[其它課程]4眼睛應(yīng)用光學(xué)第四次課

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1、眼睛眼睛二二.眼睛的調(diào)節(jié)眼睛的調(diào)節(jié)眼睛有兩種調(diào)節(jié)功能眼睛有兩種調(diào)節(jié)功能視度調(diào)節(jié)視度調(diào)節(jié)瞳孔調(diào)節(jié)瞳孔調(diào)節(jié)1. 視度調(diào)節(jié)視度調(diào)節(jié)視度視度表示眼睛對晶狀體調(diào)節(jié)的程度。表示眼睛對晶狀體調(diào)節(jié)的程度。lSD1調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)眼睛本能地改變焦距以看清不同遠近物體的過程。眼睛本能地改變焦距以看清不同遠近物體的過程。遠點遠點近點近點當(dāng)肌肉完全放松時，眼睛所能看清楚的最遠的點。當(dāng)肌肉完全放松時，眼睛所能看清楚的最遠的點。當(dāng)肌肉在最緊張時，眼睛所能看清的最近的點。當(dāng)肌肉在最緊張時，眼睛所能看清的最近的點。眼睛的調(diào)節(jié)范圍眼睛的調(diào)節(jié)范圍近遠llA11HHlA(1) 都是以米為單位的都是以米為單位的 。說明：說明：(2) 對正常

2、眼睛遠點都是無窮遠。對正常眼睛遠點都是無窮遠。(3) 近點會隨年齡而變化的。近點會隨年齡而變化的。 年齡年齡 最大調(diào)節(jié)范圍最大調(diào)節(jié)范圍/視度視度 最近距離最近距離/mm 10 14 70 15 12 83 20 10 100 25 7.8 130 30 7.0 140 35 5.5 180 40 4.5 220 45 3.5 290 50 2.5 400可見可見45歲以后，近點已經(jīng)在明視距離歲以后，近點已經(jīng)在明視距離250毫米以外了，因此毫米以外了，因此45歲以后的眼睛稱為老年性遠視眼歲以后的眼睛稱為老年性遠視眼(老花眼老花眼)。2. 適應(yīng)調(diào)節(jié)適應(yīng)調(diào)節(jié)適應(yīng)適應(yīng)眼睛在周圍照明條件發(fā)生變化時，所產(chǎn)

3、生的變態(tài)過程。眼睛在周圍照明條件發(fā)生變化時，所產(chǎn)生的變態(tài)過程。暗適應(yīng)暗適應(yīng)光適應(yīng)光適應(yīng)由光亮處到黑暗處的時候。由光亮處到黑暗處的時候。由黑暗處到光亮處的時候由黑暗處到光亮處的時候時間越長，眼睛對暗適應(yīng)的靈敏度越高，大約在時間越長，眼睛對暗適應(yīng)的靈敏度越高，大約在6060分鐘以后，分鐘以后，靈敏度達到一個極限靈敏度達到一個極限-絕對暗閾值。絕對暗閾值。絕對暗閾值的照度相當(dāng)于：絕對暗閾值的照度相當(dāng)于：一只蠟燭在一只蠟燭在3030公里以外處所產(chǎn)生的照公里以外處所產(chǎn)生的照度。度。大約需要幾分鐘即可。眼睛對光適應(yīng)時，靈敏度大大降低，但由大約需要幾分鐘即可。眼睛對光適應(yīng)時，靈敏度大大降低，但由于照度足夠不

4、會影響工作。于照度足夠不會影響工作。視場亮度視場亮度瞳孔直徑瞳孔直徑)2(米坎德拉)(毫米5103102101 . 0110210310410217. 880. 744. 772. 666. 532. 404. 332. 224. 2三三.眼睛的缺陷和矯正眼睛的缺陷和矯正F1. 近視眼近視眼其遠點在眼睛的前方有限距離處。其遠點在眼睛的前方有限距離處。( r 0 )r3. 眼鏡的度數(shù)眼鏡的度數(shù)非正常眼睛的非正常眼睛的遠點遠點距離的倒數(shù)表示近視或遠視的程度。距離的倒數(shù)表示近視或遠視的程度。遠折光度）l1(度折光度1001例例遠點距離為遠點距離為-0.5米，米，則其近視的程度：則其近視的程度：-2折

