目视光学仪器的对准误差和调焦误差
光学仪器的校准与使用
显微镜等光学仪器可观察微观结构，揭示物 质内部细节
光学仪器的发展趋势
激光技术
激光技术的不断 创新推动了光学
仪器的发展
光学成像
先进的光学成像 技术提升了光学 仪器的成像效果
纳米技术
纳米技术的应用 使光学仪器更小
型化、精密化
光学仪器的校准 方法
校准光学仪器是确保 其精准度和准确性的 重要步骤。使用标准 样品、校准光源、调 整仪器参数等方法进 行校准，确保仪器的 准确度和可靠性，提 高实验和测量的精度。
展望未来
不断创新
光学仪器的发展 将不断创新
提升专业知 识和技能
密切关注光学仪 器技术的发展， 提升自己的专业
知识和技能
带来便利和 进步
为各行各业带来 更多便利和进步
感谢聆听
01 感谢大家的聆听和参与
希望本次课程能为您带来新的启发和思考
02 欢迎交流和反馈
有问题和意见欢迎随时与我们交流和反馈
03
光学仪器与多学科融合
01 生物医学领域
推动生物成像技术的发展
02 材料科学应用
提升材料表征技术的精度
03 地球科学研究
助力地质勘探技术的创新
可持续发展与环保
绿色环保
光学仪器制造中的节能减 排措施
资源循环利用
推动光学仪器的可持续发 展
环境友好设计
光学仪器在使用时注重环 保因素
节能减排
环保理念渗透到光学仪器 的制造和使用
02 白光
波长连续分布
03 红外线
透射力强，穿透射程远
光学仪器的检测原理
光电探测器
将光信号转换为电信号
像素阵列
图像传感器，由许多像素 点组成
光学测试技术-第1章-基本光学测量技术1
17
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
②消视差法 人眼通过望远镜调焦时，眼睛在出瞳面上摆动的最大距离受出瞳直径 的限制。同时，在视网膜上像的位置由进入眼瞳的成像光束的中心线 与视网膜的交点决定。因此眼瞳的有效移动距离为b，实际移动距离
为t，且： b t
b b
t
武汉大学 电子信息学院
18
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
＝2y 2 250
D
D
＝500 ＝500 60 0.25 278 D 270 0.1
武汉大学 电子信息学院
14
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
（3）对准误差与分辨率的关系 望远镜的对准误差为 ，显微镜的对准误差
为 y 250 (mm) 。似乎可以得到随Γ的增加，对准误差可以一直减
2223sin62nanunx?????11光学测量中的对准与调焦技术22武汉大学电子信息学院总的调焦标准不确定度和扩展不确定度分别为2223231??????????????????nannafnueqex??22232316???????????????????nannafnueqex??222322?????????????????nannafneqe??11光学测量中的对准与调焦技术23武汉大学电子信息学院消视差法其推导过程与清晰度法一致
二、对准误差和调焦误差
• 对准以后，眼睛的对准不确定度是以对准残余量对眼瞳中 心的夹角表示； • 定焦以后，眼睛的调焦不确定度以目标和标志到眼瞳距离 的倒数之差表示； • 眼睛通过光学仪器去对准或调焦的目的是利用仪器的有效 放大率和有利的比较标志以降低对准误差和调焦误差。所以 对准误差和调焦误差应该以观察仪器的物方对应值表示。
武汉大学 电子信息学院
对目视光学仪器的要求
对目视光学仪器的要求
视放大率应大于1；通过仪器后出射光束应为平行光束，即成像在无限远，使人眼相当观察无限远物体，处于自然放松无调节状态。
目视光学仪器是一类用于人眼直接观察的设备，例如望远镜、显微镜、瞄准镜等。
它们的设计和制造需要满足以下基本要求：
1.通光量大：确保足够的光线能够通过光学系统到达人眼，使得在
低光照条件下仍能获得清晰明亮的图像。
2.变形小：成像畸变越小越好，即仪器产生的几何失真要尽可能地
被校正，以提供真实的视觉效果。
3.视角放大作用：根据应用需求，具备一定的视角放大功能，使人
眼能看到原本无法看到或看不清楚的细节。
4.成像于无穷远：理想的目视光学仪器应将物像形成在无限远处，
