1、1第第7章章眼睛及目視光學系統(tǒng)眼睛及目視光學系統(tǒng) 7.17.1 眼睛的光學成像特性眼睛的光學成像特性 7.27.2 放大鏡放大鏡 7.37.3 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng) 7.47.4 望遠鏡系統(tǒng)望遠鏡系統(tǒng) 7.57.5 目鏡目鏡2第第7章章 眼睛及目視光學系統(tǒng)眼睛及目視光學系統(tǒng)7.1 眼睛的光學成像特性眼睛的光學成像特性一、眼睛的結構一、眼睛的結構精巧的照相機精巧的照相機3Prl1Pl1R 令令 表示其發(fā)散度（會聚度）表示其發(fā)散度（會聚度）prl1l1PRA 1D=1m-1年齡102030404550607080Lp(mm)-70- 100-143-222-286-400-20001000400P

2、(D)-14-10-7-4.5-3.5-2.5-0.512.5lr(mm)2000800400R(D)0000000.51.252.5141074.53.52.510.250A二二. 眼睛的調(diào)節(jié)及適應眼睛的調(diào)節(jié)及適應1、視度調(diào)節(jié)、視度調(diào)節(jié) 視度視度與視網(wǎng)膜相共軛的物面到人眼距離的與視網(wǎng)膜相共軛的物面到人眼距離的倒數(shù)倒數(shù)。SD=1/l眼睛的調(diào)節(jié)：眼睛成像系統(tǒng)對任意距離物體眼睛的調(diào)節(jié)：眼睛成像系統(tǒng)對任意距離物體自動調(diào)焦的過程自動調(diào)焦的過程。調(diào)節(jié)能力用能清晰調(diào)焦的極限距離表示：調(diào)節(jié)能力用能清晰調(diào)焦的極限距離表示：lr、lp(遠點距、近點距遠點距、近點距)42 2、瞳孔調(diào)節(jié)、瞳孔調(diào)節(jié)3 3、適應、適應

3、適應：眼睛對周圍空間光亮情況的自動適應：眼睛對周圍空間光亮情況的自動適應程度，通過瞳孔的自動增大或縮小完適應程度，通過瞳孔的自動增大或縮小完成。成。n 明適應：暗明適應：暗亮，瞳孔自動縮小。亮，瞳孔自動縮小。n 暗適應：亮暗適應：亮暗，瞳孔自動增大。暗，瞳孔自動增大。5三、眼睛的缺陷及校正三、眼睛的缺陷及校正n正常眼：正常眼：眼睛的遠點在眼睛的遠點在,或眼睛光學系或眼睛光學系統(tǒng)的像方焦點在視網(wǎng)膜上。統(tǒng)的像方焦點在視網(wǎng)膜上。n反常眼：反常眼：近視眼：近視眼：遠點位于眼前有限距遠點位于眼前有限距 遠視眼：遠視眼：遠點位于眼后有限距遠點位于眼后有限距 散光眼、斜視眼、散光近視散光眼、斜視眼、散光近視

4、6眼睛及其光學系統(tǒng)眼睛及其光學系統(tǒng)7lylytge 四、眼睛的視角8剛剛能分辨開的兩點對眼睛物方節(jié)點所張剛剛能分辨開的兩點對眼睛物方節(jié)點所張的角度的角度極限分辨角極限分辨角 。白天：白天：2mm70”0.006mm眼睛在松弛狀態(tài)：眼睛在松弛狀態(tài)：f =23mm 得得 = a /f = 0.006 /23 60（良好（良好照明）照明）眼睛及其光學系統(tǒng)眼睛及其光學系統(tǒng))(D140D22. 1 五、眼睛的分辨率五、眼睛的分辨率9眼睛及其光學系統(tǒng)眼睛及其光學系統(tǒng)設計目視光學儀器時，必須考慮眼睛的分設計目視光學儀器時，必須考慮眼睛的分辨率。應滿足：辨率。應滿足： 儀儀 = tan /tan / ：被觀察

5、物體所需的分辨角。被觀察物體所需的分辨角。10眼睛及其光學系統(tǒng)眼睛及其光學系統(tǒng)601020510 10不同瞄準方式的瞄準精度不同瞄準方式的瞄準精度六、眼睛的瞄準精度（對準精度）六、眼睛的瞄準精度（對準精度）n分辨：分辨：眼睛能區(qū)分開兩個點或線之間的線距離或眼睛能區(qū)分開兩個點或線之間的線距離或角距離的能力。角距離的能力。n對準：對準：垂直于視軸方向上的重合或置中過程。垂直于視軸方向上的重合或置中過程。n對準誤差對準誤差( (精度精度) )：對準后，偏離置中或重合的線對準后，偏離置中或重合的線距離或角距離。距離或角距離。11眼睛及其光學系統(tǒng)眼睛及其光學系統(tǒng)七七. 雙目立體視覺雙目立體視覺對物體位置

