1、第三章第三章 眼睛和目視光學(xué)系統(tǒng)眼睛和目視光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用光學(xué)講稿本章主要解決的問(wèn)題本章主要解決的問(wèn)題： 眼睛的構(gòu)造眼睛的構(gòu)造 望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡的工作原理望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡的工作原理 眼睛與目視光學(xué)儀器配合的問(wèn)題、眼睛缺陷眼睛與目視光學(xué)儀器配合的問(wèn)題、眼睛缺陷及調(diào)整及調(diào)整應(yīng)用光學(xué)講稿第一節(jié)第一節(jié) 人眼的光學(xué)特性人眼的光學(xué)特性 人眼的構(gòu)造人眼的構(gòu)造從光學(xué)角度看，主要有三部分：水晶體視網(wǎng)膜瞳孔鏡頭底片光闌人眼相當(dāng)于一架照相機(jī)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)應(yīng)用光學(xué)講稿問(wèn)題：照相機(jī)使物成倒像，人眼是否成倒像？問(wèn)題：照相機(jī)使物成倒像，人眼是否成倒像？ 視軸：黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)的像方節(jié)點(diǎn)連線視場(chǎng)：觀察范圍可達(dá)150 頭不動(dòng)，能

2、看清視軸中心68， 要看清旁邊物體，眼睛在眼窩內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，頭也動(dòng)應(yīng)用光學(xué)講稿 眼睛的調(diào)節(jié)：眼睛的調(diào)節(jié)：視度調(diào)節(jié)、瞳孔調(diào)節(jié)1、視度調(diào)節(jié)l 定義：隨著物體距離改變，人眼自動(dòng)改變焦距，使像落在視網(wǎng)膜上的過(guò)程。 F應(yīng)用光學(xué)講稿 調(diào)節(jié)量的表示：調(diào)節(jié)量的表示：視度與網(wǎng)膜共軛的物面到眼睛的距離的倒數(shù) 明視距離和近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)明視距離和近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)明視距離：眼睛前方250mm，SD=(1 / (-0.25)= -4 l 單位為米 近點(diǎn)：眼睛通過(guò)調(diào)節(jié)能看清物體的最短距離 遠(yuǎn)點(diǎn)：眼睛能看清物體的最遠(yuǎn)距離最大調(diào)節(jié)范圍近點(diǎn)視度遠(yuǎn)點(diǎn)視度最大調(diào)節(jié)范圍近點(diǎn)視度遠(yuǎn)點(diǎn)視度lSD1應(yīng)用光學(xué)講稿2、瞳孔調(diào)節(jié) 虹膜可以自動(dòng)瞳孔大小，以控制人眼

3、的進(jìn)光量 強(qiáng)光下，白天 D=2mm; 夜晚，D=8mm 設(shè)計(jì)光學(xué)儀器時(shí)，儀器的出射瞳孔要和人眼瞳孔大小配合，白天使用的可以小些，夜晚使用的則要大一些應(yīng)用光學(xué)講稿 人眼的分辨率人眼的分辨率 人眼剛能分清兩物點(diǎn)在網(wǎng)膜上的人眼剛能分清兩物點(diǎn)在網(wǎng)膜上的像點(diǎn)像點(diǎn)之間的距離之間的距離 y 對(duì)兩物點(diǎn)的分辨率對(duì)兩物點(diǎn)的分辨率：應(yīng)用光學(xué)講稿視神經(jīng)細(xì)胞直徑約為視神經(jīng)細(xì)胞直徑約為0.001-0.003mm，取，取0.006為為眼睛的分辨率眼睛的分辨率。通常用此距離在物空間對(duì)應(yīng)的張角表示，稱為通常用此距離在物空間對(duì)應(yīng)的張角表示，稱為視角分辨率視角分辨率。 -y 60 20600068.16006. 068.16,00

4、6. 0 minminminfymmfmmytgfy所以而應(yīng)用光學(xué)講稿 以上是對(duì)應(yīng)視軸周圍很小范圍內(nèi)的視角分辨率。當(dāng)物體以上是對(duì)應(yīng)視軸周圍很小范圍內(nèi)的視角分辨率。當(dāng)物體偏離視軸時(shí)，視神經(jīng)細(xì)胞加大，分辨率迅速下降，如圖中曲偏離視軸時(shí)，視神經(jīng)細(xì)胞加大，分辨率迅速下降，如圖中曲線所示。線所示。 圖中橫坐標(biāo)代表物點(diǎn)和眼的連線與視軸之間的夾角，縱圖中橫坐標(biāo)代表物點(diǎn)和眼的連線與視軸之間的夾角，縱坐標(biāo)代表相對(duì)分辨率（假定黃斑的分辨率等于坐標(biāo)代表相對(duì)分辨率（假定黃斑的分辨率等于1 1）。）。0 00.20.20.40.40.60.60.80.81 16040200204060圖 5-4耳側(cè) 黃斑 鼻側(cè)視角分辨

