眼睛的目視光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用光學(xué)

第三章眼睛和目視光學(xué)系統(tǒng)第1頁本章主要處理問題：眼睛結(jié)構(gòu)望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡工作原理眼睛與目視光學(xué)儀器配合問題、眼睛缺點(diǎn)及調(diào)整第2頁第一節(jié)人眼光學(xué)特征人眼結(jié)構(gòu)從光學(xué)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(dāng)于一架攝影機(jī)，能夠自動(dòng)調(diào)整第3頁問題：攝影機(jī)使物成倒像，人眼是否成倒像？視軸：黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)像方節(jié)點(diǎn)連線視場(chǎng)：觀察范圍可達(dá)150゜頭不動(dòng)，能看清視軸中心6゜－8゜，要看清旁邊物體，眼睛在眼窩內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，頭也動(dòng)第4頁眼睛調(diào)整：視度調(diào)整、瞳孔調(diào)整1、視度調(diào)整定義：伴隨物體距離改變，人眼自動(dòng)改變焦距，使像落在視網(wǎng)膜上過程。F’第5頁調(diào)整量表示：視度與網(wǎng)膜共軛物面到眼睛距離倒數(shù)明視距離和近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)明視距離：眼睛前方250mm，SD=(1/(-0.25))=-4

l單位為米近點(diǎn)：眼睛經(jīng)過調(diào)整能看清物體最短距離遠(yuǎn)點(diǎn)：眼睛能看清物體最遠(yuǎn)距離最大調(diào)整范圍＝近點(diǎn)視度－遠(yuǎn)點(diǎn)視度第6頁2、瞳孔調(diào)整

虹膜能夠自動(dòng)瞳孔大小，以控制人眼進(jìn)光量強(qiáng)光下，白天D=2mm;夜晚，D=8mm設(shè)計(jì)光學(xué)儀器時(shí)，儀器出射瞳孔要和人眼瞳孔大小配合，白天使用能夠小些，夜晚使用則要大一些第7頁人眼分辨率人眼剛能分清兩物點(diǎn)在網(wǎng)膜上像點(diǎn)之間距離對(duì)兩物點(diǎn)分辨率：第8頁視神經(jīng)細(xì)胞直徑約為0.001-0.003mm，取0.006為眼睛分辨率。通慣用此距離在物空間對(duì)應(yīng)張角表示，稱為視角分辨率。ω-y’第9頁

以上是對(duì)應(yīng)視軸周圍很小范圍內(nèi)視角分辨率。當(dāng)物體偏離視軸時(shí)，視神經(jīng)細(xì)胞加大，分辨率快速下降，如圖中曲線所表示。圖中橫坐標(biāo)代表物點(diǎn)和眼連線與視軸之間夾角，縱坐標(biāo)代表相對(duì)分辨率（假定黃斑分辨率等于1）。圖5-4耳側(cè)黃斑鼻側(cè)視角分辨率（相對(duì)值）第10頁對(duì)線分辨率：一直線像刺激著一系列視神經(jīng)細(xì)胞，而另一直線像又刺激著旁邊另一列視神經(jīng)細(xì)胞，所以眼睛能夠敏銳地感覺到它們之間位移。分辨率能夠提升到10’’第11頁在瞄準(zhǔn)測(cè)量中經(jīng)常把對(duì)線分辨率叫做對(duì)準(zhǔn)精度。綜合一下，看得清條件：必要條件：成像在視網(wǎng)膜上充分條件：對(duì)二點(diǎn),視角》60”對(duì)二線,視角》10”第12頁第二節(jié)放大鏡和顯微鏡工作原理人眼視角分辨率（60”）。物高y和物距l(xiāng)滿足關(guān)系：y/L≥0.0003（≈60“）假如經(jīng)過儀器以后像對(duì)人眼所張視角大于用人眼直接觀察時(shí)視角，就有可能看清楚愈加細(xì)微物體。擴(kuò)大人眼視覺能力光學(xué)儀器，稱為“目視光學(xué)儀器”。望遠(yuǎn)鏡，顯微鏡等與眼睛配合儀器稱為目視光學(xué)儀器對(duì)各類目視光學(xué)儀器共同要求第13頁對(duì)各類目視光學(xué)儀器共同要求1、擴(kuò)大視角直接觀察：用儀器觀察：－y’眼－y’儀ω眼π’π’ω儀-y’眼=π’tgω眼-y’儀=π’tgω儀第14頁用儀器觀察時(shí)網(wǎng)膜上像高和人眼直接觀察時(shí)網(wǎng)膜上像高之比表示了儀器放大作用，稱為視角放大率，用Г表示。2、成像在無限遠(yuǎn)（出射平行光）第15頁目視光學(xué)儀器視放大率大于1目視光學(xué)儀器所成像應(yīng)該位于無限遠(yuǎn)。這是對(duì)目視光學(xué)儀器兩個(gè)共同要求。依據(jù)所觀察目標(biāo)情況不一樣，目視光學(xué)儀器分為兩大類：一類叫望遠(yuǎn)鏡，它是用于觀察遠(yuǎn)距離目標(biāo)；另一類叫顯微鏡，它是用于觀察近距離微小目標(biāo)。第16頁放大鏡工作原理只要物體對(duì)人眼張角大于人眼視角分辨率即可看清楚

