工程光学与技术PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第七章
典型光学系统
.
1
这类光学系统是直接扩大人眼的视 觉能力的，称为目视光学系统。
§7-1 人眼的光学特性
一、眼睛的结构——成像光学系统
人眼本身相当于摄影光学系统。
在角膜和视网膜之间的生物构 造均可以看作成像元。
.
2
人眼的构造剖视图
.
3
人眼的构造剖视图
巩膜 角膜
脉络膜
*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；
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。晶状体的平均折射率为1.40，其周围是毛状肌 能改变晶状体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时，
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
前室
晶状体
盲斑
总能将像成在网膜上。
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；
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜
巩膜
角膜
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。
对应着负视度，配 上适当的负光焦度 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，因而眼镜矫
正了眼睛的缺陷。
所谓远视眼就是其远点在眼睛之后（r > 0），
它等于250mm。
➢ 它不同于人眼的近点距，两者不能混淆。
➢ 人眼的调节能力是用远点距r的倒数和近点距 p的倒数之差来描述，用A来表示，即
A1 1 RP rp
.
16
➢ 当人眼观察在调解范围内的某一距离l处的 物体时，它总能清晰地成像在视网膜上。
➢ A称为眼睛的调节范围或调节能力。
➢ 如果 l 的单位为米，则其倒数称为视度，单位为屈 光度。
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
晶状体
盲斑
黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。
光 视神经细胞
神经纤维
盲斑
大脑
盲斑是网膜上没有感光元素的地方，不能引起光刺激。
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
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
晶状体
.
19
三、眼睛的缺陷和矫正
正常眼在肌肉完全放松的自
然状态下，能够看清楚无限
F'
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。
最常见的有近视眼和远视眼。
.
20
所谓近视眼就是其远点在眼睛前方有限距离处（r < 0）
这是由于眼球太长，像方焦点位于视网膜 的前面所致。因此，只有眼前有限距离处 的物体才能成像在视网膜上。
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
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
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。在黄斑中心凹处
是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞，由中心向外，逐渐相对变化；
➢ 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。
眼睛和照相机很相似，如果对应起来看：
➢ 人眼 水晶体 视网膜
↕
↕
↕
↕
照相机 镜头
底片
瞳孔 光阑
.
11
➢ 人眼相当于一架照相机，它可以自动对 目标调焦。
SD 1 l
➢ 如观察眼前10米的物体，对应的视度为屈光度。
SD1 0.1 l
.
17
1 ➢ 远点距倒数 R
r
称为远点视度，
➢ 近点距倒数 1 P p
称为近点视度。
➢ 在医院和眼镜店通常把1屈光度称为100度。
➢ 人眼的调节能力随年龄的增加而变化。
➢ 随着年龄的增大，近点位置往远移，远点位置 往近移，因而调节范围减少。
➢ 眼睛自动改变焦距的过程称为眼睛的调节。
.
13
➢ 正常人眼在完全放松的自然状态下，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
➢ 无限远目标成像在视网膜上，即眼睛的 像方焦点在视网膜上。
➢ 在观察近距离物体时，人眼水晶体周围 肌肉收缩，使水晶体前表面半径变小。
➢ 眼睛光学系统的焦距变短，后焦点前 移，从而使该物体的像成在视网膜上。
.
14
➢ 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
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，具有对周围空间光亮 情况适应的过程 称为适应（即为瞳孔的调节）。
➢ 眼睛的虹膜可以自动改变瞳孔的大小，以控制眼 睛的进光亮（2mm~8mm)。在设计目视光学仪器 时要充分考虑与眼瞳的配合。
➢ 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， 前者发生在光亮处到黑暗处的时候，后者发生在 自黑暗处到光亮处的时候。
➢照相机中，正立的人在底片上成倒像， 人眼也是成倒像
➢但我们感觉为什么还是正立的？
➢这是视神经系统内部作用的结果。
.
12
二、眼睛的调节
➢ 眼睛有两类调节功能：视度调节 和瞳孔调节。
➢ 1．视度调节
➢
远近不同的其他物体，物距不同，则不会成
像在视网膜上，这样我们就看不清。
➢ 要想看清其他的物体，人眼就要自动地调节 眼睛中水晶体的焦距，使像落在视网膜上。
后室
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 虹膜 角膜
1.376
前室
1.336
晶状体
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
视轴
光轴
盲斑
后室 1.336
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。
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） ➢ 正常眼睛的远点距为负的无限远，非正常
眼睛（远视或近视）的远点距为一正/负的 有限值。
➢ 这里必须指出，近点距离并不是明视距离
.
15
➢ 后者是指正常的眼睛在正常照明（约50 勒克斯）下最方便和最习惯的工作距离，
典型光学系统
.
