眼睛和目視光學(xué)系統(tǒng)第1頁(yè)/共63頁(yè)§3-1

人眼的光學(xué)特性

人眼的結(jié)構(gòu)人眼的結(jié)構(gòu)與照相機(jī)類(lèi)似,從光學(xué)角度看,主要有三個(gè)主要組成部分：水晶體－－鏡頭Lens

視網(wǎng)膜－－底片F(xiàn)ilm

瞳孔－－光闌Stop

人眼相當(dāng)于一臺(tái)最高檔的超級(jí)照相機(jī),可以自動(dòng)調(diào)焦,自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入人眼的光能量第2頁(yè)/共63頁(yè)角膜:角質(zhì)構(gòu)成的透明球面薄膜,入射光線首先通過(guò)角膜

前室:角膜后的空間,充滿透明的

n=1.3374的水狀液,會(huì)聚光線.水晶體:雙凸透鏡,通過(guò)其周?chē)∪獾恼{(diào)節(jié)可以改變其前表面的曲率半徑,從而使眼睛的有效焦距發(fā)生改變.

角膜,前室和水晶體可以看作鏡頭的一個(gè)組成部分.第3頁(yè)/共63頁(yè)視網(wǎng)膜:視神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)纖維,作為感光底片.黃斑:視網(wǎng)膜上視覺(jué)最敏感的區(qū)域.

視網(wǎng)膜和黃斑可看作是照相機(jī)的感光部分.虹膜:水晶體和前室之間的隔膜.其中心有一圓孔,為瞳孔,限制進(jìn)入眼睛的光能量,作為相機(jī)中的可調(diào)光圈.第4頁(yè)/共63頁(yè)

盲點(diǎn):

視神經(jīng)纖維在眼睛的出口,沒(méi)有感光細(xì)胞,不能形成視覺(jué).盲點(diǎn)的測(cè)試

第5頁(yè)/共63頁(yè)視覺(jué)的產(chǎn)生外部光線進(jìn)入人眼

在視網(wǎng)膜上形成一個(gè)像,通過(guò)視神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生了一個(gè)視覺(jué)信號(hào)刺激通過(guò)視神經(jīng)傳輸?shù)酱竽X.最后經(jīng)過(guò)高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)形成視覺(jué).這個(gè)過(guò)程包括物理學(xué)/生理學(xué)和心理學(xué).成倒像第6頁(yè)/共63頁(yè)視軸:黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)像方節(jié)點(diǎn)的連線.人眼的視覺(jué)特征人眼的視場(chǎng):人眼的視場(chǎng)可以達(dá)到150度.如果頭保持不動(dòng),我們只能看清視軸中心附近6o－8o的范圍.為了看到更大的范圍,可以自由旋轉(zhuǎn)眼球,頭也動(dòng).第7頁(yè)/共63頁(yè)眼睛的調(diào)節(jié):

視度調(diào)節(jié)

和瞳孔調(diào)節(jié).

1.視度調(diào)節(jié)定義:隨著物體距離的改變,人眼自動(dòng)改變焦距,使像落在視網(wǎng)膜上的過(guò)程.F’第8頁(yè)/共63頁(yè)調(diào)節(jié)量的表示:視度SD與視網(wǎng)膜共軛的物面到眼睛的距離的倒數(shù)1lSD=明視距離和近點(diǎn)/遠(yuǎn)點(diǎn)明視距離:眼睛前方250mm距離處，SD=(1/(-0.25))=-4l

的單位是米,且有正有負(fù)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)視度第9頁(yè)/共63頁(yè)年齡最大調(diào)節(jié)范圍/視度近點(diǎn)距離(mm)

101520253035404550-14-12-10-7.8-7.0-5.5-4.5-3.5-2.57083100130140180220290400不同年齡段正常的人眼調(diào)節(jié)能力第10頁(yè)/共63頁(yè)2.瞳孔調(diào)節(jié)虹膜可以自動(dòng)調(diào)節(jié)瞳孔的大小,來(lái)控制眼睛的進(jìn)光量.強(qiáng)光下,白天,D=2mm;

