第七章典型的光学系统详解

须物要位于有限距离处。
弥补近视眼的缺陷，采用的方法就是戴负透镜。
该负透镜的焦距大小为： f ' lr 2）远视眼：远点位于人眼之后；点取决于人眼的调节能力。
由于人的眼球较短，水晶体像方焦点位于视网膜之后。所以远视眼矫正的方
法，佩戴正透镜。
3）老花眼：远点位于无限远处；近点则因受调节能力的限制而距眼较远。 矫正的方法佩戴凸透镜。
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1）近视眼：远点位于眼睛前有限距离处；近点仍取决于人眼的调节能力。
言外之意，近视眼的人能够看见的仅仅是眼前有限远的距离，太远的看不见。之
所以如此，是由于其眼球太长，水晶体的像方焦点位于视网膜之前。
（a）近视眼及其校正
（b）远视眼及其校正
图 7—2 眼睛的缺陷及其校正
从图 7—1 上看，无限远的像成像于视网膜之前，可见若想成像于视网膜上，必
§7－1 眼睛及其光学系统
一、 眼睛的结构 1、水晶体好似是一双凸透镜，故可用单透镜系统进行分析计算；
但是此单透镜的折射率不是一成不变的，它是一个变折射率系统。 2、人眼系统的物、像方焦距并不相等， f 17.055mm, f ' 22.875mm； 3、视场较大，大约150o 左右。但是并不是视场内所有物体都能成清晰像。只有
A CB
J1 B'1 A'1 C1'
J2 A'2 B'2C2'
图 7—5 双目立体成像 人眼注视 A 点，将在二眼各自黄斑处产生一个像。现在 J1AJ 2 范围内取一点 B，当物点 A 成像时，B 也将同时在双眼各自成像。但是由于 B'1成像于黄斑的左 侧；而 B'2 成像于黄斑的右侧，由于分别成像于黄斑的不同侧，所以成双像。 即有：在角 J1AJ 2 范围内的空间所有点都成双像。而在角 J1AJ 2 范围外的空 间所有点都单一像。 所以按照我们刚才的分析讨论的，当观察周围空间时应该既有双像存在，也 有单像存在的。但实际上我们感受不到双像的存在，是因为双眼不断的转动，注 视点在不断的改变的缘故，所以日常不易察觉双像的那部分空间在人眼中的影 响。 2、 双眼立体视觉 立体视觉是双眼一个非常重要的特性主要原因是视差角的不同。
1.22 1.22 0.00055 206265"＝140"
D
D入
D
此式中 555nm ，D 为入瞳直径，在此处为瞳孔直径；由于人眼在正常情 况下 D 2mm，故上式变为：
140 70" 1' 2
所以我们常说，人眼的根限分辨角为1' 左右。 四、人眼的对准精度 1、 对准：在垂直于视轴方向上的重合与置中过程，简称对准。 2、 对准误差：对准后偏离置中或重合的线距离或角距离。
[考试要求] 要求考生掌握三种典型的目视光学仪器的原理光路、成像特性、相关公式
等，投影系统，人眼的成像特性。 [考试内容]
眼睛、放大镜、显微系统、望远系统、摄影系统、投影系统的原理分析、 公式、计算等。 ［作业］ P163：1、2、3、4、5、6、7、11、12、14
第七章 典型的光学系统
典型的光学系统可归纳为三类，即望远系统，显微系统、照相系统。所以有 必要对此三种类型的系统的特性、及工作原理进行深入的学习和了解，这样才能 为将来进行仪器设计打下坚实的基础。
在视轴周围 6 ~ 8 度范围内的物体才能成清晰像，从而清晰的观察到物体。
4、成倒像
图 7－1 眼结构 5、瞳孔尺寸可变，大小可以调节。
当外界亮时――变小，最小可达 2mm 当外界暗时――变大，最大可达 8mm 二、 眼睛的调节及校正 1、调节：眼睛对不同距离的物体的自动调焦的过程。 2、远点、近点、调节能力
对准误差是随着对准方式的不同而不同的，常见的对准方式有以下四种： 二 直 线 重 合 方 式 的 对 准 误 差 为 60" ； 二 直 线 端 部 对 准 方 式 的 对 准 误 差 为 10"~ 20"； 双线夹单线方式的对准误差为 5"~ 10"； 叉线对准方式的对准 误差为 10"。
a)
4） 散光： 它所产生的原因是由于水晶体的两表面不对称，造成二个主截面方向的光焦
度并不完全一致，形成了像散光束。 矫正的方法佩戴能产生像散的元件，例如：柱面镜
图 7-3 校正散光的圆柱面透镜 5、适应：眼睛对周围空间光亮情况的自动适应能力。 1）分类： 暗适应――发生在从亮处到暗处的情况
明适应（光适应）―――发生在从暗处到亮处的情况 需要说明的是：眼的适应并不能立即完成，而是需要一个过程，花费一定的 时间，这一点所有的人都应该深有体会。尤其是从亮处到暗处，这个过程更为明 显。 2）原因： 人眼之所以能适应，主要归功于瞳孔的放大或缩小的作用。 三、眼睛分辨率 1、定义：眼能够分辨靠近的二个物点的极限值。 2、公式： 一个视神经细胞的直径为： 0.003mm，故视神经细胞能分辨的二个像点之 间的最小距离至少应为 0.006mm。 若将人眼作为理想的光学系统来进行考虑的话，则根据衍射理论，其极限分 辨角为：
远点：眼睛自动调焦所能看清最远的点，远点到眼物方主点的距离叫远点距
离，用 lr 。 近点：眼睛自动调焦所能看清最近的点，近点到眼物方主点的距离叫近点距
离，用 lP 。
现若令
1 R, 1 P ，
lr
lp
调节能力表示为：
RP A
说明：人眼的调节能力不是一成不变的，它随人的年纪变化而变化。
3、正常眼、明视距离
1）视差角（ J1AJ 2 角）
A B
1）正常眼：眼睛的远点在无限远，近点很近，此时水晶体的像方焦点与视网膜
重合，称这样的眼为正常眼。
2）明视距离：指在正常照明情况下（ E 50lx ），正常眼最方便及最习惯工作
的距离。一般 l 250mm。 4、反常眼及其矫正
常见的反常眼有三种：近视眼、远视眼和花眼。
所谓反常眼是指不符合正常眼的条件叫反常眼。
c)
b)
d)
图 7—4 对准形式
(1 ~ 1 ) 6 10
即对准误差为分辨率的 1／6~1／10。 六、双目立体视觉 1、 双眼视觉
这是绝大部分人观察物体的情况，由于正常人都有二只眼，故当观察周围物 体时，二眼并用，由于二眼可分别看作是一光学系统，所以物体将在左右二眼中 各自成像，成二个像，并最终在大脑中汇合为单一像。