5、率（相對(duì)值）應(yīng)用光學(xué)講稿對(duì)線的分辨率：一直線的像刺激著一系列視神經(jīng)細(xì)胞，而另一直線的一直線的像刺激著一系列視神經(jīng)細(xì)胞，而另一直線的像又刺激著旁邊的另一列視神經(jīng)細(xì)胞，所以眼睛能夠像又刺激著旁邊的另一列視神經(jīng)細(xì)胞，所以眼睛能夠敏銳地感覺(jué)到它們之間的位移。敏銳地感覺(jué)到它們之間的位移。分辨率可以提高到10應(yīng)用光學(xué)講稿 在瞄準(zhǔn)測(cè)量中常常把對(duì)線的分辨率叫做對(duì)準(zhǔn)在瞄準(zhǔn)測(cè)量中常常把對(duì)線的分辨率叫做對(duì)準(zhǔn)精度。精度。綜合一下，看得清的條件：綜合一下，看得清的條件：必要條件：成像在視網(wǎng)膜上必要條件：成像在視網(wǎng)膜上充分條件：對(duì)二點(diǎn)充分條件：對(duì)二點(diǎn), ,視角視角 60”60” 對(duì)二線對(duì)二線, ,視角視角 10”10”應(yīng)

6、用光學(xué)講稿第二節(jié)第二節(jié) 放大鏡和顯微鏡的工作原理放大鏡和顯微鏡的工作原理人眼的視角分辨率（人眼的視角分辨率（60”60”）。物高）。物高y y和物距和物距l(xiāng) l滿足關(guān)系：滿足關(guān)系： y/L0.0003y/L0.0003（60“60“） 如果通過(guò)儀器以后的像對(duì)人眼所張的視角大于用人眼直如果通過(guò)儀器以后的像對(duì)人眼所張的視角大于用人眼直接觀察時(shí)的視角，就有可能看清楚更加細(xì)微的物體。接觀察時(shí)的視角，就有可能看清楚更加細(xì)微的物體。擴(kuò)大人眼視覺(jué)能力的光學(xué)儀器，稱為擴(kuò)大人眼視覺(jué)能力的光學(xué)儀器，稱為“目視光學(xué)儀器目視光學(xué)儀器”。望遠(yuǎn)鏡，顯微鏡等與眼睛配合的儀器稱為目視光學(xué)儀器望遠(yuǎn)鏡，顯微鏡等與眼睛配合的儀器稱

7、為目視光學(xué)儀器對(duì)各類目視光學(xué)儀器的共同要求對(duì)各類目視光學(xué)儀器的共同要求應(yīng)用光學(xué)講稿 對(duì)各類目視光學(xué)儀器的共同要求對(duì)各類目視光學(xué)儀器的共同要求1、擴(kuò)大視角 J 直接觀察：用儀器觀察：J y眼y儀眼眼 儀儀 -y眼=tg眼眼-y儀=tg儀儀應(yīng)用光學(xué)講稿用儀器觀察時(shí)網(wǎng)膜上的像高和人眼直接觀察時(shí)網(wǎng)用儀器觀察時(shí)網(wǎng)膜上的像高和人眼直接觀察時(shí)網(wǎng)膜上的像高之比表示了儀器的放大作用，稱為膜上的像高之比表示了儀器的放大作用，稱為 視角放大率視角放大率，用，用 表示。表示。2、成像在無(wú)限遠(yuǎn)（出射平行光）眼儀眼儀眼儀tgtgtgtgyy應(yīng)用光學(xué)講稿 目視光學(xué)儀器的視放大率大于目視光學(xué)儀器的視放大率大于1 1 目視光學(xué)

