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第一章小结（几何光学基本定律与成像概念）1 、光线、波面、光束概念。
光线：在几何光学中，我们通常将发光点发出的光抽象为许许多多携带能量并带有方向的几何线。
波面：发光点发出的光波向四周传播时，某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。
光束：与波面对应所有光线的集合称为光束。
2 、几何光学的基本定律（内容、表达式、现象解释）1 ）光的直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿着直线传播的。
2 ）光的独立传播定律：不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播。
3 ）反射定律和折射定律（全反射及其应用）：反射定律：1、位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、反射光线和入射光线位于法线的两侧，且反射角和入射角绝对值相等，符号相反，即I’’=-I。
全反射：当满足1、光线从光密介质向光疏介质入射，2、入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。
sinI m=n’/n，其中I m为临界角。
应用：1、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。
（镀膜平面反射镜只能反射90%左右的入射光能）2、光纤折射定律：1、折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内；2、折射角的正弦和入射角的正弦之比与入射角大小无关，仅由两种介质的性质决定。
n’sinI’=nsinI。
应用：光纤4 ）光路的可逆性光从A点以AB方向沿一路径S传递，最后在D点以CD方向出射，若光从D点以CD方向入射，必原路径S传递，在A点以AB方向出射，即光线传播是可逆的。
5 ）费马原理光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。
（光是沿着光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播的），也叫“光程极端定律”。
6 ）马吕斯定律光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
折/反射定律、费马原理和马吕斯定律三者中的任意一个均可以视为几何光学的一个基本定律，而把另外两个作为该基本定律的推论。
第七章 典型光学系统1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求： （1）远点距离； （2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距； （4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离； （5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。
解： ① 21-==rl R )/1(m ∴ m l r 5.0-=②P R A -= D A 8= D R 2-= ∴D A R P 1082-=--=-=m P l p 1.01011-=-== ③fD '=1∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-='m l R1-=' ⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-='D A R P 9-=-'='m l P11.091-=-=' 2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。
eye已知：放大镜 mm f 25=' mm D 18=放 mm P 50=' mm l P 250='-'%50=K求：① Γ ② 2y ③l 解：①fDP '-'-=Γ1 25501252501250-+=''-+'=f P f 92110=-+=②由%50=K 可得： 18.050*2182=='='P D tg 放ω ωωtg tg '=Γ ∴02.0918.0==ωtg Dytg =ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二：18.0='ωtg mm tg y 45*250='='ω mm l 200-=' mm fe 250='mm l 2.22-= yy l l X '==='=92.22200β mm y 102=③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='f l l '=-'11125112001=--l mm l 22.22-=3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e 25='。
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当前位置：第七章典型光学系统－望远镜与转像系统本章要点望远镜与转像系统1. 望远镜的成像原理与放大率2. 望远镜的分辨率与正常放大率3. 望远镜的瞄准精度4. 望远镜的主观亮度5. 望远镜的光束限制6. 望远镜的物镜和目镜，视度调节7. 望远镜的棱镜转像系统、单组透镜转像系统和双组透镜转像，场镜的作用8. 光学系统外形尺寸计算（含棱镜展开及空气平板法）引言典型光学系统包括眼睛放大镜显微镜望远镜摄影系统投影与放映系统§ 7-4 望远镜与转像系统•望远镜的成像原理•望远镜的放大率望远镜是目视光学系统，其放大率为视觉放大率：可见，当物镜的焦距大于目镜的焦距时视觉放大。
筒长。
当目镜焦距一定时，视觉放大率大要求物镜焦距长，导致筒长增大。
当像方视场角一定时，放大率越大物方视场越小。
出瞳要与眼瞳匹配，当放大率大时入瞳增大导致镜筒增大。
•望远镜的分辨率与正常放大率望远镜的正常放大率应使望远镜能分辨的眼睛也能分辨。
光学仪器的极限分辨角为，要求（眼睛的极限分辨角）得即为正常放大率。
此时出瞳与眼瞳相当。
•望远镜的瞄准精度因为望远镜有视觉放大作用，如果眼睛直接观察时的瞄准精度为，则通过望远镜观察时的瞄准精度为。
想一想：实际上望远镜的放大率不一定都是正常放大率，针对不同的用途应如何选择其大小？•望远镜的主观亮度主观亮度指眼睛观察到的像的明亮程度。
望远镜的主观亮度对点光源和扩展光源具有不同的特征。
1.点光源：指引起视网膜上一个细胞感应的光源，这时感觉到的明亮程度取决于光通量。
设点光源发光强度为，观察距离为，是眼睛的透过率，是望远镜的透过率。
