工程光学第七章典型光学系统
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•二、眼睛的调节及校正
•（一）调节 •指眼睛通过睫状肌的作用，本能地改变水晶体光焦度的大 小，以看清不同距离物体的过程。
•远点：肌肉完全放松时，眼睛能看清的最远点。 •近点：肌肉处于最紧张状态时，能看清的最近点。 •近点和远点到眼睛物方主点的距离，称为远点距离和近点 距离。则眼的调节能力为：
•远
•近
•对放大镜，人眼直接观察时，一般把物体直接放在明 视距离上，D=250mm,则：
•当人眼通过放大镜观察 物体时，虚象对人眼的 张角为：
•可见放大镜的视觉放大率不是常数，取决于观察条件 （P′和l′)： •①当眼调焦在无限远时， l′=∞时，物体放在放大镜 的焦点上。
•此时算出的视觉放大率作为放大镜和目镜的光学常数 ，标注在镜筒上。 •②正常视力的眼睛一般把物调焦在明视距离D上，则 P′-l′=D,则：
•四、眼睛的分辨率和瞄准精度
•眼能分辨两个很靠近点的能力，为眼的分辨率；能分辨 的两个最近两点对眼的张角，为其最小分辨率（ε′）， 在明视场中ε′=1 ′。
•在光学测量中，用某种标志对目标在垂直于光轴的方 向上进行重合或置中，这一过程为瞄准。瞄准后，偏离 完全重合或置中的程度称为瞄准精度（误差）。
•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。
•②远视眼
•其网膜离水晶体太近或水晶体表面曲率不够大，导致明 视距离处物点成像在网膜的后面，其远点在眼睛之后，近 点在眼前较远处或眼睛之后。 •配一正光焦度凸面透镜，使明视距离处物点能成像在网 膜上，其焦距恰好等于远点距。
•像方视场角为：
•渐晕系 数
K=100
•渐晕系 数K=50
•渐晕系 数K=0
源自文库
•当用于近距离观察小物体时，常用物方线视场2y来 表示放大镜的视场。当物面放在放大镜焦平面上时 ，像平面在无限远，线视场为：
•⑥网膜 •后室内壁一层由神经末稍组成的视网膜，是感光部分。物 体成像在其上是倒像，但由于神经的内部作用，感觉仍然 是正像。 •⑦黄斑 •网膜上视觉最灵敏的区域。 •⑧盲点 •视神经的出口，没有感光细胞，不产生视觉。 •因此，眼睛如同一个自动调焦和自动改变光圈大小的照相 机，从光学角度看，眼睛中的水晶体、瞳孔、网膜分别对 应于照相机中的镜头、光阑和底片。
•③散光眼
•眼的水晶体或角膜表面的不对称，眼的光焦度在不同方 向上不同，造成一物点发出的光束经眼睛不能相交于一点 。散光眼在观看辐射状直线圆形时只能看清某个方向的线 条，与此垂直的线条则觉得模糊。在两个相互垂直的方向 上（散光轴），光焦度分别有最大、最小值，两者差称为 散光度。 •散光眼需用柱面透镜校正。如为近视散光或远视散光用 球柱面透镜校正。
点距
点距
•R为远点视度，P为近点视度离 ，单位为屈离光度（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。
工程光学第七章典型光 学系统
2020年7月11日星期六
•主要介绍以下成像光学系统的成像特征和设计方法 •①成虚象的目视光学系统（放大镜、显微镜、望远 镜） •②成实像的眼睛、摄影和投影系统。
•§7-1 眼睛及其光学系统
•眼睛既是一个完整的成像光学系统，又是一个目视 光学系统的接受器，可以看成整个光学系统的一个 组成部分，因此它的构造和成像特性在设计和研究 目视光学系统时要考虑。 •一、眼睛结构
•一、视觉放大率 •目视光学仪器的基本工作原理是通过光学仪器，其像 对人眼的张角大于人眼直接观察物体时对人眼的张角。 因此放大率不能用前面介绍的横向放大率或角放大率来 表示。因观察物体时经仪器后成像在人的视网膜上。
