眼睛的目視光學系統(tǒng)應(yīng)用光學

1、第三章 眼睛和目視光學系統(tǒng).本章主要處理的問題：眼睛的構(gòu)造望遠鏡、顯微鏡的任務(wù)原理眼睛與目視光學儀器配合的問題、眼睛缺陷及調(diào)整.第一節(jié) 人眼的光學特性人眼的構(gòu)造從光學角度看，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于一架照相機，可以自動調(diào)理.問題：照相機使物成倒像，人眼能否成倒像？視軸：黃斑中心與眼睛光學系統(tǒng)的像方節(jié)點連線視場：察看范圍可達150 頭不動，能看清視軸中心68， 要看清旁邊物體，眼睛在眼窩內(nèi)轉(zhuǎn)動，頭也動.眼睛的調(diào)理：視度調(diào)理、瞳孔調(diào)理1、視度調(diào)理 定義：隨著物體間隔改動，人眼自動改動焦距，使像落在視網(wǎng)膜上的過程。F.調(diào)理量的表示：視度與網(wǎng)膜共軛的物面到眼睛的間隔的倒數(shù)明

2、視間隔和近點、遠點明視間隔：眼睛前方250mm，SD=(1 / (-0.25)= -4 l 單位為米 近點：眼睛經(jīng)過調(diào)理能看清物體的最短間隔 遠點：眼睛能看清物體的最遠間隔最大調(diào)理范圍近點視度遠點視度.2、瞳孔調(diào)理虹膜可以自動瞳孔大小，以控制人眼的進光量強光下，白天 D=2mm; 夜晚，D=8mm設(shè)計光學儀器時，儀器的出射瞳孔要和人眼瞳孔大小配合，白天運用的可以小些，夜晚運用的那么要大一些.人眼的分辨率人眼剛能分清兩物點在網(wǎng)膜上的像點之間的間隔對兩物點的分辨率：.視神經(jīng)細胞直徑約為0.001-0.003mm，取0.006為眼睛的分辨率。通常用此間隔在物空間對應(yīng)的張角表示，稱為視角分辨率。-y.

3、 以上是對應(yīng)視軸周圍很小范圍內(nèi)的視角分辨率。當物體偏離視軸時，視神經(jīng)細胞加大，分辨率迅速下降，如圖中曲線所示。 圖中橫坐標代表物點和眼的連線與視軸之間的夾角，縱坐標代表相對分辨率假定黃斑的分辨率等于1。圖 5-4耳側(cè) 黃斑 鼻側(cè)視角分辨率相對值.對線的分辨率：不斷線的像刺激著一系列視神經(jīng)細胞，而另不斷線的像又刺激著旁邊的另一列視神經(jīng)細胞，所以眼睛可以敏銳地覺得到它們之間的位移。分辨率可以提高到10.在瞄準丈量中經(jīng)常把對線的分辨率叫做對準精度。綜合一下，看得清的條件：必要條件：成像在視網(wǎng)膜上充分條件：對二點,視角 60 對二線,視角 10.第二節(jié) 放大鏡和顯微鏡的任務(wù)原理人眼的視角分辨率60。物

4、高y和物距l(xiāng)滿足關(guān)系： y/L0.000360“ 假設(shè)經(jīng)過儀器以后的像對人眼所張的視角大于用人眼直接察看時的視角，就有能夠看清楚更加細微的物體。擴展人眼視覺才干的光學儀器，稱為“目視光學儀器。望遠鏡，顯微鏡等與眼睛配合的儀器稱為目視光學儀器對各類目視光學儀器的共同要求.對各類目視光學儀器的共同要求1、擴展視角直接察看：用儀器察看：y眼y儀眼 儀 -y眼=tg眼-y儀=tg儀.用儀器察看時網(wǎng)膜上的像高和人眼直接察看時網(wǎng)膜上的像高之比表示了儀器的放大作用，稱為 視角放大率，用 表示。2、成像在無限遠出射平行光. 目視光學儀器的視放大率大于1 目視光學儀器所成的像應(yīng)該位于無限遠。 這是對目視光學儀器

5、的兩個共同要求。 根據(jù)所察看目的的情況不同，目視光學儀器分為兩大類：一類叫望遠鏡，它是用于察看遠間隔目的的；另一類叫顯微鏡，它是用于察看近間隔微小目的的。.放大鏡任務(wù)原理只需物體對人眼的張角大于人眼的視角分辨率即可看清楚 假設(shè)物體對人眼張角小于60，人眼看不見，那么可以思索借用儀器來察看。 1. 物體必需放在系統(tǒng)的物方焦平面處，使得出射光為平行光。 2.從儀器出射的光線對人眼的張角必需大于人眼直接察看時物體對人眼的張角，人眼直接察看時物體放在250毫米處.F-f=f y 儀 .放大鏡的視放大率只與放大鏡的焦距有關(guān)留意，這里一致規(guī)定人眼直接察看時，物體放在離人眼250毫米處，假設(shè)不能滿足這個條件

6、，公式就不是250除以焦距要提高放大鏡的倍率，就必需減小透鏡的焦距，單個透鏡的焦距不能夠做的很小，為什么？例如：15倍的放大鏡，焦距為16.6，假設(shè)雙凸，那么兩個半徑為17毫米左右，假設(shè)平凸，那么半徑為8.5毫米左右。為此，設(shè)計了顯微鏡，即復雜化的放大鏡.顯微鏡的任務(wù)原理F物F目-y y 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，為提高放大率，先將此物體放大，經(jīng)過兩次放大，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.物鏡所成的放大的實像位于目鏡的物方焦平面處F物F目-y y 儀 目鏡物鏡f物-f目 .顯微鏡的視放大率 .物鏡的垂軸放大率和目鏡的視放大率的

