目视光学仪器的对准误差和调焦误差

第一章光学测量基础第二节目视光学仪器的对准误差和调焦误差光学测量1.眼睛的瞳孔De2.视场2W3.眼睛的调节能力4.眼睛的光谱灵敏度大照度0.570μ中照度0.555μ小照度0.512μ5.眼睛对衬度的灵敏度

ΔB/BΔB目标与背景亮度差,B背景亮度在正常情况下为1.7%≈2%6.眼睛的分辨率第二节目视光学仪器的对准误差和调焦误差一、与光学测量有关得人眼特性第二节目视光学仪器的对准误差和调焦误差第二节目视光学仪器的对准误差和调焦误差人眼是非常精密的成像光学系统，（动物眼睛？）但并非理想系统，也存在像差，以及缺陷眼睛的结构——成像光学系统人眼本身相当于摄影光学系统，在角膜和视网膜之间的生物构造均可以看作成像元。

第二节目视光学仪器的对准误差和调焦误差人眼的构造剖视图巩膜1巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬；角膜2角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；有感觉神经，无血管眼睛内的折射主要发生在角膜上（三分之二的屈光度）；脉络膜3脉络膜是眼球的第二层膜，上面有供给眼睛营养的网状微血管；人眼的构造剖视图巩膜角膜脉络膜虹膜4虹膜是脉络膜的最前端部分，含有色素细胞，决定眼的颜色；（不同的人种和物种有不同的颜色）瞳孔5瞳孔是虹膜中间的小孔，随着外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直径

在2--8mm范围内变化；它是人眼的孔径光阑。（瞳孔可以不是圆的，猫眼）人眼的构造剖视图巩膜角膜细胞（视锥/杆细胞），锥状细胞直径约5微米，长35微米；杆状细胞直径2微米脉络膜，长约60微米。它们在网膜上的分布式不均匀的。在黄斑中心凹处虹膜瞳孔网膜6视网膜是眼球的第三层膜，上面布满着感光元素，即锥状细胞和杆状是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞，由中心向外，逐渐相对变化；黄斑中心凹人眼的构造剖视图巩膜角膜

光脉络膜8盲斑（点）是网膜上没有感光元素的地方，不能引起光刺激。虹膜瞳孔网膜7黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。视神经细胞黄斑中心凹神经纤维盲斑大脑盲斑晶状体人眼的构造剖视图巩膜角膜率都是不均匀的，由里层到外层逐渐减少，有利于提高脉络膜成像质量。晶状体的平均折射率为1.40，其周围是毛状肌虹膜瞳孔网膜似双凸透镜，是眼睛光学系统的成像元件，其密度和折射

