第七章 典型光学系统

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1、第七章典型光学系统1主要内容一、眼睛及其光学系统二、放大镜三、显微镜系统四、望远镜系统五、目镜六、摄影系统七、投影系统2§7.1眼睛及其光学系统一、眼睛的构造3人眼是与目视光学系统配合一起使用的，眼睛相当于目视光学系统的光能接收器，它本身相当于摄影光学系统。人眼光学系统的模型：f=-17mmf'=23mm简约眼模型视网膜上所成的像是倒像，由于神经系统的作用，使感觉仍为正立。人眼的视场达150°，但只在视轴周围6°～8°的范围内能清晰识别，其他部分较模糊。观察物体时，眼球会自动转动。4二、眼睛的功能：视网膜是由锥状细胞和杆状细胞组成的辐射接收器

2、。杆状细胞对光刺激非常敏感，但完全不感色；锥状细胞的感光能力差很多，但对各色光有不同的感受。1.眼睛的适应能力（动态范围）眼睛对空间光亮情况的自动适应程度——适应。适应分为暗适应和明适应两种：暗适应：发生在由明→暗时，眼睛的瞳孔放大，敏感度提高，经一定时间才能适应，约60分钟后，敏感度达最大。明适应：适应过程较快，几分钟即可，但敏感度大大降低。*眼睛能感受的光亮变化非常大，可达1012:1。52.眼睛的调节能力1）调节：眼睛本能地改变光焦度（焦距）以看清不同远近物体地过程。在眼球内，水晶体到视网膜的距离时不变地，在观察远近物体时，必须自动调焦

3、来改变水晶体的焦距。肌肉用力，曲率增大，可看清近物；肌肉放松，曲率减小，可看清远物。远点：f'≈23mm；近点：f'≈18mm。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。令：R=1/lr，P=1/lp。分别为远点和近点的会聚度，则调节能力为：62）眼睛的缺陷及校正：明视距离：在阅读或通过目视光学仪器观测物像时，为了工作舒适，习惯上把物或像置于眼前250mm处，这个距离即为明视距离。眼睛光学系统的后焦点在视网膜上，称为正常眼；反之，称为反常眼。①近视眼及校正：远点位于眼前有限远处。由于眼球过长，后焦点位于视网膜之前

4、所致。校正：加负透镜。②远视眼及校正：远点位于眼后有限远处。由于眼球过短，后焦点位于视网膜之后所致。校正：加正透镜。7③散光及校正：水晶体两表面不对称，使细光束在两个主截面的光线不交于一点。校正：加圆柱面或双心圆柱面透镜。三、眼睛的分辨率：眼睛的分辨率：眼睛能分辨开两个最靠近点的能力。极限分辨角：刚好能分辨开的二点对眼睛物方节点所张的角。分辨率与分辨角成反比。视网膜上的最小鉴别距离至少等于两个视神经细胞的直径，约0.006mm。物体对人眼的张角，称作视角；人眼能分辨的物点间最小视角，称作视角鉴别率ε。8四、眼睛的景深：当眼睛调焦在某一对准平面

5、时，眼睛不必调节能同时看清对准平面前后某一距离的物体，称作眼睛的景深。远景和近景到人眼的距离分别为：所以，远、近景深度分别为：9五、双目立体视觉：1.立体视觉：对于物体位置的空间分布及对物体的体积感觉。①单目视觉：单眼观察物体不能产生立体视觉。单目对物体远近的判断，是通过眼睛（水晶体曲率的变化）的调节产生的。所以，判断很粗略，不超过5米。对远且熟的物体，通过物体的张角来估计；对非常熟的物体，通过细节来估计。（经验和想象）②双目视觉：两眼分别产生一个像，再汇集到大脑称为一个像。这种印象处于心理和生理。视差角：双目观察物点A时，两眼视轴的夹角。1

6、02.立体视觉的产生：立体视差：不同距离的物体对应不同的视差角，其差异称为立体视差，简称视差。视差越大，感觉两物体的纵向深度越大；反之，越小。体视锐度：人眼能感觉的视差的极限值Δθmin。大约10"。不能产生体视感觉的几种情况：①如右图，C、D两点的像在右眼重合；②两物体横向距离太远；③物体位于两眼的垂直平分线上；④两物体之一为直线，且与两眼中心连线平行。11§7.2放大镜一、视觉放大率人眼感觉物体的大小取决于其像在视网膜上的大小，当光学系统的焦距一定时，也取决于物对人眼的张角的大小。物对人眼的视角取决于距离，二者之间成反比。目视光学仪器，可

7、以扩大人眼的视觉能力；其像对人眼的张角大于人眼直接观察时物对眼的张角。视觉放大率：用仪器观察物体时，视网膜上的像高y'i与人眼直接观察时的视网膜上的像高y'e之比。12由上图可知：而以眼睛直接观察时：所以，视觉放大率为：式中，D为明视距离，250mm。13（1）在实际使用中，物大致位于物方焦点处：l'=∞（2）有时，人眼把物像调焦到明视距离：P'－l'=D一般看书时：P'=0二、光束限制与视场人眼的眼瞳可以作为孔径光阑，也是出瞳；放大镜的镜框作为视场光阑，既是出射窗有时入射窗。所以，物平面的成像范围（视场）由镜框、眼瞳及它们之间的距离P'决定

8、。14所以，但50％渐晕时，物位于物方焦点，则视场为：15§7.3显微镜系统一、显微镜的组成：显微镜是由物镜、目镜和照明系统三部分组成。物体经显微镜的物镜放大成像后