工程光学眼睛及目视光学系统

第7章

眼睛及目视光学系统§7.1 眼睛的光学成像特性§7.2 放大镜§7.3 显微镜系统§7.4 望远镜系统§7.5 目镜1第7章眼睛及目视光学系统

§7.1眼睛的光学成像特性一、眼睛的结构 精巧的照相机2令表示其发散度（会聚度）1D=1m-1二.眼睛的调节及适应1、视度调节

视度——与视网膜相共轭的物面到人眼距离的倒数。SD=1/l眼睛的调节：眼睛成像系统对任意距离物体自动调焦的过程。调节能力用能清晰调焦的极限距离表示：lr、lp(远点距、近点距)32、瞳孔调节

3、适应 适应：眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程度，通过瞳孔的自动增大或缩小完成。明适应：暗——亮，瞳孔自动缩小。 暗适应：亮——暗，瞳孔自动增大。4三、眼睛的缺陷及校正正常眼：眼睛的远点在∞,或眼睛光学系统的像方焦点在视网膜上。反常眼：近视眼：远点位于眼前有限距 远视眼：远点位于眼后有限距

散光眼、斜视眼、散光近视

5眼睛及其光学系统6四、眼睛的视角7 刚刚能分辨开的两点对眼睛物方节点所张的角度——极限分辨角

。 白天：2mm——70”——0.006mm眼睛在松弛状态：f’=23mm得=a/f’=0.006/2360"（良好照明）眼睛及其光学系统五、眼睛的分辨率8眼睛及其光学系统设计目视光学仪器时，必须考虑眼睛的分辨率。应满足：仪=tan/tan/：被观察物体所需的分辨角。9眼睛及其光光学系统±60"±10~20"±5~10"±10"不同瞄准方式的瞄准精度六、眼睛的的瞄准精度度（对准精精度）分辨：眼睛能区分分开两个点点或线之间间的线距离离或角距离离的能力。。对准：垂直于视轴轴方向上的的重合或置置中过程。。对准误差(精度)：：对准后，偏偏离置中或或重合的线线距离或角角距离。10眼睛及其光光学系统七.双目目立体视觉觉对物体位置置在空间分分布以及对对物体体积积的感觉———立体视视觉。1.单单眼观察2．双眼观观察双像单一像物在两眼视视网膜上的的像必须位位于视网膜膜的对应点点，即相对对于黄斑中中心的同一一侧时，才才有单像的的印象11人眼直接观察时：通过放大镜观察时：放大镜-L-w-yABye’yy’-l’f’P’F’w’§7.2放放大大镜

一、、视觉放大大率-’-y’yi’12放大镜并非常数yy’-l’f’P’F’w’13放大镜当l’=∞，或P’=f’时，G0=250/f’正常视力的眼，P’-l’=250，看书用如果眼睛紧贴放大镜，即P’=0，则结论yy’-l’f’P’F’w’14眼瞳：孔径光阑，，系统的出出瞳放大镜框：：视场光阑，，入窗，出出窗，同时时也是渐晕晕光阑（视场光阑与与物面不重重合）放大镜虚像平面w’w1’w2’2a’2hP’场阑出瞳yKD=1KD=0.5KD=0二．光束限限制和线视视场152hyFP’f’F’w’当物面位于于放大镜前前焦面时，，其线视场场2y（50%渐晕晕）:16w’2hP’yFf’w’2hyFP’f’F’17§7.3显显微镜镜系统18显微镜系统统-yw’Fo’Fe眼瞳y’场阑一．显微镜镜的视觉放放大率（物体一次次像位于目目镜物方焦焦面）191．显微镜镜的孔径光光阑、出瞳瞳直径普通显微镜镜：物镜框———孔径光光阑。测量显微镜镜：物镜像方方焦面———孔径光阑阑显微镜系统统w’A’AB’B-UU’FeFo’二、显微镜镜的光束限限制和线视视场20显微镜系统统物镜满足正弦条件：显微镜的出出瞳直径21显微镜系统统-yw’Fo’Fe眼瞳y’场阑2、显微镜镜的视场光光阑显微镜的线线视场取决决于视场光光阑的大小小。所以，，显微镜的的线视场：：22三．显微镜镜的分辨本本领、有效效放大率1．显微镜镜的分辨本本领23当一个像点点衍射斑中中心落在另另一像点衍衍射光环第第一个暗环环时，则两两像点刚好好能被分辨辨（即两相邻点之之间隔等于于艾里斑半半径时）。艾里斑半径径：a=0.61/n’sinu’分辨率是能能分辨物方方两点间最最短距离：显微镜系统统瑞利判断：：24显微镜系统统两相邻像点点间隔0.85a时，被系统统分辨：=0.85a=0.5/NA以道威判断断作为系统统的目视视衍射分分辨率或或理想目目视衍射射分辨率率。道威判断断：25便于眼睛睛分辨的的角距离离为2'~4'，在在明视距距离上对对应的线线距离s'：：'==0.85a=0.5/NA=555nm按道威判判断，得得：523NA≤≤1046NA取500NA≤≤1000NAmin=0.0725mm显微镜系系统2．显微微镜的有有效放大大率26常用的：：物镜4个：4、10、40、100目镜3个个：5、10、15组成：20~1500（光学筒筒长Δ随f’不同而不不同）27四、显微微镜的景景深几何景深深物理景深深调节景深深250mm~∞调节范围围4DNA、G28显微镜系系统亮视场照明图1物镜；2小灯泡；3物体；4载物台

