典型光學(xué)系統(tǒng)眼睛與放大鏡

1、眼睛與放大鏡,,,,§７-1 人眼及其光學(xué)系統(tǒng),一、眼睛的結(jié)構(gòu)——最高級的攝影系統(tǒng),視網(wǎng)膜表面為匹茲伐曲面,變折射率;校正球差,孔徑光闌:受虹膜控制,黃斑中心凹是人眼視覺最靈敏的地方。,倒立的實像——與感覺神經(jīng)分布有關(guān)——正像視覺,神經(jīng)纖維的出口，沒有感光細(xì)胞，不能產(chǎn)生視覺,,,人眼的構(gòu)造剖視圖,鞏膜,*鞏膜是眼球的第一層保護(hù)膜，白色、不透明、堅硬；,,角膜,,*角膜是鞏膜的最前端部分，無色而透明；,眼睛內(nèi)的折射主要發(fā)生在

2、角膜上；,脈絡(luò)膜,,*脈絡(luò)膜是眼球的第二層膜，上面有供給眼睛營養(yǎng)的網(wǎng)狀微血管；,,,人眼的構(gòu)造剖視圖,鞏膜,,角膜,,,脈絡(luò)膜,,,虹膜,,*虹膜是脈絡(luò)膜的最前端部分，含有色素細(xì)胞，決定眼的顏色；,瞳孔,,*瞳孔是虹膜中間的小孔，隨著外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直徑在2~8mm范圍內(nèi)變化；它是人眼的孔徑光闌。,,,人眼的構(gòu)造剖視圖,鞏膜,,角膜,,細(xì)胞，錐狀細(xì)胞直徑約5微米，長約35微米；桿狀細(xì)胞直徑約2微米,脈絡(luò)膜,,，長約

3、60微米。它們在網(wǎng)膜上的分布式不均勻的。,虹膜,,瞳孔,,視網(wǎng)膜,,*網(wǎng)膜是眼球的第三層膜，上面布滿著感光元素，即錐狀細(xì)胞和桿狀,黃斑中心凹,,,,人眼的構(gòu)造剖視圖,鞏膜,,角膜,,光,脈絡(luò)膜,,,虹膜,,瞳孔,,,視神經(jīng)細(xì)胞,晶狀體在虹膜后面，是由兩個不同曲率的面組成的透明體，,黃斑中心凹,,,,神經(jīng)纖維,,,盲斑,大腦,盲斑,,,視網(wǎng)膜,水晶體,,,人眼的構(gòu)造剖視圖,鞏膜,,角膜,,率都是不均勻的，由里層到外層逐漸減少，有利于提高,

4、脈絡(luò)膜,,成像質(zhì)量。水晶體的平均折射率為1.40，其周圍是毛狀肌,虹膜,,瞳孔,,,似雙凸透鏡，是眼睛光學(xué)系統(tǒng)的成像元件，其密度和折射,,能改變水晶體的表面曲率，使人眼在看遠(yuǎn)近不同的物體時，,黃斑中心凹,,,,,盲斑,,水晶體,,視網(wǎng)膜,,,人眼的構(gòu)造剖視圖,鞏膜,,角膜,,角膜和晶狀體之間的空間稱為前室；充滿1.336的水狀液；,脈絡(luò)膜,,晶狀體和網(wǎng)膜所包圍的空間稱為后室;充滿1.336的玻狀體,虹膜,,瞳孔,,,總能將像成在網(wǎng)膜上。

5、,,,黃斑中心凹,,,,,盲斑,,,前室,,后室,,視網(wǎng)膜,水晶體,,,人眼的構(gòu)造剖視圖,鞏膜,,角膜,,,脈絡(luò)膜,,眼睛的像方節(jié)點(diǎn)與中心凹的連線為眼睛的視軸, 在觀察物,虹膜,,瞳孔,,,,,體時眼睛本能地把物體瞄準(zhǔn)在這根軸上。,黃斑中心凹,,,,,盲斑,,,前室,,后室,,1.376,1.336,1.336,光軸,,,視軸,,視網(wǎng)膜,水晶體,,,眼睛的視場很大，可達(dá)150?，但只有黃斑附近才能清晰識別，其他部分比較模糊， 所以能看

6、清物體的角度范圍為6 ~ 8?。,從光學(xué)角度看，眼睛中最主要的是：水晶體、視網(wǎng)膜和瞳孔。,★人眼的光學(xué)參數(shù),★靜態(tài)簡約眼,f’=18.9~22.8mm ， -f=14.2~17.1mm,眼睛的物方焦距和像方焦距不相等,二、眼睛的調(diào)節(jié)及校正,1．眼睛的調(diào)節(jié),眼睛（通過水晶體）自動改變焦距的過程。（18mm~23mm ）,當(dāng)肌肉完全放松時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最遠(yuǎn)的點(diǎn)稱為遠(yuǎn)點(diǎn)，其相應(yīng)的距離稱為遠(yuǎn)點(diǎn)距，以 r 表示（米）,當(dāng)肌肉在最

