仪 tg眼
tg ' tg
二、放大镜的视觉放大率
单正透镜（f’＞0）或组合透镜
正立放大 虚像 式中长度单位：mm 光学常数
倍率范围：2.5X——25X
此时，负透镜的焦距等于远点距。
校正的结果：组合系统的远点在无穷远；无 穷远点能在视网膜上成像。
• 远视眼：远点在眼睛之后（r > 0），眼球扁平，焦点在视网 膜后，用正透镜校正。同时，远视眼看不清明视距离的近物 ，近点较正常上。此时，对应的远点为虚物点 校正的结果：组合系统的远点在无穷远
水晶体
盲斑
似双凸透镜，是眼睛光学系统的成像元件，其密度和折射 率都是不均匀的，由里层到外层逐渐减少，有利于提高 成像质量。水晶体的平均折射率为1.40，其周围是毛状肌 能改变水晶体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时，
人眼的构造剖视图
巩膜 瞳孔 角膜 前室 水晶体 盲斑 虹膜 视网膜 脉络膜 黄斑中心凹
• 双眼观察的深度感觉除上述因素外： • 5）物体的距离越近，视轴之间的夹角越大，这种感觉使 眼球发生转动的肌肉紧张程度就不同，据此就能判断物 体的远近； • 6）双眼立体视觉（简称体视） B • α 称为“视差角” A
A αB αA
A B
α
a1b1 a2b2
a1
a2
a2
b2
a1
b1
• 杆状细胞——明（光）视觉——弱照明——感光 • 锥状细胞——暗（色）视觉——亮照明——感色
四、眼睛的分辨率（分辨本领）
• 人眼的分辨率是眼睛的重要光学特性，同时也是目视光学 仪器设计的重要依据之一。用其它观测设备（如照相机、C CD等）替代人眼时也可据此作为参考。 • 眼的分辨能力：眼能够分辨最靠近两相邻点的能力称为眼的分辨 能力，或视觉敏锐度。指的是成像在中央凹区时的分辨能力。 人眼的分辨率一般用极限分辨角来表示。人眼分辨率与极限
明视距离-----在阅读时，或眼睛通过目视光学仪器观测物像时 ，为了工作舒适，习惯上把物或像置于眼前250mm处。
注:近点距离并不是明视距离 250mm
人眼的调节能力表示为能清晰调焦的极限 距离范围，用远点距r的倒数和近点距p的 倒数之差来描述，用A来表示，即
1 1 A RP r p
人眼的构造剖视图
巩膜 瞳孔 角膜 虹膜 脉络膜
*虹膜是脉络膜的最前端部分，含有色素细胞，决定眼的颜色；
*瞳孔是虹膜中间的小孔，随着外界明亮程度的不同，虹 膜肌肉能使瞳孔的直径在2~8mm范围内变化；它是人眼 的孔径光阑。
人眼的构造剖视图
巩膜 瞳孔 角膜 虹膜 视网膜 脉络膜 黄斑中心凹
*网膜是眼球的第三层膜，上面布满着感光元素，即锥状细胞和杆状
思考
• 某人对1米以外的物看不清，需佩戴什么眼镜？ • 另一人对1米以内的物看不清，需佩戴什么眼镜？
三．眼睛的适应、感光与感色
适应是一种当周围照明条件发生变化是眼睛所产生的变 态过程，可分为对暗适应和对光适应两种。
暗适应：由亮处进入暗处，瞳孔自动放大。——慢
明适应：由暗处进入亮处，瞳孔自动缩小；——快
眼睛与放大镜
§７-1 人眼及其光学系统
一、眼睛的结构——最高级的摄影系统
视网膜表面为匹兹伐曲面
变折射率;校正球差
黄斑中心凹是人眼视 觉最灵敏的地方。
孔径光阑:受虹膜控制
神经纤维的出口， 没有感光细胞，不 能产生视觉
倒立的实像——与感觉神经分布有关——正像视觉
人眼的构造剖视图
巩膜 脉络膜
角膜
*巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬； *角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明； 眼睛内的折射主要发生在角膜上； *脉络膜是眼球的第二层膜，上面有供给眼睛营养的网状微血管；
• 当A、B两点距离不等时， A • 产生了远近的感觉 A 被称为双眼立体视觉
αA
B
或
a1b1 a2b2
A B
A B
立体视差的极限 值 min
b2 称为“体视锐度” a2
B αB
l
αA αB
b
a1
b1
b2
min 约为10”，有可能达到5”或3”
a2
b1
细胞，锥状细胞直径约5微米，长约35微米；杆状细胞直径约2微米 ，长约60微米。它们在网膜上的分布式不均匀的。
人眼的构造剖视图
巩膜 瞳孔 角膜 虹膜 视网膜 脉络膜 黄斑中心凹
水晶体
盲斑
盲斑 神经纤维 大脑
光
视神经细胞
晶状体在虹膜后面，是由两个不同曲率的面组成的透明体，
人眼的构造剖视图
巩膜 瞳孔 角膜 虹膜 视网膜 脉络膜 黄斑中心凹
后室 总能将像成在网膜上。 角膜和晶状体之间的空间称为前室；充满1.336的水状液； 晶状体和网膜所包围的空间称为后室;充满1.336的玻状体
人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜
1.376
巩膜
虹膜
视网膜 脉络膜 黄斑中心凹 视轴
前室
1.336
水晶体 后室 1.336
光轴
盲斑
眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴, 在观察物 体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。
• 近视眼或远视眼的远点视度可通过仪器来测得， 知道此值后即可求得所需眼镜的焦距。 • 例如：有一近视眼，通过验光得知其远点视度为 -2个屈光度（眼镜行业称近视200度） • 则其远点距r = - 0.5 m，
• 需配焦距为-500mm的近视眼镜。
例题
一个人近视程度是－2D（屈光度），调节范围是8D，求 ：（1）其远点距离； （2）其近点距离； （3）配戴100的近视镜，求该镜焦距； （4）求戴上该镜后能看清的远点距离和近点距离。
若放大镜的物是前面光学系统的像，则将这样的放大镜称为目镜
三、放大镜光束限制
眼瞳是孔径光阑，又是出瞳。放大镜框是视场光阑， 又是渐晕光阑。 实际使用中，眼瞳大致位于放大镜的像方焦点附 近
放大镜倍率越大， 其线视场越小。 与渐晕系数有关。
F'
最常见的有近视眼和远视眼（先天、后天）
斜视（光楔） 散光（水晶体曲率半径不等，柱面镜，） 老花眼属自然生理现象，不是缺陷