第四章第四章 光学仪器的基本原理光学仪器的基本原理4-1 眼睛眼睛 A 结构结构角膜角膜:厚度厚度:0.55mm角膜角膜: 1.377睫状肌睫状肌神经通道神经通道虹膜虹膜水状液：水状液：1. 3374巩膜巩膜中央凹中央凹视网膜视网膜玻璃液：玻璃液：1. 336水晶体水晶体 盲点盲点水晶体：水晶体： 中央中央:n 1.42, 软软 外部外部:n 1.373, 硬硬视网膜：视网膜： 1亿亿2千千5百万细胞百万细胞锥状锥状:颜色，细节颜色，细节杆状杆状:光强，位置光强，位置中央凹：中央凹：0.25mm 大量锥状细胞大量锥状细胞明视距离人眼所见的，都是视网膜上所成的实像无论是实物、实像、还是虚像，经过眼睛后，都在视网膜上成实像。示意眼空气角膜晶状体视网膜玻璃液水状液d(mm)n角膜 0.51.376水状液 3.11.336晶状体 3.61.386玻璃液17.21.336r(mm) 7.7 6.810.0 -6.0 -9.7近视眼近视眼(nearsighted eye 或或 myopic eye）-远点在有限距离远点在有限距离定义视度定义视度=1/远点距离远点距离 L（米）（米） 单位：屈光度。单位：屈光度。 近视度近视度=视度视度100 例：例： L=1m时，近视度时，近视度=100度；度； L=0.5m时，近视度时，近视度=200度；度； 远视眼远视眼(farsighted eye或或hyperopic eye )-近点大于明视距离近点大于明视距离远视远视近视近视眼镜校正远视近视近视眼的激光手术治疗近视眼的激光手术治疗治疗前治疗前治疗后治疗后散光散光(astigmatism):横向和纵向聚焦不在一个平面上横向和纵向聚焦不在一个平面上 色盲色盲(color-blind):不能分辨某些颜色不能分辨某些颜色 其它特性其它特性 角分辨力角分辨力(黄斑中心黄斑中心): 1/ /，例，例:一尺外分辨细节一尺外分辨细节0.1mm 色分辨力色分辨力: 1nm灵敏度灵敏度: 绝对暗阈值绝对暗阈值 10-6lux-30公里外的一公里外的一支烛光支烛光 放大镜放大镜是一种目镜，作用是成一放大的虚像，便是一种目镜，作用是成一放大的虚像，便于眼睛观察。于眼睛观察。可以通过比较可以通过比较y与与y得到放大得到放大镜对物体物体的放大率，也可以的放大率，也可以比比较它它们对眼睛眼睛张角的角的变化得到角放化得到角放大率大率目镜目镜用在光学仪器上，作用与放大镜相似，都是成一个眼睛可直接观察的虚像。通常都与物镜结合使用，观察物镜所成的实像。惠更斯目镜 冉斯登目镜 接目镜 向场镜 显微镜具有高放大倍数的光学仪器由物镜组和目镜组构成Robert Hookes microscopemicroscope物镜目镜显微镜光路与原理显微镜的角放大率显微镜的角放大率An 1879 Carl Zeiss Jena Optical microscope Stereo microscope Scientist using a stereo microscope outfitted with a digital imaging pick-up Soviet-made miniature 2.5 17.5 monocular. The 100 inch (2.5 m) Hooker reflecting telescope at Mount Wilson Observatory near Los Angeles, California. The Hubble Space Telescope as seen from Space Shuttle Discovery during its second servicing mission望远镜用于观察远处物体，将物体对眼睛的张角扩大，相当于在近处成一缩小的实像，再通过目镜观察。处物，对物镜的张角很小开普勒望远镜开普勒望远镜Galileo望远镜Parameters listed on the prism cover plate describing a 7 power magnification binocular with a 50 mm Objective diameter and a 372 foot Field of view at 1000 yards. 波罗组合棱镜 ，使实像倒转为正像目镜物镜双筒望远镜双筒望远镜波罗组合棱镜Abbe-Koenig roof prism design Double Porro prism design 照相机单镜头反光照相机Single-lens reflex camera， SLR旁轴取景器式照相机 Rangefinder camera箱式照相机双镜头反光照相机成像镜头取景镜头底片单镜头反光照相机底片镜头毛玻璃反光板五棱镜单反相机的取景成像机制反光板透反镜眼睛成像镜头镜头与反光板机械联动，实现调焦照相机的幅面与视角135相机底片：2436120相机底片：6060220相机底片：12060120胶卷135胶卷数字照相机结构作用作用将落在它上面的镜头成像的光信号转换为电信号将落在它上面的镜头成像的光信号转换为电信号种类种类CCD（Charge Coupled Device）电荷耦合器件）电荷耦合器件CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）互补型金属氧化物半导体）互补型金属氧化物半导体影像传感器（Sensors）CCD 的的三层结构：三层结构：上：聚光镜片上：聚光镜片 中：彩色滤镜阵列中：彩色滤镜阵列下：感应电路下：感应电路聚光镜片聚光镜片彩色滤镜阵列彩色滤镜阵列感应电路感应电路叠层分色记录型照相机的镜头为了获得高质量的影像，镜头通常由多组球面透镜构成，可以消除色差、像差、球差、彗差等。镜头的焦距24x36焦距越长，视角越小镜头的焦距与像的大小通过增大像距放大图像在镜头与相机之间加接圈（近摄接圈）标准镜头（standard-lens） f：4555mm长焦镜头（tele-lens ） f75mm广角镜头（wide-lens）f40mm物距与景深景深焦深 孔径小景深大在f/32，背景很清楚在f/5.6，光圈开大，使背景模糊，让花与背景分离f/2.8，利用浅景深主题猫也与背景分离使用非常浅景深的微距镜头景深与焦距镜头参数光圈数（F数）物距 景深指示对应光圈数之间的距离为景深光圈：调节曝光量，改变成像质量F数=1, 1.2, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22221快门：控制曝光量高速时，是一条光缝扫过底片速度1/t：B，1，2，4，8，16，30，60，125，250（300），500，1000，2000纵向高速钢片快门高速摄影1234投影仪器照明系统成像系统光源聚光镜成像镜屏幕放映机投影仪棱镜光谱仪（单色仪）棱镜光谱仪（单色仪）色散仪器2、用逐次成像、理想光具组或矩阵方法求出图中透反射镜的焦距涂反射膜