工程光学基础7.ppt

第七章  典型光学系统 §7-1 人眼的光学特性 人眼的构造 角膜：透明球面，光线首先通过角膜进入眼睛 视网膜：视神经细胞和神经纤维，相当于感光底片 盲点：视神经纤维的出口，没有感光细胞，不产生视觉 视觉的产生 外界的光线进入人眼 人眼的光学特性 人眼的调节：视度调节、瞳孔调节 调节量的表示：视度 不同年龄正常人眼的调节能力 2、瞳孔调节 虹膜可以自动改变瞳孔大小，以控制人眼的进光量 强光下，白天 D=2mm; 夜晚，D=8mm 设计光学仪器时，仪器的出射瞳孔要和人眼瞳孔大小配合，白天使用的可以小些，夜晚使用的则要大一些 人眼的分辨率 人眼视网膜的结构 看得清楚的条件 必要条件：成像在视网膜上 被观察物体首先要成像在视网膜上，而且对人眼的张角大于人眼的视角分辨率时，才能被看清。 7-2 放大镜和显微镜的工作原理 放大镜和显微镜的工作原理 ～ 显微镜的工作原理 显微镜的工作原理 生物显微镜 体视显微镜 体视显微镜 新型的现代光学显微镜 新型的现代光学显微镜 电子显微镜 电子显微镜 电子显微镜 电子显微镜 研究人员使用电子显微镜拍摄的象鼻虫特写照片。象鼻虫的口鼻部直径超过100微米。 电子显微镜 其中包括向日葵、牵牛花、蜀葵、百合花、樱草花和蓖麻等植物的花粉，位于中央的最大花粉直径约为100微米。 夜蛾复眼的扫描电子显微照片。眼睛每一个面(即小眼)直径约为25微米。 繁星花(Penta lanceolata flower)花粉粒的扫描电子显微照片。花粉粒的直径约为40微米。 §7-3 望远镜的工作原理 望远镜的类型 开卜勒望远镜：物镜和目镜的焦距均为正 望远镜的类型 伽里略望远镜：物镜焦距为正，目镜焦距为负 问题 伽里略望远镜的物镜和目镜颠倒过来，行不行？ A Reflecting Schmidt telescope MB: 37块子镜 ~ 6.1m 哈勃空间望远镜 HST最初升空时携带了5台科学仪器：广角/行星照相机，暗弱天体照相机，暗弱天体光谱仪，高分辨率光谱仪和高速光度计。 §7-4 眼睛的缺陷和目视光学仪器的视度调节 2、近视眼的特点 近视眼的像方焦点在视网膜前方，无限远物不能成像在网膜上 目镜是望远镜和显微镜的一个组成部分，作用是把物镜所成像通过目镜成像在无限远，供人眼观察。 1.目镜光学特性的特点 显微镜目镜的视放大率Γ一般在10左右，显微目镜的焦距也在25 mm左右。因此无论是望远镜的目镜，还是显微镜的目镜，焦距短是它们的共同特点。 (2)相对孔径小 由于目镜的出射光束直接进入人眼的瞳孔，人眼瞳孔的直径一般在2～4mm左右变化，因此军用望远系统的出瞳直径一般在4mm 左右。显微镜的出瞳直径则为1～2mm左右。而目镜的焦距约为15～30mm，所以目镜的相对孔径一般小于1:5。 变焦距物镜的高斯光学 变焦距系统的分类及其特点 对单个透镜组来说，要它只改变倍率而不改变共轭距是不可能的，但是有两个特殊的共轭面位置能够满足这个要求，即所谓的“物像交换位置” 透镜组的倍率由 §7-10 空间深度感觉和双眼立体视觉 一、单眼深度感觉 单眼判断远近的依据： 1、物高已知时，根据视角判断； 2、根据物体之间的遮蔽关系和日光阴影等； 3、根据对物体细节的分辩程度、空气透明度； 4、根据眼睛的调节程度 §7-11 双眼观察仪器 一、体视放大率 若人眼直接观察的视差角为α眼，通过仪器后视差角放大为α仪，则体视放大率定义为 (二)、相对孔径 通常，屏幕距投影物镜距离与物镜焦距相比，达数十倍，因此投影物平面近似为物镜的物方焦平面 因为 所以 光照度与相对孔径的平方成正比 光照度与垂轴放大率的平方成反比 (三)、放大率 放大率越大，屏幕上的像越大，测量精度越高 有 所以，焦距一定时，放大率增大，像距加大，物像之间的距 离加大，系统结构尺寸加大。 (四)、工作距离 与屏幕共轭的物平面到投影物镜第一面的距离叫做工作距离 工作距离太小，会影响使用 工作距离与物镜放大率，物像之间的共轭距有关 物镜焦距一定，放大率低，工作距离就长； 当放大率一定时，物像之间的共轭距大，工作距离就长 二、投影物镜的结构型式 投影物镜与照相物镜同属一类光学系统 视场较小时：校正球差，彗差，轴向色差 视场较大时：还需校正像散，场曲 例如：长工作距离物镜 例如：大相对孔径物镜 用于反射式，物体不透明，光能量很低，相对孔径需很大 B 二、双眼深度感觉 1、转动视轴，注视目标时肌肉紧张程度 视轴：眼睛像方节点与黄斑中心连线 A α1 α2 2、立体视觉－－体视 体视的产生(视差角) αB B A αA b1 b2 a2 a