《光学工程基础》清华大学（8）- 应用光学（人眼）
1. 人眼的光学模型
1.1 角膜
- 主要的折光物质，承担了三分之二的折光度，折射率1.38；
- 前表面的曲率半径约为7.8mm；
- 后表面的曲率半径约为6.5mm；
- 厚度0.5mm左右。
1.2 房水
内容折射率1.337的液体，厚度3.05mm。
1.3 虹膜
- 中间有一个圆孔，可以限制进入眼睛的光束孔径，称为瞳孔；
- 根据环境的亮暗调节大小，自动变化（2mm~8mm）。
1.4 晶状体
- 在睫状肌的收缩和放松的调节下，可改变前表面的曲率半径，改变眼睛的光焦度。
- 折射率：1.37~1.41；
- 前表面的曲率半径约为10.1mm；
- 后表面的曲率半径约为-6.1mm；
- 厚度4mm左右。
若曲率半径为负，则说明往眼球后端凸。
1.6 玻璃体
折射率1.336，厚度17.4mm。
1.7 视网膜
- 一凹球面，曲率半径-12.7mm；
- 【视锥细胞】感受强光和色觉，直径3$\mu m$，800万个，主要集中在黄斑处；
- 【视杆细胞】感受弱光并无色觉，1200万个，分布在中心凹以外处。
2. 人眼的缺陷与矫正
- 为了看清不同物距的物体，调节眼睛中的晶状体的光焦度，这总过程称为【眼睛的调节】。用远点和近点来表示眼睛的调节能力；
- 【远点】肌肉完全放松时，眼睛能看清楚的最远点。正常人的眼睛，处于完全放松的无调节状态时，位于无穷远的物体成像在视网膜上。这时，人眼的像方焦点位于视网膜上。由于此时人眼处于放松状态，所以看远处的物体时人眼不易疲劳。目视光学仪器都成像在无穷远处。
- 【近点】肌肉最紧张时，眼睛能看清楚的最近点。
远点和近点的发散度（汇聚度）：
\[\frac{1}{l_r}=R,~~\frac{1}{l_p}=P\]眼睛的调节能力：
\[\frac{1}{l_r}-\frac{1}{l_p}=R-P=\bar{A}\]- 正常的眼睛在自然状态下，平行光线经眼的折光系统后正好会聚在视网膜中心凹，这样的折光状态称为正视（正常眼）；
- 若平行光线经眼的折光系统后会聚在视网膜中心凹前方，称为近视；折光能力超过正视；近视眼的远点在有限距离处。
- 若平行光线经过眼睛折光系统后会聚在视网膜中心凹的后方，称为远视；折光能力不足。远视的远点不在无穷远，位于视网膜的后方。
远视和近视称为非正视或折光不正。
【散光】眼睛的其它缺陷，例如晶状体位置不正、角膜和晶状体等各折射面的曲率不对称造成散光。
- 为了校正近视，眼睛前加负透镜。
- 为了校正远视，眼睛前加正透镜。
- 为了校正散光：柱面透镜、球柱透镜、环曲面透镜。
3. 人眼的景深
【眼睛的景深】眼睛调焦在某一对准平面，眼睛不必调节能同时看清对准平面前和后某一距离的物体，称为眼睛的景深。
$P$是对准面，$P_1$是远景面，$P_2$是近景面。对远景面而言，如果$A_1$在视网膜上形成的弥散斑$a'b'$对人眼的张角$\epsilon<1$分，则人眼就会觉得$A_1$是个清晰的像；近景面同理。
我们的人眼景深计算依然服从以前我们讨论的规律，如果光学系统的入瞳越大，也就是说，人眼的瞳孔直径越大，它的景深就越小。另外，人眼的角分辨率如果越高，它的景深也是越小。