《L06C31人眼》PPT課件.ppt

應(yīng)用光學(xué) Applied Optics,光信息0701-02 2009-2010第一學(xué)期,2,C3. 目視光學(xué)系統(tǒng) 眼睛,3,第三章主要內(nèi)容,人眼光學(xué)特性及對目視光學(xué)系統(tǒng)的要求 典型目視光學(xué)系統(tǒng)的原理： 放大鏡， 望遠鏡， 顯微鏡 3. 目視系統(tǒng)如何與眼睛諧調(diào)工作？ 視度調(diào)節(jié),4,3.1 人眼光學(xué)特性,1. 眼睛的結(jié)構(gòu),超級相機 supper camera,Lens Film stop,5,角膜 Cornea: 透明球面薄膜 0.55mm, n=1.3771,前室 Frontal chamber: 充滿n=1.3374的透明水狀液體, 會聚光線.,晶狀體 Lens: 折射率漸變的雙凸透鏡(center 1.42, outer 1.373) 周圍肌肉收縮-前表面半徑減小- 縮短eyes EFL.,角膜、前室、晶狀體三者構(gòu)成眼睛的 透鏡,角膜,前室,晶狀體,6,視網(wǎng)膜 Retina: 感光部分sensitive film,黃斑 Yellow spot: 視網(wǎng)膜上最靈敏的區(qū)域.,網(wǎng)膜和黃斑是眼睛中的像平面（光敏面）.,虹膜 Iris: 位于前室和晶狀體之間. 中心有一瞳孔(pupil)，調(diào)節(jié)進入眼睛的光強. 瞳孔可看作眼睛的光闌（stop）。,網(wǎng)膜,黃斑,瞳孔,7,盲點 Blind spot: 神經(jīng)纖維的出口處，不能產(chǎn)生視覺,小實驗：,盲點,8,后室 Posterior chamber: 眼睛成像的（實）像空間， 充滿n=1.336的蛋白裝玻璃液。后室的內(nèi)壁為網(wǎng)膜。,脈絡(luò)膜 Choroid: 包圍網(wǎng)膜的一層黑色膜，是像空間（后室）成為暗室.,9,外部光線- 經(jīng)瞳孔進入眼睛 - 經(jīng)晶狀體成實像于視網(wǎng)膜上，- 視神經(jīng)細胞感光產(chǎn)生的信號- 通過視神經(jīng)傳輸至大腦- 大腦處理后形成視覺圖像。,該過程涉及物理學(xué)physics, 生理學(xué)physiology和心理學(xué)psychology.,2. 視覺,10,視軸: 黃斑中心和眼睛光學(xué)系統(tǒng)的像方節(jié)點的連線。,視場: 眼睛的視場可達150o, 但只有黃斑附近（視軸6o-8o）才能清晰識別。若要看清其它景物時，可轉(zhuǎn)動眼睛，使視軸對準該景物。,3. 人眼的光學(xué)特性,11,從光學(xué)角度看，眼睛中最主要的是：水晶體、視網(wǎng)膜和瞳孔。,眼睛和照相機很相似，如果對應(yīng)起來看：,成倒像，可自動調(diào)焦、調(diào)節(jié)入射光能量: 眼睛成倒像，通過內(nèi)部神經(jīng)系統(tǒng)作用，視覺為正像。,12,視度調(diào)節(jié)Diopter accommodation 瞳孔調(diào)節(jié)pupil accommodation.,1）. 視度調(diào)節(jié),F,4. 人眼的調(diào)節(jié),遠近不同的其他物體，物距不同，則不會成像在視網(wǎng)膜上，這樣我們就看不清。,要想看清其他的物體，人眼就要自動地調(diào)節(jié)眼睛中水晶體的焦距，使像落在視網(wǎng)膜上。,眼睛自動改變焦距的過程稱為眼睛的調(diào)節(jié)。,13,正常人眼在完全放松的自然狀態(tài)下，,無限遠目標成像在視網(wǎng)膜上，即眼睛的像方焦點在視網(wǎng)膜上。,在觀察近距離物體時，人眼水晶體周圍肌肉收縮，使水晶體前表面半徑變小，,眼睛光學(xué)系統(tǒng)的焦距變短，后焦點前移，從而使該物體的像成在視網(wǎng)膜上。