当前课程知识点:光学工程基础 > 上篇:应用光学——光学系统的分辨率 > 2.9.2 人眼的分辨率 > 2.9.2 人眼的分辨率
接下去我们讨论人眼的分辨率
人眼的分辨率由三个因素决定
第一个是由视网膜上
视神经细胞的尺寸决定的
第二个是由人眼的
瞳孔的衍射极限决定的
第三个是由
人眼的光学像差决定的
接下去我们说第一个因素
视神经细胞的尺寸
我们知道视网膜上
最敏锐的区域在黄斑那个区域
视锥细胞尺寸大约在3个微米
那么视神经能分辨
两个点之间的距离
至少应该等于
两个视锥细胞的尺寸
也就是6个微米
也就是说两个像点之间的间隔
必须大于等于6微米
不然的话视神经细胞
是无法识别出它们是两个像点
这个原理跟我们的
相机上的CCD有类似之处
第二个是由人眼的
瞳孔造成的衍射极限决定的
第三个是由人眼的
光学像差决定的
根据这个神经细胞的尺寸
来计算人眼能分辨的
角分辨率是多少
如果远处有两个物体
对人眼的张角是ω
它们在视网膜上成了两个像点
这两个像点之间的间距是y′
眼睛的焦距是f′
那么根据我们前面
学过的光学知识知道
tanω应该等于y′
也就是像高比上f′
如果这两个物体
在人眼上成的那个像高
y′正好等于视神经细胞
两个像元的间距
那么我们可以说这时候
人眼刚刚能分辨这两个物体
我们可以认为y′
就是等于6个微米
f′我们前面的知识知道
人眼的焦距是23毫米
如果我们把这两个数字
代到前面的式子
我们可以得到眼睛
因为神经元细胞大小而造成的
整个人眼的角分辨率是60秒
前面我们讨论了人眼
由于视神经细胞大小
而决定的角分辨率
接下去我们讨论由人眼
光瞳衍射极限决定的分辨率
对中心波长为550纳米的可见光
因为光学系统它的角分辨率
应该是140除上D
这我们在刚才刚刚讨论过
它单位是秒
D的单位是毫米
我们人眼的入瞳是从2毫米
到8毫米可以变化
当人眼的入瞳是2毫米的时候
那么它的角分辨率
我们代到前面的式子
我们可以算出来
它的角分辨率应该是70秒
这是低于由视神经细胞
而决定的那个角分辨率
那么这时候我们可以认为
整个人眼的角分辨率
是由衍射极限决定的
光学系统的分辨率
当人眼的入瞳等于4个毫米的时候
那么这个时候由衍射极限
造成的角分辨率就是35秒
它高于视神经细胞决定的分辨率
那么这时候视神经细胞的尺寸
就决定了整个光学系统的分辨率
通过大量的统计实验我们发现
人眼的角分辨率
一般都在50秒到120秒
所以我们给出一般常用的
一个经验值是
人眼的角分辨率是60秒
这是我们在设计
所有目视系统时必须保证的
一个角分辨率
从上面的讨论我们知道
我们的视神经细胞的大小
跟我们人眼入瞳的大小是匹配的
这也是非常有意思的一件事
大家看见屏幕上这个E字了吗
大家肯定很熟悉
这是我们常用的测量视力表
用的那个E字
那么大家知不知道
我们视力表上我们
常说的人眼的视力
是怎么确定下来的吗
那么人眼的视力是这么测试的
人眼距这个测量的E字5米
视力表的照度是500lx
如果人眼能分辨出这个E字
那么我们可以认为是
我们人眼正好能分辨
这个E字中的缺口
如果我们正好能
分辨率的这个E字的缺口
对人眼的张角是1分
那么该人的视力就是1.0
如果某个人
他正好分辨的E字的缺口
对人眼的张角是2分
那么他的视力就是0.5
如果正好能分辨的E字的缺口
对人眼的张角是0.5分
那么他的视力非常好
它就是2.0
这就是我们常见的
视力表的测试方法
我再给大家强调一下
我们前面介绍那个概念
相对孔径的意义
就是相对孔径
在我们几何光学里面
是非常重要的一个概念
第一相对孔径它可以影响
一个光学系统能量的多少
如果在焦距相同的情况下
相对孔径越大
这光学系统收集的能量就越多
第二它可以影响景深
如果在焦距相同的情况下
相对孔径越大
那么它的景深就会越小
第三个它会影响的就是分辨率
也就是我们本章讲解的内容
如果一个光学系统
它的相对孔径越大
那么这个光学系统的分辨率就越高
第四 它会影响光学系统的焦深
焦深的概念
我们在后面会进一步介绍
相对孔径如果越大
那么它焦深也就越小
今天关于光学系统分辨率这一章
我们就介绍到这儿
-1.1.1 课程背景和内容简介
-1.1.2 光学工程的特点
--光学工程的特点
-1.1.3 本课程的学习方法
--本课程的学习方法
--外部链接
-1.2.1 微积分基础知识
--微积分基础知识
-1.2.2 光学工程中的常用函数
-1.2.3 常用函数的运算与变换
-扩展阅读
--SPIE课程:Light in Action-Lasers,Cameras&Other Cool Stuff
--SPIE课程:A Day Without Photonics-A Modern Horror Story
--SPIE课程:Advice to Students from Leaders in the Optics&Photonics Community
--版权说明
-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律
-2.1.2 成像基本概念
--成像基本概念
-2.1.3 费马原理
--费马原理
-2.1.4 等光程成像
--等光程成像
-2.1.5 常用曲面形状
--常用曲面形状
-第一次作业--作业
-2.2.1 近轴光学基本概念
--近轴光学基本概念
-2.2.2 近轴球面成像
--近轴球面成像
-2.2.3 近轴球面成像放大率
-2.2.4 物像空间及光学不变量
-2.2.5 矩阵光学简介
--矩阵光学简介
-2.2.6 矩阵光学应用
--矩阵光学应用
-第二次作业--作业
-2.3.1 理想光学系统基本概念
-2.3.2 理想光学系统的基点与基面
-2.3.3 图解法求像
-2.3.4 解析法求像
-2.3.5 理想光学系统的放大率
-2.3.6 理想光学系统焦距关系
-2.3.7 理想光学系统组合
-2.3.8 透镜与薄透镜
-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组
-第三次作业--作业
-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜
-2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像
-2.4.3 反射棱镜成像方向
-2.4.4 棱镜转动定理
-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜
-2.4.6 光学材料简介
-第四次作业--作业
-2.5.1 光阑简介与孔径光阑
-2.5.2 视场光阑与渐晕
-2.5.3 远心光路
-2.5.4 景深
--2.5.4 景深
-第五次作业--作业
-2.6.1 光度学与色度学基础
-2.6.2 视见函数和光度学
-2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律
-2.6.4 色度学基本概念
-2.6.5 CIE标准色度学系统