•所以目视光学系统的放大率用视觉放大率表示：即用 仪器观察物体时视网膜上的像高与用人眼直接观察物体 时视网膜上的像高之比；或通过目视光学系统观察物体 时，其像对眼睛张角的正切与直接看物体对眼张角的正 切之比。即：
•三、眼睛对光强度变化的适应 •眼对不同亮暗环境的适应能力称为眼的适应。 •主要原因：①当亮照明时，起作用的视细胞是灵敏度高 的锥状细胞；②暗照明时，起作用的视细胞是灵敏度低的 柱状细胞。 •次要原因：瞳孔的自动增大和缩小。 •适应分为：①明适应：由暗处到亮处，适应时间大约几 分钟；②暗适应：由亮处到暗处，适应时间大约30～60分 钟。
•适用于长焦 距（小放大率 ）的放大镜
•当眼紧靠放大镜时 ， P′=0，则：
•常用放大镜的被率在2.5~25倍之间，若用单透镜（平 凸或双凸），通常不超过3倍。 •若放大镜的物是前面光学系统所成的像，则这样的放 大镜称为目镜。
•二、光束限制
•放大镜与眼组合构成目视光学系统，眼瞳是孔阑，又 是出瞳。放大镜框是视场光阑，又是出、入窗，同时放 大镜本身又是渐晕光阑。
•常用的瞄准方式有：两实线瞄准、两实线端部瞄准、 双线平分瞄准、虚线实轮廓线瞄准。
•分辨率ε′和瞄准精度α′是两个不同概念。分辨率 适用于观察用显微镜，瞄准精度适用于测量显微镜 ，且ε′=Kα′。K与不同的瞄准方式对应。
•高的瞄准精度不仅取决于高的分辨率，也取决于合 适的瞄准方式。
§7-2 放大镜
•①角膜和巩膜 •眼球被一层坚韧的膜所包围，前面凸出的透明部分称为角 膜，其余为巩膜，光线首先经过角膜。 •②前室 •角膜后充满透明液体的空间。 •③虹膜和瞳孔 •前室的后壁为虹膜，中间的圆孔为瞳孔，其直径能随外界 景物亮暗程度的变化而本能的改变大小，以调节进入眼睛 的光能量，是孔径光阑。 •④水晶体 •在虹膜之后，它是由多层折射率不同的薄膜构成的，可看 成一个双凸透镜，水晶体周围睫状肌的紧张和松弛能使其 表面的曲率半径发生改变，从而使不同距离的物体都能清 晰成像在网膜上。 •⑤后室 •水晶体后面的空间，充满着胶状透明液体。
•（一）调节 •指眼睛通过睫状肌的作用，本能地改变水晶体光焦度的大 小，以看清不同距离物体的过程。
•远点：肌肉完全放松时，眼睛能看清的最远点。 •近点：肌肉处于最紧张状态时，能看清的最近点。 •近点和远点到眼睛物方主点的距离，称为远点距离和近点 距离。则眼的调节能力为：
•远
•近
•对放大镜，人眼直接观察时，一般把物体直接放在明 视距离上，D=250mm,则：
•当人眼通过放大镜观察 物体时，虚象对人眼的 张角为：
•可见放大镜的视觉放大率不是常数，取决于观察条件 （P′和l′)： •①当眼调焦在无限远时， l′=∞时，物体放在放大镜 的焦点上。
•此时算出的视觉放大率作为放大镜和目镜的光学常数 ，标注在镜筒上。 •②正常视力的眼睛一般把物调焦在明视距离D上，则 P′-l′=D,则：
•四、眼睛的分辨率和瞄准精度
•眼能分辨两个很靠近点的能力，为眼的分辨率；能分辨 的两个最近两点对眼的张角，为其最小分辨率（ε′）， 在明视场中ε′=1 ′。
•在光学测量中，用某种标志对目标在垂直于光轴的方 向上进行重合或置中，这一过程为瞄准。瞄准后，偏离 完全重合或置中的程度称为瞄准精度（误差）。
•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。
•②远视眼
•其网膜离水晶体太近或水晶体表面曲率不够大，导致明 视距离处物点成像在网膜的后面，其远点在眼睛之后，近 点在眼前较远处或眼睛之后。 •配一正光焦度凸面透镜，使明视距离处物点能成像在网 膜上，其焦距恰好等于远点距。
•像方视场角为：
•渐晕系 数
K=100
•渐晕系 数K=50
•渐晕系 数K=0
源自文库
•当用于近距离观察小物体时，常用物方线视场2y来 表示放大镜的视场。当物面放在放大镜焦平面上时 ，像平面在无限远，线视场为：
