《L06C31人眼》PPT课件.pptVIP

应用光学 Applied Optics,光信息0701-02 2009-2010第一学期,2,C3. 目视光学系统 眼睛,3,第三章主要内容,人眼光学特性及对目视光学系统的要求 典型目视光学系统的原理： 放大镜， 望远镜， 显微镜 3. 目视系统如何与眼睛谐调工作？ 视度调节,4,3.1 人眼光学特性,1. 眼睛的结构,超级相机 supper camera,Lens Film stop,5,角膜 Cornea: 透明球面薄膜 0.55mm, n=1.3771,前室 Frontal chamber: 充满n=1.3374的透明水状液体, 会聚光线.,晶状体 Lens: 折射率渐变的双凸透镜(center 1.42, outer 1.373) 周围肌肉收缩-前表面半径减小- 缩短eyes EFL.,角膜、前室、晶状体三者构成眼睛的 透镜,角膜,前室,晶状体,6,视网膜 Retina: 感光部分sensitive film,黄斑 Yellow spot: 视网膜上最灵敏的区域.,网膜和黄斑是眼睛中的像平面（光敏面）.,虹膜 Iris: 位于前室和晶状体之间. 中心有一瞳孔(pupil)，调节进入眼睛的光强. 瞳孔可看作眼睛的光阑（stop）。,网膜,黄斑,瞳孔,7,盲点 Blind spot: 神经纤维的出口处，不能产生视觉,小实验：,盲点,8,后室 Posterior chamber: 眼睛成像的（实）像空间， 充满n=1.336的蛋白装玻璃液。后室的内壁为网膜。,脉络膜 Choroid: 包围网膜的一层黑色膜，是像空间（后室）成为暗室.,9,外部光线- 经瞳孔进入眼睛 - 经晶状体成实像于视网膜上，- 视神经细胞感光产生的信号- 通过视神经传输至大脑- 大脑处理后形成视觉图像。,该过程涉及物理学physics, 生理学physiology和心理学psychology.,2. 视觉,10,视轴: 黄斑中心和眼睛光学系统的像方节点的连线。,视场: 眼睛的视场可达150o, 但只有黄斑附近（视轴6o-8o）才能清晰识别。若要看清其它景物时，可转动眼睛，使视轴对准该景物。,3. 人眼的光学特性,11,从光学角度看，眼睛中最主要的是：水晶体、视网膜和瞳孔。,眼睛和照相机很相似，如果对应起来看：,成倒像，可自动调焦、调节入射光能量: 眼睛成倒像，通过内部神经系统作用，视觉为正像。,12,视度调节Diopter accommodation 瞳孔调节pupil accommodation.,1）. 视度调节,F,4. 人眼的调节,远近不同的其他物体，物距不同，则不会成像在视网膜上，这样我们就看不清。,要想看清其他的物体，人眼就要自动地调节眼睛中水晶体的焦距，使像落在视网膜上。,眼睛自动改变焦距的过程称为眼睛的调节。,13,正常人眼在完全放松的自然状态下，,无限远目标成像在视网膜上，即眼睛的像方焦点在视网膜上。,在观察近距离物体时，人眼水晶体周围肌肉收缩，使水晶体前表面半径变小，,眼睛光学系统的焦距变短，后焦点前移，从而使该物体的像成在视网膜上。,F,14,基本概念： 远点（距），近点（距），明视距离，视度,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）,b. 明视距离不是近点距： 明视距离：是指正常的眼睛在正常照明（约50勒克斯）下最方便和最习惯的工作距离，它等于250mm。,15,人眼的调节能力是用远点距r的倒数和近点距p的倒数之差来描述，用A来表示，即,A称为眼睛的调节范围或调节能力。,当人眼观察在调节范围内的某一距离l 处的物体时，它总能清晰地成像在视网膜上。,R - 远点视度 P - 近点视度,16,视度屈光度：若眼睛观察的物体距眼睛为l（被观察物体对眼睛的物距，单位为米），则定义视度为SD，单位为屈光度：,如观察眼前10米的物体，对应的视度为-0.1屈光度。,在医院和眼镜店通常把1屈光度称为100度。,人眼的调节能力随年龄的增加而变化。随着年龄的增大，近点位置往远移，远点位置往近移，因而调节范围减少。,正常眼，自然状态，无调节，视度SD=0 明视距离 SD=-4,17,例1：对正常人眼，若要观察2m处物体，需要调节多少视度？ -0.5,例2：若某正常人眼的最大调节范围为-10视度，其近点距离是多少？ -100mm,正常人眼的远点都是无穷远，但近点却各不相同；近点距越小，调节范围或能力越大。,18,人眼还能在不同亮暗程度的条件下工作。这就是人眼的另一个特性。,具有对周围空间光亮情况适应的过程 称为适应（即为瞳孔的调节）。,眼睛的虹膜可以自动改变瞳孔的大小（2mm8mm) ，以控制眼睛的进光亮。在设计目视光学仪器时要充分考虑与眼瞳的配合。,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，前者发生在光亮处到黑暗处的时候，后者发生在自黑暗处到光亮处的时候。,2）. 瞳孔调节（适应特性）,19,5. 人眼的缺陷和矫正,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。