6、在空間分布以及對物體對物體位置在空間分布以及對物體體積的感覺體積的感覺立體視覺。立體視覺。1. 單眼觀察單眼觀察2雙眼觀察雙眼觀察雙像雙像單一像單一像物在兩眼視網(wǎng)膜上的像必須位于視物在兩眼視網(wǎng)膜上的像必須位于視網(wǎng)膜的對應點，即相對于黃斑中心網(wǎng)膜的對應點，即相對于黃斑中心的同一側時，才有單像的印象的同一側時，才有單像的印象12 tgtgtgltglyyeeei 250yLytg 人眼直接觀察時：人眼直接觀察時：lPyflflPytg 通過放大鏡觀察時：通過放大鏡觀察時：放大鏡放大鏡-L- -yAByey yy y-lfPF 7.2 放大鏡放大鏡一、視覺放大率一、視覺放大率 - -yyi13f25

7、0lPlf 放大鏡放大鏡并非常數(shù)并非常數(shù)y yy y-lfPF 14放大鏡放大鏡1) 當當l= ，或或P=f時時， 0=250/f 2) 正常視力的眼，正常視力的眼， P-l= 250，看書用看書用fPf2501fl1 如果眼睛緊貼放大鏡，即如果眼睛緊貼放大鏡，即P=0，則，則f2501 結結論論f250lPlf y yy y-lfPF 15眼瞳：眼瞳：孔徑光闌，系統(tǒng)的出瞳孔徑光闌，系統(tǒng)的出瞳放大鏡框：放大鏡框：視場光闌，入窗，出窗，同時也是漸暈光闌視場光闌，入窗，出窗，同時也是漸暈光闌（視場光闌與物面不重合視場光闌與物面不重合）放大鏡放大鏡虛像平面虛像平面 1 22a2hP場闌場闌出瞳出瞳y

8、KD=1KD=0.5KD=0二光束限制和線視場二光束限制和線視場16Phtg:5 . 0KD Ph500tgf2y2o 2hyFPfF 當物面位于放大鏡前焦面時，其線視場當物面位于放大鏡前焦面時，其線視場2y（50%漸暈）漸暈）:17P ah500tgf2y2o P ah500tgf2y2o Pahtg:1K1D Pahtg:0K2D 2hPyFf 2hyFPfF187.3 7.3 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)19e0e0eoeef250f250ff250fy250 y250yf ytgtg 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)-y FoFe眼瞳眼瞳y場闌場闌一顯微鏡的視覺放大率一顯微鏡的視覺放大率（物體一次像位于目

9、鏡物方焦面）（物體一次像位于目鏡物方焦面） 201顯微鏡的孔徑光闌、出瞳直徑顯微鏡的孔徑光闌、出瞳直徑 普通顯微鏡普通顯微鏡：物鏡框：物鏡框孔徑光闌。孔徑光闌。 測量顯微鏡測量顯微鏡：物鏡像方焦面：物鏡像方焦面孔徑光闌孔徑光闌 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng) AABB-UUFeFo二、顯微鏡的光束限制和線視場二、顯微鏡的光束限制和線視場21顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)500D2fD2Dfff2Df xUsin nUsinnNA2121 物鏡滿足正弦條件：物鏡滿足正弦條件：UsinynUsinny NA500D 顯微鏡的出瞳直徑顯微鏡的出瞳直徑22 tg500tg500tgf22yy2ee顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)-y

10、 FoFe眼瞳眼瞳y場闌場闌2、顯微鏡的視場光闌、顯微鏡的視場光闌顯微鏡的線視場取決于視場光闌的大小。所以，顯微顯微鏡的線視場取決于視場光闌的大小。所以，顯微鏡的線視場：鏡的線視場：23三顯微鏡的分辨本領、有效放大率三顯微鏡的分辨本領、有效放大率 1顯微鏡的分辨本領顯微鏡的分辨本領24當一個像點衍射斑中心落在另一像點衍當一個像點衍射斑中心落在另一像點衍射光環(huán)第一個暗環(huán)時，則兩像點剛好能被分射光環(huán)第一個暗環(huán)時，則兩像點剛好能被分辨（即辨（即兩相鄰點之間隔等于艾里斑半徑兩相鄰點之間隔等于艾里斑半徑時）。時）。艾里斑半徑：艾里斑半徑：a=0.61 /nsinu分辨率是能分辨物方兩點間最短距離分辨率是