7、緊張時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最近的點(diǎn)稱為近點(diǎn)，其相應(yīng)的距離稱為近點(diǎn)距，以 p 表示（米）,,明視距離-----在閱讀時，或眼睛通過目視光學(xué)儀器觀測物像時，為了工作舒適，習(xí)慣上把物或像置于眼前250mm處。,注:近點(diǎn)距離并不是明視距離 250mm,人眼的調(diào)節(jié)能力表示為能清晰調(diào)焦的極限距離范圍，用遠(yuǎn)點(diǎn)距r的倒數(shù)和近點(diǎn)距p的倒數(shù)之差來描述，用A來表示，即,單位為折光度（或稱屈光度）,R——遠(yuǎn)點(diǎn)視度P——近點(diǎn)視度,2、眼睛的缺陷和校正,

8、,正常眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)距為無限遠(yuǎn)，非正常眼睛（遠(yuǎn)視或近視）的遠(yuǎn)點(diǎn)距為一有限值。,2、眼睛的缺陷和校正,正常眼在肌肉完全放松的自然狀態(tài)下，能夠看清楚無限遠(yuǎn)處的物體，即遠(yuǎn)點(diǎn)應(yīng)在無限遠(yuǎn)（R = 0）， 像方焦點(diǎn)正好和視網(wǎng)膜重合,,,,,,,,,,,,F',,,,,,,,,,,若不符合這一條件就是非正常眼，或稱視力不正常 （屈光不正）,最常見的有近視眼和遠(yuǎn)視眼（先天、后天）,斜視（光楔）散光（水晶體曲率半徑不等，柱面鏡，）老花眼屬

9、自然生理現(xiàn)象，不是缺陷,近視眼：遠(yuǎn)點(diǎn)在眼睛前方有限距離處（r < 0），眼球突起，焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜前，用負(fù)透鏡校正,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,配上適當(dāng)?shù)呢?fù)光焦度眼鏡后，即可使無限遠(yuǎn)物體成像于眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)上，然后再經(jīng)眼睛成像于網(wǎng)膜上，矯正了眼睛的缺陷。此時，負(fù)透鏡的焦距等于遠(yuǎn)點(diǎn)距。,校正的結(jié)果：組合系統(tǒng)的遠(yuǎn)點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)；無窮遠(yuǎn)點(diǎn)能在視網(wǎng)膜上成像。,遠(yuǎn)視眼：遠(yuǎn)點(diǎn)在眼睛之后（r > 0），眼球扁平，焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜后，用正透

10、鏡校正。同時，遠(yuǎn)視眼看不清明視距離的近物，近點(diǎn)較正常眼遠(yuǎn)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,對于遠(yuǎn)視眼，射入眼睛的光束只有是會聚時，才能正好聚焦在視網(wǎng)膜上。此時，對應(yīng)的遠(yuǎn)點(diǎn)為虛物點(diǎn),配上適當(dāng)?shù)恼饨苟妊坨R后，即可使無限遠(yuǎn)物體成像于眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)上，然后再經(jīng)眼睛成像于網(wǎng)膜上。同時，可以使明視距離的物體成像于近點(diǎn)此時，正透鏡的焦距等于遠(yuǎn)點(diǎn)距。,校正的結(jié)果：組合系統(tǒng)的遠(yuǎn)點(diǎn)在無窮遠(yuǎn),校正方法,,近視眼或遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)視度可通過儀器來測得，知道

11、此值后即可求得所需眼鏡的焦距。,例如：有一近視眼，通過驗光得知其遠(yuǎn)點(diǎn)視度為-2個屈光度（眼鏡行業(yè)稱近視200度）,則其遠(yuǎn)點(diǎn)距r = - 0.5 m，,需配焦距為-500mm的近視眼鏡。,一般用遠(yuǎn)點(diǎn)視度（遠(yuǎn)點(diǎn)距離的倒數(shù)）表示近視或遠(yuǎn)視程度，單位為折光度（或屈光度）。通常醫(yī)院和眼鏡店把一折光度稱作100度。,例題,一個人近視程度是－2D（屈光度），調(diào)節(jié)范圍是8D，求：（1）其遠(yuǎn)點(diǎn)距離； （2）其近點(diǎn)距離； （3）配戴1

12、00的近視鏡，求該鏡焦距； （4）求戴上該鏡后能看清的遠(yuǎn)點(diǎn)距離和近點(diǎn)距離。,思考,某人對1米以外的物看不清，需佩戴什么眼鏡？另一人對1米以內(nèi)的物看不清，需佩戴什么眼鏡？,,三．眼睛的適應(yīng)、感光與感色,適應(yīng)是一種當(dāng)周圍照明條件發(fā)生變化是眼睛所產(chǎn)生的變態(tài)過程，可分為對暗適應(yīng)和對光適應(yīng)兩種。,明適應(yīng)：由暗處進(jìn)入亮處，瞳孔自動縮??；——快,暗適應(yīng)：由亮處進(jìn)入暗處，瞳孔自動放大?！?桿狀細(xì)胞——明（光）視覺——弱照明——感光錐狀

