当前课程知识点:光学工程基础 > 上篇:应用光学——人眼 > 2.8.1 人眼的光学模型 > 2.8.1 人眼的光学模型
大家好
从今天开始 我要跟大家一起讨论
典型光学系统
前面大家学习了
几何光学中的基本知识
有理想光学系统 光阑等内容
那些讨论的内容
都是一些非常抽象的光学模型
从今天开始
我们讨论一些具体的光学系统
首先 我们要讨论的是人的眼睛
这是一个人眼的光学模型
人眼的光学模型由六部分组成
第一部分是角膜
角膜是主要的折光物质
它承担了人眼中的
三分之二的折光度
它的折射率大概在1.38左右
角膜的前表面的曲率半径
为7.8个毫米
它的后表面的曲率半径为6.5个毫米
它的厚度0.5个毫米
大家知道
我们描述一个光学透镜的主要参数有
折射率 曲率半径和厚度
所以 我们接下去
讨论它的模型的时候
都从这几个方面来讨论
角膜之后是房水
房水 它的折射率大概是1.337
它的厚度3.05个毫米
房水之后是虹膜
虹膜中间有一个圆孔
它可以限制进入
人眼的光束的孔径的大小
我们称之为瞳孔
瞳孔可以根据环境光线的亮暗
来调节它的大小
这个大小可以自动变化
其大小可以从2毫米到8毫米之间
自动变化
眼睛的第四部分是晶状体
晶状体可以
在肌肉的收缩和放松下
可以改变它的前曲率半径
大家知道
一个透镜曲率半径改变了
它的光焦度也就改变了
也就是焦距变了
它的折射率大概在1.37到1.41之间
它的前表面的
曲率半径是10.1个毫米
它的后表面的
曲率半径负的6.1个毫米
我说要强调一下是
我们这里介绍的曲率半径和厚度
都服从我们前面
理想光学系统的符号约定原则
晶状体的厚度是4个毫米
眼睛的第五部分是玻璃体
它的折射率是1.336
它的厚度为17.4个毫米
眼睛的最后一部分就是视网膜
视网膜相当于光学系统的探测器
视网膜是一个凹形的球面
它的曲率半径是负的12.7个毫米
视网膜上有两类感光细胞
一类是视锥细胞
另外一类是视杆细胞
视锥细胞主要是感受强光和颜色
视锥细胞的尺寸
大概在3个微米左右
大概视网膜上大概有800万个
视杆细胞
它只能感受弱光 没有色觉
大约有1200万个
主要分布在中心凹以外
这是我们用前面的光学参数
建立起来的一个人眼的光学模型
大家看 前面是角膜
接下去房水 瞳孔
晶状体 玻璃体 最后是视网膜
这个光学系统
它的物方焦距是负的17毫米
像方焦距23毫米
人眼 它的视场角大约在150度
中心视场 也就是可以清晰成像的区域
只有6到8度这个范围
也就是我们常说的敏感的区域
眼睛是一个变焦的系统
通过晶状体调节
它焦距可以从23毫米到18毫米之间在变化
大家发现没有
人眼是一个非常
跟普通光学系统有点不一样的
非常奇特的一个光学系统
首先 人眼是个变焦系统
它的变焦
跟普通光学系统变焦不一样
普通光学系统变焦
我们以前学过
可以通过改变透镜之间的间距
来实现系统的变焦
但是我们人眼是通过
改变透镜的曲率半径来实现的
第二 人眼当中有一个非常敏感的
可调节大小的孔径光阑
这个孔径光阑
就跟照相机中的光圈很类似
第三 我们人眼的物空间
和像空间的折射率是不一样的
我们一般的光学系统
物空间和像空间的折射率是一样的
第四 我们人眼这个光学系统
它的探测器 它不是个平面
它是个曲面
而我们常规光学系统的探测器
比如CCD 都是平面的
第五 我们人眼含有两类感光细胞
这两类感光细胞是不一样的
一类是可以感受强光
一类是感受弱光
一类是可以感受颜色
另一类又不能感受颜色
所以人眼是个非常奇特的光学系统
这一节关于人眼的光学模型
就介绍到这儿
-1.1.1 课程背景和内容简介
-1.1.2 光学工程的特点
--光学工程的特点
-1.1.3 本课程的学习方法
--本课程的学习方法
--外部链接
-1.2.1 微积分基础知识
--微积分基础知识
-1.2.2 光学工程中的常用函数
-1.2.3 常用函数的运算与变换
-扩展阅读
--SPIE课程:Light in Action-Lasers,Cameras&Other Cool Stuff
--SPIE课程:A Day Without Photonics-A Modern Horror Story
--SPIE课程:Advice to Students from Leaders in the Optics&Photonics Community
--版权说明
-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律
-2.1.2 成像基本概念
--成像基本概念
-2.1.3 费马原理
--费马原理
-2.1.4 等光程成像
--等光程成像
-2.1.5 常用曲面形状
--常用曲面形状
-第一次作业--作业
-2.2.1 近轴光学基本概念
--近轴光学基本概念
-2.2.2 近轴球面成像
--近轴球面成像
-2.2.3 近轴球面成像放大率
-2.2.4 物像空间及光学不变量
-2.2.5 矩阵光学简介
--矩阵光学简介
-2.2.6 矩阵光学应用
--矩阵光学应用
-第二次作业--作业
-2.3.1 理想光学系统基本概念
-2.3.2 理想光学系统的基点与基面
-2.3.3 图解法求像
-2.3.4 解析法求像
-2.3.5 理想光学系统的放大率
-2.3.6 理想光学系统焦距关系
-2.3.7 理想光学系统组合
-2.3.8 透镜与薄透镜
-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组
-第三次作业--作业
-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜
-2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像
-2.4.3 反射棱镜成像方向
-2.4.4 棱镜转动定理
-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜
-2.4.6 光学材料简介
-第四次作业--作业
-2.5.1 光阑简介与孔径光阑
-2.5.2 视场光阑与渐晕
-2.5.3 远心光路
-2.5.4 景深
--2.5.4 景深
-第五次作业--作业
-2.6.1 光度学与色度学基础
-2.6.2 视见函数和光度学
-2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律
-2.6.4 色度学基本概念
-2.6.5 CIE标准色度学系统
-第六次作业--作业
-2.7.1 球差
--2.7.1 球差
-2.7.2 色差
--2.7.2 色差
-2.7.3 子午像差和弧矢像差
-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变