工具显微镜反射照明单向暗视场照明五.显显微镜的的照明方方法1．反射射光照明明：亮视场照照明：一般通过过物镜从从上面照照明。暗视场照照明：侧面入射射，从物物镜侧向向通过。。进入物镜镜成像的的仅为从从物体表表面散射射的光线线。29显微镜系系统2.透透射光照照明：亮视场照照明：临界照明明、柯勒勒照明（（像方远远心）a.临临界照明明——光源成像像于物平平面。多用于投投影物体体面积较较小的情情况。光源表面面亮度的的不均匀匀性影响响观察效效果。“窗对窗窗，瞳对对瞳”30显微镜系系统显微物镜镜系统b.柯柯勒照明明：光源成像像于物镜镜的入瞳瞳面上。多用于大大面积的的投影情情况。消除了物物体平面面光照度度不均匀匀的缺点点。“窗对瞳瞳，瞳对对窗”31显微镜系系统暗视场照照明：光线倾斜斜入射，，在物体体旁侧向向通过。。32六、显微微镜的物物镜低倍物镜镜3х~6х0.01~0.15中倍物镜镜8х~10х0.25~0.30高倍物镜镜40х0.65浸液物镜镜90х~100х1.25~1.4(1.5)复消色差差物镜90х1.3平视场复复消色差差物镜40х0.85显微镜系系统33望远镜系系统§7.4 望远远镜系统统一、望远远系统的的视觉放放大率34望远镜系统

G与物体的位置无关。仅取决于望远镜系统的结构。

G随fo’、fe’符号不同而不同。G0正像，G<0倒像。结论35望远镜系统Fo’Fe开普勒望远镜镜2.伽利略略望远镜36望远镜的分辨辨率用极限分分辨角表示。艾里斑斑半径a=0.61/n’sinu’1.按瑞利利判断2.按道道威判断望远镜系统二.望远镜镜系统的分辨辨率和工作放放大率37最小视觉放大大率Gmin；（有效放大率或或正常放大率率）jGmin=60″Gmin=60″/=D/2.3 瑞利判断断（道威判断：Gmin=D/2）一般取G=（2~3））Gmin常取G=D （工作放大率）望远镜系统38望远镜系统（1）对观察仪器，精度要求是其分辨角。

=60″/Gmin（2）对瞄准仪器，精度要求是其瞄准误差D，与瞄准方式有关：a.使用压线瞄准（两实线重合），人眼对准误差为±60″，所以 D=60″/G

b.使用双线或叉线瞄准，人眼对准误差为±10″， D=10″/G

结论±60"±10~20"±5~10"±10"不同瞄准方式的瞄准精度39望远镜系统三.望远镜的的视场1.开普勒望望远镜物镜框：孔径光阑、、入瞳；出瞳瞳在目镜外，，与人眼重合合。目镜框：渐晕光阑，，允许50%渐晕；分划板：视场光阑。。40lzlz’出窗(场阑、入窗）-Li’-Li(L)DPyy’w’l’孔阑lzlz’出窗(场阑、入窗）-Li’-Li(L)DPyy’w’l’孔阑望远镜系统2.伽俐略望望远镜41(1)当K=50%，tgw=-D/2lz(2)当K=0时，由入窗边缘和入瞳边缘的光线决定。42目镜§7.5目目镜同放大镜：=250/fe’一.目镜的主主要光学参数数2’、fe’、p’/fe’、lF1.视场场角2’tg’=tg2.镜目距p’:出瞳到目镜后后表面的距离离，≥6mm相对镜目距p’/fe’3.工作距lF——目镜第一面的的顶点到其物物方焦平面的的距离lF>视度调节节的深度43眼睛及其光学学系统二.光学学仪器中目镜镜的视度调节节44451.惠更斯斯目镜2’=400~500p’/fe’=1/3目镜三.目镜类型型46目镜2.冉斯登登目镜2’=300~400p’/fe’=1/3~1/447目镜3.对称式目目镜2’=400~420p’/fe’=1/1.348目镜4.凯涅尔尔目镜2’=450~500p’/fe’=1/2495.无畸畸变目镜2’=480p’/fe’=0.850目镜6.长出瞳距距目镜2’=500~700p’/fe’=1/1.751目镜广角目镜7.艾尔弗目目镜2’＝650~720lz’/fe’=3/4另外，还有广广角目镜、超超广角目镜。。目镜型式较多多，设计时在在满足光学特特性要求时，，要兼顾成像像质量和结构构的简单化。。529、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。13:05:4813:05:4813:0512/29/20221:05:48PM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2213:05:4813:05Dec-2229-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。13:05:4813:05:4813:05Thursday,December29,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2213:05:4913:05:49December29,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。29十二月月20221:05:49下午13:05:4912月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月221:05下下午午12月月-2213:05December29,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2913:05:4913:05:4929December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。1:05:49下下午1:05下下午13:05:4912月-229、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。13:05:4913:05:4913:0512/29/20221:05:49PM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2213:05:4913:05Dec-2229-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。13:05:4913:05:4913:05Thursday,December29,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2213:05:4913:05:49December29,202214、意志坚强的的人能把世界界放在手中像像泥块一样任任意揉捏。29十二月月20221:05:49下下午13:05:4912月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荆荆门门九九派派通通。。。。。十二二月月221:05下下午午12月月-2213:05December29,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/2913:05:4913:05:4929December202217、空山新雨雨后，天气气晚来秋。。。1:05:49下下午1:05下下午13:05:4912月月-229、杨柳散散和风，，青山澹澹吾虑。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、阅读一切切好书如同同和过去最最杰出的人人谈话。13:05:4913:05:4913:0512/29/20221:05:49PM11、越越是是没没有有本本领领的的就就越越加加自自命命不不凡凡。。12月月-2213:05:4913:05Dec-2229-Dec-2212、越是是无能能的人人，越越喜欢欢挑剔剔别人人的错错儿