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华中科技大学《应用光学》课程PPT——第十四章典型光学系统
15.1,有一焦距为50mm,口径为50mm的放大镜,眼睛到放大镜的距离 为125mm,1、求放大镜的视觉放大率和视场? 2、当眼睛瞳孔2a‘为5mm时,线渐晕系数分别为0,50%,100%的视场分 别是多少?
A RP
眼镜片的像方焦点正好和近视(远视)眼的远点重合。
某年轻人的远点距离为0.5m,眼睛的调节范围 为10D(视度,折光 度),问,他的近点距 离是多少?他应配什么 的合适眼睛,带上眼镜 后,他的远点和近点距 离各是多少?
正常眼
近视眼对无限远点成像 近视眼的远点为-0.5m,-2D(折光度) R=1/r= -1/0.5=-2 D P=R-A=-2-10=-12 D 近点距离p=1/P=-83mm 采用凹透镜进行校正,使凹透镜的 像方焦点与近视眼的远点一致,所 以f’=-500mm 校正后的近点:1/(-83)-1/l=-1/500 1/l=-1/83+1/500, l=-99.5mm
一、放大镜的放大率
物AB在F后很近处 人眼瞳孔在F’或其附近 直接观察时物在明视距离处
250m m 0 f
正常眼,物在物方焦面上,成像于无穷远,则 M 仅被 f’所决定。
注:目视光学仪器目镜的工作原理和视角放大率的计算与放大镜完
全相同。
二、放大镜的光束限制和视场
一般情况下,眼瞳为孔阑也是出瞳,放大镜是渐晕光阑。系统 没有实像面,因此没有视场光阑。
采用f’=-500mm的凹透镜校正后, 远点在无穷远,近点在-99.5mm处。
正常眼
远视眼对无限远物点成像
远视眼的远点成像,远点是正值 虚物点
采用凸透镜进行校正,使凸透镜的像 方焦点与远视眼的远点一致,
5. 极限分辨角 所能辨别靠近的两个点的极限值称为分辨率。这刚能被眼睛 分辨开的两个点对眼睛的物方节点所张的角度,称为极限分辨角。 眼睛的分辨率和极限分辨角成反比。
作业:某年轻人的远点距离为-0.5m,眼睛的调节范 围为10D(视度,折光度),问,他的近点距离是多 少?他应配什么的合适眼睛,带上眼镜后,他的远点 和近点距离各是多少?
远点:眼睛自动调焦所可能看清最远的点 (r) 。其倒数(R)是远 点会聚度的屈光度数。
近点:眼睛自动调焦所可能看清最近的点 (p) 。其倒数(P) 是近点会聚度的屈光度数。
远点:眼睛自动调焦所可能看清最远的点 (r) 。其倒数(R)是远 点会聚度的屈光度数。 近点:眼睛自动调焦所可能看清最近的点 (p) 。其倒数(P) 是近点会聚度的屈光度数。
A RP
即为眼睛的调节范围。
明视距离:正常眼最方便和最习惯的工作距离,它等于-250mm。 整个眼睛犹如一个自动变焦和自动收缩光圈的照相机。
2. 眼睛的简化模型及视角
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。
简化眼:把标准眼简化为一个折射球面的模型
简化眼的主点在实际角膜顶点的后约1.35mm
物体在网膜上所成象的大小决定于 物体对人眼的张角,称之为视角。
根据物理光学理论,入瞳为 D的理想光学系统的极限分辨角
入瞳
U 1.22 D 若取λ =0.000555mm,则眼睛的极限分辨角为: 1.22 0.000555 mm 140 3600*180/ D / mm D mm
D约等于2mm,一般取眼睛的极限分辨角为1分。 在明视距离能够分辨出来的最小宽度:
h a tg 1 lz h tg lz tg h a 2 lz
2 y 2 f tg
渐晕系数 50%的视场
500h 2y 0 l z
注:放大镜的视场与放大率、放大 镜口径、观察距离有关。当lz=f’,2y=2h
§ 14-2 放大镜
视角放大率Γ 目视光学仪器是帮助人眼扩大视觉功能的,它的作用大小用 视角放大率来描述。 视网膜上像的大小和视角的正切成正比,因此,把同一目 标用仪器观察的视角ω 仪 和人眼直接观察的视角 ω 眼 二者正 切之比称为目视光学仪器的“视角放大率”。
tg 仪 tg 眼
视角放大率实际表示了用仪器观察和用人眼直接观察时, 视网膜上像的大小之比,它描述了仪器放大作用的大小。
L0
D
1.22 L0 L0 1.22 * 0.000555 * 250 / 2 0.08mm D
当对比度一定时,亮度越大则分辨率越高;当对比度不同时,对比度越大则分辨 率越高。 照明光的光谱成分:单色光的分辨率要比白光为高,并以555纳米的黄光为最高。 网膜上的成像位置:成像于黄斑处时分辨率最高。
下表是正常眼在不同年龄时的调节能力
4. 眼睛的缺陷及校正
正常眼:远点在无限远,水晶体的像方焦点F′在视网膜上。
近视眼:F′在视网膜前,远点在有限远处,通常采用近视眼的 远点距离所对应的视度表示近视的程度;可戴负透镜校正。 远视眼:F′在视网膜后,远点为一虚像点,位于视网膜之后; 可戴正透镜校正。 眼镜片的像方焦点正好和近视(远视)眼的远点重合。 散光:折射面曲率异常,两个互相垂直的方向有不同的焦距,矫 正应配戴柱面透镜 斜视:水晶体位置不正或折射面曲率异常,矫正应配戴光楔
第十四章 典型光学系统
眼睛
放大镜
显微镜
望远镜
摄影系统
投影与放映系统
§ 14-1 眼睛的结构及其特性
1. 眼睛的结构
眼睛像个能自动对焦、变焦、 自动改变光圈的照相机.
眼睛通过视网膜上的锥状血细胞和杆状细胞实 现感光。对光感应最灵敏处称为黄斑(1×0.8), 中央有中心凹(0.3×0.2),此处仅有锥状细胞。 节点与中心凹的连线称视轴。在视神经入口处 两种距离 同一位置,不同大小的物视角不同; 像高 物高 物至节点之间距离
同一物体,不同位置视角不同;
视网膜上两个像大小的比值等于相应的两个视角正切的比值。
3. 眼睛的调节 水晶体到网膜的距离是不变的。观察不同距离的物体,水晶 体的焦距自动改变,使象清晰地成在网膜上。眼睛对不同距离的 物体的自动调焦的过程称为眼睛的调节。