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	许多幼虫昆虫都有简单的角膜眼，或单眼。一些捕食性幼虫的分辨率非常好，但总体来说分辨率较差。成年昆虫的这些眼睛被复眼所取代。飞行昆虫的背单眼不集中（通常为三只），可提供基于地平线探测的飞行稳定系统。		许多幼虫昆虫都有简单的角膜眼，或单眼。一些捕食性幼虫的分辨率非常好，但总体来说分辨率较差。成年昆虫的这些眼睛被复眼所取代。飞行昆虫的背单眼不集中（通常为三只），可提供基于地平线探测的飞行稳定系统。

			{{:Animal eyes}}

长河：/* 新的光学表面 */

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新的光学表面

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	将两种折射率不同的介质分开的曲面形成图像，前提是折射率较高的介质在凹面（图 5.2）。物体在无穷远处的图像位置可以通过表面曲率中心或表面本身计算得出。如果我们考虑一只眼睛，其主要光学表面是角膜分开折射率分别为 n 1 和 n2 的两种介质，这两个距离 f 和 f '由下式给出：		将两种折射率不同的介质分开的曲面形成图像，前提是折射率较高的介质在凹面（图 5.2）。物体在无穷远处的图像位置可以通过表面曲率中心或表面本身计算得出。如果我们考虑一只眼睛，其主要光学表面是角膜分开折射率分别为 n 1 和 n2 的两种介质，这两个距离 f 和 f '由下式给出：

	[[文件:ME-111.png\|无框]]其中表面的曲率半径为 r。请注意，'''f '/ f = n2/ n1'''。当第一个介质是空气（n = 1）时（这是通常的情况），这些方程变为：		[[文件:ME-111.png\|无框]]

			其中表面的曲率半径为 r。请注意，'''f '/ f = n2/ n1'''。当第一个介质是空气（n = 1）时（这是通常的情况），这些方程变为：

	[[文件:ImageEE.png\|无框]]		[[文件:ImageEE.png\|无框]]

2025年3月3日 (一) 17:08 长河

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2025年3月3日 (一) 13:09 长河

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	新的光学表面		=== 新的光学表面 ===
			当早期的陆地脊椎动物从水中爬出时，它们会发现它们的眼睛有了新的光学结构。角膜在水中只是一层坚韧的透明膜，保护着眼球的前表面，而现在它本身就是一种成像结构，其将光线聚焦的能力可与晶状体相媲美。在水中，角膜几乎没有光学效应，因为它两侧的液体折射率相同。然而，在陆地上，前表面在空气中，因此现在存在很大的折射率差异，光线会因折射而弯曲。事实证明，鱼晶状体的光线弯曲能力和空气中的角膜非常相似。光学理论指出，如果一个表面的曲率半径为 r ，两侧的折射率分别为 n1 和 n2 ，则该表面的焦距 f 由公式 <u>f = n1 r /( n2 – n1 )</u> 给出。这意味着在距离表面曲率中心 f 处有一个远处物体的聚焦图像（参见本章后面的图 5.2）。对于空气中的角膜，外部折射率 n1 为 1，而眼内折射率 n2 约为 1.34，因此 f 变为 r /0.34，或'''约为 3 r''' 。在上一章中，我们看到半径为 r 的鱼眼透镜的焦距约为 2.5 r ，<u>因此具有相同半径的角膜和透镜的焦距相当</u>。