8、儀器所成的像應(yīng)該位于無(wú)限遠(yuǎn)。目視光學(xué)儀器所成的像應(yīng)該位于無(wú)限遠(yuǎn)。 這是對(duì)目視光學(xué)儀器的兩個(gè)共同要求。這是對(duì)目視光學(xué)儀器的兩個(gè)共同要求。 根據(jù)所觀察目標(biāo)的情況不同，目視光學(xué)儀器分為根據(jù)所觀察目標(biāo)的情況不同，目視光學(xué)儀器分為兩大類：一類叫望遠(yuǎn)鏡，它是用于觀察遠(yuǎn)距離目標(biāo)的；兩大類：一類叫望遠(yuǎn)鏡，它是用于觀察遠(yuǎn)距離目標(biāo)的；另一類叫顯微鏡，它是用于觀察近距離微小目標(biāo)的。另一類叫顯微鏡，它是用于觀察近距離微小目標(biāo)的。應(yīng)用光學(xué)講稿 放大鏡工作原理只要物體對(duì)人眼的張角大于人眼的視角分辨率即只要物體對(duì)人眼的張角大于人眼的視角分辨率即可看清楚可看清楚 如果物體對(duì)人眼張角小于如果物體對(duì)人眼張角小于60”60”，人眼

9、看不見(jiàn)，人眼看不見(jiàn)，則可以考慮借用儀器來(lái)觀察。則可以考慮借用儀器來(lái)觀察。 1. 1. 物體必須放在系統(tǒng)的物方焦平面處，使得出物體必須放在系統(tǒng)的物方焦平面處，使得出射光為平行光。射光為平行光。 2.2.從儀器出射的光線對(duì)人眼的張角必須大于人從儀器出射的光線對(duì)人眼的張角必須大于人眼直接觀察時(shí)物體對(duì)人眼的張角，人眼直接觀察眼直接觀察時(shí)物體對(duì)人眼的張角，人眼直接觀察時(shí)物體放在時(shí)物體放在250250毫米處毫米處lymin應(yīng)用光學(xué)講稿 F-f=f y 儀儀 fytg儀250ylytg眼250ftgtg眼儀應(yīng)用光學(xué)講稿放大鏡的視放大率只與放大鏡的焦距有關(guān)放大鏡的視放大率只與放大鏡的焦距有關(guān)注意，這里統(tǒng)一規(guī)定

10、人眼直接觀察時(shí)，物體放在離人注意，這里統(tǒng)一規(guī)定人眼直接觀察時(shí)，物體放在離人眼眼250毫米處，如果不能滿足這個(gè)條件，公式就不是毫米處，如果不能滿足這個(gè)條件，公式就不是250除以焦距除以焦距要提高放大鏡的倍率，就必須減小透鏡的焦距，單個(gè)要提高放大鏡的倍率，就必須減小透鏡的焦距，單個(gè)透鏡的焦距不可能做的很小，為什么？透鏡的焦距不可能做的很小，為什么？例如：例如：1515倍的放大鏡，焦距為倍的放大鏡，焦距為16.616.6，假設(shè)雙凸，則兩，假設(shè)雙凸，則兩個(gè)半徑為個(gè)半徑為1717毫米左右，若平凸，則半徑為毫米左右，若平凸，則半徑為8.58.5毫米左毫米左右。右。為此，設(shè)計(jì)了顯微鏡，即復(fù)雜化的放大鏡為此，

11、設(shè)計(jì)了顯微鏡，即復(fù)雜化的放大鏡應(yīng)用光學(xué)講稿 顯微鏡的工作原理 F物F目-y y 儀儀 目鏡物鏡f物-f目 顯微鏡同放大鏡一樣，需將物體放在物方焦平面處，為顯微鏡同放大鏡一樣，需將物體放在物方焦平面處，為提高放大率，先將此物體放大，經(jīng)過(guò)兩次放大，放大率提高放大率，先將此物體放大，經(jīng)過(guò)兩次放大，放大率就有很大提高。前面的系統(tǒng)叫物鏡，后面的系統(tǒng)叫目鏡就有很大提高。前面的系統(tǒng)叫物鏡，后面的系統(tǒng)叫目鏡應(yīng)用光學(xué)講稿 物鏡所成的放大的實(shí)像位于目鏡的物方焦平面處物鏡所成的放大的實(shí)像位于目鏡的物方焦平面處 F物F目-y y 儀儀 目鏡物鏡f物-f目 目物目物250ff應(yīng)用光學(xué)講稿 顯微鏡的視放大率 眼儀tgtg

12、250ytg眼目目目?jī)xfyfyfytgtg物物ffxyfftg物目?jī)x目物目250ff應(yīng)用光學(xué)講稿物鏡的垂軸放大率和目鏡的視放大率的數(shù)值分別刻在物鏡的垂軸放大率和目鏡的視放大率的數(shù)值分別刻在鏡管上，把它們相乘，就是顯微鏡的視放大率鏡管上，把它們相乘，就是顯微鏡的視放大率這個(gè)公式同單個(gè)放大鏡的視放大率一樣，因此顯微鏡這個(gè)公式同單個(gè)放大鏡的視放大率一樣，因此顯微鏡可看成一個(gè)復(fù)雜化的放大鏡可看成一個(gè)復(fù)雜化的放大鏡不同倍率的物鏡和目鏡都可以互換，為保證互換性，不同倍率的物鏡和目鏡都可以互換，為保證互換性，要求顯微鏡物鏡的物平面到像平面的距離都等于要求顯微鏡物鏡的物平面到像平面的距離都等于195毫米毫米組

