工程光学设计-第3章-眼睛和目视光学系统课件

第五讲第五讲第三章第三章眼睛和目视光学系统眼睛和目视光学系统第五讲第三章眼睛和目视光学系统13.1眼睛的光学特性眼睛的光学特性一、眼睛的结构一、眼睛的结构巩膜巩膜3.1眼睛的光学特性一、眼睛的结构巩膜2v2、眼睛的成像：人眼是一个类似的摄影系统、眼睛的成像：人眼是一个类似的摄影系统v人眼人眼-照相机照相机v水晶体水晶体-镜头镜头v网膜网膜-底片底片v瞳孔瞳孔-光阑光阑2、眼睛的成像：人眼是一个类似的摄影系统人眼-照相机水晶体-3v3、眼睛的光学参数：、眼睛的光学参数：v介质折射率：介质折射率：n=1.3333v折射面半径：折射面半径：r1=5.77mmv物方焦距：物方焦距：f-17mmv像方焦距：像方焦距：f23mmv光焦度：光焦度：D=58.48(1/m)v网膜半径：网膜半径：r2=9.7mm3、眼睛的光学参数：4二、眼睛的调节及校正二、眼睛的调节及校正1、眼睛的调节：眼睛成像系统对任意距离的物体、眼睛的调节：眼睛成像系统对任意距离的物体自动调焦的过程自动调焦的过程意义意义:眼睛的调节能力表示为能清晰调焦的极限距离范围。眼睛的调节能力表示为能清晰调焦的极限距离范围。2、眼睛的调节能力：、眼睛的调节能力：f的变化范围是的变化范围是18mm23mm二、眼睛的调节及校正1、眼睛的调节：眼睛成像系统对任意距离的5vlr、lp分别为远点距离和近点距离；分别为远点距离和近点距离；R1/lr，1lp为远点和近点的发散度（或会聚度）为远点和近点的发散度（或会聚度）；单位为折光度（或称屈光度）单位为折光度（或称屈光度）影响因素：调节能力随年龄增大而减少调节能力随影响因素：调节能力随年龄增大而减少调节能力随年龄增大而减少年龄增大而减少lr、lp分别为远点距离和近点距离；R1/lr，1l6年龄年龄1020304050607080lp(cm)-7-10-14-22-40-20010040lr(cm)2008040(dpt)141074.52.510.250年龄1020304050607080lp(cm)-7-107三、眼睛的分辨率三、眼睛的分辨率v1、眼的分辨能力：眼能够分辨最靠近两相邻点的、眼的分辨能力：眼能够分辨最靠近两相邻点的能力称为眼的分辨能力，或视觉敏锐度。能力称为眼的分辨能力，或视觉敏锐度。2、视角：物体对人眼的张角称作视角。、视角：物体对人眼的张角称作视角。3、视角分辨率、视角分辨率或或三、眼睛的分辨率1、眼的分辨能力：眼能够分辨最靠近两相邻点的8-y在眼睛没有调节的松弛状态下，在眼睛没有调节的松弛状态下，f23mm，60。-y在眼睛没有调节的松弛状态下，f23mm，69v1、目视光学仪器的基本工作原理：、目视光学仪器的基本工作原理：v物体通过仪器，其像对人眼的张角大于人眼物体通过仪器，其像对人眼的张角大于人眼直接观察物体时对人眼的张角。直接观察物体时对人眼的张角。3.2放大镜和显微镜的工作原理放大镜和显微镜的工作原理v一、视觉放大率一、视觉放大率1、目视光学仪器的基本工作原理：3.2放大镜和显微镜的工10眼眼-y仪-y眼-y仪-y11v2、视觉放大率：、视觉放大率：yi/ye设人眼后节点到网膜的距离为设人眼后节点到网膜的距离为l，上式又可写作，上式又可写作2、视觉放大率：yi/ye设人眼后节点到网膜的距12v二、放大镜的工作原理二、放大镜的工作原理仪-y二、放大镜的工作原理仪-y13v讨论讨论:v1）当眼睛调焦在无限远，即）当眼睛调焦在无限远，即l时，物体放在放时，物体放在放大镜的前焦点上，则有大镜的前焦点上，则有G0D/f250/fv2）正常视力的眼睛一般把像调焦在明视距离）正常视力的眼睛一般把像调焦在明视距离D，则，则P-lD，此时，此时，v这个公式适于小放大倍率（长焦距）的放大镜，即这个公式适于小放大倍率（长焦距）的放大镜，即看书用的放大镜。