1
这类光学系统是直接扩大人眼的视 觉能力的，称为目视光学系统。
§7-1 人眼的光学特性
一、眼睛的结构——成像光学系统
人眼本身相当于摄影光学系统。
在角膜和视网膜之间的生物构 造均可以看作成像元。
.
2
人眼的构造剖视图
.
3
人眼的构造剖视图
巩膜 角膜
脉络膜
*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；
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。晶状体的平均折射率为1.40，其周围是毛状肌 能改变晶状体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时，
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
前室
晶状体
盲斑
总能将像成在网膜上。
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；
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜
巩膜
角膜
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。
对应着负视度，配 上适当的负光焦度 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，因而眼镜矫
正了眼睛的缺陷。
所谓远视眼就是其远点在眼睛之后（r > 0），
它等于250mm。
➢ 它不同于人眼的近点距，两者不能混淆。
➢ 人眼的调节能力是用远点距r的倒数和近点距 p的倒数之差来描述，用A来表示，即
A1 1 RP rp
.
16
➢ 当人眼观察在调解范围内的某一距离l处的 物体时，它总能清晰地成像在视网膜上。
➢ A称为眼睛的调节范围或调节能力。
➢ 如果 l 的单位为米，则其倒数称为视度，单位为屈 光度。
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
晶状体
盲斑
黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。
光 视神经细胞
神经纤维
盲斑
大脑
盲斑是网膜上没有感光元素的地方，不能引起光刺激。
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
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
晶状体
.
19
三、眼睛的缺陷和矫正
正常眼在肌肉完全放松的自
然状态下，能够看清楚无限
F'
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。
最常见的有近视眼和远视眼。
.
20
所谓近视眼就是其远点在眼睛前方有限距离处（r < 0）
这是由于眼球太长，像方焦点位于视网膜 的前面所致。因此，只有眼前有限距离处 的物体才能成像在视网膜上。
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
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
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。在黄斑中心凹处
是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞，由中心向外，逐渐相对变化；
➢ 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。
眼睛和照相机很相似，如果对应起来看：
➢ 人眼 水晶体 视网膜
↕
↕
↕
↕
照相机 镜头
底片
瞳孔 光阑
.
11
➢ 人眼相当于一架照相机，它可以自动对 目标调焦。
SD 1 l
➢ 如观察眼前10米的物体，对应的视度为屈光度。
SD1 0.1 l
.
17
1 ➢ 远点距倒数 R
r
称为远点视度，
➢ 近点距倒数 1 P p
称为近点视度。
➢ 在医院和眼镜店通常把1屈光度称为100度。
➢ 人眼的调节能力随年龄的增加而变化。
➢ 随着年龄的增大，近点位置往远移，远点位置 往近移，因而调节范围减少。
➢ 眼睛自动改变焦距的过程称为眼睛的调节。
.
13
➢ 正常人眼在完全放松的自然状态下，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
➢ 无限远目标成像在视网膜上，即眼睛的 像方焦点在视网膜上。
➢ 在观察近距离物体时，人眼水晶体周围 肌肉收缩，使水晶体前表面半径变小。
➢ 眼睛光学系统的焦距变短，后焦点前 移，从而使该物体的像成在视网膜上。
.
14
➢ 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
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，具有对周围空间光亮 情况适应的过程 称为适应（即为瞳孔的调节）。
➢ 眼睛的虹膜可以自动改变瞳孔的大小，以控制眼 睛的进光亮（2mm~8mm)。在设计目视光学仪器 时要充分考虑与眼瞳的配合。
➢ 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， 前者发生在光亮处到黑暗处的时候，后者发生在 自黑暗处到光亮处的时候。
➢照相机中，正立的人在底片上成倒像， 人眼也是成倒像
➢但我们感觉为什么还是正立的？
➢这是视神经系统内部作用的结果。
.
12
二、眼睛的调节
➢ 眼睛有两类调节功能：视度调节 和瞳孔调节。
➢ 1．视度调节
➢
远近不同的其他物体，物距不同，则不会成
像在视网膜上，这样我们就看不清。
➢ 要想看清其他的物体，人眼就要自动地调节 眼睛中水晶体的焦距，使像落在视网膜上。
后室
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 虹膜 角膜
1.376
前室
1.336
晶状体
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
视轴
光轴
盲斑
后室 1.336
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。
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） ➢ 正常眼睛的远点距为负的无限远，非正常
眼睛（远视或近视）的远点距为一正/负的 有限值。
➢ 这里必须指出，近点距离并不是明视距离
.
15
➢ 后者是指正常的眼睛在正常照明（约50 勒克斯）下最方便和最习惯的工作距离，