能改变晶状体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时。白内障，严重时致盲！！黄斑中心凹盲斑晶状体9晶状体在虹膜后面，是由两个不同曲率的面组成的透明体，人眼的的构造造剖视视图巩膜角膜角膜和和晶状状体之之间的的空间间称为为前室；充满满1.336的的水状状液；；房水水脉络膜膜晶状体体和网网膜所所包围围的空空间称称为后室;充满满1.336的的玻状状体；；叫玻璃璃体，，具有有支撑撑，减减震，，代谢谢作用用。玻璃体体混浊浊（飞飞蚊症症）虹膜瞳孔网膜黄斑中中心凹凹盲斑晶状体体前室后室人眼的的构造造剖视视图巩膜角膜脉络膜膜眼睛的的像方方节点点与中中心凹凹的连连线为为眼睛睛的视轴,在在观观察物物虹膜瞳孔网膜体时眼眼睛本本能地地把物物体瞄瞄准在在这根根轴上上。黄斑中中心凹凹盲斑晶状体体前室后室1.3761.3361.336光轴视轴从光学学角度度看，，最主主要的的是：：水晶体体、和和瞳孔孔和视视网膜膜。人眼瞳瞳孔水水晶晶体视视网膜膜眼睛和和照相相机很很相似似，如如果对对应起起来看看：↕↕↕↕↕照相机机光阑阑镜镜头头底底片片照相机机中，，正立立的人人在底底片上上成倒倒像，，人眼眼也是是成倒倒像但我们们感觉觉为什什么还还是正正立的的？这是视视神经经系统统内部部作用用的结结果，，相当当复杂杂，相相当奇奇妙！！为了方方便，，人们们定义义了标准眼眼模型和和简约眼眼模型眼睛的的调节节眼睛有有两类类调节节功能能：视度调调节和瞳孔调调节。1．视视度调调节远近不不同的的其他他物体体，物物距不不同，，则不不会成成像在在视网网膜上上，这这样我我们就就看不不清。。要想想看看清清其其他他的的物物体体，，人人眼眼就就要要自自动动地地调调节节眼眼睛睛中中晶晶状状体体的的焦焦距距，，使使像像落落在在视视网网膜膜上上。。眼睛睛自自动动改改变变焦焦距距的的过过程程称称为为眼睛睛的的调调节节。正常常人人眼眼在在完完全全放放松松的的自自然然状状态态下下，，无限限远远目目标标成成像像在在视视网网膜膜上上，，即即眼睛睛的的像像方方焦焦点点在在视视网网膜膜上上。。在观观察察近近距距离离物物体体时时，，人人眼眼水水晶晶体体周周围围肌肌肉肉收收缩缩，，使使水水晶晶体体前前表表面面半半径径变变小小（（后表表面面基基本本不不变变）眼睛睛光光学学系系统统的的焦焦距距变变短短，后焦焦点点前前移移，，从而而使使该该物物体体的的像像成成在在视视网网膜膜上上。。当肌肌肉肉完完全全放放松松时时（（通通过过调调节节）），，眼眼睛睛所所能能看看清清的的最远远的的点点称为为远点点，其其相相应应的的距距离离称称为为远点点距距，以以r表示示（（米米）），，正正常常眼眼，，r无无限限远远当肌肌肉肉在在最最紧紧张张时时（（通通过过调调节节）），，眼眼睛睛所所能能看看清清的的最近近的的点称称为为近点点，其其相相应应的的距距离离称称为为近点点距距，以以p表示示明视视距距是是指指正正常常的的眼眼睛睛在在正正常常照照明明（（约约50勒勒克克斯斯））下下最方方便便和和最最习习惯惯的的工工作作距距离离，约约250mm。它不不同同于于人人眼眼的的近近点点距距，，两两者者不不能能混混淆淆人眼眼的的调节节能能力力是用用远远点点距距r的倒倒数数和和近近点点距距p的倒倒数数之之差差来来描描述述，，用用A来表表示示，，即即A称为为眼眼睛睛的的调节节范范围围或调节节能能力力。近点点和和远远点点间间l处，，总总能能清清晰晰地地成成像像在在视视网网膜膜上上。。单位位为为米米，，则则其其倒数数称为为视度度，单单位位为为屈光光度度近点点距距倒倒数数称称为为近点点视视度度。在医医院院和和眼眼镜镜店店通通常常把把1屈屈光光度度称为为100度度。人眼眼的的调调节节能能力力随随年年龄龄的的增增加加而而变变化化。。