眼睛直接观察时接收的光通量为眼睛通过望远镜观察时接收的光通量为①当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳②当，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳③当，进入望远镜的光通量不全进入眼瞳应取，有所以，高倍望远镜具有增大点光源主观亮度的作用。
当望远镜入瞳一定时，随倍数增大出瞳逐渐减小，至出瞳与眼瞳相当时，继续增大放大倍数不再影响主观亮度。
第七章 典型光学系统－眼睛，放大镜
本节要点
眼睛
1. 眼睛的构造，黄斑、中心凹、视轴、盲斑
2. 标准眼和简约眼
3. 眼睛的调节，远点(距)、近点(距)，正常眼和非正常眼(近视、远视、散光、斜视)
4. 眼睛的适应，眼睛的分辨本领与相关因素，瞄准精度
5. 眼睛的立体视觉，立体视差角、立体视差、体视锐度、体视圈半径、体视阈值
放大镜
1. 放大镜的成像原理
2. 放大镜的放大倍率
3. 放大镜的光束眼制
引言
典型光学系统包括
眼睛
放大镜
显微镜
望远镜
摄影系统
投影与放映系 统
§ 7-1 眼睛及其光学特性
• 眼睛的构造 返回本章要点
如图：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 处两种感光细胞都没 有，称盲斑。
• 标准眼和简约眼 返回本章要点
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。
简约眼：把标准眼简化为一个折射球面的模型，称为简约眼。
简约眼参数：
眼睛的调节－ 眼睛的调节－眼睛具有很大的自动调节范围
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肌肉完全放松时，眼睛所能看到的最远点称为眼睛的远点。
肌肉最紧张时，眼睛所能看到的最近点称为眼睛的近点。
分别以
和
表示近点和远点到眼睛物方主点的距离(米)，则其倒数
和
就是近
点和远点会聚度的屈光度数。
眼睛的调节范围为
下表是正常眼在不同年龄时的调节能力：
年 龄 (岁)
近点距 p (米) (屈光度)
远点距 r (米)
(屈光度)
(屈光度)
10 20 30 40 50 60 70 80
-0.071 -0.100 -0.143 -0.222 -0.40 -2.00 1.00 0.40
-14 -10 -7 -4.5 -2.5 -0.5 1.00 2.50
∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 2.0 0.80 0.40
0 0 0 0 0 0.5 1.25 2.5
14 10 7 4.5 2.5 1.00 0.25 0.00
正常眼观察物体最舒服的距离称明视距离 明视距离，为 250mm。
明视距离
• 正常眼和非正常眼
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正常眼的远点在无穷远，像方焦点在视网膜上。
年龄大时将会失去正常。
近视眼
远视眼
散光
斜视
折射面曲率异常， 焦点在网膜前， 焦点在网膜后， 眼 水晶体位置不正 两个互相垂直的 球偏长， 远点在眼 眼球偏短，远点 或折射面曲率异 方向有不同的焦 前有限远 在眼后有限远 常 距
矫正应配戴负透 矫正应配戴正透 矫正应配戴柱面 矫正应配戴光楔 镜 镜 透镜
• 眼睛的适应 返回本章要点
眼睛的适应指对各种光亮环境的适应能力。
眼睛所能感受的光亮度变化范围是很大的， 可达。
人眼能感受到的最低照度值称为绝对暗阈值， 约为 度。
勒克斯。
它相当于蜡烛在 30 公里远处所产生的照
适应有暗适应和亮适应两种，前者发生在自亮处到暗处时，过程较慢，极限为 60 分钟；后者发生在自暗处 到亮处时，过程较快，只需要几分钟。
• 眼睛的分辨本领
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眼睛能分辨开两个很靠近的点的能力称为眼睛的分辨率。
刚能分辨开的二个点对眼睛物方节点的张角 称为眼睛的极限分辨角。
根据物理光学理论入瞳为
的理想光学系统的极限分辨角为。
眼睛的最灵敏波长为 555 纳米，当入瞳单位取 mm，极限分辨角取秒时，
一般取眼睛的极限分辨角为 1 分。
物体的亮度和对比度而异。
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。
眼睛的分辨本领相关 因素 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。
• 眼睛的瞄准精度 返回本章要点
测量时需要用某种标志对目标进行对准，这一过程称为瞄准。
瞄准精度随所取的标志而异。
30"至 60"
10"至 20"
10"
5"
• 眼睛的立体视觉
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眼睛观察物体时，能辨别物体距离，区分相对远近。
单眼体视：对于较近的物体，利用眼睛的调节发生变化而产生的感觉来估计距离，范围不大于 5 米。
对于 较远的熟悉物体，是利用它对眼睛的张角大小来估计远近的；对于不熟悉的物体，以与邻近的熟悉物比较 来确定其相对远近。
双眼体视： 双眼体视：物体成像于双眼中心凹的同侧对应点时产生单像，否则产生双像。
注视 A 时， 成像 a1 和 a2,在中心 凹
这时 B 成像为 b1 和 b2，产生双 像 C 成像为 c1 和 c2，也产生双像 D 成像为 d1 和 d2，产生单像
内的点都是成双像的。
眼睛估计距离是利用眼睛的调节，当视线转向被观察物时肌肉用力，最小能觉察 7 分。
而辨别相对远近是利用两眼视线的夹角，即立体视差角。
立体视差角
b 为基线长，成人为 65mm。
为观察点到眼睛 L 的距离
，
立体视差 是人眼能觉察的最小立 体视差，约束 30"，经训 练可以小到 10" 体视锐度 体视圈半径 人眼存在立体视觉的范 围
体视阈值 能分辨不同远近两点间 的最小距离
想一想：要有更好的立体视觉，即增大体视圈半径，减小体视阈值，怎样实现？
可以借助光学仪器增大基线长，减小体视锐度值。
如利用双简棱镜望远镜。
放大率
，二物镜中心距
，
体视圈半径
扩大到原来的 K 倍
体视阈值
缩小到原来的
倍
§ 7-2 放大镜 返回本章要点
• 放大镜的放大率 M
放大镜的放大率是视觉放大率——物经放 大镜所成像对人眼张角的正切和人眼直接 看物体时物对人眼张角的正切之比。
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。
正常眼，物在物方焦面上，成像于 无穷远，则 M 仅被 f’所决定。
• 放大镜的光束限制
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一般情况下，眼瞳为孔阑也是出瞳，放大镜是渐晕光阑。
本系统没有实像面，因此没有视场光阑。
若以 50% 时的线视场为 2y，则
放大镜直径大，则视场大 人眼离放大镜距离近，则视场大
放大镜倍率小，则视场大
。