5、光度，折光度，200度的眼鏡。度的眼鏡。三三.眼睛的分辨率眼睛的分辨率眼睛能分辨開兩個很靠近物體的能力。眼睛能分辨開兩個很靠近物體的能力。1. 分辨率分辨率極限分辨率極限分辨率剛剛能分辨開兩點對眼睛的張角。剛剛能分辨開兩點對眼睛的張角。D22. 1min當(dāng)當(dāng)mm00055. 0nm550)(14020626500055. 022. 1秒DD眼睛瞳孔眼睛瞳孔白天白天mm2D07 mm006. 0L在視網(wǎng)膜上對應(yīng)的大小約為：在視網(wǎng)膜上對應(yīng)的大小約為：一般在良好的照明條件下：一般在良好的照明條件下：06 2. 瞄準精度瞄準精度(對準精度對準精度)(2) 它與分辨率是兩個概念。它與分辨率是兩個概念。(

6、1) 指已經(jīng)有目標(biāo)存在了，將一個物放在一個固定的位置。指已經(jīng)有目標(biāo)存在了，將一個物放在一個固定的位置。 說明：說明：(3) 經(jīng)驗證明：人眼睛的最高瞄準精度約為分辨率的經(jīng)驗證明：人眼睛的最高瞄準精度約為分辨率的 10161(4) 人眼睛的瞄準精度與所選取的被瞄準圖案有關(guān)。人眼睛的瞄準精度與所選取的被瞄準圖案有關(guān)。 視神經(jīng)細胞的大?。阂暽窠?jīng)細胞的大?。簃m003. 0足可以分辨足可以分辨兩個圖案的重合。兩個圖案的重合。瞄準：瞄準：對準過程中，兩者偏離的角距離或線距離。對準過程中，兩者偏離的角距離或線距離。瞄準精度：瞄準精度： 瞄準方式瞄準方式 示意圖示意圖人眼瞄準精度人眼瞄準精度 二實線疊合二實線

7、疊合 二實線的二實線的 端部對準端部對準 雙線對稱雙線對稱 夾單線夾單線 叉線對準單線叉線對準單線06 0601 015 01 三三.空間深度感覺和雙眼立體視覺空間深度感覺和雙眼立體視覺空間深度感覺空間深度感覺對物體產(chǎn)生遠近感覺以及分辨不同物體在空間的對物體產(chǎn)生遠近感覺以及分辨不同物體在空間的相對相對位置。位置。對物體對物體遠近遠近的估計。的估計。(1) 單眼睛對物體的單眼睛對物體的 遠近估計主要依遠近估計主要依 靠物體對眼睛的靠物體對眼睛的 張角來區(qū)分的。張角來區(qū)分的。(2) 距離距離5米米.說明：說明：(3) 雙眼睛觀察時，眼睛視軸對準物體雙眼睛觀察時，眼睛視軸對準物體 AA 距離距離16

8、米米.視差角視差角mm62b(4) 雙眼睛觀察兩個物體時，雙眼睛觀察兩個物體時， AABBBA1a2a1b2b1b2b位于黃斑的同側(cè)位于黃斑的同側(cè)AA1a2aB1b2bBBA1b2b位于黃斑的不同側(cè)位于黃斑的不同側(cè)AA1a2aB1b2bB2211baba1b2b位于黃斑的同側(cè)位于黃斑的同側(cè)雙眼立體視覺雙眼立體視覺對物體位置的空間對物體位置的空間分布分布以及對物體的以及對物體的體積體積感覺。感覺。總之：不同遠近的物體在黃斑上成的像不對稱的，就有遠近總之：不同遠近的物體在黃斑上成的像不對稱的，就有遠近感覺了。感覺了。(5) 雙眼睛觀察兩個物體時，雙眼睛觀察兩個物體時， 視覺上的遠近取決于視差角之差

9、。視覺上的遠近取決于視差角之差。體視銳度：體視銳度：人眼有可能感覺到的人眼有可能感覺到的 的極限值的極限值min)35(01min (2) 無限遠物點對應(yīng)的視差角無限遠物點對應(yīng)的視差角說明：說明：(1)0(3) 當(dāng)一個物點對應(yīng)的視差角等于當(dāng)一個物點對應(yīng)的視差角等于 時，則人眼時，則人眼 剛剛可以分辨出它和無限遠物點之間的距離差別剛剛可以分辨出它和無限遠物點之間的距離差別min這也是人眼可能分辨遠近的最大距離。這也是人眼可能分辨遠近的最大距離。minmaxblm120002060001062. 0 即即立體視覺半徑立體視覺半徑以外人眼就部能分辨出他們的遠近了?？雌鹨酝馊搜劬筒磕芊直娉鏊麄兊倪h近了

