光學儀器的基本原理一眼睛的結(jié)構(gòu)及其視覺原理課件

1、第四章 光學儀器的基本原理第1頁，共27頁。4.1眼睛一.眼睛的結(jié)構(gòu)及其視覺原理1.結(jié)構(gòu)：人眼是可自動調(diào)焦的0的共軸球面系統(tǒng)或 0變焦系統(tǒng)。瞳孔（光闌）：孔徑可調(diào)節(jié)（2-8mm）,相當空相上的光圈作用，控制進入人眼球內(nèi)的光能量。晶狀體：通過睫狀肌的張緊或放松改變其表面的曲率半徑，從而改變焦距。視網(wǎng)膜：（與視神經(jīng)相連）成象屏幕。第2頁，共27頁。2.視覺原理物體成象于視網(wǎng)膜上，引起光化反應，產(chǎn)生脈沖作用，經(jīng)視神經(jīng)纖維傳到神經(jīng)中樞，傳給大腦，因而得到視覺。對人眼而言，象距S一定，遠近不同物體，物距S不同，只有通過改變焦距f f，才能保證遠近不同的物體成明于視網(wǎng)膜上。 S一定，而S不同，只有改變ff

2、才能滿足高斯公式，這就要求眼睛必須可自動調(diào)焦。第3頁，共27頁。二.簡化眼模型從幾何光學觀點看，人眼是由角膜，晶狀體等各折射球面構(gòu)成的共軸球面系統(tǒng)，這一系統(tǒng)能在視網(wǎng)膜上形成清晰的象。眼的光心人眼的等效折射球面的曲率中心c第4頁，共27頁。第5頁，共27頁。第6頁，共27頁。第7頁，共27頁。三.眼的調(diào)節(jié)、遠點和近點 明視距離1.眼的調(diào)節(jié)功能：眼睛的網(wǎng)膜位置是恒定的，景物遠近的不同靠睫狀肋的收縮和松馳，調(diào)節(jié)晶狀體的曲率，即調(diào)節(jié)眼睛的焦距，使之成象于網(wǎng)膜上，即：對人眼來說，象距S一定（成象于視網(wǎng)膜上）為看清遠近不同的物體（不同的物距S），眼睛的ff必須可自動調(diào)節(jié)，稱眼睛的調(diào)節(jié)功能，眼睛的調(diào)節(jié)功能是

3、靠睫狀肌肉的張緊或放松改變晶狀體曲率半徑來實現(xiàn)改變ff的。第8頁，共27頁。2.遠點：眼睛完全放松時（睫狀肌肉完全放松，晶狀體的兩曲率半徑最大，即晶狀體最扁，焦距最長）所能看清的最遠距離，稱眼睛遠點。正常眼：遠點在（與年齡有關(guān)）（看平行光， f位于視網(wǎng)膜上）3.近點：眼睛最大限度張緊時（睫狀肌肉最大限度的張緊，使晶狀體最凸，r1r2最短，焦距最短）所能看清的最近距離，稱眼睛近點。正常眼睛的近點約15cm（與年齡有關(guān)）遠點和近點之間的范圍，即:眼睛的調(diào)節(jié)（焦）范圍，即物體位于此范圍內(nèi)均能在視網(wǎng)膜上成象。第9頁，共27頁。4.明視距離： 在適當?shù)恼彰鳁l件下，眼睛處于正常狀態(tài)（即睫狀肌肉既不完全張緊

4、，也不完全放松）所能看清眼前物的距離，稱明視距離,正常眼睛d=25cm。小結(jié)：正常眼睛的明視距離為眼前25cm，遠點 為，這是眼睛有特殊意義的兩個特殊點（眼睛久視不疲勞）.這是設計和使用助視學儀器的依據(jù)（匹配），即要求實物經(jīng)助視光學儀器后所成的虛象位于明視距離處或處，然后再讓眼睛觀察這個虛象，這樣眼睛久視不疲勞。第10頁，共27頁。四.非正常眼及其矯正正常眼：遠點在，明視距離為眼睛前 25cm的眼睛為正常眼非正常眼：近視眼、遠視眼、散光眼第11頁，共27頁。1.近視眼及其矯正近視眼：遠點在眼前有限距離處，而不是在 原因：睫狀肌肉完全放松，晶狀體仍然過凸，焦距較短，聚焦能力太強致使無窮遠處的之物

