第三章眼睛和目視光學系統(tǒng)

第三章眼睛和目視光學系統(tǒng)目視光學系統(tǒng):和人眼配合使用的/可直接擴大人眼的視覺能力的光學系統(tǒng)本章主要解決的問題：眼睛的構造望遠鏡/顯微鏡的工作原理眼睛與目視光學儀器配合的問題眼睛的缺陷及其調整

§3-1人眼的光學特性

人眼的結構人眼的結構與照相機類似,從光學角度看,主要有三個主要組成部分：水晶體－－鏡頭Lens

視網膜－－底片F(xiàn)ilm

瞳孔－－光闌Stop

人眼相當于一臺最高檔的超級照相機,可以自動調焦,自動調節(jié)進入人眼的光能量角膜:角質構成的透明球面薄膜,入射光線首先通過角膜

前室:角膜后的空間,充滿透明的

n=1.3374的水狀液,會聚光線.水晶體:雙凸透鏡,通過其周圍肌肉的調節(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組成部分.視網膜:視神經細胞和神經纖維,作為感光底片.黃斑:視網膜上視覺最敏感的區(qū)域.

視網膜和黃斑可看作是照相機的感光部分.虹膜:水晶體和前室之間的隔膜.其中心有一圓孔,為瞳孔,限制進入眼睛的光能量,作為相機中的可調光圈.盲點:視神經纖維在眼睛的出口,沒有感光細胞,不能形成視覺.盲點的測試

視覺的產生外部光線進入人眼在視網膜上形成一個像,通過視神經細胞產生了一個視覺信號刺激通過視神經傳輸?shù)酱竽X.最后經過高級神經活動形成視覺.這個過程包括物理學/生理學和心理學.成倒像視軸:黃斑中心與眼睛光學系統(tǒng)像方節(jié)點的連線.人眼的視覺特征人眼的視場:人眼的視場可以達到150度.如果頭保持不動,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,可以自由旋轉眼球,頭也動.眼睛的調節(jié):

視度調節(jié)

和瞳孔調節(jié).

1.視度調節(jié)定義:隨著物體距離的改變,人眼自動改變焦距,使像落在視網膜上的過程.F’調節(jié)量的表示:視度SD與視網膜共軛的物面到眼睛的距離的倒數(shù)1lSD=明視距離和近點/遠點明視距離:眼睛前方250mm距離處，SD=(1/(-0.25))=-4l的單位是米,且有正有負近點:

眼睛通過調節(jié)能看清物體的最短距離.遠點:眼睛能看清物體的最遠距離最大調節(jié)范圍=近點視度–遠點視度年齡最大調節(jié)范圍/視度近點距離(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節(jié)能力2.瞳孔調節(jié)虹膜可以自動調節(jié)瞳孔的大小,來控制眼睛的進光量.強光下,白天,D=2mm;夜晚,D=8mm當設計目視光學儀器時,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/天氣和時間不斷變化著的.眼睛的視覺靈敏度假設有兩個物點成像在視網膜上.如果這兩個像點之間的間距足夠大,就認為是可以用肉眼分辨的,當間距很小時,人眼就有可能分辨不開.兩個物點的視覺靈敏度：為什么？視網膜的結構視網膜是由視神經細胞構成,這里包括視錐細胞和桿狀視神經細胞視錐細胞:在強光條件下工作桿狀視神經細胞:在弱光情況下工作如果兩個像點之間的距離大于視神經細胞直徑的兩倍,或者這兩個像點分別位于兩個不相鄰的兩個細胞上時,這兩個像點就可以被分辨.視神經細胞直徑約為0.001-0.003mm,一般取0.006mm作為眼睛的分辨率,這是人眼視網膜上可以分辨的最短距離.通常用這段距離在物空間對應的張角ω來表示,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對線戀分辨蹈率:百一啞直線罰的像揚刺激弟著一廢系列可視神洪經細所胞,鞠而另后一直研線的摩像又策刺激具著旁染邊另虛一列冠視神壯經細展胞,糊所以去眼睛條能夠瘦敏銳灘地感叛覺到然它們趕之間專的位通移,刻這時逼的分讀辨率猜可以賊提高吉到亦10亮”一些虛測量患儀器室都采釀取這爹種類診型的墨對準厭方式脂來提楚高測憲量精螺度.眼睛零的像用方節(jié)前點J’到視漫網膜姥的距專離,撈忽略者眼睛虛的調忘節(jié)作懷用,君認為誕是一浴個常伸數(shù)人眼命在完魂全放工松的唐自然錢狀態(tài)押下,合無限程遠目殲標成委像于韻視網占膜上胸,為民了使下用儀惰器觀洽察時誓,人敗眼不鈔至于姐疲勞值,目趁標通界過儀饅器后段應成繞像在連無限擱遠,晌或者杯說要胸出射庫平行品光束F-f約=f服’－y’ω儀Г?。絫gω儀tgω眼=25塞0f’tgω眼=yf’=tgω儀y-l=y25束0注意弄:25齡0m黃m是一萍般人陜閱讀注或操矛作時被觀浴察目憶標放剃在眼扎前的煙距離揭,明掛視距腳離半徑伯這樣鋸小的穿透鏡都很難白加工緒出來休,因絮此放禁大鏡謎不超修過1四5倍F’物F目-yy’ω儀f’物-f目Δtgω眼=25則0y=y’f’目tgω儀β物=y’y-Δf’物==-Δf’物f’目yГ抱＝tgω儀tgω眼=-2建50Δf’物f’目例題1如果掠要求澇讀數(shù)燙顯微夢鏡的翻對準久精度舒為0.森00今1m旋m，求豆顯微踐鏡的網放大兄率。解：要能品區(qū)分羽：已知忍顯微微鏡的供視放毫大率問為-3丟00，目到鏡焦男距為20元mm，求瓣顯微導鏡物遠鏡的液倍率丟。若有人眼撲的視享角分舟辨率仿為60莊‘’，則估用該桿顯微拿鏡能煮分辨重的兩滾物點歡的最抓小距充離是剪多少綱？可以容安裝中分劃列板,仰便于曉瞄準皮和測北量無法級安裝骨分劃許板,枕常用續(xù)于觀板劇鏡望遠克鏡視裝放大州率的遙測量點:在喪望遠舒鏡前扣垂軸撥放置竿一個欠有刻動劃的浮物體裹,在通望遠注鏡后握測量青像高墨的大椒小,閥二者陣的比棟值即任為望惕遠系遮統(tǒng)的彩視放阻大率用一5倍的視開普店勒望砌遠鏡餅觀察50濫0m寨m處的擊目標慮，物宣鏡焦傘距為10疾0m疊m，求號實際告視放桌大率佩。5倍是偶觀測膨遠處寒物體陸的視往放大盼率，飽但現(xiàn)馳在是枕觀測共近處稻的目親標。此公灑式只派適用倒于物派距小銀于十虜分之撤一立爹體視尺覺半堅徑雙眼題儀器海的基寧線長(雙換眼儀姑器的儉二個菠入射嫂光軸徑之間聽的距胖離)二、遮體視總誤差三、生對雙年眼儀啦器的團要求1、左緣瑞右光己軸平黑行；2、左退右兩糞系統(tǒng)需放大聰率一竟致；3、左炸右兩拋系統(tǒng)晌不應爸有像撐傾斜泛。例1：顯驗微鏡圓的放寶大率肅為58，采魚用夾籠線對大準方嘩式，濾求顯祝微鏡乞的物偉方對屢準誤旋差，呆如果忙采用10倍的使目鏡伍，物醫(yī)鏡的陰倍率瞇應為碗多大怖，目凱鏡的撇焦距運為多術少？解：對準元誤差臣：求物素鏡的峰倍率求目申鏡焦倘距例2切：若承顯微桌鏡的哲對準述精度去為0跳.0撕01mm集，采用央壓線舉對準躺，視過角分淘辨率占為6兩0”汪,問弊顯微適鏡的付視放撒大率影為多穗少？解：例3潑：測青微目淋鏡的括對準摧精度荷為0跑.0量01mm居，采用話叉線挎對準挑，視峰角分抱辨率溫為1招0”屬,問豎應采尤用多姑大焦層距的泰目鏡本？解：例4件：一丸個大軋地測洞量用積望遠吵鏡使酒用夾菠線瞄柜準，蕩如果恒在1浪公里寄內的駝瞄準薪誤差槍要求涌小于柜2毫櫻米，溉問視倘