第三章_眼睛和目视光学系统.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,应用光学讲稿,第三章 眼睛和目视光学系统,目视光学系统:,和人眼配合使用的/可直接扩大人眼的视觉能力的光学系统,本章主要解决的问题,：,眼睛的构造,望远镜,/,显微镜的工作原理,眼睛与目视光学仪器配合的问题,眼睛的缺陷及其调整,3-1,人眼的光学特性,人眼的结构,人眼的结构与照相机类似,从光学角度看,主要有三个主要组成部分,：,水晶体镜头,Lens,视网膜底片,Film,瞳孔 光阑,Stop,人眼相当于一台最高档的超级照相机,可以自动调焦,自动调节进入人眼的光能量,角膜,:,角质构成的透明球面薄膜,入射光线首先通过角膜,前室:角膜后的空间,充满透明的,n=1.3374,的水状液,会聚光线.,水晶体:双凸透镜,通过其周围肌肉的调节可以改变其前表面的曲率半径,从而使眼睛的有效焦距发生改变,.,角膜,前室和水晶体可以看作镜头的一个组成部分.,视网膜,:,视神经细胞和神经纤维,作为感光底片,.,黄斑:视网膜上视觉最敏感的区域.,视网膜和黄斑可看作是照相机的感光部分.,虹膜:水晶体和前室之间的隔膜.其中心有一圆孔,为瞳孔,限制进入眼睛的光能量,作为相机中的可调光圈.,盲点,:,视神经纤维在眼睛的出口,没有感光细胞,不能形成视觉,.,盲点的测试,视觉的产生,外部光线进入人眼,在视网膜上形成一个像,通过视神经细胞产生了一个视觉信号刺激,通过视神经传输到大脑,.,最后经过高级神经活动形成视觉.,这个过程包括物理学/生理学和心理学.,成倒像,视轴:,黄斑中心与眼睛光学系统像方节点的连线.,人眼的视觉特征,人眼的视场:,人眼的视场可以达到 150 度.,如果头保持不动,我们只能看清视轴中心附近,6,8,的范围,.,为了看到更大的范围,可以自由旋转眼球,头也动,.,眼睛的调节,:,视度调节,和瞳孔调节,.,1.,视度调节,定义:随着物体距离的改变,人眼自动改变焦距,使像落在视网膜上的过程.,F,调节量的表示,:,视度,SD,与视网膜共轭的物面到眼睛的距离的倒数,1,l,SD=,明视距离和近点/远点,明视距离:眼睛前方250,mm,距离处，,SD=(1/(-0.25)=-4,l,的单位是米,且有正有负,近点:,眼睛通过调节能看清物体的最短距离.,远点:眼睛能看清物体的最远距离,最大调节范围=近点视度 远点视度,年龄,最大调节范围/视度,近点距离(,mm),10,15,20,25,30,35,40,45,50,-14,-12,-10,-7.8,-7.0,-5.5,-4.5,-3.5,-2.5,70,83,100,130,140,180,220,290,400,不同年龄段正常的人眼调节能力,2.,瞳孔调节,虹膜可以自动调节瞳孔的大小,来控制眼睛的进光量,.,强光下,白天,D=2mm;,夜晚,D=8mm,当,设计目视光学仪器时,仪器的出射瞳孔要和人眼的瞳孔大小相配合,.,白天使用的出射瞳孔可以小些,;,晚上使用的则要大些,.,外界物体的亮度是随着物体种类/天气和时间不断变化着的,.,眼睛的视觉灵敏度,假设有两个物点成像在视网膜上.如果这两个像点之间的间距足够大,就认为是可以用肉眼分辨的,当间距很小时,人眼就有可能分辨不开.,两个物点的视觉灵敏度：,为什么？,视网膜的结构,视网膜是由视神经细胞构成,这里包括视锥细胞和杆状视神经细胞,视锥细胞:在强光条件下工作,杆状视神经细胞,:,在弱光情况下工作,如果两个像点之间的距离大于视神经细胞直径的两倍,或者这两个像点分别位于两个不相邻的两个细胞上时,这两个像点就可以被分辨.,视神经细胞直径约为 0.001-0.003,mm,一般取 0.006,mm,作为眼睛的分辨率,这是人眼视网膜上可以分辨的最短距离.,通常用这段距离在物空间对应的张角,来表示,称为视角分辨率.,y,min,=-0.006mm，f=-16.68mm,所以,表征人眼的分辨能力,对线分辨率:一直线的像刺激着一系列视神经细胞,而另一直线的像又刺激着旁边另一列视神经细胞,所以眼睛能够敏锐地感觉到它们之间的位移,这时的分辨率可以提高到 10”,一些测量仪器都采取这种类型的对准方式来提高测量精度.,眼睛的像方节点,J,到视网膜的距离,忽略眼睛的调节作用,认为是一个常数,人眼在完全放松的自然状态下,无限远目标成像于视网膜上,为了使用仪器观察时,人眼不至于疲劳,目标通过仪器后应成像在无限远,或者说要出射平行光束,F,-f=f,y,仪,tg,仪,tg,眼,=,250,f,tg,眼,=,y,f,=,tg,仪,y,-l,=,y,250,注意:,250mm,是一般人阅读或操作时,被观察目标放在眼前的距离,明视距离,半径这样小的透镜很难加工出来,因此放大镜不超过15倍,F,物,F,目,-,y,y,仪,f,物,-,f,目,tg,眼,=,250,y,=,y,f,目,tg,仪,物,=,y,y,-,f,物,=,=,-,f,物,f,目,y,tg,仪,tg,眼,=,-250,f,物,f,目,例题,1,如果要求读数显微镜的对准精度为,0.001mm,，求显微镜的放大率。,解：,要能区分：,已知显微镜的视放大率为,-300,，目镜焦距为,20mm,，求显微镜物镜的倍率。若人眼的视角分辨率为,60,，则用该显微镜能分辨的两物点的最小距离是多少？,可以安装分划板,便于瞄准和测量,无法安装分划板,常用于观剧镜,望远镜视放大率的测量:在望远镜前垂轴放置一个有刻划的物体,在望远镜后测量像高的大小,二者的比值即为望远系统的视放大率,用一,5,倍的开普勒望远镜观察,500mm,处的目标，物镜焦距为,100mm,，求实际视放大率。,5,倍是观测远处物体的视放大率，但现在是观测近处的目标。,此公式只适用于物距小于十分之一立体视觉半径,双眼仪器的基线长,(双眼仪器的二个入射光轴之间的距离),二、体视误差,三、对双眼仪器的要求,1,、左右光轴平行；,2,、左右两系统放大率一致；,3,、左右两系统不应有像倾斜。,例,1,：显微镜的放大率为,58,，采用夹线对准方式，求显微镜的物方对准误差，如果采用,10,倍的目镜，物镜的倍率应为多大，目镜的焦距为多少？,解：,对准误差：,求物镜的倍率,求目镜焦距,例2：若显微镜的对准精度为0.001,mm，,采用压线对准，视角分辨率为60”,问显微镜的视放大率为多少？,解：,例3：测微目镜的对准精度为0.001,mm，,采用叉线对准，视角分辨率为10”,问应采用多大焦距的目镜？,解：,例4：一个大地测量用望远镜使用夹线瞄准，如果在1公里内的瞄准误差要求小于2毫米，问视放大率为多少？,解：,例,5,：某人对,1,米以外的物体看不清，需配戴多少度的眼镜？某人对,1,米以内的物体看不清，需配戴多少度的眼镜？,解：,第一人,第二个人：近点距离为,1,米，需要将,250,毫米处的物体成像在,1,米处,