眼睛及目视光学系统讲义

第7章

眼睛及目视光学系统§7.1 眼睛光学成像特征§7.2 放大镜§7.3 显微镜系统§7.4 望远镜系统§7.5 目镜1眼睛及目视光学系统讲义第1页第7章眼睛及目视光学系统

§7.1眼睛光学成像特征一、眼睛结构 精巧摄影机2眼睛及目视光学系统讲义第2页令表示其发散度（会聚度）1D=1m-1年纪102030404550607080Lp(mm)-70-100-143-222-286-400-1000400P(D)-14-10-7-4.5-3.5-2.5-0.512.5lr(mm)∞∞∞∞∞∞800400R(D)0000000.51.252.5141074.53.52.510.250二.眼睛调整及适应1、视度调整

视度——与视网膜相共轭物面到人眼距离倒数。SD=1/l眼睛调整：眼睛成像系统对任意距离物体自动调焦过程。调整能力用能清楚调焦极限距离表示：lr、lp(远点距、近点距)3眼睛及目视光学系统讲义第3页2、瞳孔调整

3、适应 适应：眼睛对周围空间光亮情况自动适应程度，经过瞳孔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眼睛及目视光学系统讲义第4页三、眼睛缺点及校正正常眼：眼睛远点在∞,或眼睛光学系统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眼睛及目视光学系统讲义第5页眼睛及其光学系统6眼睛及目视光学系统讲义第6页四、眼睛视角7眼睛及目视光学系统讲义第7页 刚才能分辨开两点对眼睛物方节点所张角度——极限分辨角

。 白天：2mm——70”——0.006mm眼睛在松弛状态：f’=23mm得

=a/f’=0.006/23

60"（良好照明）眼睛及其光学系统五、眼睛分辨率8眼睛及目视光学系统讲义第8页眼睛及其光学系统设计目视光学仪器时，必须考虑眼睛分辨率。应满足：

仪=tan/tan/：被观察物体所需分辨角。9眼睛及目视光学系统讲义第9页眼睛及其光学系统±60"±10~20"±5~10"±10"不一样瞄准方式瞄准精度六、眼睛瞄准精度（对准精度）分辨：眼睛能区分开两个点或线之间线距离或角距离能力。对准：垂直于视轴方向上重合或置中过程。对准误差(精度)：对准后，偏离置中或重合线距离或角距离。10眼睛及目视光学系统讲义第10页眼睛及其光学系统七.双目立体视觉 对物体位置在空间分布以及对物体体积感觉——立体视觉。1.单眼观察

2．双眼观察 双像 单一像 物在两眼视网膜上像必须位于视网膜对应点，即相对于黄斑中心同一侧时，才有单像印象11眼睛及目视光学系统讲义第11页人眼直接观察时：经过放大镜观察时：放大镜-L-w-yABye’yy’-l’f’P’F’w’ §7.2放大镜

一、视觉放大率-

’-y’yi’12眼睛及目视光学系统讲义第12页放大镜并非常数yy’-l’f’P’F’w’13眼睛及目视光学系统讲义第13页放大镜当l’=∞，或P’=f’时，G0=250/f’正常视力眼，P’-l’=250，看书用假如眼睛紧贴放大镜，即P’=0，则结论yy’-l’f’P’F’w’14眼睛及目视光学系统讲义第14页 眼瞳：孔径光阑，系统出瞳 放大镜框：视场光阑，入窗，出窗，同时也是渐晕光阑 （视场光阑与物面不重合）放大镜虚像平面w’w1’w2’2a’2hP’场阑出瞳yKD=1KD=0.5KD=0二．光束限制和线视场15眼睛及目视光学系统讲义第15页2hyFP’f’F’w’当物面位于放大镜前焦面时，其线视场2y（50%渐晕）:16眼睛及目视光学系统讲义第16页w’2hP’yFf’w’2hyFP’f’F’17眼睛及目视光学系统讲义第17页§7.3显微镜系统18眼睛及目视光学系统讲义第18页显微镜系统-yw’Fo’Fe眼瞳y’场阑一．显微镜视觉放大率（物体一次像位于目镜物方焦面）

19眼睛及目视光学系统讲义第19页1．显微镜孔径光阑、出瞳直径普通显微镜：物镜框——孔径光阑。

测量显微镜：物镜像方焦面——孔径光阑 显微镜系统w’A’AB’B-UU’FeFo’二、显微镜光束限制和线视场20眼睛及目视光学系统讲义第20页显微镜系统物镜满足正弦条件：显微镜出瞳直径21眼睛及目视光学系统讲义第21页显微镜系统-yw’Fo’Fe眼瞳y’场阑2、显微镜视场光阑 显微镜线视场取决于视场光阑大小。所以，显微镜线视场：22眼睛及目视光学系统讲义第22页三．显微镜分辨本事、有效放大率

1．显微镜分辨本事23眼睛及目视光学系统讲义第23页 当一个像点衍射斑中心落在另一像点衍射光环第一个暗环时，则两像点刚好能被分辨（即两相邻点之间隔等于艾里斑半径时）。