10、?？雌饋砭退圃谝粋€深度上。來就似在一個深度上。(4) 立體視覺誤差立體視覺誤差lb微分微分llb2min062. 001 b代入代入)m(10824ll例例：m100l)m(8lmaxl立體視覺半徑立體視覺半徑注意：位于不同遠近的物體，立體視覺誤差不同的。注意：位于不同遠近的物體，立體視覺誤差不同的。定位點距定位點距離（米）離（米）立體視覺誤立體視覺誤差（米）差（米）定位點距定位點距離（米）離（米）立體視覺誤立體視覺誤差（米）差（米）定位點距定位點距離（米）離（米）立體視覺誤立體視覺誤差（米）差（米） 1350 169 24 4.5 0.015 675 675 150 19 2.7 0.005

11、4 450 225 135 15 1.35 0.0013 338 112 45 1.55 1.00 0.0007 270 68 27 0.55 0.75 0.0004 225 45 17 0.21 0.50 0.0002 193 32 13.5 0.136 0.25 0.00005說明：說明：在明視距離處，人眼的立體視覺誤差僅僅在明視距離處，人眼的立體視覺誤差僅僅0.05毫米，毫米，此時人眼的深度感覺是很靈敏此時人眼的深度感覺是很靈敏 。放大鏡和顯微鏡的工作原理放大鏡和顯微鏡的工作原理一一.目視儀器的共同要求目視儀器的共同要求1. 視放大率視放大率J眼y眼眼睛直接觀察眼睛直接觀察眼眼tanyJ

12、儀y儀儀器觀察儀器觀察儀儀tany儀器的視放大倍率儀器的視放大倍率眼儀yy眼儀tantan眼儀tantan說明：說明：(1) 對目視儀器的第一個要求：對目視儀器的第一個要求：擴大視角。擴大視角。(2) 目標(biāo)通過儀器應(yīng)成象在無限遠，或者說出射的光要目標(biāo)通過儀器應(yīng)成象在無限遠，或者說出射的光要 求是求是平行光平行光(滿足眼睛完全放松的自然工作狀態(tài)滿足眼睛完全放松的自然工作狀態(tài))二二. 放大鏡放大鏡作用：用于觀察近距離微小的物體。作用：用于觀察近距離微小的物體。人眼可以分辨的物體大小人眼可以分辨的物體大小y 和物距之間和物距之間l 的關(guān)系：的關(guān)系：0003. 0)6060180(06 ly說明：說明

13、：(1) 被觀察物體愈小，則愈要拉近物體，但人眼的調(diào)節(jié)被觀察物體愈小，則愈要拉近物體，但人眼的調(diào)節(jié) 是有限的。近點以內(nèi)的物體就無法看清楚了。因此，是有限的。近點以內(nèi)的物體就無法看清楚了。因此， 用眼睛直接觀察物體時，物體不可能太小。用眼睛直接觀察物體時，物體不可能太小。(2) 人眼在完全放松的狀態(tài)下觀察物體是最佳的。人眼在完全放松的狀態(tài)下觀察物體是最佳的。Fyy1. 視放大率視放大率儀fy儀tanf ly眼tan250lf250tantan眼儀說明：說明：(1) 只要透鏡的焦距只要透鏡的焦距250毫米毫米，就可以起到放大的作用。，就可以起到放大的作用。(2) 透鏡的焦距愈小，放大倍率愈大。透鏡

14、的焦距愈小，放大倍率愈大。(3) 通常放大鏡采用一片透鏡即可。但倍率高點的采用通常放大鏡采用一片透鏡即可。但倍率高點的采用 幾片的透鏡組。幾片的透鏡組。(4) 通常放大率通常放大率15.三三. 顯微鏡顯微鏡作用：用于觀察近距離微小的物體。提高觀察的放大倍率。作用：用于觀察近距離微小的物體。提高觀察的放大倍率。1. 視放大率視放大率物F物F目F目Fy儀250tany眼目儀fytan物物fyy物f 目f yyfy物目儀fytanyff目物儀tan眼儀tantan目物ff250目物ff250目物即即:顯微鏡的總視放大倍率等于物鏡的垂直放大率顯微鏡的總視放大倍率等于物鏡的垂直放大率 與目鏡的視放大率的

