计量光学技术 放大镜和视角放大率

2.1助视仪器放大率、目镜引言：

1、复色光经透镜折射，不同波长的光折射率不同，同一物点对应不同像点，产生色差。2、单色光作光源，s′=s′（u），非近轴物非近轴光线产生像差。像差和色差都严重破坏像之清晰程度。另外，如果从能量方面考虑，进入光具组的光束不宜过窄；而且为了使视场广阔，物体也不宜限于近轴范围以内，像之清晰程度与能量聚集程度和视场广阔程度之间存在矛盾。3、光束受限制，产生衍射，一个物点成像一个光斑，不易分辨。清晰度与细节分辨程度之间存在矛盾。实际光学仪器放大本领聚光本领分辨本领兼顾人获取的外界信息80%~90%来自眼睛！俗话说：眼见为实！

§1人眼的光学特性交叉点有黑点?这些都是平行线?中间是一个圆?中间的圆是一样大的?图案是否在旋转？一、眼睛的结构人眼的构造剖视图人眼本身相当于摄影光学系统，直径约25mm，重量：约7克人眼的构造剖视图巩膜*巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬；角膜*角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；厚度：0.55mm,折射率：1.3771人眼的构造剖视图巩膜角膜前室：角膜后的空间，充满了折射率为1.336的透明水状液脉络膜前室人眼的构造剖视图巩膜角膜脉络膜虹膜*虹膜是脉络膜的最前端部分，含有色素细胞，决定眼的颜色；*瞳孔是虹膜中间的小孔，随着外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直径在2~8mm范围内变化；它是人眼的孔径光阑。巩膜角膜脉络膜虹膜瞳孔巩膜角膜脉络膜虹膜瞳孔网膜网膜是眼球的第三层膜，上面布满着微血管和感光元素，即锥状细胞和杆状细胞，锥状细胞直径约5微米，长约35微米；杆状细胞直径约2微米，长约60微米。光敏细胞锥状细胞（主司白昼视力和色觉）杆状细胞（主司夜间视力）红绿蓝在黄斑处是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞，由中心向外，锥状细胞逐渐减少杆状细胞逐渐增多。巩膜角膜

脉络膜眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴,在观察物体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。虹膜瞳孔网膜

