眼睛及目視光學系統(tǒng)講義

第7章

眼睛及目視光學系統(tǒng)§7.1 眼睛的光學成像特性§7.2 放大鏡§7.3 顯微鏡系統(tǒng)§7.4 望遠鏡系統(tǒng)§7.5 目鏡1第7章眼睛及目視光學系統(tǒng)

§7.1眼睛的光學成像特性一、眼睛的結(jié)構(gòu) 精巧的照相機2令表示其發(fā)散度（會聚度）1D=1m-1年齡102030404550607080Lp(mm)-70-100-143-222-286-400-20001000400P(D)-14-10-7-4.5-3.5-2.5-0.512.5lr(mm)∞∞∞∞∞∞2000800400R(D)0000000.51.252.5141074.53.52.510.250二.眼睛的調(diào)節(jié)及適應1、視度調(diào)節(jié)

視度——與視網(wǎng)膜相共軛的物面到人眼距離的倒數(shù)。SD=1/l眼睛的調(diào)節(jié)：眼睛成像系統(tǒng)對任意距離物體自動調(diào)焦的過程。調(diào)節(jié)能力用能清晰調(diào)焦的極限距離表示：lr、lp(遠點距、近點距)32、瞳孔調(diào)節(jié)

3、適應 適應：眼睛對周圍空間光亮情況的自動適應程度，通過瞳孔的自動增大或縮小完成。明適應：暗——亮，瞳孔自動縮小。 暗適應：亮——暗，瞳孔自動增大。4三、眼睛的缺陷及校正正常眼：眼睛的遠點在∞,或眼睛光學系統(tǒng)的像方焦點在視網(wǎng)膜上。反常眼：近視眼：遠點位于眼前有限距 遠視眼：遠點位于眼后有限距

散光眼、斜視眼、散光近視

5眼睛及其光學系統(tǒng)6四、眼睛的視角7 剛剛能分辨開的兩點對眼睛物方節(jié)點所張的角度——極限分辨角

。 白天：2mm——70”——0.006mm眼睛在松弛狀態(tài)：f’=23mm得=a/f’=0.006/2360"（良好照明）眼睛及其光學系統(tǒng)五、眼睛的分辨率8眼睛及其光學系統(tǒng)設計目視光學儀器時，必須考慮眼睛的分辨率。應滿足：儀=tan/tan/：被觀察物體所需的分辨角。9眼睛及其光學系統(tǒng)±60"±10~20"±5~10"±10"不同瞄準方式的瞄準精度六、眼睛的瞄準精度（對準精度）分辨：眼睛能區(qū)分開兩個點或線之間的線距離或角距離的能力。對準：垂直于視軸方向上的重合或置中過程。對準誤差(精度)：對準后，偏離置中或重合的線距離或角距離。10眼睛及其光光學系統(tǒng)七.雙目目立體視覺覺對物體位置置在空間分分布以及對對物體體積積的感覺———立體視視覺。1.單單眼觀察2．雙眼觀觀察雙像單一像物在兩眼視視網(wǎng)膜上的的像必須位位于視網(wǎng)膜膜的對應點點，即相對對于黃斑中中心的同一一側(cè)時，才才有單像的的印象11人眼直接觀察時：通過放大鏡觀察時：放大鏡-L-w-yABye’yy’-l’f’P’F’w’§7.2放放大大鏡

一、、視覺放大大率-’-y’yi’12放大鏡并非常數(shù)yy’-l’f’P’F’w’13放大鏡當l’=∞，或P’=f’時，G0=250/f’正常視力的眼，P’-l’=250，看書用如果眼睛緊貼放大鏡，即P’=0，則結(jié)論yy’-l’f’P’F’w’14眼瞳：孔徑光闌，，系統(tǒng)的出出瞳放大鏡框：：視場光闌，，入窗，出出窗，同時時也是漸暈暈光闌（視場光闌與與物面不重重合）放大鏡虛像平面w’w1’w2’2a’2hP’場闌出瞳yKD=1KD=0.5KD=0二．光束限限制和線視視場152hyFP’f’F’w’當物面位于于放大鏡前前焦面時，，其線視場場2y（50%漸暈暈）:16w’2hP’yFf’w’2hyFP’f’F’17§7.3顯顯微鏡鏡系統(tǒng)18顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)-yw’Fo’Fe眼瞳y’場闌一．顯微鏡鏡的視覺放放大率（物體一次次像位于目目鏡物方焦焦面）191．顯微鏡鏡的孔徑光光闌、出瞳瞳直徑普通顯微鏡鏡：物鏡框———孔徑光光闌。測量顯微鏡鏡：物鏡像方方焦面———孔徑光闌闌顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)w’A’AB’B-UU’FeFo’二、顯微鏡鏡的光束限限制和線視視場20顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)物鏡滿足正弦條件：顯微鏡的出出瞳直徑21顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)-yw’Fo’Fe眼瞳y’場闌2、顯微鏡鏡的視場光光闌顯微鏡的線線視場取決決于視場光光闌的大小小。所以，，顯微鏡的的線視場：：22三．顯微鏡鏡的分辨本本領(lǐng)、有效效放大率1．顯微鏡鏡的分辨本本領(lǐng)23當一個像點點衍射斑中中心落在另另一像點衍衍射光環(huán)第第一個暗環(huán)環(huán)時，則兩兩像點剛好好能被分辨辨（即兩相鄰點之之間隔等于于艾里斑半半徑時）。艾里斑半徑徑：a=0.61/n’sinu’分辨率是能能分辨物方方兩點間最最短距離：顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)瑞利判斷：：24顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)兩相鄰像點點間隔0.85a時，被系統(tǒng)統(tǒng)分辨：=0.85a=0.5/NA以道威判斷作為系統(tǒng)的的目視衍射射分辨率或或理想目視視衍射分辨辨率。道威判斷：：25便于眼睛分分辨的角距距離為2'~4'，，在明視視距離上對對應的線距距離s'：：'==0.85a=0.5/NA=555nm按道威判斷斷，得：523NA≤≤1046NA取500NA≤≤1000NAmin=0.0725mm顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)2．顯微鏡鏡的有效放放大率26常用的：物物鏡4個：：4、10、40、100目鏡3個：：5、10、15組成：20~1500（光學筒長長Δ隨f’不同而不同同）27四、顯微鏡鏡的景深幾何景深物理景深調(diào)節(jié)景深250mm~∞調(diào)節(jié)范圍4DNA、G28顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)亮視場照明圖1物鏡；2小燈泡；3物體；4載物臺