	当早期的陆地脊椎动物从水中爬出时，它们会发现它们的眼睛有了新的光学结构。角膜在水中只是一层坚韧的透明膜，保护着眼球的前表面，而现在它本身就是一种成像结构，其将光线聚焦的能力可与晶状体相媲美。在水中，角膜几乎没有光学效应，因为它两侧的液体折射率相同。然而，在陆地上，前表面在空气中，因此现在存在很大的折射率差异，光线会因折射而弯曲。事实证明，鱼晶状体的光线弯曲能力和空气中的角膜非常相似。光学理论指出，如果一个表面的曲率半径为 r ，两侧的折射率分别为 n1 和 n2 ，则该表面的焦距 f 由公式 f = n1 r /( n2 – n1 ) 给出。这意味着在距离表面曲率中心 f 处有一个远处物体的聚焦图像（参见本章后面的图 5.2）。对于空气中的角膜，外部折射率 n1 为 1，而眼内折射率 n2 约为 1.34，因此 f 变为 r /0.34，或约为 3 r 。在上一章中，我们看到半径为 r 的鱼眼透镜的焦距约为 2.5 r ，因此具有相同半径的角膜和透镜的焦距相当。同时具有角膜和鱼形晶状体的眼睛聚焦能力过强，如果第一个上岸的原始两栖动物对此不做任何改变，它就会非常近视（图 5.1）。远处的物体会非常模糊，但距离非常近的物体会非常清晰，因为它们的聚焦点远离光学元件。这种模糊程度与我们在游泳时不戴护目镜时视力的变化相当。		同时具有角膜和鱼形晶状体的眼睛聚焦能力过强，如果第一个上岸的原始两栖动物对此不做任何改变，'''它就会非常近视'''（图 5.1）。远处的物体会非常模糊，但距离非常近的物体会非常清晰，因为它们的聚焦点远离光学元件。这种模糊程度与我们在游泳时不戴护目镜时视力的变化相当。然而，在这种情况下，我们失去了角膜（现在两侧都有液体）的视力，并变得远视，这意味着我们在任何距离都看不清楚。

	94		为了详细了解动物如何调整眼睛以适应空气中的生活，有时也适应空气和水中的生活，我们必须处理表面和透镜的组合。因此，本章的下一部分是关于球面光学的入门知识，这不仅有助于理解我们的单腔眼睛如何工作，而且有助于我们稍后处理复眼（第 7 章和第 8 章）。本节以方框 5.1 结束，其中我们计算出人眼的焦距和图像位置。这是相当艰难的，但对于任何需要掌握使用多个表面的光学系统（生物或其他）的人来说，它提供了一个合适的工具包。在本章的接下来三节中，我们将回到生物学，首先研究使用角膜光学的脊椎动物眼睛的范围，探索诸如聚焦机制和过程中的生态适应等主题。然后有一小节关于两栖动物的眼睛，它们必须在空气和水中发挥作用。最后，我们探索那些无脊椎动物的眼睛，主要是蜘蛛，它们也使用角膜来形成图像。角膜和晶状体的基本光学为了计算眼睛的表现，我们通常想知道图像在哪里以及它有多大，对于一个已知大小和距离的物体。对于单个曲面，有众所周知的公式来进行这些计算，这些公式在这里给出。当涉及更多表面时，计算会变得非常复杂。但是，通常可以将复杂的成像结构“简化”为具有相同光学功率的单个等效表面，然后可以应用简单的公式。在方框 5.1 中，我们展示了如何为人眼做到这一点，使用的方法可以应用于任何具有曲面和镜片组合的眼睛。

	~~陆地眼睛~~		将两种折射率不同的介质分开的曲面形成图像，前提是折射率较高的介质在凹面（图 5.2）。物体在无穷远处的图像位置可以通过表面曲率中心或表面本身计算得出。如果我们考虑一只眼睛，其主要光学表面是角膜分开折射率分别为 n 1 和 n2 的两种介质，这两个距离 f 和 f '由下式给出：

	95

	~~水生眼睛~~		其中表面的曲率半径为 r。请注意，f '/ f = n2/ n1。当第一个介质是空气（n = 1）时（这是通常的情况），这些方程变为：

	~~图 5.1 介质对陆地和水生眼睛成像的影响。水中的陆地眼睛聚焦不足，而空气中的水生眼睛聚焦过度。~~

	~~护目镜；然而，在这种情况下，我们失去了角膜（现在两侧都有液体）的视力，并变得远视，这意味着我们在任何距离都看不清楚。~~

	为了详细了解动物如何调整眼睛以适应空气中的生活，有时也适应空气和水中的生活，我们必须处理表面和透镜的组合。因此，本章的下一部分是关于球面光学的入门知识，这不仅有助于理解我们的单腔眼睛如何工作，而且有助于我们稍后处理复眼（第 7 章和第 8 章）。

