第三章眼睛的目视光学系统应用光学PPT课件.ppt
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1、1,第三章 眼睛和目视光学系统,2,本章主要解决的问题:,眼睛的构造 望远镜、显微镜的工作原理 眼睛与目视光学仪器配合的问题、眼睛缺陷及调整,3,第一节 人眼的光学特性,人眼的构造,从光学角度看,主要有三部分: 水晶体 视网膜 瞳孔,镜头 底片 光阑,人眼相当于一架照相机,能够自动调节,4,问题:照相机使物成倒像,人眼是否成倒像?,视轴:黄斑中心与眼睛光学系统的像方节点连线 视场:观察范围可达150 头不动,能看清视轴中心68, 要看清旁边物体,眼睛在眼窝内转动,头也动,5,眼睛的调节:视度调节、瞳孔调节,1、视度调节 定义:随着物体距离改变,人眼自动改变焦距,使像落在视网膜上的过程。,F,6
2、,调节量的表示:视度,与网膜共轭的物面到眼睛的距离的倒数,明视距离和近点、远点,明视距离:眼睛前方250mm,SD=(1 / (-0.25)= -4,l 单位为米,近点:眼睛通过调节能看清物体的最短距离,远点:眼睛能看清物体的最远距离,最大调节范围近点视度远点视度,7,2、瞳孔调节,虹膜可以自动瞳孔大小,以控制人眼的进光量 强光下,白天 D=2mm; 夜晚,D=8mm 设计光学仪器时,仪器的出射瞳孔要和人眼瞳孔大小配合,白天使用的可以小些,夜晚使用的则要大一些,8,人眼的分辨率,人眼刚能分清两物点在网膜上的像点之间的距离,对两物点的分辨率:,9,视神经细胞直径约为0.001-0.003mm,取
3、0.006为眼睛的分辨率。,通常用此距离在物空间对应的张角表示,称为视角分辨率。,-y,10,以上是对应视轴周围很小范围内的视角分辨率。当物体偏离视轴时,视神经细胞加大,分辨率迅速下降,如图中曲线所示。 图中横坐标代表物点和眼的连线与视轴之间的夹角,纵坐标代表相对分辨率(假定黄斑的分辨率等于1)。,图 5-4,耳侧 黄斑 鼻侧,视角分辨率(相对值),11,对线的分辨率: 一直线的像刺激着一系列视神经细胞,而另一直线的像又刺激着旁边的另一列视神经细胞,所以眼睛能够敏锐地感觉到它们之间的位移。 分辨率可以提高到10,12,在瞄准测量中常常把对线的分辨率叫做对准精度。,综合一下,看得清的条件: 必要
4、条件:成像在视网膜上,充分条件:对二点,视角 60” 对二线,视角 10”,13,第二节 放大镜和显微镜的工作原理,人眼的视角分辨率(60”)。物高y和物距l满足关系: y/L0.0003(60“) 如果通过仪器以后的像对人眼所张的视角大于用人眼直接观察时的视角,就有可能看清楚更加细微的物体。 扩大人眼视觉能力的光学仪器,称为“目视光学仪器”。望远镜,显微镜等与眼睛配合的仪器称为目视光学仪器 对各类目视光学仪器的共同要求,14,对各类目视光学仪器的共同要求,1、扩大视角,直接观察:,用仪器观察:,y眼,y仪,眼, , ,仪,-y眼=tg眼,-y仪=tg仪,15,用仪器观察时网膜上的像高和人眼直
5、接观察时网膜上的像高之比表示了仪器的放大作用,称为 视角放大率,用 表示。,2、成像在无限远(出射平行光),16,目视光学仪器的视放大率大于1 目视光学仪器所成的像应该位于无限远。 这是对目视光学仪器的两个共同要求。 根据所观察目标的情况不同,目视光学仪器分为两大类:一类叫望远镜,它是用于观察远距离目标的;另一类叫显微镜,它是用于观察近距离微小目标的。,17,放大镜工作原理,只要物体对人眼的张角大于人眼的视角分辨率即可看清楚,如果物体对人眼张角小于60”,人眼看不见,则可以考虑借用仪器来观察。 1. 物体必须放在系统的物方焦平面处,使得出射光为平行光。 2.从仪器出射的光线对人眼的张角必须大于
6、人眼直接观察时物体对人眼的张角,人眼直接观察时物体放在250毫米处,18,F,-f=f ,y,仪,19,放大镜的视放大率只与放大镜的焦距有关注意,这里统一规定人眼直接观察时,物体放在离人眼250毫米处,如果不能满足这个条件,公式就不是250除以焦距要提高放大镜的倍率,就必须减小透镜的焦距,单个透镜的焦距不可能做的很小,为什么?,例如:15倍的放大镜,焦距为16.6,假设双凸,则两个半径为17毫米左右,若平凸,则半径为8.5毫米左右。为此,设计了显微镜,即复杂化的放大镜,20,显微镜的工作原理,F物,F目,-y,y,仪,目镜,物镜,f物,-f目,显微镜同放大镜一样,需将物体放在物方焦平面处,为提
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