夜晚,D=8mm當(dāng)設(shè)計(jì)目視光學(xué)儀器時(shí),儀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;晚上使用的則要大些.外界物體的亮度是隨著物體種類(lèi)/天氣和時(shí)間不斷變化著的.第11頁(yè)/共63頁(yè)眼睛的視覺(jué)靈敏度假設(shè)有兩個(gè)物點(diǎn)成像在視網(wǎng)膜上.如果這兩個(gè)像點(diǎn)之間的間距足夠大,就認(rèn)為是可以用肉眼分辨的,當(dāng)間距很小時(shí),人眼就有可能分辨不開(kāi).兩個(gè)物點(diǎn)的視覺(jué)靈敏度：為什么？第12頁(yè)/共63頁(yè)視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)視網(wǎng)膜是由視神經(jīng)細(xì)胞構(gòu)成,這里包括視錐細(xì)胞和桿狀視神經(jīng)細(xì)胞視錐細(xì)胞:在強(qiáng)光條件下工作桿狀視神經(jīng)細(xì)胞:在弱光情況下工作如果兩個(gè)像點(diǎn)之間的距離大于視神經(jīng)細(xì)胞直徑的兩倍,或者這兩個(gè)像點(diǎn)分別位于兩個(gè)不相鄰的兩個(gè)細(xì)胞上時(shí),這兩個(gè)像點(diǎn)就可以被分辨.第13頁(yè)/共63頁(yè)視神經(jīng)細(xì)胞直徑約為0.001-0.003mm,一般取0.006mm作為眼睛的分辨率,這是人眼視網(wǎng)膜上可以分辨的最短距離.通常用這段距離在物空間對(duì)應(yīng)的張角ω來(lái)表示,稱為視角分辨率.y’min=-0.006mm，f=-16.68mm所以表征人眼的分辨能力第14頁(yè)/共63頁(yè)第15頁(yè)/共63頁(yè)對(duì)線分辨率:一直線的像刺激著一系列視神經(jīng)細(xì)胞,而另一直線的像又刺激著旁邊另一列視神經(jīng)細(xì)胞,所以眼睛能夠敏銳地感覺(jué)到它們之間的位移,這時(shí)的分辨率可以提高到10”一些測(cè)量?jī)x器都采取這種類(lèi)型的對(duì)準(zhǔn)方式來(lái)提高測(cè)量精度.第16頁(yè)/共63頁(yè)第17頁(yè)/共63頁(yè)第18頁(yè)/共63頁(yè)眼睛的像方節(jié)點(diǎn)J’到視網(wǎng)膜的距離,忽略眼睛的調(diào)節(jié)作用,認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)第19頁(yè)/共63頁(yè)人眼在完全放松的自然狀態(tài)下,無(wú)限遠(yuǎn)目標(biāo)成像于視網(wǎng)膜上,為了使用儀器觀察時(shí),人眼不至于疲勞,目標(biāo)通過(guò)儀器后應(yīng)成像在無(wú)限遠(yuǎn),或者說(shuō)要出射平行光束第20頁(yè)/共63頁(yè)第21頁(yè)/共63頁(yè)第22頁(yè)/共63頁(yè)F-f=f’－y’

ω儀

Г＝tgω儀tgω眼=250

f’tgω眼=

y

f’=tgω儀

y

-l=

y

250注意:250mm是一般人閱讀或操作時(shí)被觀察目標(biāo)放在眼前的距離,明視距離第23頁(yè)/共63頁(yè)半徑這樣小的透鏡很難加工出來(lái),因此放大鏡不超過(guò)15倍第24頁(yè)/共63頁(yè)第25頁(yè)/共63頁(yè)F’物F目-y

y’