	本节以方框 5.1 结束，其中我们计算出人眼的焦距和图像位置。这是相当艰难的，但对于任何需要掌握使用多个表面的光学系统（生物或其他）的人来说，它提供了一个合适的工具包。在本章的接下来三节中，我们将回到生物学，首先研究使用角膜光学的脊椎动物眼睛的范围，探索诸如聚焦机制和过程中的生态适应等主题。然后有一小节关于两栖动物的眼睛，它们必须在空气和水中发挥作用。最后，我们探索那些无脊椎动物的眼睛，主要是蜘蛛，它们也使用角膜来形成图像。角膜和晶状体的基本光学为了计算眼睛的表现，我们通常想知道图像在哪里以及它有多大，对于一个已知大小和距离的物体。对于单个曲面，有众所周知的公式来进行这些计算，这些公式在这里给出。当涉及更多表面时，计算会变得非常复杂。但是，通常可以将复杂的成像结构“简化”为具有相同光学功率的单个等效表面，然后可以应用简单的公式。

	~~在方框 5.1 中，我们展示了如何为人眼做到这一点，使用的方法可以应用于任何具有曲面和镜片组合的眼睛。~~

	图 5.2 弯曲角膜的图像形成。远处物体的图像在 F 处形成，距离曲率中心 C 为 f，距离表面本身为 f ʹ。这些距离由公式 (5.1) 和 (5.2) 给出；r 是表面的曲率半径，它将折射率为 n 1 和 n 2 的介质分开。

	~~将两种折射率不同的介质分开的曲面形成图像，前提是折射率较高的介质在凹面（图 5.2）。~~

	物体在无穷远处的图像位置可以通过表面曲率中心或表面本身计算得出。如果我们考虑一只眼睛，其主要光学表面是角膜分离折射率分别为 n 1 和 n2 的两种介质，这两个距离 f 和 f ‘ 由下式给出：

	其中表面的曲率半径为 r。请注意，f ’/ f = n2

	/ n1

	~~。当第一个介质是空气（n~~ = 1）时（这是通常的情况），这些方程变为：

	虽然从表面本身（fʹ）测量图像位置似乎更合理，但事实证明 f（也称为第一焦距或后节点距离）是更有用的测量方法。原因是穿过曲率中心的光线不会被表面弯曲，因为它们以直角穿过表面（图 5.2 和 5.3）。这意味着外部世界中的物体及其在表面后面的图像在曲率中心处形成相同的角度，这反过来意味着人们可以使用相似三角形的原理来计算任何物体图像的大小。在图 5.3 中，如果物体和图像的大小分别为 O 和 I ，它们与曲率中心的距离分别为 U 和 V ，则：		虽然从表面本身（fʹ）测量图像位置似乎更合理，但事实证明 f（也称为第一焦距或后节点距离）是更有用的测量方法。原因是穿过曲率中心的光线不会被表面弯曲，因为它们以直角穿过表面（图 5.2 和 5.3）。这意味着外部世界中的物体及其在表面后面的图像在曲率中心处形成相同的角度，这反过来意味着人们可以使用相似三角形的原理来计算任何物体图像的大小。在图 5.3 中，如果物体和图像的大小分别为 O 和 I ，它们与曲率中心的距离分别为 U 和 V ，则：

长河：创建页面，内容为“新的光学表面当早期的陆地脊椎动物从水中爬出时，它们会发现它们的眼睛有了新的光学结构。角膜在水中只是一层坚韧的透明膜，保护着眼球的前表面，而现在它本身就是一种成像结构，其将光线聚焦的能力可与晶状体相媲美。在水中，角膜几乎没有光学效应，因为它两侧的液体折射率相同。然而，在陆地上，前表面在空气中，因此现在存在很大…”

2025-03-03T12:49:36Z

创建页面，内容为“新的光学表面当早期的陆地脊椎动物从水中爬出时，它们会发现它们的眼睛有了新的光学结构。角膜在水中只是一层坚韧的透明膜，保护着眼球的前表面，而现在它本身就是一种成像结构，其将光线聚焦的能力可与晶状体相媲美。在水中，角膜几乎没有光学效应，因为它两侧的液体折射率相同。然而，在陆地上，前表面在空气中，因此现在存在很大…”

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第五章 陆地上的晶状体眼 - 版本历史

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