第十讲典型光学系统详解

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：
角膜、晶状体
虹膜、瞳孔
视网膜
物镜
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孔径光阑
感光底片
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➢ 人眼相当于一架照相机，它可以自动对目标调焦
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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。
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
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人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
1.376
向不能会聚。
F
矫正： 加柱面透镜。
（4）斜视：加光楔。
眼睛的缺陷及校正：
明视距离是指正常的眼睛在正常照明(50lx)下的工作距离，为250mm
视度：非正常眼的程度，用远点距离的倒数表示。单
位为屈光度(D)。1D为100度。
例：远点为2m的近视眼，所需眼镜的光焦度为-0.5D，即50度。
光焦度 f 1 1 1 1 1 0.5(m1)
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。
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人眼的构造剖视图
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人眼的构造剖视图
巩膜 角膜
脉络膜
*巩膜是眼球(~Ø2.4cm)的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬；
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1D 1m1
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眼睛在不同年龄时的调节能力和调节范围
年 龄 10 20 30 40 50 60 70 80
近点距
(cm) -7 -10 -14 -22 -40 -200 100 40
远点距 （cm)
200 80 40
A=R-P (屈光度)
14
10
7
4.5 2.5
1
0.2 5
0
正常眼和非正常眼
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。
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人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
巩膜
视网膜 脉络膜 黄斑中心凹
*视网膜是眼球的第三层膜，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
远点：当眼睛处于肌肉完全放松时所能看清最远的点称为远点,用r表示。
近点：当眼睛处于肌肉最紧张时所能看清的最近点称为近点，用p表示。
其倒数R=1/ lr ，P=1/lp分别表示远点和近点的发散度(会聚度)， 单位为屈光度(D)。1D为100度。调节能力
ARP 1 1 lr lp
A、R、P的单位是屈光度（D），
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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
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，其周围是睫状肌 能改变晶状体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时，
*角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；(曲率半径约8mm)
眼睛内的折射主要发生在角膜上；
பைடு நூலகம்
*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；（不透明、使
20眼20/内9/2成2 为暗房）
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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
➢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。
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简约眼
眼睛简化成一个折射球面的模型称为简约眼。
R =5.56
n=1.0
n=1.33
R =9.7
折射面曲率半径: 5.56mm 像方介质折射率:1.333 视网膜曲率半径: 9.7mm
第七章 典型光学系统
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绝大多数光学系统的作用：成像
按 照
眼镜作为系统的光能接收器，称为“目 视光学系统”，如：放大镜、显微镜、
成 望远镜等
像
接
收
器
的
情 况 感光底片作为光能接收器，如各类摄像
系统，投映系统及放大系统
本章的重点：
典型光学系统的成像特性和设计要求 物镜及目镜的结构型式及其主要光学参数
正常眼：r ，R 0，F在视网膜上。
非正常眼：正常年龄内，R 0，F不在视网膜上。
F
（1）近似眼： F在视网膜前，眼球偏长， 远点在眼前有限远处。
矫正： 加负透镜，使无限远物点成
像于眼前有限远。
（2）远视眼： F在视网膜后，眼球偏短，
F
远点在眼后有限远处。
矫正： 加正透镜，使无限远物点成
像于眼后有限远。 （3）散光： 一个方向能会聚，另一个方
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。
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几个概念：
盲点：视神经进入眼球的地方，不引起视觉。 黄斑：在眼球光轴上方附近有一直径为2mm的黄色区域 中央窝：黄斑中心有一直径为0.25mm的区域，视觉最灵敏。 光轴：光学系统的对称轴。 视轴：眼球光学系统的节点与黄斑中心窝的连线。与光轴的夹 角约为5℃。
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；
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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，
物方焦距: -16.7mm 像方焦距: 22.26mm 光焦度: 59.88D
• 人眼光学系统的模型：
f = -17mm
简约眼模型
f ' = 23mm
二、眼睛的调节及矫正：
眼睛成像系统对任意距离的物体自动调焦的过程称为眼睛的调节。
眼睛的焦距变化18mm-23mm
眼睛的调节能力用能清晰调焦的极限距离表示，即远点距离lr 和近点距离lp。