15、乘積。與目鏡的視放大率的乘積。說明：說明：(1) 顯微鏡也是一個放大鏡。它是兩次放大。顯微鏡也是一個放大鏡。它是兩次放大。目物fffff21目物ff250f250(2) 物鏡，目鏡的放大率都刻在鏡筒上。物鏡，目鏡的放大率都刻在鏡筒上。(3) 物鏡，目鏡的連接部分也是相同的。物鏡，目鏡的連接部分也是相同的。望遠鏡的工作原理望遠鏡的工作原理作用：用于觀察無限遠目標(biāo)的。作用：用于觀察無限遠目標(biāo)的。望遠鏡是一個將望遠鏡是一個將無限遠目標(biāo)成象在無限遠無限遠目標(biāo)成象在無限遠的的無焦系統(tǒng)無焦系統(tǒng)。物F目F1. 視放大率視放大率物F目F眼儀物f 目f 眼儀tantantantan物F目F物f 目f tan物物

16、fy目物yytan目目fytantan代入代入目物fftantan目物fftantan說明：說明：(1) 望遠鏡是可以擴大視角的，只要物鏡的焦距大于目鏡的望遠鏡是可以擴大視角的，只要物鏡的焦距大于目鏡的 焦距。焦距。(2) 是可正可負的。是可正可負的。它與物鏡，目鏡的焦距符號有關(guān)的。它與物鏡，目鏡的焦距符號有關(guān)的。反號，通過望遠鏡觀察到的是倒立的象。反號，通過望遠鏡觀察到的是倒立的象。同號，通過望遠鏡觀察到的是正立的象。同號，通過望遠鏡觀察到的是正立的象。,0,0結(jié)論結(jié)論一個望遠鏡系統(tǒng)由物鏡，目鏡組成。一個望遠鏡系統(tǒng)由物鏡，目鏡組成。物鏡的象方焦點和目鏡的物方焦點重合。物鏡的象方焦點和目鏡的物

17、方焦點重合。物鏡的焦距大于目鏡的焦距。物鏡的焦距大于目鏡的焦距。望遠物鏡只能是正透鏡，所以望遠物鏡只能是正透鏡，所以 的正負僅僅取決于目鏡。的正負僅僅取決于目鏡。望遠鏡系統(tǒng)的特點望遠鏡系統(tǒng)的特點(1)且角放大倍率與共軛面位置無關(guān)。且角放大倍率與共軛面位置無關(guān)。僅僅與物鏡，目鏡的焦距有關(guān)。僅僅與物鏡，目鏡的焦距有關(guān)。當(dāng)然望遠鏡的垂直放大倍率，軸向放大倍率當(dāng)然望遠鏡的垂直放大倍率，軸向放大倍率也與共軛面位置無關(guān)。也與共軛面位置無關(guān)。nn2nn1目物ff物目ff2)(物目ff當(dāng)當(dāng)nn 物F目F物f 目f DDyyDD11DD(2) 測量望遠鏡視放大倍率的方法測量望遠鏡視放大倍率的方法(3) 采用正光

18、焦度采用正光焦度(會聚透鏡會聚透鏡)目鏡的望遠鏡目鏡的望遠鏡開卜勒望遠鏡開卜勒望遠鏡視放大倍率為負，正立的物體成倒立的象。視放大倍率為負，正立的物體成倒立的象。其在物鏡和目鏡之間成實象，可以使用分劃板。其在物鏡和目鏡之間成實象，可以使用分劃板。經(jīng)常用于軍事。經(jīng)常用于軍事。所以要加轉(zhuǎn)象棱鏡。所以要加轉(zhuǎn)象棱鏡。(4) 采用負光焦度采用負光焦度(發(fā)聚透鏡發(fā)聚透鏡)的目鏡望遠鏡的目鏡望遠鏡伽利略望遠鏡伽利略望遠鏡(5) 望遠鏡的最小視放大率望遠鏡的最小視放大率(望遠鏡的極限分辨角望遠鏡的極限分辨角)06 )(14020626500055. 022. 1秒DD)mm(3 . 2minD入瞳直徑入瞳直徑(

