工程光学第7章眼睛、放大镜、显微镜、望远镜...PPT课件

➢这是视神经系统内部作用的结果。
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标准眼： 根据大量的测量结果，定出了眼睛的各项光学常数，包
括角膜、水状液、玻状液和水晶体的折射率、各光学表面的 曲率半径、以及各有关距离。称满足这些光学常数值的眼睛 为标准眼
简约眼：把标准眼简化为一个折射球面的模型，称为简约眼。
简约眼参数：
介质折射率：n=1.3333 物方焦距：f '≈-17mm 光焦度：D=58.48(1/m)
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折射面半径：r1=5.77mm
像方焦距：f '≈23mm
网膜半径：r2=9.7mm
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➢空气和角膜之间的界面有较大的折射率差，物体 主要通过这个界面成像在视网膜上； ➢水晶体的曲率半径可调（40mm-70mm），改变 焦距，使不同距离的物体均能在视网膜成像；水 晶体的折射率逐渐增加的； ➢瞳孔直径可自动变化（2-8mm），调节进入人眼 的光能（孔径光阑）；
角膜
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；
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人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
D1 l
如观察眼前10米的物体，对应的视度为
D 1 0.1 屈光度。 l
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➢ 远点距倒数 1 R r
称为远点视度，
❖近点距倒数 1 P 称为近点视度。 p
➢ 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。
表是正常眼在不同年龄时的调节能力：
年 龄 (岁)
近点距p (米)
(屈光度)
远点距
r (米)
(屈光度)
10 -0.071
-14
∞
0
20 -0.100
-10
∞
0
30 -0.143
-7
∞
0
40 -0.222
-4.5
∞
0
50 -0.40
-2.5
∞
0
60 -2.00
-0.5
2.0
0.5
70 1.00
1.00
➢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 ↕
➢ 照相机
水晶体
↕
↕
镜头
视网膜 瞳孔 ↕
底片 光阑
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❖人眼相当于一架照相机，它可 以自动对目标调焦
➢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？
0.80
1.25
80 0.40
2.50
0.40
2.5
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(屈光度)
14 10 7 4.5 2.5 1.00 0.25 0.00
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表7-1：
随着年龄的增大，调节范围变小。 60岁时，远点在200cm，即只有入射汇聚光束， 汇聚点在眼睛后200cm时才能在视网膜形成清晰 的像。
❖由于成像理论的逐步完善，构成了许多在科 学技术和国民经济中得到广泛应用的光学系 统，例如放大镜、显微镜、望远镜、摄影仪 器和投影仪器等。本章主要介绍上述光学系 统的成像特性和设计要求，组成上述光学系 统的物镜和目镜的结构型式及其主要光学参 数等。
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第七章 典型光学系统 眼睛 放大镜 显微镜 望远镜 目镜 摄影系统 投影系统 变焦距光学系统
眼睛的调节能力是以远点距离和近点距离的倒数
之差来度量的，单位为屈光度（D），1D=1m-1：
A 1 1 RP lr lp
lr：远点距离，l
：近点距离
p
R：远点发散度，P：近点发散度
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
成像质量。晶状体的平均折射率为1.40，其周围肌肉
能改变晶状体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时，
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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
➢主平面H 和H距 角膜顶点后约1.3和1.6mm； 焦距约为： f 17mm, f 23mm
视场可达1500，能同时清晰观察物体的范围只在 视轴周围60-80。
二. 眼睛的调节与校正
眼睛成像系统对任意距离的物体自动调焦的
过程—眼睛的调节。
通过环形肌肉的调节，是水晶体曲率变化来实现
的，曲率半径变小，曲率增大，焦距变小。
第一节 眼睛及其光学系统 一. 眼睛的结构—成像光学系统
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；眼睛内的折射主要发 生在角膜上；厚度仅为0.55mm,折射率1.3771；
*脉络膜是眼球的第二层膜，吸收透过网膜的光线，使后室成为暗
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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。
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❖ 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˚。
室；
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人眼的构造剖视图 巩膜
瞳孔 虹膜 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202径1/3/1光8 阑。
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人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜
巩膜
网膜 脉络膜
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
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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，
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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