工具顯微鏡反射照明單向暗視場照明五.顯微微鏡的照明明方法1．反射光光照明：亮視場照明明：一般通過物物鏡從上面面照明。暗視場照明明：側(cè)面入射，，從物鏡側(cè)側(cè)向通過。。進入物鏡成成像的僅為為從物體表表面散射的的光線。29顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)2.透射射光照明：：亮視場照明明：臨界照明、、柯勒照明明（像方遠遠心）a.臨界界照明——光源成像于于物平面。多用于投影影物體面積積較小的情情況。光源表面亮亮度的不均均勻性影響響觀察效果果?！按皩Υ?，，瞳對瞳””30顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)顯微物鏡系系統(tǒng)b.柯勒勒照明：光源成像于于物鏡的入入瞳面上。多用于大面面積的投影影情況。消除了物體體平面光照照度不均勻勻的缺點。?！按皩ν?，瞳對窗””31顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)暗視場照明明：光線傾斜入入射，在物物體旁側(cè)向向通過。32六、顯微鏡鏡的物鏡低倍物鏡3х~6х0.01~0.15中倍物鏡8х~10х0.25~0.30高倍物鏡40х0.65浸液物鏡90х~100х1.25~1.4(1.5)復消色差物物鏡90х1.3平視場復消消色差物鏡鏡40х0.85顯微鏡系統(tǒng)統(tǒng)33望遠鏡系統(tǒng)統(tǒng)§7.4望望遠鏡系系統(tǒng)一、望遠系系統(tǒng)的視覺覺放大率34望遠鏡系統(tǒng)統(tǒng)

G與物體的位置無關(guān)。僅取決于望遠鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

G隨fo’、fe’符號不同而不同。G0正像，G<0倒像。結(jié)論35望遠鏡系統(tǒng)統(tǒng)Fo’Fe開普勒望遠遠鏡2.伽利利略望遠鏡鏡36望遠鏡的分分辨率用極極限分辨角角表示。艾里里斑半徑a=0.61/n’sinu’1.按瑞瑞利判斷2.按道威威判斷望遠鏡系統(tǒng)統(tǒng)二.望遠遠鏡系統(tǒng)的的分辨率和和工作放大大率37最小視覺放放大率Gmin；（有效放大率率或正常放放大率）jGmin=60″Gmin=60″/=D/2.3 瑞利利判斷（道威判斷：：Gmin=D/2）一般取G=（2~3）Gmin常取G=D （工作放大率率）望遠鏡系統(tǒng)統(tǒng)38望遠鏡系統(tǒng)統(tǒng)（1）對觀察儀器，精度要求是其分辨角。

=60″/Gmin（2）對瞄準儀器，精度要求是其瞄準誤差D，與瞄準方式有關(guān)：a.使用壓線瞄準（兩實線重合），人眼對準誤差為±60″，所以 D=60″/G

b.使用雙線或叉線瞄準，人眼對準誤差為±10″， D=10″/G

結(jié)論±60"±10~20"±5~10"±10"不同瞄準方式的瞄準精度39望遠鏡系統(tǒng)統(tǒng)三.望遠鏡鏡的視場1.開普勒勒望遠鏡物鏡框：孔徑光闌闌、入瞳；；出瞳在目目鏡外，與與人眼重合合。目鏡框：漸暈光闌闌，允許50%漸暈暈；分劃板：視場光闌闌。40lzlz’出窗(場闌、入窗）-Li’-Li(L)DPyy’w’l’孔闌lzlz’出窗(場闌、入窗）-Li’-Li(L)DPyy’w’l’孔闌望遠鏡系統(tǒng)統(tǒng)2.伽俐略略望遠鏡41(1)當K=50%，tgw=-D/2lz(2)當K=0時，由入窗邊緣和入瞳邊緣的光線決定。42目鏡§7.5目目鏡鏡同放大鏡：：=250/fe’一.目鏡的的主要光學學參數(shù)2’、fe’、p’/fe’、lF1.視視場角2’tg’=tg2.鏡目距距p’:出瞳到目鏡鏡后表面的的距離，≥6mm相對鏡目距距p’/fe’3.工作距距l(xiāng)F——目鏡第一面面的頂點到到其物方焦焦平面的距距離lF>視度調(diào)調(diào)節(jié)的深度度43眼睛及其光光學系統(tǒng)二.光光學儀器中中目鏡的視視度調(diào)節(jié)44451.惠更更斯目鏡2’=400~500p’/fe’=1/3目鏡三.目鏡類類型46目鏡2.冉斯斯登目鏡2’=300~400p’/fe’=1/3~1/447目鏡3.對稱式式目鏡2’=400~420p’/fe’=1/1.348目鏡4.凱涅涅爾目鏡2’=450~