若眼睛紧靠着放大镜，即看书用的放大镜。若眼睛紧靠着放大镜，即P0，则则讨论:14三、显微镜系统三、显微镜系统v1、显微镜的工作原理、显微镜的工作原理三、显微镜系统1、显微镜的工作原理15工程光学设计-第3章-眼睛和目视光学系统课件16二、显微镜的视觉放大率二、显微镜的视觉放大率v若把显微镜看作一个组合系统，其组合焦距若把显微镜看作一个组合系统，其组合焦距为：为：ff0fe/，则，则250/f二、显微镜的视觉放大率若把显微镜看作一个组合系统，其组合焦173.3望远镜系统望远镜系统v一、工作原理（一、工作原理（伽利略望远镜）伽利略望远镜）3.3望远镜系统一、工作原理（伽利略望远镜）18v二、望远系统的参数（视角放大率）二、望远系统的参数（视角放大率）f0/feD/D1/二、望远系统的参数（视角放大率）19v其它形式的望远系统：其它形式的望远系统：v加入棱镜转像系统的军用望远镜加入棱镜转像系统的军用望远镜其它形式的望远系统：20v1、非正常眼及其校正、非正常眼及其校正3.4眼睛的调节眼睛的调节v正常眼和反常眼：正常眼和反常眼：v正常眼：眼睛的远点在无限远，眼睛光学系统的后正常眼：眼睛的远点在无限远，眼睛光学系统的后焦点在视网膜上焦点在视网膜上v反常眼：眼睛光学系统的后焦点不在视网膜上反常眼：眼睛光学系统的后焦点不在视网膜上v近视眼和远视眼（老花眼）：近视眼和远视眼（老花眼）：v近视眼：远点位于眼前有限距离近视眼：远点位于眼前有限距离v远视眼：远点位于眼后有限距离远视眼：远点位于眼后有限距离1、非正常眼及其校正3.4眼睛的调节正常眼和反21v校正方法：校正方法：校正方法：22工程光学设计-第3章-眼睛和目视光学系统课件23v视度：远点距离视度：远点距离lr（单位为（单位为m）的倒数表示）的倒数表示近视眼或远视眼的程度，称为视度，单位为近视眼或远视眼的程度，称为视度，单位为折光度（或屈光度）。通常医院和眼镜店把折光度（或屈光度）。通常医院和眼镜店把一折光度称作一折光度称作100度。度。v散光与校正：散光与校正：v散光度散光度AST：ASTR1R2v校正方法：可用圆柱面或双心圆柱面透镜校正方法：可用圆柱面或双心圆柱面透镜视度：远点距离lr（单位为m）的倒数表示近视眼或远视眼的程24-iv1平面反射镜像差平面反射镜像差-i-uu第四章第四章平面镜棱镜系统平面镜棱镜系统-i1平面反射镜像差-i-uu第四章平面252加工或装配误差产生像差加工或装配误差产生像差仪器的主光轴仪器的主光轴反射镜光轴反射镜光轴2加工或装配误差产生像差仪器的主光轴反射镜光轴26五五球面反射镜的像差球面反射镜的像差像点像点五球面反射镜的像差像点27h-i-iu=0-u球心球心rh-i-iu=0-u球心r28光阑在反射镜球心光阑在反射镜球心球心球心阑阑llp光阑在反射镜球心球心阑llp29球心球心阑阑llpip光阑在反射镜顶点光阑在反射镜顶点球心阑llpip光阑在反射镜顶点30六六棱镜或平面平行板的像差棱镜或平面平行板的像差-i1lp-upu1N1=1N2=1N1=N2=N-iu2-i2-i2u1=U2光阑光阑图图2-21棱镜初级像差和数棱镜初级像差和数六棱镜或平面平行板的像差-i1lp-upu1N1=1N31平行光路中的棱镜平行光路中的棱镜平行光路中的棱镜32非平行光路中的棱镜非平行光路中的棱镜仪器的主光轴仪器的主光轴反射镜光轴反射镜光轴非平行光路中的棱镜仪器的主光轴反射镜光轴33