典型光学系统-眼睛与放大镜

眼睛与放大镜§７-1人眼及其光学系统一、眼睛的结构——最高级的摄影系统视网膜表面为匹兹伐曲面变折射率;校正球差孔径光阑:受虹膜控制黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。倒立的实像——与感觉神经分布有关——正像视觉神经纤维的出口，没有感光细胞，不能产生视觉人眼的构造剖视图巩膜*巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬；角膜*角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；眼睛内的折射主要发生在角膜上；脉络膜*脉络膜是眼球的第二层膜，上面有供给眼睛营养的网状微血管；人眼的构造剖视图巩膜角膜脉络膜虹膜*虹膜是脉络膜的最前端部分，含有色素细胞，决定眼的颜色；瞳孔*瞳孔是虹膜中间的小孔，随着外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直径在2~8mm范围内变化；它是人眼的孔径光阑。人眼的构造剖视图巩膜角膜细胞，锥状细胞直径约5微米，长约35微米；杆状细胞直径约2微米脉络膜，长约60微米。它们在网膜上的分布式不均匀的。虹膜瞳孔视网膜*网膜是眼球的第三层膜，上面布满着感光元素，即锥状细胞和杆状黄斑中心凹人眼的构造剖视图巩膜角膜光脉络膜虹膜瞳孔视神经细胞晶状体在虹膜后面，是由两个不同曲率的面组成的透明体，黄斑中心凹神经纤维盲斑大脑盲斑视网膜水晶体人眼的构造剖视图巩膜角膜率都是不均匀的，由里层到外层逐渐减少，有利于提高脉络膜成像质量。水晶体的平均折射率为1.40，其周围是毛状肌虹膜瞳孔似双凸透镜，是眼睛光学系统的成像元件，其密度和折射能改变水晶体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时，黄斑中心凹盲斑水晶体视网膜人眼的构造剖视图巩膜角膜角膜和晶状体之间的空间称为前室；充满1.336的水状液；脉络膜晶状体和网膜所包围的空间称为后室;充满1.336的玻状体虹膜瞳孔总能将像成在网膜上。黄斑中心凹盲斑前室后室视网膜水晶体人眼的构造剖视图巩膜角膜脉络膜眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴,在观察物虹膜瞳孔体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。黄斑中心凹盲斑前室后室1.3761.3361.336光轴视轴视网膜水晶体眼睛的视场很大，可达150˚，但只有黄斑附近才能清晰识别，其他部分比较模糊，所以能看清物体的角度范围为6~8˚。从光学角度看，眼睛中最主要的是：水晶体、视网膜和瞳孔。★人眼的光学参数★静态简约眼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、眼睛的调节及校正1．眼睛的调节眼睛（通过水晶体）自动改变焦距的过程。（18mm~23mm）当肌肉完全放松时（通过调节），眼睛所能看清的最远的点称为远点，其相应的距离称为远点距，以r表示（米）当肌肉在最紧张时（通过调节），眼睛所能看清的最近的点称为近点，其相应的距离称为近点距，以p表示（米）明视距离-----在阅读时，或眼睛通过目视光学仪器观测物像时，为了工作舒适，习惯上把物或像置于眼前250mm处。注:近点距离并不是明视距离250mmPRprA11人眼的调节能力表示为能清晰调焦的极限距离范围，用远点距r的倒数和近点距p的倒数之差来描述，用A来表示，即单位为折光度（或称屈光度）R——远点视度P——近点视度2、眼睛的缺陷和校正正常眼睛的远点距为无限远，非正常眼睛（远视或近视）的远点距为一有限值。2、眼睛的缺陷和校正正常眼在肌肉完全放松的自然状态下，能够看清楚无限远处的物体，即远点应在无限远（R=0），像方焦点正好和视网膜重合F'若不符合这一条件就是非正常眼，或称视力不正常（屈光不正）最常见的有近视眼和远视眼（先天、后天）斜视（光楔）散光（水晶体曲率半径不等，柱面镜，）老花眼属自然生理现象，不是缺陷近视眼：远点在眼睛前方有限距离处（r0），眼球突起，焦点在视网膜前，用负透镜校正配上适当的负光焦度眼镜后，即可使无限远物体成像于眼睛的远点上，然后再经眼睛成像于网膜上，矫正了眼睛的缺陷。此时，负透镜的焦距等于远点距。校正的结果：组合系统的远点在无穷远；无穷远点能在视网膜上成像。•远视眼：远点在眼睛之后（r0），眼球扁平，焦点在视网膜后，用正透镜校正。同时，远视眼看不清明视距离的近物，近点较正常眼远。