•⑥网膜 •后室内壁一层由神经末稍组成的视网膜，是感光部分。物 体成像在其上是倒像，但由于神经的内部作用，感觉仍然 是正像。 •⑦黄斑 •网膜上视觉最灵敏的区域。 •⑧盲点 •视神经的出口，没有感光细胞，不产生视觉。 •因此，眼睛如同一个自动调焦和自动改变光圈大小的照相 机，从光学角度看，眼睛中的水晶体、瞳孔、网膜分别对 应于照相机中的镜头、光阑和底片。
•③散光眼
•眼的水晶体或角膜表面的不对称，眼的光焦度在不同方 向上不同，造成一物点发出的光束经眼睛不能相交于一点 。散光眼在观看辐射状直线圆形时只能看清某个方向的线 条，与此垂直的线条则觉得模糊。在两个相互垂直的方向 上（散光轴），光焦度分别有最大、最小值，两者差称为 散光度。 •散光眼需用柱面透镜校正。如为近视散光或远视散光用 球柱面透镜校正。
点距
点距
•R为远点视度，P为近点视度离 ，单位为屈离光度（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。
工程光学第七章典型光 学系统
2020年7月11日星期六
•主要介绍以下成像光学系统的成像特征和设计方法 •①成虚象的目视光学系统（放大镜、显微镜、望远 镜） •②成实像的眼睛、摄影和投影系统。
•§7-1 眼睛及其光学系统
•眼睛既是一个完整的成像光学系统，又是一个目视 光学系统的接受器，可以看成整个光学系统的一个 组成部分，因此它的构造和成像特性在设计和研究 目视光学系统时要考虑。 •一、眼睛结构
•一、视觉放大率 •目视光学仪器的基本工作原理是通过光学仪器，其像 对人眼的张角大于人眼直接观察物体时对人眼的张角。 因此放大率不能用前面介绍的横向放大率或角放大率来 表示。因观察物体时经仪器后成像在人的视网膜上。
•所以目视光学系统的放大率用视觉放大率表示：即用 仪器观察物体时视网膜上的像高与用人眼直接观察物体 时视网膜上的像高之比；或通过目视光学系统观察物体 时，其像对眼睛张角的正切与直接看物体对眼张角的正 切之比。即：
•三、眼睛对光强度变化的适应 •眼对不同亮暗环境的适应能力称为眼的适应。 •主要原因：①当亮照明时，起作用的视细胞是灵敏度高 的锥状细胞；②暗照明时，起作用的视细胞是灵敏度低的 柱状细胞。 •次要原因：瞳孔的自动增大和缩小。 •适应分为：①明适应：由暗处到亮处，适应时间大约几 分钟；②暗适应：由亮处到暗处，适应时间大约30～60分 钟。
•适用于长焦 距（小放大率 ）的放大镜
•当眼紧靠放大镜时 ， P′=0，则：
•常用放大镜的被率在2.5~25倍之间，若用单透镜（平 凸或双凸），通常不超过3倍。 •若放大镜的物是前面光学系统所成的像，则这样的放 大镜称为目镜。
•二、光束限制
•放大镜与眼组合构成目视光学系统，眼瞳是孔阑，又 是出瞳。放大镜框是视场光阑，又是出、入窗，同时放 大镜本身又是渐晕光阑。
•常用的瞄准方式有：两实线瞄准、两实线端部瞄准、 双线平分瞄准、虚线实轮廓线瞄准。
•分辨率ε′和瞄准精度α′是两个不同概念。分辨率 适用于观察用显微镜，瞄准精度适用于测量显微镜 ，且ε′=Kα′。K与不同的瞄准方式对应。
•高的瞄准精度不仅取决于高的分辨率，也取决于合 适的瞄准方式。
§7-2 放大镜
•①角膜和巩膜 •眼球被一层坚韧的膜所包围，前面凸出的透明部分称为角 膜，其余为巩膜，光线首先经过角膜。 •②前室 •角膜后充满透明液体的空间。 •③虹膜和瞳孔 •前室的后壁为虹膜，中间的圆孔为瞳孔，其直径能随外界 景物亮暗程度的变化而本能的改变大小，以调节进入眼睛 的光能量，是孔径光阑。 •④水晶体 •在虹膜之后，它是由多层折射率不同的薄膜构成的，可看 成一个双凸透镜，水晶体周围睫状肌的紧张和松弛能使其 表面的曲率半径发生改变，从而使不同距离的物体都能清 晰成像在网膜上。 •⑤后室 •水晶体后面的空间，充满着胶状透明液体。