光学仪器的基本原理一眼睛的结构及其视觉原理课件.ppt

1、第四章第四章 光学仪器的基本原理光学仪器的基本原理第1页，共27页。4.14.1眼睛眼睛一一.眼睛的结构及其视觉原理眼睛的结构及其视觉原理1.1.结构：人眼是可自动调焦的结构：人眼是可自动调焦的00的共轴球面系统或的共轴球面系统或 00变焦系统。变焦系统。v瞳孔（光阑）：孔径可调节（瞳孔（光阑）：孔径可调节（2-8mm2-8mm）,相当空相上的光圈相当空相上的光圈作用，控制进入人眼球内的光能量。作用，控制进入人眼球内的光能量。v晶状体：通过睫状肌的张紧或放松改变其表面的曲率半径，晶状体：通过睫状肌的张紧或放松改变其表面的曲率半径，从而改变焦距。从而改变焦距。v视网膜：（与视神经相连）成象屏幕。

2、视网膜：（与视神经相连）成象屏幕。第2页，共27页。2.2.视觉原理视觉原理v物体成象于视网膜上，引起光化反应，产生脉物体成象于视网膜上，引起光化反应，产生脉冲作用，经视神经纤维传到神经中枢，传给大冲作用，经视神经纤维传到神经中枢，传给大脑，因而得到视觉。脑，因而得到视觉。v对人眼而言，象距对人眼而言，象距S S一定，远近不同物体，物一定，远近不同物体，物距距S S不同，只有通过改变焦距不同，只有通过改变焦距f ff f，才能保证远，才能保证远近不同的物体成明于视网膜上。近不同的物体成明于视网膜上。v S S一定，而一定，而S S不同，只有改变不同，只有改变ffff才能满足高斯公式，这就要求眼

3、睛必须可自动才能满足高斯公式，这就要求眼睛必须可自动调焦。调焦。1sfsf第3页，共27页。二二.简化眼模型简化眼模型从几何光学观点看，人眼是由角膜，晶从几何光学观点看，人眼是由角膜，晶状体等各折射球面构成的共轴球面系统，状体等各折射球面构成的共轴球面系统，这一系统能在视网膜上形成清晰的象。这一系统能在视网膜上形成清晰的象。眼的光心眼的光心人眼的等效折射球面的曲率人眼的等效折射球面的曲率中心中心c c第4页，共27页。第5页，共27页。第6页，共27页。第7页，共27页。三三.眼的调节、远点和近点眼的调节、远点和近点 明视距离明视距离1.1.眼的调节功能：眼睛的网膜位置是恒定的，眼的调节功能：

4、眼睛的网膜位置是恒定的，景物远近的不同靠睫状肋的收缩和松驰，调景物远近的不同靠睫状肋的收缩和松驰，调节晶状体的曲率，即调节眼睛的焦距，使之节晶状体的曲率，即调节眼睛的焦距，使之成象于网膜上，即：对人眼来说，象距成象于网膜上，即：对人眼来说，象距SS一一定（成象于视网膜上）为看清远近不同的物定（成象于视网膜上）为看清远近不同的物体（不同的物距体（不同的物距S S），眼睛的），眼睛的ffff必须可自动必须可自动调节，称眼睛的调节，称眼睛的调节功能调节功能，眼睛的调节功能，眼睛的调节功能是靠睫状肌肉的张紧或放松改变晶状体曲率是靠睫状肌肉的张紧或放松改变晶状体曲率半径来实现改变半径来实现改变ffff的

5、。的。1sfsf第8页，共27页。v2.2.远点：远点：眼睛完全放松时（睫状肌肉完全放松，晶眼睛完全放松时（睫状肌肉完全放松，晶状体的两曲率半径最大，即晶状体最扁，焦距最长）状体的两曲率半径最大，即晶状体最扁，焦距最长）所能看清的最远距离，称眼睛远点。所能看清的最远距离，称眼睛远点。v正常眼：远点在正常眼：远点在（与年龄有关）（看平行光，（与年龄有关）（看平行光，ff位于位于视网膜上）视网膜上）v3.3.近点：近点：v眼睛最大限度张紧时（睫状肌肉最大限度的张紧，使晶状眼睛最大限度张紧时（睫状肌肉最大限度的张紧，使晶状体最凸，体最凸，r r1 1r r2 2最短，焦距最短）所能看清的最近距离，称

6、眼最短，焦距最短）所能看清的最近距离，称眼睛近点。睛近点。v正常眼睛的近点约正常眼睛的近点约15cm15cm（与年龄有关）（与年龄有关）v远点和近点之间的范围，即远点和近点之间的范围，即:眼睛的调节（焦）范围，即眼睛的调节（焦）范围，即物体位于此范围内均能在视网膜上成象。物体位于此范围内均能在视网膜上成象。第9页，共27页。4.明视距离：明视距离：在适当的照明条件下，眼睛处于正常状态（即在适当的照明条件下，眼睛处于正常状态（即睫状肌肉既不完全张紧，也不完全放松）所能睫状肌肉既不完全张紧，也不完全放松）所能看清眼前物的距离，称明视距离看清眼前物的距离，称明视距离,正常眼睛正常眼睛d=25cmd=