,F,14,基本概念： 遠點（距），近點（距），明視距離，視度,當(dāng)肌肉完全放松時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最遠的點稱為遠點，其相應(yīng)的距離稱為遠點距，以 r 表示（米）；,當(dāng)肌肉在最緊張時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最近的點稱為近點，其相應(yīng)的距離稱為近點距，以 p 表示（米）,b. 明視距離不是近點距： 明視距離：是指正常的眼睛在正常照明（約50勒克斯）下最方便和最習(xí)慣的工作距離，它等于250mm。,15,人眼的調(diào)節(jié)能力是用遠點距r的倒數(shù)和近點距p的倒數(shù)之差來描述，用A來表示，即,A稱為眼睛的調(diào)節(jié)范圍或調(diào)節(jié)能力。,當(dāng)人眼觀察在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的某一距離l 處的物體時，它總能清晰地成像在視網(wǎng)膜上。,R - 遠點視度 P - 近點視度,16,視度屈光度：若眼睛觀察的物體距眼睛為l（被觀察物體對眼睛的物距，單位為米），則定義視度為SD，單位為屈光度：,如觀察眼前10米的物體，對應(yīng)的視度為-0.1屈光度。,在醫(yī)院和眼鏡店通常把1屈光度稱為100度。,人眼的調(diào)節(jié)能力隨年齡的增加而變化。隨著年齡的增大，近點位置往遠移，遠點位置往近移，因而調(diào)節(jié)范圍減少。,正常眼，自然狀態(tài)，無調(diào)節(jié)，視度SD=0 明視距離 SD=-4,17,例1：對正常人眼，若要觀察2m處物體，需要調(diào)節(jié)多少視度？ -0.5,例2：若某正常人眼的最大調(diào)節(jié)范圍為-10視度，其近點距離是多少？ -100mm,正常人眼的遠點都是無窮遠，但近點卻各不相同；近點距越小，調(diào)節(jié)范圍或能力越大。,18,人眼還能在不同亮暗程度的條件下工作。這就是人眼的另一個特性。,具有對周圍空間光亮情況適應(yīng)的過程 稱為適應(yīng)（即為瞳孔的調(diào)節(jié)）。,眼睛的虹膜可以自動改變瞳孔的大?。?mm8mm) ，以控制眼睛的進光亮。在設(shè)計目視光學(xué)儀器時要充分考慮與眼瞳的配合。,適應(yīng)是一種當(dāng)周圍照明條件發(fā)生變化是眼睛所產(chǎn)生的變態(tài)過程，可分為對暗適應(yīng)和對光適應(yīng)兩種，前者發(fā)生在光亮處到黑暗處的時候，后者發(fā)生在自黑暗處到光亮處的時候。,2）. 瞳孔調(diào)節(jié)（適應(yīng)特性）,19,5. 人眼的缺陷和矯正,正常眼在肌肉完全放松的自然狀態(tài)下，能夠看清楚無限遠處的物體，即遠點應(yīng)在無限遠（R = 0），像方焦點正好和視網(wǎng)膜重合。,否則，為非正常眼，或稱視力不正常。 通常，分為近視眼和遠視眼,20,近視眼就是其遠點在眼睛前方有限距離處（r 0）,這是由于眼球太長，像方焦點位于視網(wǎng)膜的前 面所致。因此，只有眼前有限距離處的物體才 能成像在視網(wǎng)膜上。, 配上適當(dāng)?shù)呢摴饨苟龋ㄘ撏哥R）眼鏡后，使無限遠物體成像于眼睛的遠點上，然后再經(jīng)眼睛成像于網(wǎng)膜上，因而眼鏡矯正了眼睛的缺陷。 負透鏡的焦距=眼睛的遠點距,21,遠視眼就是其遠點在眼睛之后（r 0）,這是由于眼球偏短，像方焦點位于視網(wǎng)膜的之后所致。因此，射入眼睛的光束只有是會聚時，才能正好聚焦在視網(wǎng)膜上。, 配上適當(dāng)?shù)恼饨苟龋ㄕ哥R）眼鏡，使遠點恢復(fù)到物方無窮遠處。然后再經(jīng)眼睛成像于網(wǎng)膜上，因而眼鏡矯正了眼睛的缺陷。 正透鏡的焦距=眼睛的遠點距,22,近視眼或遠視眼的遠點視度可通過儀器來測得，知道此值后即可求得所需眼鏡的焦距。,概述醫(yī)學(xué)驗光技術(shù),23,例3：有一近視眼，通過驗光得知其遠點視度 為-2個屈光度（眼鏡行業(yè)稱近視200度）,其遠點距r = - 0.5 m，,需配焦距為-500mm的近視眼鏡。,人眼近視或遠視的程度用遠點視度來表示； 矯正透鏡的焦距值與遠點距離相同，其作用是將正常眼的遠點轉(zhuǎn)換為視力不正常眼的物方焦距。,24,6. 