13、物目250250fff應(yīng)用光學(xué)講稿第三節(jié) 望遠(yuǎn)鏡的工作原理 F物F目應(yīng)用光學(xué)講稿F物F目 f物 f目 y - 眼儀tgtg用了儀器以后目標(biāo)像對(duì)人眼的張角用了儀器以后目標(biāo)像對(duì)人眼的張角儀器的像方視場(chǎng)角儀器的像方視場(chǎng)角人眼直接觀察物體時(shí)對(duì)人眼的張角人眼直接觀察物體時(shí)對(duì)人眼的張角儀儀眼眼應(yīng)用光學(xué)講稿tgtg 物物fytgtgfy目目fytgtgfyyy 目物物目fffyfytgtg應(yīng)用光學(xué)講稿 要增大視角 成正像 成反像 兩類系統(tǒng) 1。刻卜勒望遠(yuǎn)鏡 2。伽利略望遠(yuǎn)鏡1目物ff00000目物ff000目物ff應(yīng)用光學(xué)講稿開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡：0，成正像，系統(tǒng)中存在虛像F物F目F物F目應(yīng)用光學(xué)講稿性質(zhì)： y -

14、y= =1/ =D/Dtgtg 應(yīng)用光學(xué)講稿第四節(jié)第四節(jié) 眼睛的缺陷和目視光學(xué)儀器的視度調(diào)眼睛的缺陷和目視光學(xué)儀器的視度調(diào)節(jié)節(jié)1、正常人眼的焦點(diǎn)F、遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)一、眼睛的缺陷和校正l 正常人眼在自然狀態(tài)下，無(wú)限遠(yuǎn)物體成像在網(wǎng)膜正常人眼在自然狀態(tài)下，無(wú)限遠(yuǎn)物體成像在網(wǎng)膜上，即焦點(diǎn)上，即焦點(diǎn)F與網(wǎng)膜重合與網(wǎng)膜重合 F應(yīng)用光學(xué)講稿l 正常人眼觀察近距離物體時(shí)，依靠人眼視度調(diào)節(jié)正常人眼觀察近距離物體時(shí)，依靠人眼視度調(diào)節(jié)可以將可以將F點(diǎn)前移，使像成在網(wǎng)膜上點(diǎn)前移，使像成在網(wǎng)膜上l 人眼能看清的最遠(yuǎn)距離稱為人眼能看清的最遠(yuǎn)距離稱為遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)，遠(yuǎn)點(diǎn)是人眼自，遠(yuǎn)點(diǎn)是人眼自然狀態(tài)下與網(wǎng)膜像相共軛的物平面位置然狀態(tài)下

15、與網(wǎng)膜像相共軛的物平面位置l 人眼依靠調(diào)節(jié)能看清的最近距離稱為人眼依靠調(diào)節(jié)能看清的最近距離稱為近點(diǎn)近點(diǎn)應(yīng)用光學(xué)講稿F2、近視眼的特點(diǎn) 近視眼像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜前方，無(wú)限遠(yuǎn)物不能成像在網(wǎng)膜上 近視眼看不清無(wú)限遠(yuǎn)目標(biāo)，看到的最遠(yuǎn)距離（遠(yuǎn)點(diǎn)）是有限的，這個(gè)距離是近視眼視網(wǎng)膜的物方共軛面；眼睛依靠調(diào)節(jié)只能看清遠(yuǎn)點(diǎn)以內(nèi)的物體應(yīng)用光學(xué)講稿 近視程度用遠(yuǎn)點(diǎn)距離對(duì)應(yīng)的視度表示比如遠(yuǎn)點(diǎn)距離在眼睛前方0.5m，對(duì)應(yīng)的視度 SD=1/(-0.5)= -2醫(yī)學(xué)上眼鏡度數(shù)與視度相對(duì)應(yīng)，數(shù)量上的關(guān)系為 1 視度100此人的近視程度為200應(yīng)用光學(xué)講稿3、近視眼的校正 F遠(yuǎn)點(diǎn)采用負(fù)透鏡，焦距等于遠(yuǎn)點(diǎn)距離例如：某人遠(yuǎn)點(diǎn)距離為眼