随着着年年龄龄的的增增大大，，近近点点位位置置往往远远移移，，远远点点位位置置往往近近移移，，因因而而调调节节范范围围减减少少。。远点点距距倒倒数数称称为为远点点视视度度，正常眼在在肌肉完完全放松松的自然然状态下下，能够够看清楚楚无限远远处的物物体，即即远点应应在无限限远（R=0）），像像方焦点点正好和和视网膜膜重合F'若不符合合这一条条件就是是非正正常眼，，或称视力不正正常最常见的的有近视视眼和远远视眼所谓近视眼就是其远远点在眼眼睛前方方有限距离处（（r<0））这是由于于眼球太太长，像像方焦点点位于视视网膜的的前面所所致。因因此，只只有眼前前有限距距离处的的物体才才能成像像在视网网膜上。。对应着负视度，配上适适当的负负光焦度度眼镜后后，即可可使无限限远物体体成像于于眼睛的的远点上上，然后后再经眼眼睛成像像于网膜膜上，因而眼镜镜矫正了了眼睛的的缺陷。。近视度数数：眼睛睛远点的的视度*100近视200，500度度：远点点在0.5，0.2米米处，需要配戴戴眼镜的的焦距为为-500mm，-200mm所谓远视眼就是其远远点在眼眼睛之后后（r>0）），这是由于于眼球偏偏短，像像方焦点点位于视视网膜的的之后所所致。因因此，射射入眼睛睛的光束束只有是是会聚时时，才能能正好聚聚焦在视视网膜上上。对应着正正视度，，需以正透镜来使其远远点恢复复到无限限远瞳孔调节节（适应应特性））人眼还能能在不同同亮暗程程度的条条件下工工作。这就是人人眼的另另一个特特性，具有对对周围空空间光亮亮情况适适应的过过程称为为适应（即为瞳孔的调调节）。眼睛的虹虹膜可以以自动改改变瞳孔孔的大小小，以控控制眼睛睛的进光光亮（2mm~8mm)。在在设计目目视光学学仪器时时要充分分考虑与与眼瞳的的配合。。适应是一一种当周周围照明明条件发发生变化化是眼睛睛所产生生的变态态过程，，可分为为对暗适应应和对光适应应两种，前者发生生在光亮亮处到黑黑暗处的的时候，，后者发生生在自黑黑暗处到到光亮处处的时候候。三、眼睛睛的分辨辨率（分分辨本领领）所谓人眼的分分辨能力力指的是成成像在中中央凹区区时的分分辨能力力。眼睛能分分辨出两两个非常常近的点点的能力力称为眼眼睛的分分辨率（（分辨本本领）人眼的分分辨率一一般用极限分辨辨角来表示。。人眼的分分辨率是是眼睛的的重要光光学特性性，同时时也是目目视光学学仪器设设计的重重要依据据之一。。用其它观观测设备备（如照照相机、、CCD等）替替代人眼眼时也可可据此作作为参考考。人眼刚能能将两点点分开的的视角称为眼睛睛的极限限分辨角角人眼分辨辨率与极限分辨辨角成反比关系受什么因因素影响响？分辨辨本领多多高？瞳孔的衍衍射极限限、感光光细胞的的大小，，眼镜的的像差首先从人人眼的视视网膜结结构上来来分析：：眼睛在看看物空间间两点时时，这两两点对眼眼睛物方节点点的张角成成为两点点间的角距离或称为视角如果这两两点的像像分别落落在被分分隔开的的两个视视网膜细细胞上，，即得到到两个点的的视觉由此可见见，眼睛睛的分辨辨率与视视网膜上上两像点点距离及视觉细细胞的直径大小有关关当两像点点的间距距大于（（或等于于）视觉觉细胞的的直径时时，就认认为眼睛睛可以分分辨。人眼的极极限分辨辨角可表示为为（rad）所以人眼眼的极限限分辨角角可表示示为（rad）ε—眼睛睛的极限限分辨角角(rad)；η′—视觉觉细胞的的直径，，约为0.006mm；xj′—像方方节点到到视网膜膜的距离离应为而当眼睛睛处于放放松状态态时，f=-17.1mm。。上式可可得：（秒）可以看出出，极限限分辨角角不仅与与入射光光线的波波长有关关，而且且还与眼眼睛的瞳瞳孔直径径有关。ε=50~120”；在良好的照照明条件件下，一般般认为ε=60”=1’认为人眼的极极限分辨辨角为1´。在设计光光学系统统时就必必须考虑虑眼睛的的分辨率率。