7、25cm。小结：小结：正常眼睛的明视距离为眼前正常眼睛的明视距离为眼前25cm25cm，远点，远点 为为，这是眼睛有特殊意义的两个特殊点（眼，这是眼睛有特殊意义的两个特殊点（眼睛久视不疲劳）睛久视不疲劳）.这是设计和使用助视学仪器这是设计和使用助视学仪器的依据（匹配），即要求实物经助视光学仪器的依据（匹配），即要求实物经助视光学仪器后所成的虚象位于明视距离处或后所成的虚象位于明视距离处或处，然后再处，然后再让眼睛观察这个虚象，这样眼睛久视不疲劳。让眼睛观察这个虚象，这样眼睛久视不疲劳。第10页，共27页。四四.非正常眼及其矫正非正常眼及其矫正正常眼：远点在正常眼：远点在，明视距离为眼睛前，明视

8、距离为眼睛前 25cm的眼睛为正常眼的眼睛为正常眼非正常眼：近视眼、远视眼、散光眼非正常眼：近视眼、远视眼、散光眼第11页，共27页。1.近视眼及其矫正近视眼及其矫正v近视眼：远点在眼前有限距离处，而不是在近视眼：远点在眼前有限距离处，而不是在 原因：睫状肌肉完全放松，晶状体仍然过凸，焦距较原因：睫状肌肉完全放松，晶状体仍然过凸，焦距较短，聚焦能力太强致使无穷远处的短，聚焦能力太强致使无穷远处的之物成象在视之物成象在视网膜之前（网膜之前（f在膜之前）在膜之前）YJING.SWF第12页，共27页。校正方法：需戴凹透镜，先让入射光发散一下。凹透校正方法：需戴凹透镜，先让入射光发散一下。凹透镜的作

9、用：把镜的作用：把s=处的物经凹透镜后成象于近视眼处的物经凹透镜后成象于近视眼的远点处。的远点处。v凹透镜凹透镜+近视眼近视眼=正常眼正常眼v例：某人远点为例：某人远点为0.5米，配什么眼镜？米，配什么眼镜？YJING1.SWF第13页，共27页。2.远视点（包括老花眼）及其矫正远视点（包括老花眼）及其矫正v远视点（老花眼）：近点超过正常眼明视距离远视点（老花眼）：近点超过正常眼明视距离25cm 的眼睛的眼睛 近点近点25cm原因：睫状肌肉完全放松，晶状体仍然过扁，焦距太原因：睫状肌肉完全放松，晶状体仍然过扁，焦距太长，聚焦能力太差致使无穷远处的长，聚焦能力太差致使无穷远处的之物成象在视网之物

10、成象在视网膜之后（膜之后（f在膜之后）在膜之后）第14页，共27页。校正方法：需戴凸透镜，先让入射光会聚一下。凸校正方法：需戴凸透镜，先让入射光会聚一下。凸透镜的作用：把透镜的作用：把s=25cm处的物（即正常物明视距处的物（即正常物明视距离处的实物）经凸透镜后成象于远视眼的近点处。离处的实物）经凸透镜后成象于远视眼的近点处。v凸透镜凸透镜+远视眼远视眼=正常眼正常眼v例：某人近点为例：某人近点为1.0米，配什么眼镜？米，配什么眼镜？YJING10.SWF第15页，共27页。3.散光眼及其矫正：散光眼及其矫正：(1)定义：散光眼，又称象散眼，其角膜和晶定义：散光眼，又称象散眼，其角膜和晶状体的

11、折射表面不是球面，而是椭球面（曲状体的折射表面不是球面，而是椭球面（曲面不对称），不同截面光焦度不同，眼轴上面不对称），不同截面光焦度不同，眼轴上的物点成象散光束。的物点成象散光束。(2)校正方法：配戴柱面镜，用柱面镜的象散校正方法：配戴柱面镜，用柱面镜的象散作用去抵消眼的象散作用。作用去抵消眼的象散作用。第16页，共27页。4.2 4.2 助视仪器的放大本领助视仪器的放大本领一一.放大本领的概念放大本领的概念v1.1.视角（眼睛的视角）：视角（眼睛的视角）：定义：物体或经光学系统所成的象对眼睛光心定义：物体或经光学系统所成的象对眼睛光心c c的的张角张角,称眼睛视角。称眼睛视角。v眼睛的光心