,否则，为非正常眼，或称视力不正常。 通常，分为近视眼和远视眼,20,近视眼就是其远点在眼睛前方有限距离处（r 0）,这是由于眼球太长，像方焦点位于视网膜的前 面所致。因此，只有眼前有限距离处的物体才 能成像在视网膜上。, 配上适当的负光焦度（负透镜）眼镜后，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，因而眼镜矫正了眼睛的缺陷。 负透镜的焦距=眼睛的远点距,21,远视眼就是其远点在眼睛之后（r 0）,这是由于眼球偏短，像方焦点位于视网膜的之后所致。因此，射入眼睛的光束只有是会聚时，才能正好聚焦在视网膜上。, 配上适当的正光焦度（正透镜）眼镜，使远点恢复到物方无穷远处。然后再经眼睛成像于网膜上，因而眼镜矫正了眼睛的缺陷。 正透镜的焦距=眼睛的远点距,22,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。,概述医学验光技术,23,例3：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）,其远点距r = - 0.5 m，,需配焦距为-500mm的近视眼镜。,人眼近视或远视的程度用远点视度来表示； 矫正透镜的焦距值与远点距离相同，其作用是将正常眼的远点转换为视力不正常眼的物方焦距。,24,6. 人眼的分辨率,问题：,对于成像在视网膜上的两个点物体，只要间距足够大，它们便可被识别。然而，当间距很小的时候，又当如何？,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。,25,所谓人眼的分辨能力指的是成像在中央凹区时的分辨能力。,眼睛能分辨出两个非常近的点的能力称为眼睛的分辨率（分辨本领）,人眼的分辨率一般用极限分辨角来表示。,人眼刚能将两点分开的视角称为眼睛的极限分辨角,人眼分辨率与极限分辨角成反比关系,眼睛在看物空间两点时，这两点对眼睛物方节点的张角成为两点间的角距离或称为视角,26,a) 对点的分辨率 - 人眼分辨率,If the distance between two point images are not less than two times the diameter of the nerve cells, or if the two point images locate on two cells who are not adjacent to each other, the two point images can be recognized.,27,The diameter of a nerve cell is about 0.001-0.003mm, so we can take 0.006mm as the standard of the eye. i.e. |ymin|=0.006mm,We use the corresponding angular in the object space to express visual acuity, which is called the angular resolution of the eye. （60” for two points）极限分辨角 Or defined as the minimum angular subtended by two objects which can be just recognized by the eye.,When ymin= -0.006mm，f= -16.68mm We get,28, = 50 120”； 在良好的照明条件下，一般认为 = 60” = 1 认为人眼的极限分辨角为1。 在设计光学系统时就必须考虑眼睛的分辨率。,29,In many actual optical instruments such mode of alignment is always adopted to improve the measure precision.,The visual acuity of the line is called aiming precision , as shown in the right picture, it can reach to 10”.,b) 对线的分辨率 - 10” 瞄准精度,30,经常需要将一条直线重合到另一条直线，但是，要使两条直线完全重合是不可能的. 即,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。,31,即两线宽的几何中心线对人眼的张角小于某一角度值时，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,32,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1020 “,3、双线平分或对称瞄准510“,4、虚线压测件轮