人眼的分辨率,問題：,對于成像在視網(wǎng)膜上的兩個點物體，只要間距足夠大，它們便可被識別。然而，當(dāng)間距很小的時候，又當(dāng)如何？,人眼的分辨率是眼睛的重要光學(xué)特性，同時也是目視光學(xué)儀器設(shè)計的重要依據(jù)之一。 用其它觀測設(shè)備（如照相機、CCD等）替代人眼時也可據(jù)此作為參考。,25,所謂人眼的分辨能力指的是成像在中央凹區(qū)時的分辨能力。,眼睛能分辨出兩個非常近的點的能力稱為眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）,人眼的分辨率一般用極限分辨角來表示。,人眼剛能將兩點分開的視角稱為眼睛的極限分辨角,人眼分辨率與極限分辨角成反比關(guān)系,眼睛在看物空間兩點時，這兩點對眼睛物方節(jié)點的張角成為兩點間的角距離或稱為視角,26,a) 對點的分辨率 - 人眼分辨率,If the distance between two point images are not less than two times the diameter of the nerve cells, or if the two point images locate on two cells who are not adjacent to each other, the two point images can be recognized.,27,The diameter of a nerve cell is about 0.001-0.003mm, so we can take 0.006mm as the standard of the eye. i.e. |ymin|=0.006mm,We use the corresponding angular in the object space to express visual acuity, which is called the angular resolution of the eye. （60” for two points）極限分辨角 Or defined as the minimum angular subtended by two objects which can be just recognized by the eye.,When ymin= -0.006mm，f= -16.68mm We get,28, = 50 120”； 在良好的照明條件下，一般認為 = 60” = 1 認為人眼的極限分辨角為1。 在設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)時就必須考慮眼睛的分辨率。,29,In many actual optical instruments such mode of alignment is always adopted to improve the measure precision.,The visual acuity of the line is called aiming precision , as shown in the right picture, it can reach to 10”.,b) 對線的分辨率 - 10” 瞄準精度,30,經(jīng)常需要將一條直線重合到另一條直線，但是，要使兩條直線完全重合是不可能的. 即,眼睛雖具有發(fā)現(xiàn)一個平面上兩根平行直線的不重合能力，但也有一定的限度.,這個不重合限度的極限值稱為人眼的瞄準精度。,31,即兩線寬的幾何中心線對人眼的張角小于某一角度值時，雖然還存在著不重合，但眼睛已經(jīng)認為是完全重合的，這時角度值即為人眼瞄準精度。,人眼對于線條的變形或兩條線錯開造成的外形變化或比較兩條線寬的變化具有很高的靈敏度。 人眼通過兩物的比較發(fā)現(xiàn)它們外形變化的能力比分辨它們要強得多。,人眼的瞄準精度一般用角度值來表示,32,瞄準精度和分辨率是兩個概念。又有一定的聯(lián)系，經(jīng)驗證明，人眼的最高瞄準精度約為分辨率的1/6至1/10,1、兩實線瞄準 60“,2、兩實線端部瞄準1020 “,3、雙線平分或?qū)ΨQ瞄準510“,4、虛線壓測件輪