12、眼睛的光心c c：是等效折射球面的曲率中心：是等效折射球面的曲率中心c c。v：物体对眼睛光心的张角：物体对眼睛光心的张角v：视网膜上的象对眼睛光心：视网膜上的象对眼睛光心c c的张角的张角第17页，共27页。结论：结论：v物体远，则视角物体远，则视角小，象就小（张角小），小，象就小（张角小），物体看起来小（物体看起来小（=）。物体近，视角）。物体近，视角大，大，象就大，物体看起来大。象就大，物体看起来大。v由于视网膜上感光细胞也有一定大小，当由于视网膜上感光细胞也有一定大小，当在视网膜上的象的大小在视网膜上的象的大小yy小到与感光细胞还小到与感光细胞还要小时，物体就看不清了。要小时，物体就看

13、不清了。v正常眼睛所能分辨的最小视角正常眼睛所能分辨的最小视角minmin11，明视距离明视距离25cm25cm处的最小间距约为处的最小间距约为0.1mm0.1mm。第18页，共27页。2.2.视角放大率（视角放大本领）视角放大率（视角放大本领）视觉放大率定义为：视觉放大率定义为：UUtgUUtgMtgUOOUtgOOll注意注意：1视角放大率是指两种不同情形视角放大率是指两种不同情形下的视角之比，或象长之比，称下的视角之比，或象长之比，称助视仪器的视角放大率助视仪器的视角放大率2助视光学仪器使用中，既可使物助视光学仪器使用中，既可使物成象于成象于，又可成象于，又可成象于25cm处，助处，助视

14、光学仪器可在上述两种情况下使视光学仪器可在上述两种情况下使用或求其用或求其M第19页，共27页。二二.放大镜放大镜v1.1.放大镜：一个焦距较小的放大镜：一个焦距较小的正透镜（薄凸透镜）就是简正透镜（薄凸透镜）就是简单的放大镜。单的放大镜。v2.2.放大率（放大本领）：放大率（放大本领）：fUU25M 25yUfyfysyU第20页，共27页。放大镜的光路图放大镜的光路图第21页，共27页。4.34.3目镜目镜一一.目镜的作用：目镜的作用：v一般放大镜可用来直接放大实物，而目镜却是用来放大一般放大镜可用来直接放大实物，而目镜却是用来放大其它光学系统（称为物镜）所成的象，复杂的助视光学其它光学系

15、统（称为物镜）所成的象，复杂的助视光学仪器总包括两部分：物镜、目镜仪器总包括两部分：物镜、目镜 目目 镜镜 面向物体的透镜，称为向场镜（简称场镜）面向物体的透镜，称为向场镜（简称场镜）接近眼睛者称为目镜，（或简称视镜）接近眼睛者称为目镜，（或简称视镜）第22页，共27页。二二.两种目镜两种目镜1.1.惠更斯目镜惠更斯目镜v结构特点：由两块薄平凸透镜组成，两凸面均面对入结构特点：由两块薄平凸透镜组成，两凸面均面对入射光线射光线213 ffffff25 M ,22d221ff为目镜的象方焦距为目镜的象方焦距第23页，共27页。惠更斯目镜惠更斯目镜第24页，共27页。2.冉斯登目镜冉斯登目镜 结构特

16、点：由两个同种玻璃的平凸透镜构成，场镜、视镜结构特点：由两个同种玻璃的平凸透镜构成，场镜、视镜焦距相等，凸面相对，平面向外。焦距相等，凸面相对，平面向外。21ff1f32df25M f为目镜的象方焦距为目镜的象方焦距第25页，共27页。冉斯登目镜冉斯登目镜第26页，共27页。3.3.差别：差别：v相同处：都有对各自物镜的象有再成象和放大作用相同处：都有对各自物镜的象有再成象和放大作用v差别：惠目镜，物方焦点差别：惠目镜，物方焦点F F在两镜间，冉镜物焦点在两镜间，冉镜物焦点F F在在镜外。镜外。v冉镜可当作一般放大镜观察实物，惠镜则只能用来观察象。冉镜可当作一般放大镜观察实物，惠镜则只能用来观

17、察象。v在冉镜物方焦距平面上放置透明刻度尺或叉丝，此时叉在冉镜物方焦距平面上放置透明刻度尺或叉丝，此时叉丝或刻度尺与物镜成的实象经目镜系统同样放大，就能准丝或刻度尺与物镜成的实象经目镜系统同样放大，就能准确地测量象的长度和位置；惠镜中刻度尺或叉丝只能放在确地测量象的长度和位置；惠镜中刻度尺或叉丝只能放在F F2 2面上测中间象，并因刻度尺或叉丝仅经视镜一次成象，面上测中间象，并因刻度尺或叉丝仅经视镜一次成象，使目镜系统的消色差作用对它们不发挥作用，仅能在近使目镜系统的消色差作用对它们不发挥作用，仅能在近轴的小范围内给出清晰的刻度尺或叉丝的象。轴的小范围内给出清晰的刻度尺或叉丝的象。第27页，共27页。