5、成象在視網(wǎng)膜之前（f在膜之前） YJING.SWF第12頁，共27頁。校正方法：需戴凹透鏡，先讓入射光發(fā)散一下。凹透鏡的作用：把s= 處的物經(jīng)凹透鏡后成象于近視眼的遠點處。凹透鏡+近視眼=正常眼例：某人遠點為0.5米，配什么眼鏡？YJING1.SWF第13頁，共27頁。2.遠視點（包括老花眼）及其矯正遠視點（老花眼）：近點超過正常眼明視距離25cm 的眼睛 近點25cm原因：睫狀肌肉完全放松，晶狀體仍然過扁，焦距太長，聚焦能力太差致使無窮遠處的之物成象在視網(wǎng)膜之后（f在膜之后）第14頁，共27頁。校正方法：需戴凸透鏡，先讓入射光會聚一下。凸透鏡的作用：把s=25cm處的物（即正常物明視距離處的

6、實物）經(jīng)凸透鏡后成象于遠視眼的近點處。凸透鏡+遠視眼=正常眼例：某人近點為1.0米，配什么眼鏡？YJING10.SWF第15頁，共27頁。3.散光眼及其矯正：(1) 定義：散光眼，又稱象散眼，其角膜和晶狀體的折射表面不是球面，而是橢球面（曲面不對稱），不同截面光焦度不同，眼軸上的物點成象散光束。(2) 校正方法：配戴柱面鏡，用柱面鏡的象散作用去抵消眼的象散作用。第16頁，共27頁。4.2 助視儀器的放大本領一.放大本領的概念1.視角（眼睛的視角）：定義：物體或經(jīng)光學系統(tǒng)所成的象對眼睛光心c的張角,稱眼睛視角。眼睛的光心c：是等效折射球面的曲率中心c。：物體對眼睛光心的張角：視網(wǎng)膜上的象對眼睛光

7、心c的張角第17頁，共27頁。結(jié)論：物體遠，則視角小，象就?。◤埥切。矬w看起來?。?）。物體近，視角大，象就大，物體看起來大。由于視網(wǎng)膜上感光細胞也有一定大小，當在視網(wǎng)膜上的象的大小y小到與感光細胞還要小時，物體就看不清了。正常眼睛所能分辨的最小視角min1，明視距離25cm處的最小間距約為0.1mm。第18頁，共27頁。2.視角放大率（視角放大本領）視覺放大率定義為：注意：1視角放大率是指兩種不同情形下的視角之比，或象長之比，稱助視儀器的視角放大率2助視光學儀器使用中，既可使物成象于，又可成象于25cm處，助視光學儀器可在上述兩種情況下使用或求其M第19頁，共27頁。二. 放大鏡1.放大

8、鏡：一個焦距較小的正透鏡（薄凸透鏡）就是簡單的放大鏡。2. 放大率（放大本領）：第20頁，共27頁。放大鏡的光路圖第21頁，共27頁。4.3目鏡一.目鏡的作用：一般放大鏡可用來直接放大實物，而目鏡卻是用來放大其它光學系統(tǒng)（稱為物鏡）所成的象，復雜的助視光學儀器總包括兩部分：物鏡、目鏡 目 鏡 面向物體的透鏡，稱為向場鏡（簡稱場鏡） 接近眼睛者稱為目鏡，（或簡稱視鏡）第22頁，共27頁。二.兩種目鏡1.惠更斯目鏡結(jié)構(gòu)特點：由兩塊薄平凸透鏡組成，兩凸面均面對入射光線f為目鏡的象方焦距第23頁，共27頁?；莞鼓跨R第24頁，共27頁。2.冉斯登目鏡 結(jié)構(gòu)特點：由兩個同種玻璃的平凸透鏡構(gòu)成，場鏡、視鏡焦距相等，凸面相對，平面向外。f為目鏡的象方焦距第25頁，共27頁。冉斯登目鏡第26頁，共27頁。3.差別：相同處：都有對各自物鏡的象有再成象和放大作用差別：惠目鏡，物方焦點F在兩鏡間，冉鏡物焦點F在鏡外。冉鏡可當作一般放大鏡觀察實物，惠鏡則只能用來觀察象。在冉鏡物方焦距平面上放置透明刻度尺或叉絲