艾里斑半径：a=0.61

/n’sinu’分辨率是能分辨物方两点间最短距离

：显微镜系统瑞利判断：24眼睛及目视光学系统讲义第24页显微镜系统 两相邻像点间隔0.85a时，被系统分辨：

=0.85a=0.5

/NA 以道威判断作为系统目视衍射分辨率或理想目视衍射分辨率。道威判断：25眼睛及目视光学系统讲义第25页 便于眼睛分辨角距离为2'~4'，在明视距离上对应线距离s'：

'=

=0.85a=0.5

/NA

=555nm

按道威判断，得：523NA≤

≤

1046NA 取 500NA≤

≤1000NA

min

=0.0725mm

显微镜系统2．显微镜有效放大率26眼睛及目视光学系统讲义第26页惯用：物镜4个：4

、10

、40

、100

目镜3个：5

、10

、15

组成：20

~1500

（光学筒长Δ随f’不一样而不一样）27眼睛及目视光学系统讲义第27页四、显微镜景深几何景深物理景深调整景深 250mm~∞调整范围4D

NA、G28眼睛及目视光学系统讲义第28页显微镜系统亮视场照明图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.显微镜照明方法1．反射光照明：

亮视场照明：普通经过物镜从上面照明。 暗视场照明：侧面入射，从物镜侧向经过。 进入物镜成像仅为从物体表面散射光线。29眼睛及目视光学系统讲义第29页显微镜系统2.透射光照明：

亮视场照明：临界照明、柯勒照明（像方远心）a.临界照明——光源成像于物平面。

多用于投影物体面积较小情况。光源表面亮度不均匀性影响观察效果。 “窗对窗，瞳对瞳”

30眼睛及目视光学系统讲义第30页显微镜系统显微物镜系统b.柯勒照明：光源成像于物镜入瞳面上。

多用于大面积投影情况。消除了物体平面光照度不均匀缺点。 “窗对瞳，瞳对窗”31眼睛及目视光学系统讲义第31页显微镜系统暗视场照明：光线倾斜入射，在物体旁侧向经过。32眼睛及目视光学系统讲义第32页六、显微镜物镜

低倍物镜 3х~6х 0.01~0.15中倍物镜 8х~10х 0.25~0.30高倍物镜 40х 0.65浸液物镜 90х~100х1.25~1.4(1.5)复消色差物镜 90х 1.3平视场复消色差物镜 40х 0.85 显微镜系统33眼睛及目视光学系统讲义第33页望远镜系统§7.4 望远镜系统

一、望远系统视觉放大率34眼睛及目视光学系统讲义第34页望远镜系统

G与物体位置无关。仅取决于望远镜系统结构。

G随fo’、fe’符号不一样而不一样。G0正像，G<0倒像。结论35眼睛及目视光学系统讲义第35页望远镜系统Fo’Fe开普勒望远镜2.伽利略望远镜

36眼睛及目视光学系统讲义第36页 望远镜分辨率用极限分辨角

表示。艾里斑半径a=0.61

/n’sinu’1.按瑞利判断 2.按道威判断望远镜系统二.望远镜系统分辨率和工作放大率37眼睛及目视光学系统讲义第37页最小视觉放大率Gmin；（有效放大率或正常放大率） jGmin=60″

Gmin=60″/

=D/2.3 瑞利判断 （道威判断：Gmin=D/2） 普通取 G=（2~3）Gmin 常取 G=D （工作放大率）

望远镜系统38眼睛及目视光学系统讲义第38页望远镜系统（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

，与瞄准方式相关：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"不一样瞄准方式瞄准精度39眼睛及目视光学系统讲义第39页望远镜系统三.望远镜视场1.开普勒望远镜

物镜框：孔径光阑、入瞳；出瞳在目镜外，与人眼重合。

目镜框：渐晕光阑，允许50%渐晕；

分划板：视场光阑。40眼睛及目视光学系统讲义第40页lzlz’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.伽俐略望远镜41眼睛及目视光学系统讲义第41页(1)当K=50%，tgw=-D/2lz(2)当K=0时，由入窗边缘和入瞳边缘光线决定。42眼睛及目视光学系统讲义第42页目镜 §7.5目镜

同放大镜：

=250/fe’一.目镜主要光学参数

2

’、fe’、p’/fe’、lF1.视场角2

’

tg

’=

tg

2.镜目距p’:出瞳到目镜后表面距离，≥6mm 相对镜目距p’/fe’

3.工作距lF——目镜第一面顶点到其物方焦平面距离 lF

>视度调整深度

43眼睛及目视光学系统讲义第43页眼睛及其光学系统二.光学仪器中目镜视度调整44眼睛及目视光学系统讲义第44页45眼睛及目视光学系统讲义第45页1.惠更斯目镜 2

’=400~500 p’/fe’=1/3 目镜三.目镜类型46眼睛及目视光学系统讲义第46页目镜2.冉斯登目镜

2

’=300~400 p’/fe’=1/3~1/447眼睛及目视光学系统讲义第47页目镜3.对称式目镜

2

’=400~420 p’/fe’=1/1.348眼睛及目视光学系统讲义第48页目镜4.凯涅尔目镜

2

’=450~500 p’/fe’=1/249眼睛及目视光