13、細(xì)胞——暗（色）視覺——亮照明——感色,四、眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）,眼的分辨能力：眼能夠分辨最靠近兩相鄰點(diǎn)的能力稱為眼的分辨能力，或視覺敏銳度。指的是成像在中央凹區(qū)時的分辨能力。,人眼的分辨率一般用極限分辨角來表示。人眼分辨率與極限分辨角成反比關(guān)系,人眼的分辨率是眼睛的重要光學(xué)特性，同時也是目視光學(xué)儀器設(shè)計的重要依據(jù)之一。用其它觀測設(shè)備（如照相機(jī)、CCD等）替代人眼時也可據(jù)此作為參考。,人眼剛能將兩點(diǎn)分開的視角稱為眼睛的極限分辨角,,

14、,,,,,,乃奎斯特極限：當(dāng)兩像點(diǎn)的間距大于（或等于）視覺細(xì)胞的直徑時，就認(rèn)為眼睛可以分辨。,眼睛在看物空間兩點(diǎn)時，這兩點(diǎn)對眼睛物方節(jié)點(diǎn)的張角稱為兩點(diǎn)間的角距離或稱為視角,極限分辨角,,,Γ系統(tǒng).ε系統(tǒng)=ε人眼,,,,,,眼睛雖具有發(fā)現(xiàn)一個平面上兩根平行直線的不重合能力，但也有一定的限度這個不重合限度的極限值稱為人眼的瞄準(zhǔn)精度。,五、眼睛的對準(zhǔn)精度,,即兩線寬的幾何中心線對人眼的張角小于某一角度值α?xí)r，雖然還存在著不重合，但眼睛已經(jīng)

15、認(rèn)為是完全重合的，這時α角度值即為人眼瞄準(zhǔn)精度。,,,,,人眼對于線條的變形或兩條線錯開造成的外形變化或比較兩條線寬的變化具有很高的靈敏度。人眼通過兩物的比較發(fā)現(xiàn)它們外形變化的能力比分辨它們要強(qiáng)得多。,人眼的瞄準(zhǔn)精度一般用角度值來表示,瞄準(zhǔn)精度和分辨率是兩個概念。,又有一定的聯(lián)系，經(jīng)驗證明，人眼的最高瞄準(zhǔn)精度約為分辨率的1/6至1/10。,1、兩實線瞄準(zhǔn) ±60",2、兩實線端部瞄準(zhǔn)±10~20 &qu

16、ot;,3、雙線平分或?qū)ΨQ瞄準(zhǔn)±5~10",4、虛線壓測件輪廓邊緣±20~30",,,六、眼睛的景深,眼睛在觀察物體時，除了一般的物體特征外，還能夠產(chǎn)生遠(yuǎn)近的感覺，被稱為“空間深度感覺”。單眼或雙眼都能產(chǎn)生這種感覺單眼深度感覺來源：1）物體高度已知，它所對應(yīng)的視角大小來判斷其遠(yuǎn)近2）物體之間的遮蔽關(guān)系和陽光的陰影來判斷它們相對位置3）對物體細(xì)節(jié)的鑒別程度和空氣的透明度所產(chǎn)生的深度感覺4

17、）眼睛的調(diào)節(jié)程度來判斷物體的遠(yuǎn)近。,七 雙目立體視覺,雙眼觀察的深度感覺除上述因素外：5）物體的距離越近，視軸之間的夾角越大，這種感覺使眼球發(fā)生轉(zhuǎn)動的肌肉緊張程度就不同，據(jù)此就能判斷物體的遠(yuǎn)近；6）雙眼立體視覺（簡稱體視）α稱為“視差角”,立體視差的極限值 稱為“體視銳度”,當(dāng)A、B兩點(diǎn)距離不等時， 或產(chǎn)生了遠(yuǎn)近的感覺 被稱為雙眼立體視覺,約為10”，有可能達(dá)到5”或3”,雙像與

18、單一像,其他概念,視覺基線立體視覺半徑 立體視覺閾 雙目立體視覺誤差 體視測距機(jī),§7-2 放大鏡,一、目視光學(xué)儀器的基本原理,,二、放大鏡的視覺放大率,單正透鏡（f’＞0）或組合透鏡,式中長度單位：mm,若放大鏡的物是前面光學(xué)系統(tǒng)的像，則將這樣的放大鏡稱為目鏡,正立放大虛像,三、放大鏡光束限制,放大鏡倍率越大，其線視場越小。與漸暈系數(shù)有關(guān)。,眼瞳是孔徑光闌，又是出瞳。放大鏡框是視場光闌，又是漸暈光闌。,實際