第八章工程光学基础.ppt

第八章 典型光学系统 已经有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基本单元镜头的结构型式及其主要光学参数。 内容：眼睛、放大镜、显微镜系统、望远镜、目镜、摄影系统等光学系统的成像特性和设计要求，组成上述光学系统的基本单元镜头的结构型式及其主要光学参数。 要求：掌握显微镜系统、望远镜光学系统的成像特性和设计要求，掌握眼睛的近视、远视及矫正。了解、放大镜、目镜、摄影系统等光学系统的成像特性和设计要求，了解组成上述光学系统的基本单元镜头的结构型式及其主要光学参数。 重点：掌握显微镜系统、望远镜光学系统的成像特性和设计要求。 难点：各光学系统的成像特性，基本单元镜头的结构型式。 第一节 眼睛及其光学系统 1. 眼睛的结构－成像光学系统 目视光学仪器和 人眼一起使用，以 扩大人眼的视觉能 力。人眼本身相当 于照相机，简图为 （1）水晶体 水晶体由多层膜构成，相当于一凸透镜，它的曲率靠周围的肌肉的作用而改变，借以改变焦距。水晶体的这种作用叫调节。通过调节能使远近不同的物体都清晰地成像在视网膜上。 （2）角膜 是由角质组成的透明曲面，它在眼睛中具有较大的会聚能力。 （3）黄斑 密集了大量的感光细胞，是视网膜上最敏感的区域。 （4）盲点 是神经纤维的入口。由于没有感光细胞，不能产生视觉。所以，称为盲点。 （5）视网膜 它是眼睛的感光部分，视网膜上布满了视觉神经，上面分布着锥状细胞（感色和白日视觉）和柱状细胞（夜视敏感）。通过它们把视网膜上成的像传入大脑，就产生了视觉，即看到了物体。外界物体经水晶体成一清晰像在视网膜上时，人眼就能看清该物体。 （6）瞳孔 在水晶体的前面有一层虹彩（虹膜），它的中间有个圆孔叫瞳孔。瞳孔的大小可以改变。在白昼的时候外界光线较强，瞳孔会比较小，在昏暗的情况下瞳孔会自动扩大，以使更多的光线（光能）进入眼睛。这叫“适应”。瞳孔的大小可由2mm到8mm。 2. 眼睛的调节 （1）正常人眼看无限远物体时，眼睛处在没有调节的自然放松状态，无限远物体正好成像在视网膜上，远点到人眼物方主点的距离称为远点距，并用lR表示。 （2）看近距离物体时，在水晶体周围肌肉的作用下，使水晶体前表面半径变小，这时眼睛的焦距变短，此时有限距物体也能成像在视网膜上，近点到人眼物方主点的距离称为近点距，并用lP表示。 上述结论可用薄透镜焦距公式简单分析 人眼的调节能力用人眼的远点距倒数减去近点距倒数表示： = R-P 调节有一定范围，对于正常人眼(非远视，近视)能看清从负无穷到-100mm范围内的物体。调节范围随年龄增加而变小。 3.人眼对物体大小的感觉 在视网膜上所成实像大小造成感觉上“物体的大小”，对同一物体 数学表示：物体对水晶体物方节点张角?大小叫张角，或称视角 像方 实质是视网膜实像的大小，数学用?表示方便。视角大，正切tan ?大，实像大，感觉物体大。为能看清物体的细节，较近好,此时?大，感觉此物大。 但不能太近，必须大于100mm，在100mm处太吃力，眼睛易疲劳，一般在 左右。 这时感觉物体不大不小，眼肌肉也不太紧张，通常 称为明视距离。 6. 近视，远视及其矫正 （1）正常人眼看无穷远物体时，正好成像在视网膜上，即水晶体的后焦点在视网膜上。否则为不正常眼睛。 (2）有的人由于天生眼长，或肌肉调节能力变弱，长期紧张过渡后回不到放松状态，不能使r变大（变平），F’只能在视网膜前,形成了近视。远点在眼前有限距离称为近视. (3)远点在眼后有限距离称为远视. 矫正: 对于近视矫正采用眼前放一负透镜.使其焦点恰好等于远点距. 对于远视矫正采用眼前放一正透镜.使其焦点恰好等于远点距. 对于近视眼，配一负透镜f ’=-500mm 的镜片，无穷远物体能清晰的成像在视