假如物體對(duì)人眼張角小于60”，人眼看不見，則能夠考慮借用儀器來觀察。1.物體必須放在系統(tǒng)物方焦平面處，使得出射光為平行光。2.從儀器出射光線對(duì)人眼張角必須大于人眼直接觀察時(shí)物體對(duì)人眼張角，人眼直接觀察時(shí)物體放在250毫米處第17頁F-f=f’－y’

ω儀

第18頁放大鏡視放大率只與放大鏡焦距相關(guān)

注意，這里統(tǒng)一要求人眼直接觀察時(shí)，物體放在離人眼250毫米處，假如不能滿足這個(gè)條件，公式就不是250除以焦距

要提升放大鏡倍率，就必須減小透鏡焦距，單個(gè)透鏡焦距不可能做很小，為何？比如：15倍放大鏡，焦距為16.6，假設(shè)雙凸，則兩個(gè)半徑為17毫米左右，若平凸，則半徑為8.5毫米左右。

為此，設(shè)計(jì)了顯微鏡，即復(fù)雜化放大鏡第19頁顯微鏡工作原理F’物F目-y

y’

ω儀

目鏡物鏡f’物-f目Δ顯微鏡同放大鏡一樣，需將物體放在物方焦平面處，為提升放大率，先將此物體放大，經(jīng)過兩次放大，放大率就有很大提升。前面系統(tǒng)叫物鏡，后面系統(tǒng)叫目鏡第20頁物鏡所成放大實(shí)像位于目鏡物方焦平面處F’物F目-y

y’

ω儀

目鏡物鏡f’物-f目Δ第21頁顯微鏡視放大率

第22頁物鏡垂軸放大率和目鏡視放大率數(shù)值分別刻在鏡管上，把它們相乘，就是顯微鏡視放大率

這個(gè)公式同單個(gè)放大鏡視放大率一樣，所以顯微鏡可看成一個(gè)復(fù)雜化放大鏡

不一樣倍率物鏡和目鏡都能夠交換，為確保交換性，要求顯微鏡物鏡物平面到像平面距離都等于195毫米第23頁第三節(jié)望遠(yuǎn)鏡工作原理F’物F目第24頁F’物F目f’物－f目y’

ω’

-ω

用了儀器以后目標(biāo)像對(duì)人眼張角儀器像方視場(chǎng)角人眼直接觀察物體時(shí)對(duì)人眼張角

第25頁

第26頁要增大視角成正像成反像兩類系統(tǒng)1?？滩防胀h(yuǎn)鏡2。伽利略望遠(yuǎn)鏡第27頁開普勒望遠(yuǎn)鏡：Г<0，成倒像，系統(tǒng)中存在實(shí)像伽利略望遠(yuǎn)鏡：Г>0，成正像，系統(tǒng)中存在虛像F’物F目F’物F目第28頁性質(zhì)：

y-y’Г=γ=1/β=D/D’第29頁第四節(jié)眼睛缺點(diǎn)和目視光學(xué)儀器視度調(diào)整1、正常人眼焦點(diǎn)F’、遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)一、眼睛缺點(diǎn)和校正正常人眼在自然狀態(tài)下，無限遠(yuǎn)物體成像在網(wǎng)膜上，即焦點(diǎn)F’與網(wǎng)膜重合F’第30頁

正常人眼觀察近距離物體時(shí)，依靠人眼視度調(diào)整能夠?qū)’點(diǎn)前移，使像成在網(wǎng)膜上

人眼能看清最遠(yuǎn)距離稱為遠(yuǎn)點(diǎn)，遠(yuǎn)點(diǎn)是人眼自然狀態(tài)下與網(wǎng)膜像相共軛物平面位置

人眼依靠調(diào)整能看清最近距離稱為近點(diǎn)第31頁F’2、近視眼特點(diǎn)近視眼像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜前方，無限遠(yuǎn)物不能成像在網(wǎng)膜上近視眼看不清無限遠(yuǎn)目標(biāo)，看到最遠(yuǎn)距離（遠(yuǎn)點(diǎn)）是有限，這個(gè)距離是近視眼視網(wǎng)膜物方共軛面；眼睛依靠調(diào)整只能看清遠(yuǎn)點(diǎn)以內(nèi)物體第32頁近視程度用遠(yuǎn)點(diǎn)距離對(duì)應(yīng)視度表示比如遠(yuǎn)點(diǎn)距離在眼睛前方0.5m，對(duì)應(yīng)視度