7、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這個公式同單個放大鏡的視放大率一樣，因此顯微鏡可看成一個復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，要求顯微鏡物鏡的物平面到像平面的間隔都等于195毫米.第三節(jié) 望遠鏡的任務(wù)原理F物F目.F物F目 f物 f目 y - 用了儀器以后目的像對人眼的張角儀器的像方視場角人眼直接察看物體時對人眼的張角.要增大視角 成正像 成反像兩類系統(tǒng)1?？滩防胀h鏡2。伽利略望遠鏡.開普勒望遠鏡：0，成正像，系統(tǒng)中存在虛像F物F目F物F目.性質(zhì)： y -y= =1/ =D/D.第四節(jié) 眼睛的缺陷和目視光學儀器的視度調(diào)理1、正常人眼的焦點F、遠點和近

8、點一、眼睛的缺陷和校正 正常人眼在自然形狀下，無限遠物體成像在網(wǎng)膜上，即焦點F與網(wǎng)膜重合F. 正常人眼察看近間隔物體時，依托人眼視度調(diào)理可以將F點前移，使像成在網(wǎng)膜上 人眼能看清的最遠間隔稱為遠點，遠點是人眼自然形狀下與網(wǎng)膜像相共軛的物平面位置 人眼依托調(diào)理能看清的最近間隔稱為近點.F2、近視眼的特點近視眼像方焦點在視網(wǎng)膜前方，無限遠物不能成像在網(wǎng)膜上近視眼看不清無限遠目的，看到的最遠間隔遠點是有限的，這個間隔是近視眼視網(wǎng)膜的物方共軛面；眼睛依托調(diào)理只能看清遠點以內(nèi)的物體.近視程度用遠點間隔對應(yīng)的視度表示比如遠點間隔在眼睛前方0.5m，對應(yīng)的視度 SD=1/(-0.5)= -2醫(yī)學上眼鏡度數(shù)與

9、視度相對應(yīng)，數(shù)量上的關(guān)系為 1 視度100此人的近視程度為200.3、近視眼的校正F遠點采用負透鏡，焦距等于遠點間隔例如：某人遠點間隔為眼睛前方200mm，要帶多大度數(shù)的眼鏡？焦距為多少？.4、遠視眼的特點遠視眼像方焦點在視網(wǎng)膜后方，依托調(diào)理有能夠看清無限遠物體F遠視眼的遠點在眼睛后方；近點間隔比正常人眼添加.F.A1A2A3A4.5、遠視眼的校正F遠點采用正透鏡，焦距等于遠點間隔.對于正常人眼，隨年齡添加調(diào)理才干減弱，如50歲，最大調(diào)理范圍-2.5, 近點間隔為 0 + (-2.5)=-2.5, 對應(yīng)間隔為-400 mm;看近處(如300mm)需求戴花鏡;對于近視眼,如原有近視500度，即遠

10、點視度為-5, 對應(yīng)間隔為-200 mm,不戴眼鏡最遠看清前方200mm;戴近視眼鏡后,把無限遠目的成像在-200處。年齡大了，調(diào)理才干差，50歲僅-2.5，這時戴上近視鏡也只能看到無限遠到-2.5視度-400mm，400mm以內(nèi)近間隔目的戴近視鏡反倒看不清了；摘了眼鏡，最遠只能看200mm，所以200到400總看不清；這時就需求戴花鏡，把200成像到400處。.二、目視光學儀器的視度調(diào)理物鏡正常眼目鏡FF近視眼F物F目F目F遠視眼F目.調(diào)理量的計算由 xx=ff， x=-f目2/ x= -SD f目2 /1000 (mm)留意：當SD為“時，x為“， x是物相對于目鏡挪動量，但此時挪動的是目

11、鏡，目鏡挪動方向為朝向物鏡；當SD為“時，x為“， x遠離目鏡，目鏡挪動方向為遠離物鏡；.第五節(jié) 空間深度覺得和雙眼立體視覺一、單眼深度覺得單眼判別遠近的根據(jù)：1、物高知時，根據(jù)視角判別；2、根據(jù)物體之間的遮蓋關(guān)系和日光陰影等；3、根據(jù)對物體細節(jié)的分辯程度、空氣透明度；4、根據(jù)眼睛的調(diào)理程度.B二、雙眼深度覺得1、轉(zhuǎn)動視軸，凝視目的時肌肉緊張程度視軸：眼睛像方節(jié)點與黃斑中心連線A12.2、立體視覺體視體視的產(chǎn)生(視差角)BBAAb1b2a2a1A、B離眼睛間隔一樣，此時：A= aB b1、b2都在a1、a2的同側(cè)； a1b1=a2b2.假設(shè)A、B離眼睛間隔不等， 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 a2b2AABBa1b2a2b1BBAAb1b2a2a1AB.體視銳度、體視半徑、體視誤差視差角之差的大小標志著物體遠近差別的大小10時，人眼就分不清A、B的遠近區(qū)別了，這一極限值稱為體視銳度人眼有體視的最大間隔稱為體視半徑可以判別遠近的體視范圍內(nèi)，