瞳孔衍射射的极限限分辨角角度：视力、视视力表、、验光仪仪ABD1Bb2a2b1a1BD2(1)体体视视效应(2)体体视视锐度眼睛在观观察物体体时，除除了一般般的物体体特征外外，还能能够产生生远近的的感觉，，被称为为“空间深度度感觉”单眼或双双眼都能能产生这这种感觉觉单眼深度度感觉来来源：1）物体体高度已已知，它它所对应应的视角角大小来来判断其其远近2）物体体之间的的遮蔽关关系和阳阳光的阴阴影来判判断它们们相对位位置3）对物物体细节节的鉴别别程度和和空气的的透明度度所产生生的深度度感觉4）眼睛睛的调节节程度来来判断物物体的远远近。立体视觉觉双眼观察察的深度度感觉除除上述因因素外：：5）物体体的距离离越近，，视轴之之间的夹夹角越大大，这种种感觉使使眼球发发生转动动的肌肉肉紧张程程度就不不同，据据此就能能判断物物体的远远近；6）双眼眼立体视视觉（简简称体视视）α称为“视差角”BAαBαAa2b2a1b1Aαa1a2其极限值值称为“体视锐度度”当A、B两点距距离不等等时，或或产生了远远近的感感觉被称为双双眼立体体视觉ABαAαBb2a2a1b1lbABαAαBb2a2a1b1约为10”，有可能能达到5”或3”当物点对应的的视角差α等于时时，人眼刚能能分辨出它和和无限远物点点之间的距离离差别即反映了人眼眼可能分辨出出物点远近的的最大距离人眼瞳孔之间间的平均距离离为b=62mm，Lmax称为立体视觉半径径视力锐度、视视力表眼镜能分辨两两物点的最小小距离的能力力，视角来衡衡量。通常以1分视视角的标志为为基本标志，，例如ESnellen视力表表，对数视力力表视力的表示方方法：小数法，分数数法，5分纪纪录法经常需要将一一条直线重合合到另一条直直线，但是，，要使两条直线线完全重合是是不可能的眼睛虽具有发发现一个平面面上两根平行行直线的不重重合能力，但但也有一定的的限度这个不重合限限度的极限值值称为人眼的对准精精度。人眼的瞄准精精度一般用角度值来表示对准精度即两线宽的几何中心线对人眼的张角小于某一角度度值α时，虽然还存在着不重合，但但眼睛已经认认为是完全重重合的，这时时α角度值即为人眼瞄准精度度。人眼对于线条的变形或两条线错开造成的外形变变化或比较两条线宽宽的变化具有很高的灵灵敏度。人眼通过两物物的比较发现现它们外形变变化的能力比比分辨它们要强得多多。形成对眼睛瞄瞄准有利的条条件。瞄准精度和分辨率是两个概念。。又有一定的联联系，经验证证明，人眼的最高瞄瞄准精度约为为分辨率的1/6至1/10。1、两实线瞄瞄准±60"2、两实线端端部瞄准±10~20"3、双线平分分或对称瞄准准±5~10"4、虚线压测测件轮廓边缘缘±20~30"8.眼睛的的横向对准误误差眼睛的对准误误差与对准方方式有关压线

游标

夹线对准叉丝对准狭缝夹线叉丝对准对准与调焦的的概念对准：垂直于瞄准轴轴方向上目标标比较标记重重合或置中的的过程调焦：目标和比较标标记在沿瞄准准轴方向上重重合或置中的的过程2.对准误差差1）、用望远远镜观察2）、用显显微镜观察在明视距离，，人眼直接观观察对准误差差通过显微镜观观察二眼睛通过过光学系统观观测时对准误误差和调焦误差3.对准误差差与鉴别率的的关系对准：目标和分划线线的重合和置置中的问题分辨：分辨两个靠近近标记的能力力（1）望远镜镜的理论分辨辨率（2）显微镜镜的理论分辨辨率4、调焦误差差A.望远镜观观察1)、清晰度度法aDb.物理理景深(视觉觉深度)RhR眼睛处于放松松状态可同时时看清5米至至无限远的物物体A.望远镜观观察2)、消视差差法B.显显微镜观察察1）清晰度法法

总的调焦误差差2）消视差法法5提高高定焦精度的的方法(1)将纵向调焦变变成横向对准准（半透镜视角角筒）(2)利用人眼衬度度灵敏度，采采用等亮度定定焦（双星点法））(3)利用人眼体视视锐度（10″）将单目观