眼睛及目视光学系统讲义(PPT 52页).ppt

1、1,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,2,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,3,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),4,2、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。

2、 暗适应：亮暗，瞳孔自动增大。,5,三、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,6,眼睛及其光学系统,7,四、眼睛的视角,8,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：2mm70”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,9,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。

3、,10,眼睛及其光学系统,六、眼睛的瞄准精度（对准精度）,分辨：眼睛能区分开两个点或线之间的线距离或角距离的能力。 对准：垂直于视轴方向上的重合或置中过程。 对准误差(精度)：对准后，偏离置中或重合的线距离或角距离。,11,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的感觉立体视觉。 1. 单眼观察 2双眼观察 双像 单一像 物在两眼视网膜上的像必须位于视网膜的对应点，即相对于黄斑中心的同一侧时，才有单像的印象,12,放大镜,7.2 放大镜一、视觉放大率,13,放大镜,并非常数,14,放大镜,15,眼瞳：孔径光阑，系统的出瞳 放大镜框：视场光阑，入窗，出窗，同时也是

4、渐晕光阑 （视场光阑与物面不重合）,放大镜,二光束限制和线视场,16,当物面位于放大镜前焦面时，其线视场2y（50%渐晕）:,17,18,7.3 显微镜系统,19,显微镜系统,一显微镜的视觉放大率（物体一次像位于目镜物方焦面）,20,1显微镜的孔径光阑、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,二、显微镜的光束限制和线视场,21,显微镜系统,物镜满足正弦条件：,显微镜的出瞳直径,22,显微镜系统,2、显微镜的视场光阑,显微镜的线视场取决于视场光阑的大小。所以，显微镜的线视场：,23,三显微镜的分辨本领、有效放大率 1显微镜的分辨本领,24,当一个像点

5、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 /nsinu 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：,25,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的目视衍射分辨率或理想目视衍射分辨率。,道威判断：,26,便于眼睛分辨的角距离为24 ，在明视距离上对应的线距离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

6、,2显微镜的有效放大率,27,常用的：物镜4个：4 、10 、40 、100 目镜3个：5 、10 、15 组成： 20 1500 （光学筒长随 f 不同而不同）,28,四、显微镜的景深,几何景深 物理景深 调节景深250mm 调节范围4D NA、G,29,显微镜系统,单向暗视场照明,五. 显微镜的照明方法,1反射光照明： 亮视场照明：一般通过物镜从上面照明。 暗视场照明：侧面入射，从物镜侧向通过。进入物镜成像的仅为从物体表面散射的光线。,30,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的情况。 光源表面亮

7、度的不均匀性影响观察效果。 “窗对窗，瞳对瞳”,31,显微镜系统,显微物镜系统,b. 柯勒照明：光源成像于物镜的入瞳面上。,多用于大面积的投影情况。消除了物体平面光照度不均匀的缺点。 “窗对瞳，瞳对窗”,32,显微镜系统,暗视场照明：光线倾斜入射，在物体旁侧向通过。,33,六、显微镜的物镜 低倍物镜 36 0.010.15 中倍物镜 810 0.250.30 高倍物镜 40 0.65 浸液物镜 90100 1.251.4(1.5) 复消色差物镜 90 1.3 平视场复消色差物镜 40 0.85,显微镜系统,34,望远镜系统,7.4望远镜系统一、望远系统的视觉放大率,35,望远镜系统,36,望远

8、镜系统,开普勒望远镜,2. 伽利略望远镜,37,望远镜的分辨率用极限分辨角表示。艾里斑半径 a=0.61 /nsinu 1. 按瑞利判断2. 按道威判断,望远镜系统,二. 望远镜系统的分辨率和工作放大率,38,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） 一般取 G =（23）Gmin 常取G =D（工作放大率）,望远镜系统,39,望远镜系统,40,望远镜系统,三.望远镜的视场,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

9、。,41,望远镜系统,2.伽俐略望远镜,42,(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。,43,目镜,7.5 目镜,同放大镜： =250/fe 一.目镜的主要光学参数 2 、fe、p/ fe、lF 1. 视场角2 tg=tg 2.镜目距p:出瞳到目镜后表面的距离，6mm 相对镜目距p/ fe 3.工作距lF 目镜第一面的顶点到其物方焦平面的距离 lF 视度调节的深度,44,眼睛及其光学系统,二 . 光学仪器中目镜的视度调节,45,46,1. 惠更斯目镜2=400500 p/ fe =1/3,目镜,三.目镜类型,47,目镜,2. 冉斯登目镜,2=300400 p/ fe =1/31/4,48,目镜,3.对称式目镜,2=400420 p/ fe =1/1.3,49,目镜,4. 凯涅尔目镜,2=450500 p/ fe =1/2,50,5. 无畸变目