对于远视眼，射入眼睛的光束只有是会聚时，才能正好聚焦在视网膜上。此时，对应的远点为虚物点配上适当的正光焦度眼镜后，即可使无限远物体成像于眼睛的远点上，然后再经眼睛成像于网膜上。同时，可以使明视距离的物体成像于近点此时，正透镜的焦距等于远点距。校正的结果：组合系统的远点在无穷远校正方法•近视眼或远视眼的远点视度可通过仪器来测得，知道此值后即可求得所需眼镜的焦距。•例如：有一近视眼，通过验光得知其远点视度为-2个屈光度（眼镜行业称近视200度）•则其远点距r=-0.5m，•需配焦距为-500mm的近视眼镜。一般用远点视度（远点距离的倒数）表示近视或远视程度，单位为折光度（或屈光度）。通常医院和眼镜店把一折光度称作100度。例题一个人近视程度是－2D（屈光度），调节范围是8D，求：（1）其远点距离；（2）其近点距离；（3）配戴100的近视镜，求该镜焦距；（4）求戴上该镜后能看清的远点距离和近点距离。思考•某人对1米以外的物看不清，需佩戴什么眼镜？•另一人对1米以内的物看不清，需佩戴什么眼镜？三．眼睛的适应、感光与感色适应是一种当周围照明条件发生变化是眼睛所产生的变态过程，可分为对暗适应和对光适应两种。明适应：由暗处进入亮处，瞳孔自动缩小；——快暗适应：由亮处进入暗处，瞳孔自动放大。——慢•杆状细胞——明（光）视觉——弱照明——感光•锥状细胞——暗（色）视觉——亮照明——感色四、眼睛的分辨率（分辨本领）•眼的分辨能力：眼能够分辨最靠近两相邻点的能力称为眼的分辨能力，或视觉敏锐度。指的是成像在中央凹区时的分辨能力。人眼的分辨率一般用极限分辨角来表示。人眼分辨率与极限分辨角成反比关系•人眼的分辨率是眼睛的重要光学特性，同时也是目视光学仪器设计的重要依据之一。用其它观测设备（如照相机、CCD等）替代人眼时也可据此作为参考。人眼刚能将两点分开的视角称为眼睛的极限分辨角•乃奎斯特极限：当两像点的间距大于（或等于）视觉细胞的直径时，就认为眼睛可以分辨。眼睛在看物空间两点时，这两点对眼睛物方节点的张角称为两点间的角距离或称为视角极限分辨角•Γ系统.ε系统=ε人眼•眼睛虽具有发现一个平面上两根平行直线的不重合能力，但也有一定的限度•这个不重合限度的极限值称为人眼的瞄准精度。五、眼睛的对准精度•即两线宽的几何中心线对人眼的张角小于某一角度值α时，虽然还存在着不重合，但眼睛已经认为是完全重合的，这时α角度值即为人眼瞄准精度。•人眼对于线条的变形或两条线错开造成的外形变化或比较两条线宽的变化具有很高的灵敏度。•人眼通过两物的比较发现它们外形变化的能力比分辨它们要强得多。•人眼的瞄准精度一般用角度值来表示•瞄准精度和分辨率是两个概念。•又有一定的联系，经验证明，人眼的最高瞄准精度约为分辨率的1/6至1/10。•1、两实线瞄准±60•2、两实线端部瞄准±10~20•3、双线平分或对称瞄准±5~10•4、虚线压测件轮廓边缘±20~30六、眼睛的景深•眼睛在观察物体时，除了一般的物体特征外，还能够产生远近的感觉，被称为“空间深度感觉”。•单眼或双眼都能产生这种感觉•单眼深度感觉来源：•1）物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近•2）物体之间的遮蔽关系和阳光的阴影来判断它们相对位置•3）对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深度感觉•4）眼睛的调节程度来判断物体的远近。七双目立体视觉•双眼观察的深度感觉除上述因素外：•5）物体的距离越近，视轴之间的夹角越大，这种感觉使眼球发生转动的肌肉紧张程度就不同，据此就能判断物体的远近；•6）双眼立体视觉（简称体视）•α称为“视差角”BABAαBαAa2b2a1b1Aαa1a22211baba立体视差的极限值称为“体视锐度”•当A、B两点距离不等时，或•产生了远近的感觉被称为双眼立体视觉BAmin2211babaABαAαBb2a2a1b1lbABαAαBb2a2a1b1BAmin约为10”，有可能达到5”或3”双像与单一像其他概念视觉基线立体视觉半径立体视觉阈双目立体视觉误差体视测距机§7-2放大镜一、目视光学仪器的基本原理tgtgtgtg'眼仪二、放大镜的视觉放大率单正透镜（f’＞0）或组合透镜式中长度单位：mm若放大镜的物是前面光学系统的像，则将这样的放大镜称为目镜正立放大虚像光学常数倍率范围：2.5X——25X三、放大镜光束限制放大镜倍率越大，其线视场越小。与渐晕系数有关。眼瞳是孔径光阑，又是出瞳。放大镜框是视场光阑，又是渐晕光阑。实际使用中，眼瞳大致位于放大镜的像方焦点附近