-2.7.5 垂轴像差、波像差
-2.7.6 光学传递函数
-第七次作业(像差)--作业
-2.8.1 人眼的光学模型
-2.8.2 人眼的缺陷与校正
-2.8.3 人眼的景深
-2.9.1 光学系统的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率(光学系统分辨率)
-2.9.2 人眼的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率--第八次作业(人眼)
-2.10.1 放大镜
-上篇:应用光学——放大镜--第八次作业(放大镜)
-2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜
-2.11.1 望远系统
-2.11.2 望远镜的放大倍率
-2.11.3 望远镜的视觉放大率
-2.11.4 望远镜的分辨率
-第九次作业(望远镜)--作业
-2.12.1 显微镜及其放大率
-2.12.2 显微镜的视觉放大率
-2.12.3 显微镜的孔径光阑
-2.12.4 显微镜的机械筒长
-2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率
-2.12.6 显微镜的景深
-2.12.7 显微镜的照明系统
-第九次作业(显微镜)--作业
-3.1.1 电磁场的波动性
-3.1.2 平面电磁波及其性质
-3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能
-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)
-3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射
-3.2.3 菲涅耳公式
-3.2.4 全反射与倏逝波
-3.2.5 金属表面的反射
-3.2节课后习题--作业
-3.3.1 光的吸收、色散和散射
-3.4.1 光波的叠加
-3.5.1 干涉原理及相干条件
-3.5节课后习题--作业
-3.6.1 干涉图样计算
-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点
-3.6节课后习题--作业
-3.7.1 时间相干性
-3.7.2 空间相干性
-下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素
-3.8.1 干涉条纹的定域
-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉
-3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉
-下篇:物理光学——平板的双光束干涉--3.8节课后习题
-3.9.1 斐索干涉仪
-3.9.2 迈克尔逊干涉仪
-下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用
-3.10.1 平行平板的多光束干涉
-3.10.2 F-P 干涉仪
-3.10.3 光学薄膜基础
-3.10.4 单层膜与多层膜
-3.10课后习题--作业
-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理
-3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类
-3.11节习题--作业
-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义
-3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射
-3.12.3 圆孔衍射
-3.12节习题--作业
-3.13.1 成像系统的分辨本领
-下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领
-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射
-3.14.2 光栅的分光性能
-3.14.3 几种典型光栅
-3.14节习题--作业
-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射
-3.15.2 菲涅耳透镜
-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)
-3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
--3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
-3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法
-3.16.3 透镜的傅立叶变换性质
-3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数
-3.16节习题--作业
-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数
-3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理
-3.17.3 全息术
-3.17节习题--作业
-3.18.1 偏振光概述
-3.18.2 光在晶体中的传播
-3.18.3 单色平面波在晶体中的传播
-3.18.4 单轴晶体中光的传播
-3.18节习题--作业
-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)
-3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示
-3.20节课后作业--作业
-3.21.1 偏振光的变换
-3.21.2 偏振光的测定
-3.21节课后习题--作业
-3.22.1 平面偏振光的干涉
-3.22.2 会聚偏振光的干涉
-3.22节课后习题--作业
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)
-3.23.2 电光效应(一)
-3.23.2 电光效应(二)
-3.23.3 声光效应
-下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应--3.23节课后习题
-期末考试--作业