-第六次作业--作业
-2.7.1 球差
--2.7.1 球差
-2.7.2 色差
--2.7.2 色差
-2.7.3 子午像差和弧矢像差
-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变
-2.7.5 垂轴像差、波像差
-2.7.6 光学传递函数
-第七次作业(像差)--作业
-2.8.1 人眼的光学模型
-2.8.2 人眼的缺陷与校正
-2.8.3 人眼的景深
-2.9.1 光学系统的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率(光学系统分辨率)
-2.9.2 人眼的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率--第八次作业(人眼)
-2.10.1 放大镜
-上篇:应用光学——放大镜--第八次作业(放大镜)
-2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜
-2.11.1 望远系统
-2.11.2 望远镜的放大倍率
-2.11.3 望远镜的视觉放大率
-2.11.4 望远镜的分辨率
-第九次作业(望远镜)--作业
-2.12.1 显微镜及其放大率
-2.12.2 显微镜的视觉放大率
-2.12.3 显微镜的孔径光阑
-2.12.4 显微镜的机械筒长
-2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率
-2.12.6 显微镜的景深
-2.12.7 显微镜的照明系统
-第九次作业(显微镜)--作业
-3.1.1 电磁场的波动性
-3.1.2 平面电磁波及其性质
-3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能
-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)
-3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射
-3.2.3 菲涅耳公式
-3.2.4 全反射与倏逝波
-3.2.5 金属表面的反射
-3.2节课后习题--作业
-3.3.1 光的吸收、色散和散射
-3.4.1 光波的叠加
-3.5.1 干涉原理及相干条件
-3.5节课后习题--作业
-3.6.1 干涉图样计算
-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点
-3.6节课后习题--作业
-3.7.1 时间相干性
-3.7.2 空间相干性
-下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素
-3.8.1 干涉条纹的定域
-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉
-3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉
-下篇:物理光学——平板的双光束干涉--3.8节课后习题
-3.9.1 斐索干涉仪
-3.9.2 迈克尔逊干涉仪
-下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用
-3.10.1 平行平板的多光束干涉
-3.10.2 F-P 干涉仪
-3.10.3 光学薄膜基础
-3.10.4 单层膜与多层膜
-3.10课后习题--作业
-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理
-3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类
-3.11节习题--作业
-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义
-3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射
-3.12.3 圆孔衍射
-3.12节习题--作业
-3.13.1 成像系统的分辨本领
-下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领
-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射
-3.14.2 光栅的分光性能
-3.14.3 几种典型光栅
-3.14节习题--作业
-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射
-3.15.2 菲涅耳透镜
-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)
-3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
--3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
-3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法
-3.16.3 透镜的傅立叶变换性质
-3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数
-3.16节习题--作业
-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数
-3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理
-3.17.3 全息术
-3.17节习题--作业
-3.18.1 偏振光概述
-3.18.2 光在晶体中的传播
-3.18.3 单色平面波在晶体中的传播
-3.18.4 单轴晶体中光的传播
-3.18节习题--作业
-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)
-3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示
-3.20节课后作业--作业
-3.21.1 偏振光的变换
-3.21.2 偏振光的测定
-3.21节课后习题--作业
-3.22.1 平面偏振光的干涉
-3.22.2 会聚偏振光的干涉
-3.22节课后习题--作业
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)
-3.23.2 电光效应(一)
-3.23.2 电光效应(二)
-3.23.3 声光效应
-下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应--3.23节课后习题
-期末考试--作业