工程光学第七章.ppt

第七章 典型光学系统 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 §7.1 眼睛及其光学系统 一、眼睛的构造 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： 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。 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。 2. 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： 2） 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。 ③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。 四、眼睛的景深： 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. 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。 §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yi与人眼 直接观察时的视网膜上的像高ye之比。 §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，其像再经目镜放大以 供人眼观察。 二、显微镜的视觉放大率： 上式中：250mm为明视距离；f0和fe为物镜、目镜的焦距； Δ为