16、睛前方200mm，要帶多大度數(shù)的眼鏡？焦距為多少？應(yīng)用光學(xué)講稿4、遠(yuǎn)視眼的特點(diǎn) 遠(yuǎn)視眼像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜后方，依靠調(diào)節(jié)有可能看清無(wú)限遠(yuǎn)物體 F 遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)在眼睛后方；近點(diǎn)距離比正常人眼增加應(yīng)用光學(xué)講稿F應(yīng)用光學(xué)講稿 A1A2A3A4應(yīng)用光學(xué)講稿5、遠(yuǎn)視眼的校正 F遠(yuǎn)點(diǎn)采用正透鏡，焦距等于遠(yuǎn)點(diǎn)距離應(yīng)用光學(xué)講稿對(duì)于正常人眼，隨年齡增加調(diào)節(jié)能力減弱，如50歲，最大調(diào)節(jié)范圍-2.5, 近點(diǎn)距離為 0 + (-2.5)=-2.5, 對(duì)應(yīng)距離為-400 mm;看近處(如300mm)需要戴花鏡;對(duì)于近視眼,如原有近視500度，即遠(yuǎn)點(diǎn)視度為-5, 對(duì)應(yīng)距離為-200 mm,不戴眼鏡最遠(yuǎn)看清前方200mm;戴近

17、視眼鏡后,把無(wú)限遠(yuǎn)目標(biāo)成像在-200處。年齡大了，調(diào)節(jié)能力差，50歲僅-2.5，這時(shí)戴上近視鏡也只能看到無(wú)限遠(yuǎn)到-2.5視度（-400mm），400mm以內(nèi)近距離目標(biāo)戴近視鏡反倒看不清了；摘了眼鏡，最遠(yuǎn)只能看200mm，所以200到400總看不清；這時(shí)就需要戴花鏡，把200成像到400處。應(yīng)用光學(xué)講稿二、目視光學(xué)儀器的視度調(diào)節(jié) 物鏡正常眼目鏡F F近視眼F物F目F目 F遠(yuǎn)視眼F目應(yīng)用光學(xué)講稿調(diào)節(jié)量的計(jì)算由 xx=ff， x=-f目2/ / x= -SD f目2 / /1000 (mm)注意：當(dāng)SD為“”時(shí)，x為“”， x是物相對(duì)于目鏡移動(dòng)量，但此時(shí)移動(dòng)的是目鏡，目鏡移動(dòng)方向?yàn)槌蛭镧R；當(dāng)SD為

18、“”時(shí)，x為“”， x遠(yuǎn)離目鏡，目鏡移動(dòng)方向?yàn)檫h(yuǎn)離物鏡；應(yīng)用光學(xué)講稿第五節(jié) 空間深度感覺(jué)和雙眼立體視覺(jué)一、單眼深度感覺(jué)單眼判斷遠(yuǎn)近的依據(jù)：1、物高已知時(shí)，根據(jù)視角判斷；2、根據(jù)物體之間的遮蔽關(guān)系和日光陰影等；3、根據(jù)對(duì)物體細(xì)節(jié)的分辯程度、空氣透明度；4、根據(jù)眼睛的調(diào)節(jié)程度應(yīng)用光學(xué)講稿B二、雙眼深度感覺(jué)1、轉(zhuǎn)動(dòng)視軸，注視目標(biāo)時(shí)肌肉緊張程度 視軸：眼睛像方節(jié)點(diǎn)與黃斑中心連線A12應(yīng)用光學(xué)講稿2、立體視覺(jué)體視l體視的產(chǎn)生(視差角) BBAAb1b2a2a1A、B離眼睛距離相同，此時(shí)：A= aB b1、b2都在a1、a2的同側(cè)； a1b1=a2b2應(yīng)用光學(xué)講稿若A、B離眼睛距離不等， 有兩種情況 b1、b2位在a1、a2兩側(cè) b1、b2位在a1、a2同側(cè)，但 a1b1 a2b2 AABBa1b2a2b1 BBAAb1b2a2a1AB應(yīng)用光學(xué)講稿l體視銳度、體視半徑、體視誤差視差角之差的大小標(biāo)志著物體遠(yuǎn)近差別的大小10時(shí)，人眼就分不清A、B的遠(yuǎn)近區(qū)別了，這一極限值稱為體視銳度人眼有體視的最大距離稱為體視半徑能夠判斷遠(yuǎn)近的體視范圍內(nèi)，對(duì)兩物體是否處在同一空間深度的判斷是有誤差的，稱為體視