SD=1/(-0.5)=-2醫(yī)學(xué)上眼鏡度數(shù)與視度相對(duì)應(yīng)，數(shù)量上關(guān)系為

1視度＝100゜此人近視程度為－200゜第33頁3、近視眼校正F’遠(yuǎn)點(diǎn)采取負(fù)透鏡，焦距等于遠(yuǎn)點(diǎn)距離比如：某人遠(yuǎn)點(diǎn)距離為眼睛前方200mm，要帶多大度數(shù)眼鏡？焦距為多少？第34頁4、遠(yuǎn)視眼特點(diǎn)遠(yuǎn)視眼像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜后方，依靠調(diào)整有可能看清無限遠(yuǎn)物體F’遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)點(diǎn)在眼睛后方；近點(diǎn)距離比正常人眼增加第35頁F’第36頁A1A2A3A4第37頁5、遠(yuǎn)視眼校正F’遠(yuǎn)點(diǎn)采取正透鏡，焦距等于遠(yuǎn)點(diǎn)距離第38頁對(duì)于正常人眼，隨年紀(jì)增加調(diào)整能力減弱，如50歲，最大調(diào)整范圍-2.5,近點(diǎn)距離為0+(-2.5)=-2.5,對(duì)應(yīng)距離為-400mm;看近處(如300mm)需要戴花鏡;對(duì)于近視眼,如原有近視500度，即遠(yuǎn)點(diǎn)視度為-5,對(duì)應(yīng)距離為-200mm,不戴眼鏡最遠(yuǎn)看清前方200mm;戴近視眼鏡后,把無限遠(yuǎn)目標(biāo)成像在-200處。年紀(jì)大了，調(diào)整能力差，50歲僅-2.5，這時(shí)戴上近視鏡也只能看到無限遠(yuǎn)到-2.5視度（-400mm），400mm以內(nèi)近距離目標(biāo)戴近視鏡反倒看不清了；摘了眼鏡，最遠(yuǎn)只能看200mm，所以200到400總看不清；這時(shí)就需要戴花鏡，把200成像到400處。第39頁二、目視光學(xué)儀器視度調(diào)整物鏡正常眼目鏡F’F’近視眼F’物F目F目F’遠(yuǎn)視眼F目第40頁調(diào)整量計(jì)算由xx’=ff’，x=-f’目2/x’=-SDf’目2/1000(mm)注意：當(dāng)SD為“－”時(shí)，x為“＋”，x是物相對(duì)于目鏡移動(dòng)量，但此時(shí)移動(dòng)是目鏡，目鏡移動(dòng)方向?yàn)槌蛭镧R；當(dāng)SD為“＋”時(shí)，x為“－”，x遠(yuǎn)離目鏡，目鏡移動(dòng)方向?yàn)檫h(yuǎn)離物鏡；第41頁第五節(jié)空間深度感覺和雙眼立體視覺一、單眼深度感覺單眼判斷遠(yuǎn)近依據(jù)：1、物高已知時(shí)，依據(jù)視角判斷；2、依據(jù)物體之間遮蔽關(guān)系和日光陰影等；3、依據(jù)對(duì)物體細(xì)節(jié)分辯程度、空氣透明度；4、依據(jù)眼睛調(diào)整程度第42頁B二、雙眼深度感覺1、轉(zhuǎn)動(dòng)視軸，注視目標(biāo)時(shí)肌肉擔(dān)心程度視軸：眼睛像方節(jié)點(diǎn)與黃斑中心連線Aα1α2第43頁2、立體視覺－－體視體視產(chǎn)生(視差角)αBBAαAb1b2a2a1A、B離眼睛距離相同，此時(shí)：αA=aBb1、b2都在a1、a2同側(cè)；a1b1=a2b2第44頁若A、B離眼睛距離不等，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≠a2b2αAABαBa1b2a2b1αBBAαAb1b2a2a1αAαB＝第45頁體視銳度、體視半徑、體視誤差視差角之差Δα大小標(biāo)志著物體遠(yuǎn)近差異大小Δα≤10″時(shí)，人眼就分不清A、B遠(yuǎn)近區(qū)分了，這一極限值稱為體視銳度人眼有體視最大距離稱為體視半徑能夠判斷遠(yuǎn)近體視范圍內(nèi)，對(duì)兩物體是