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第三章 眼睛和目视光学系统 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 眼睛的缺陷及其调整 §3-1 人眼的光学特性 人眼的结构 角膜: 角质构成的透明球面薄膜,入射光线首先通过角膜 视网膜: 视神经细胞和神经纤维,作为感光底片. 盲点: 视神经纤维在眼睛的出口, 没有感光细胞, 不能形成视觉. 视觉的产生 外部光线进入人眼 人眼的视觉特征 眼睛的调节: 视度调节 和瞳孔调节. 调节量的表示: 视度SD 不同年龄段正常的人眼调节能力 2. 瞳孔调节 虹膜可以自动调节瞳孔的大小,来控制眼睛的进光量. 强光下,白天, D=2mm; 夜晚, D=8mm 当设计目视光学仪器时, 仪器的出射瞳孔要和人眼的瞳孔大小相配合. 白天使用的出射瞳孔可以小些; 晚上使用的则要大些. 眼睛的视觉灵敏度 视网膜的结构 例题1 已知显微镜的视放大率为-300，目镜焦距为20mm，求显微镜物镜的倍率。若人眼的视角分辨率为60‘’，则用该显微镜能分辨的两物点的最小距离是多少？ 可以安装分划板,便于瞄准和测量 无法安装分划板,常用于观剧镜 望远镜视放大率的测量:在望远镜前垂轴放置一个有刻划的物体,在望远镜后测量像高的大小,二者的比值即为望远系统的视放大率 用一5倍的开普勒望远镜观察500mm处的目标，物镜焦距为100mm，求实际视放大率。 5倍是观测远处物体的视放大率，但现在是观测近处的目标。 此公式只适用于物距小于十分之一立体视觉半径 双眼仪器的基线长 (双眼仪器的二个入射光轴之间的距离) 二、体视误差 三、对双眼仪器的要求 1、左右光轴平行； 2、左右两系统放大率一致； 3、左右两系统不应有像倾斜。 例1：显微镜的放大率为58，采用夹线对准方式，求显微镜的物方对准误差，如果采用10倍的目镜，物镜的倍率应为多大，目镜的焦距为多少？ 解： 对准误差： * 应用光学讲稿 * 目视光学系统: 和人眼配合使用的/可直接扩大人眼的视觉能力的光学系统 人眼的结构与照相机类似,从光学角度看,主要有三个主要组成部分： 水晶体－－镜头Lens 视网膜－－底片Film 瞳孔 －－ 光阑Stop 人眼相当于一台最高档的超级照相机,可以自动调焦,自动调节进入人眼的光能量 前室: 角膜后的空间,充满透明的 n=1.3374的水状液, 会聚光线. 水晶体: 双凸透镜, 通过其周围肌肉的调节可以改变其前表面的曲率半径,从而使眼睛的有效焦距发生改变. 角膜, 前室和水晶体可以看作镜头的一个组成部分. 黄斑: 视网膜上视觉最敏感的区域. 视网膜和黄斑可看作是照相机的感光部分. 虹膜: 水晶体和前室之间的隔膜. 其中心有一圆孔,为瞳孔,限制进入眼睛的光能量, 作为相机中的可调光圈. 盲点的测试 在视网膜上形成一个像, 通过视神经细胞产生了一个视觉信号刺激 通过视神经传输到大脑. 最后经过高级神经活动形成视觉. 这个过程包括物理学/生理学和心理学. 成倒像 视轴: 黄斑中心与眼睛光学系统像方节点的连线. 人眼的视场: 人眼的视场可以达到 150 度. 如果头保持不动, 我们只能看清视轴中心附近6o－8o的范围. 为了看到更大的范围,可以自由旋转眼球,头也动. 1. 视度调节 定义:随着物体距离的改变,人眼自动改变焦距,使像落在视网膜上的过程. F’ 与视网膜共轭的物面到眼睛的距离的倒数 1 l SD= 明视距离和近点/远点 明视距离: 眼睛前方250mm 距离处，SD=(1 / (-0.25))= -4 l 的单位是米,且有正有负 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 70 83 100 130 140 180 220 290 400 -14 -12 -10 -7.8 -7.0 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 近点距离 (mm) 最大调节范围/视度 年龄 外界物体的亮度是随着物体种类/天气和时间不断变化着的. 假设有两个物点成像在视网膜上. 如果这两个像点之间的间距足够大, 就认为是可以用肉眼分辨的, 当间距很小时, 人眼就有可能分辨不开. 两个物点的视觉灵敏度： 为什么？ 视网膜是由视神经细胞构成, 这里包括视锥细胞和杆状视神经细胞 视锥细胞: 在强光条件下工作 杆状视神经细胞: 在弱光情况下工作 如果两个像点之间的距离大于视神经细胞直径的两倍,或者这两个像点分别位于两个不相邻的两个细胞上时, 这两个像点就可以被分辨. 视神经细胞直径约为 0.001-0.003mm,