11、能分辨物方兩點間最短距離 ：NA61. 0usinn61. 0a 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)瑞利判斷：瑞利判斷：25顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)兩相鄰像點間隔兩相鄰像點間隔0.85a時，被系統(tǒng)分辨：時，被系統(tǒng)分辨： = 0.85a =0.5 /NA以以道威判斷道威判斷作為系統(tǒng)的目視衍射分辨率或理作為系統(tǒng)的目視衍射分辨率或理想目視衍射分辨率。想目視衍射分辨率。道威判斷：道威判斷：26便于眼睛分辨的角距離為便于眼睛分辨的角距離為24 ，在明視距離，在明視距離上對應的線距離上對應的線距離s ： = 0.85a =0.5 /NA =555nm按道威判斷，得：按道威判斷，得： 523NA 1046NA取取 500NA

12、 1000NA min = 0.0725mm 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)29mm. 0145mm. 0 2顯微鏡的有效放大率顯微鏡的有效放大率27常用的：物鏡常用的：物鏡4個：個：4 、10 、40 、100 目鏡目鏡3個：個：5 、10 、15 組成：組成： 20 1500 （光學筒長（光學筒長隨隨 f 不同而不同）不同而不同）28四、顯微鏡的景深四、顯微鏡的景深n幾何景深幾何景深n物理景深物理景深n調(diào)節(jié)景深調(diào)節(jié)景深250mm 調(diào)節(jié)范圍調(diào)節(jié)范圍4DNA、 22mpg250nNAnNA250n2 29顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)亮視場照明圖亮視場照明圖1 1物鏡；物鏡；2 2小燈泡；小燈泡；3 3物體；物體

13、；4 4載物臺載物臺 工具顯微鏡反射照明工具顯微鏡反射照明單向暗視場照明單向暗視場照明五五. 顯微鏡的照明方法顯微鏡的照明方法1反射光照明：反射光照明：亮視場照明：亮視場照明：一般通過物鏡從上面照明。一般通過物鏡從上面照明。暗視場照明：暗視場照明：側面入射，從物鏡側向通過。側面入射，從物鏡側向通過。 進入物鏡成進入物鏡成像的僅為從物體表面散射的光線。像的僅為從物體表面散射的光線。30顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)2. 透射光照明：透射光照明：亮視場照明：亮視場照明：臨界照明、柯勒照明（像方遠心）臨界照明、柯勒照明（像方遠心）a. 臨界照明臨界照明光源成像于物平面光源成像于物平面。多用于投影物體面積較小的

14、情況。多用于投影物體面積較小的情況。 光源表面亮度的光源表面亮度的不均勻性影響觀察效果。不均勻性影響觀察效果。 “窗對窗，瞳對瞳窗對窗，瞳對瞳” 31顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)顯微物鏡系統(tǒng)顯微物鏡系統(tǒng)b. 柯勒照明：柯勒照明：光源成像于物鏡的入瞳面上光源成像于物鏡的入瞳面上。多用于大面積的投影情況。多用于大面積的投影情況。消除了物體平面光照度不消除了物體平面光照度不均勻的缺點。均勻的缺點?！按皩ν?，瞳對窗窗對瞳，瞳對窗” 32顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)暗視場照明：暗視場照明：光線傾斜入射，在物體旁側向通過。光線傾斜入射，在物體旁側向通過。33六、顯微鏡的物鏡六、顯微鏡的物鏡 1. 低倍物鏡低倍物鏡36 0

15、.010.152. 中倍物鏡中倍物鏡810 0.250.303. 高倍物鏡高倍物鏡40 0.654. 浸液物鏡浸液物鏡90100 1.251.4(1.5)5. 復消色差物鏡復消色差物鏡90 1.36. 平視場復消色差物鏡平視場復消色差物鏡40 0.85顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)34 tgtg 1DDffeo 7.4望遠鏡系統(tǒng)望遠鏡系統(tǒng)一、望遠系統(tǒng)的視覺放大率一、望遠系統(tǒng)的視覺放大率35 1DDffeo 與物體的位置無關。僅取決于望遠鏡系統(tǒng)的結構。與物體的位置無關。僅取決于望遠鏡系統(tǒng)的結構。 隨隨f fo o、f fe e符號不同而不同。符號不同而不同。 0 0正像，正像， 視度調(diào)節(jié)的深度視度調(diào)節(jié)的深度44眼睛及其光學系統(tǒng)眼睛及其光學系統(tǒng)二二 . 光學儀器中目鏡的視度調(diào)節(jié)光學儀器中目鏡的視度調(diào)節(jié)1000f51000fNx2e2e 1000fx2e 45461. 惠更斯目鏡惠更斯目鏡2 =400500 p/ fe =1/3三三.目鏡類型目鏡類型472. 冉斯登目鏡冉斯登目鏡2 =300400 p/ fe =1/31/4483.對稱式目鏡對稱式目鏡2 =400420 p/ fe =1/1.3494.