黄斑中心凹

盲斑晶状体前室后室光轴视轴眼睛的视场很大，可达150˚，但只有黄斑附近才能清晰识别，其他部分比较模糊，所以能看清物体的角度范围为6~8˚。水晶体↕视网膜瞳孔镜头底片光圈↕↕可以自动对目标调焦。根据景物的亮暗自动调节进入眼睛的光能量。在视网膜上成倒像人眼特点：二、简化眼从上页图看出：人眼是一个由角膜、水状液、晶状体和玻璃液所组成的，物、像方折射率近似相等的，可变焦距的，共轴复杂光学系统（光具组）。它能在视网膜上清晰成像。它是一个能自动调节有精密的光学仪器。其结构相当复杂。在许多情况下将其简化成如下的模型：高尔斯特兰简化眼FOF‘光心三、人眼的调节功能1、定义：为使不同距离的物体都能在视网膜上成清晰像而改变眼睛的焦距的过程。人眼的调节方式有两种：自动调节（自调节）和被动调节（矫正）。2、自调节：正常人眼靠睫状肌的松驰或紧张来改变晶状体的曲率半径，从而改变人眼焦距的过程。是人眼自动完成的。说明：①自调节有一定的限度：近点和远点之间。远点：人眼能看清楚的最远点。人眼看远点处的物体时，睫状肌处于完全松驰的状态，晶状体曲面的曲率半径最大。近点：人眼能看清楚的最近点。人眼看近点处的物体时，睫状肌处于最紧张的状态，晶状体曲面的曲率半径最小。②人眼疲劳程度与睫状肌的松紧程度有关：看远物时，肌肉松驰，不易疲劳；看近物时，肌肉紧张，容易疲劳。③近点、远点和调节范围随年龄的增长而变化；近点变远：幼年—7~8cm；中年—25cm；老年—1~2m。远点变近：幼年—无限远；老年—数米。随年龄的增长，肌肉老化，自调节范围变窄。适当照明下，正常眼观察眼前25cm处的物体是轻松的，且能看清物体的细节。称25cm为明视距离。因此，在设计和使用助视仪器时一般都使虚像成于明视距离、无穷远处或其间的某一位置处。3、人眼的缺陷及矫正——被动调节：外加辅助仪器改变焦距的过程。具备完善的自调节功能的人眼称为正常眼；反之，称为非正常眼。①近视眼：远点在有限远处的人眼。特点：晶状体曲率半径比正常眼小，外形凸出；像方焦点在视网膜前，焦距短。POF‘OF‘远点矫正前P‘OF‘远点远物矫正后[例]一个远点为0.2m的近视眼戴上眼镜后远点可恢复到无穷远。求所戴眼镜的光焦度。②远视眼：近点比正常眼远的人眼特点：晶状体曲率半径比正常眼大；像方焦点在视网膜后，焦距长。OF‘明视距离OF‘近点矫正前明视距离OF‘近点矫正后明视距离OF‘近点[例]求一个近点为125cm的远视眼所戴眼镜的光焦度.③散光眼：角膜为椭球面的人眼。也称为像散眼。由于椭球有两个对称平面，分别包含长、短轴，因而具有两个不同的焦距。主轴上的一个物点将成两条像线。——像散。矫正方法：戴柱面透镜。利用其像散作用，与散光眼的像散相抵消。近视（或远视）+散光：戴一付一面为球面、一面为柱面的透镜。球面用于矫正近（远）视，柱面用于矫正散光。四、人眼的视角定义：被观察物对人眼光心的张角称为人眼的视角。FOF‘QPQ’P‘人眼对物体大小的感觉是以该物体在视网膜上所成像对光心所张角度的大小衡量的。表达式：FOF‘QPQ’P‘说明：A、在人眼的可调节范围内人眼对物体大小的感觉取决于其在视网膜上像的大小，因而取决于视角U的大小，当U＜1‘时，人眼已无法区分了。∴一切助视仪器设计的出发点就是增大人眼的视角.§2助视仪器的放大本领助视仪器：帮助人眼（正常、非正常）看清物体（远、近、大、小）的光学仪器。一、放大本领1、定义：如右图示POQ’P‘QH’HU’OPQU物体PQ经助视仪器成虚像P‘Q’，再经人眼成像于视网膜上，其像长为；去掉助视仪器后将同一物体置于原虚像所在处，对人眼直接所成像长为，则两个像长的比值称为该助视仪器的放大本领。用M表示。2、说明：①必须将物放在同一特定位置比较两像大小。放大镜和显微镜：明视距离处（25cm）；望远镜：无穷远处。③由上式可看出：助视仪器的作用就是增大人眼视角，从而改善和扩展视野。④注意放大本领与角放大率的区别。②在近轴条件下即：M等于两视角之比S’POQ’P‘QH’HU’OPQU二、放大镜1、定义：帮助人眼看清微小物体及其细节的助视仪器。2、放大本领：

Q`P`y`PQyFLO-f-s`U‘OyQPU‘使用放大镜的视角：未用放大镜的视角：以最简单的放大镜--凸透镜为例:简单放大镜的放大本领：作用：将被观察物体成一放大虚像，从而增大其对人眼的视角，并非将物体移近。§3目镜一、目镜从上节知，放大镜是一种通过直接放大实物达到增大视角的助视仪器。下面将介绍一种放大像的助视仪器——目镜。1、定义：用于观察其它光学系统所成像的放大镜。性质：放大镜。由复合透镜组构成的放大光具组。作用：放大其它光具组的像，从而增大视角。要求：A、具有较高的放大本领和较大的视角；B、具有一定的校正像差和色差的能力。∴目镜通常由两个或多个透镜组合而成。复杂的助视仪器总是由物镜和目镜组成，靠近物体的称为物镜；靠近人眼的称为目镜。目镜通过放大物镜所成的像达到磁大人眼视角的目的。2、结构：场镜+视镜+（分划板或称刻度尺）场镜：面向物体（即物镜的像）的透镜（或透镜组）视镜：接近人眼的透镜（或透镜组）分划板：包含可移动叉丝的透明刻度尺，用于提高测量精度二、常用目镜：惠更斯目镜和冉斯登目镜1、惠更斯目镜⑴结构：如图示①②③①②③⑵特点：场镜、视镜均为同种材料的平凸透镜，且均以凸面朝向物体。

场镜焦距为视镜焦距的3倍，两透镜光心之间的距离为视镜焦距的2倍，所以场镜视镜的象方焦点重合。光路图：如上图