ω儀f’物-f目Δtgω眼=

250y=

y’

f’目tgω儀β物

=

y’

y

-Δ

f’物==

-Δ

f’物

f’目yГ＝tgω儀tgω眼=

-250Δ

f’物

f’目第26頁(yè)/共63頁(yè)第27頁(yè)/共63頁(yè)第28頁(yè)/共63頁(yè)例題1如果要求讀數(shù)顯微鏡的對(duì)準(zhǔn)精度為0.001mm，求顯微鏡的放大率。解：要能區(qū)分：第29頁(yè)/共63頁(yè)已知顯微鏡的視放大率為-300，目鏡焦距為20mm，求顯微鏡物鏡的倍率。若人眼的視角分辨率為60‘’，則用該顯微鏡能分辨的兩物點(diǎn)的最小距離是多少？第30頁(yè)/共63頁(yè)第31頁(yè)/共63頁(yè)第32頁(yè)/共63頁(yè)第33頁(yè)/共63頁(yè)第34頁(yè)/共63頁(yè)可以安裝分劃板,便于瞄準(zhǔn)和測(cè)量無(wú)法安裝分劃板,常用于觀劇鏡第35頁(yè)/共63頁(yè)望遠(yuǎn)鏡視放大率的測(cè)量:在望遠(yuǎn)鏡前垂軸放置一個(gè)有刻劃的物體,在望遠(yuǎn)鏡后測(cè)量像高的大小,二者的比值即為望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視放大率第36頁(yè)/共63頁(yè)用一5倍的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡觀察500mm處的目標(biāo)，物鏡焦距為100mm，求實(shí)際視放大率。5倍是觀測(cè)遠(yuǎn)處物體的視放大率，但現(xiàn)在是觀測(cè)近處的目標(biāo)。第37頁(yè)/共63頁(yè)第38頁(yè)/共63頁(yè)第39頁(yè)/共63頁(yè)第40頁(yè)/共63頁(yè)第41頁(yè)/共63頁(yè)第42頁(yè)/共63頁(yè)第43頁(yè)/共63頁(yè)第44頁(yè)/共63頁(yè)第45頁(yè)/共63頁(yè)第46頁(yè)/共63頁(yè)第47頁(yè)/共63頁(yè)第48頁(yè)/共63頁(yè)第49頁(yè)/共63頁(yè)第50頁(yè)/共63頁(yè)第51頁(yè)/共63頁(yè)第52頁(yè)/共63頁(yè)此公式只適用于物距小于十分之一立體視覺(jué)半徑第53頁(yè)/共63頁(yè)第54頁(yè)/共63頁(yè)雙眼儀器的基線長(zhǎng)(雙眼儀器的二個(gè)入射光軸之間的距離)第55頁(yè)/共63頁(yè)二、體視誤差三、對(duì)雙眼儀器的要求1、左右光軸平行；2、左右兩系統(tǒng)放大率一致；3、左右兩系統(tǒng)不應(yīng)有像傾斜。第56頁(yè)/共63頁(yè)例1：顯微鏡的放大率為58，采用夾線對(duì)準(zhǔn)方式，求顯微鏡的物方對(duì)準(zhǔn)誤差，如果采用10倍的目鏡，物鏡的倍率應(yīng)為多大，目鏡的焦距為多少？解：對(duì)準(zhǔn)誤差：第57頁(yè)/共63頁(yè)求物鏡的倍率求目鏡焦距第58頁(yè)/共63頁(yè)例2：若顯微鏡的對(duì)準(zhǔn)精度為0.001mm，采用壓線對(duì)準(zhǔn)，視角分辨率為60”,問(wèn)顯微鏡的視放大率為多少？解：第59頁(yè)/共63頁(yè)例3：測(cè)微目鏡的對(duì)準(zhǔn)精度為0.001mm，采用叉線對(duì)準(zhǔn)，視角分辨率為10”,問(wèn)應(yīng)采用多大焦距的目鏡？解：第60頁(yè)/共63頁(yè)例4：