19、6) 在瞄準儀器中在瞄準儀器中隨瞄準方式變化）(06 儀器的瞄準誤差儀器的瞄準誤差(儀器的精度儀器的精度)可見，望遠鏡的視放大率越大，它的測量精度越高?？梢姡h鏡的視放大率越大，它的測量精度越高。(7) 的的 關(guān)系關(guān)系當(dāng)目鏡一定，當(dāng)目鏡一定，一定一定tantan,因此，視放大率總是和視場一起考慮的。因此，視放大率總是和視場一起考慮的。例例：軍用望遠鏡軍用望遠鏡(8)目物fftantanDD這種關(guān)系在軍用望遠鏡設(shè)計中顯得非常重要。這種關(guān)系在軍用望遠鏡設(shè)計中顯得非常重要。體積，重量問題往往是軍用儀器增大視放大率的障礙。體積，重量問題往往是軍用儀器增大視放大率的障礙。(9) 選取望遠鏡的視放大率也

20、要考慮具體的使用條件選取望遠鏡的視放大率也要考慮具體的使用條件大氣抖動可以引起景物抖動大氣抖動可以引起景物抖動例例：因此，地面觀測瞄準儀器的視放大率不宜太大因此，地面觀測瞄準儀器的視放大率不宜太大手持望遠鏡的視放大率手持望遠鏡的視放大率否則要使用支架固定。否則要使用支架固定。21 50308與儀器結(jié)構(gòu)的關(guān)系與儀器結(jié)構(gòu)的關(guān)系雙眼觀察儀器雙眼觀察儀器因為雙眼的體視效應(yīng)，使用雙眼來觀察儀器的。因為雙眼的體視效應(yīng)，使用雙眼來觀察儀器的。使用雙眼儀器不僅可以保持人眼的體視效應(yīng)，而且還可以使用雙眼儀器不僅可以保持人眼的體視效應(yīng)，而且還可以使其得到提高。使其得到提高。雙眼睛觀察兩個物體時，雙眼睛觀察兩個物體

21、時， 視覺上視覺上的遠近取決于視差角之差。的遠近取決于視差角之差。BAABAB眼睛直接觀察某一物體時眼睛直接觀察某一物體時對應(yīng)的視差角對應(yīng)的視差角眼用儀器觀察某一物體時用儀器觀察某一物體時對應(yīng)的視差角對應(yīng)的視差角bBA儀一一.雙眼儀器的體視放大率雙眼儀器的體視放大率表示被觀察空間的體視感覺的放大能力。表示被觀察空間的體視感覺的放大能力。雙眼雙眼儀器儀器的體視放大率的體視放大率眼儀AAbllb眼lB儀器基線長儀器基線長儀lBlB儀bB mm62bB16米米同一物體對儀器的二入射瞳孔構(gòu)成的同一物體對儀器的二入射瞳孔構(gòu)成的視角差為視角差為二二. 體視測距儀體視測距儀體視測距儀體視測距儀是利用人眼的立

22、體視覺來測量目標(biāo)距離的儀器。是利用人眼的立體視覺來測量目標(biāo)距離的儀器。B1O2OBLBL BL BLL2例例1.長距離測量的三角形原理長距離測量的三角形原理 m1000 2 m6 LB m62. 1L m10000 2 m6 LB m162L測量空間兩點間的距離有許多的方法，使用于短距離的測量空間兩點間的距離有許多的方法，使用于短距離的直接測量；長距離的三角測量。直接測量；長距離的三角測量。通過雙目儀器，眼睛能夠分出遠近通過雙目儀器，眼睛能夠分出遠近的兩個空間點之間的最小距離的兩個空間點之間的最小距離2.測距儀的原理測距儀的原理體視測距原理類似于三角測量原理，它是利用體視測距儀體視測距原理類似

23、于三角測量原理，它是利用體視測距儀測出物體所在位置上體視角測出物體所在位置上體視角 ，然后用，然后用BL 來計算。來計算。bB目鏡目鏡分劃板分劃板物鏡物鏡端部反射鏡端部反射鏡體視測距機體視測距機測距儀與眼睛的不同在于：測距儀與眼睛的不同在于：B比眼睛的基線長的多，所以：測距機的體視銳度和所以：測距機的體視銳度和體視半徑要大的多。體視半徑要大的多。01 BLmax人眼的體視銳度人眼的體視銳度minmaxbl人眼的體視半徑人眼的體視半徑測距機的體視半徑測距機的體視半徑52062601 B02060001062. 0 可見：測距機測量距離遠且精度高。可見：測距機測量距離遠且精度高。)m(10824ll人雙眼的視覺誤差人雙眼的視覺誤差雙眼測距儀的體視誤差當(dāng)然比人眼小雙眼測距儀的體視誤差當(dāng)然比人眼小 倍倍BlBll252410516108例例 m1000 10 m1LB m5llbllb2062. 001 bB16