这样当观察者眼睛聚焦到无穷远时，可以自然观看，减轻长时间使用下的眼睛疲劳。
5.像质优良：必须消除或者减小单色像差（如球差、彗差、像散、场
曲等）和色差（不同波长光线的焦距差异），确保成像清晰且色彩还原准确。
6.一致性与稳定性：所有像点的垂轴放大率应当是常数，意味着无
论物体位于视场的哪个位置，其放大倍率都保持一致，并且光学性能稳定可靠。
7.结构设计合理：考虑操作简便性、耐用性和环境适应性，比如防
尘防水、抗震抗冲击能力等。
8.视野范围：视场大小需符合实际用途，如天文观测、生物研究、
战术瞄准等领域各有不同的视场需求。
9.分辨率高：能够在单位面积内分辨出更多细节，决定着仪器能否
观察到更精细的结构。
以上几点构成了对目视光学仪器的基本和共同要求。
瞄准误差对金相显微镜物镜放大倍数误差不确定度的影响
瞄准误差对金相显微镜物镜放大倍数误差不确定度的影响摘要：本文通过理论分析计算了在不同物镜放大倍率下的瞄准误差（对准误差和调焦误差）的大小，并以5X物镜放大倍率为例，具体分析计算了金相显微镜物镜放大倍率误差的不确定度，旨在为金相显微镜物镜放大倍数误差不确定度的评定提供参考。
关键词：金相显微镜、物镜放大倍数、瞄准误差、不确定度1引言金相显微镜具有稳定性好、成像清晰、分辨率高、视野大而平坦等特点，而被广泛用于各种金属和合金材料表面金相组织、微观结构以及热处理后相位组织的识别和分析，同时在化学领域中，对各种硫化物及氧化物的尺寸、粒径分布和数量大小的计算也发挥了极其重要的作用[1]。
因此，作为金相显微镜主要计量特性物镜放大倍数误差的准确与否对其在实际计算应用中就显得尤为重要。
本文主要通过研究瞄准误差对金相显微镜物镜不同放大倍数误差测量结果不确定度的影响，并结合具体的理论计算对其进行测量结果不确定度的评定。
2瞄准误差在目视瞄准的测量系统中，测量人员目视对准产生的瞄准误差是其测量误差中的一个重要误差成分[2]。
在光学测量技术方面，瞄准误差分为对准误差和调焦误差。
对准误差是指垂直于瞄准轴方向上，使目标和比较标记重合或置中过程中产生的误差，又称为横向误差。
调焦误差是指目标和比较标记沿瞄准轴方向重合或置中产生的误差，又称为调焦误差。
2.1对准误差依据JJF 1914—2021《金相显微镜校准规范》的规定，在对物镜放大倍数误差进行校准的过程中，需将标准刻线尺的刻线与10×十字分化目镜的刻线对齐重合读数（如下图1），但是由于人眼的极限，两条刻线不可能完全重合对齐，这就会在垂直于瞄准轴方向上引入一个对准误差[3]。
图1两条刻线的压线对准当通过放大倍率为的金相显微镜观察时，对准误差为：（1）式中：——人眼的瞄准精度（′）；——金相显微镜整体放大倍率；由于采用压线瞄准，取瞄准精度=1′，则在物镜不同放大倍率下的对准误差如下表1所示：表1 物镜在不同放大倍数下的对准误差物镜放大倍数总的放大倍数对准误差/μm5×50× 1.46010×100×0.73020×200×0.36550×500×0.146100×1000×0.0732.2调焦误差在进行校准读数前需调节合适的焦距，使得标准玻璃线纹尺在金相显微镜目镜视野范围内清晰成像，此时会在瞄准轴方向上引入一个调焦误差[4]。
光学实验中的误差分析和校正方法
光学实验中的误差分析和校正方法在物理学的研究中，光学实验是一个重要的领域。
然而，在进行光学实验时，误差的存在往往是不可避免的。
这些误差可能会影响实验结果的准确性和可靠性，因此，对误差进行分析和校正就显得尤为重要。
一、误差的来源1、仪器误差光学实验中使用的仪器本身可能存在误差。
例如，测量长度的尺子刻度不准确，测量角度的仪器精度有限等。
2、环境误差实验环境的变化也会导致误差。
温度、湿度、气压的波动可能会影响光学元件的性能和光线的传播，从而产生误差。
3、人为误差实验操作人员的操作不规范、读数不准确、观察判断失误等都可能引入人为误差。
4、理论误差实验所基于的理论模型可能存在局限性，与实际情况存在偏差，从而导致误差。
二、误差的分类1、系统误差系统误差是指在相同条件下，多次测量同一物理量时，误差的大小和方向保持不变或按一定规律变化的误差。
例如，仪器的零点漂移、刻度不均匀等引起的误差。
2、随机误差随机误差是指在相同条件下，多次测量同一物理量时，误差的大小和方向随机变化的误差。
它是由不可预测的因素引起的，例如测量时的环境微小变化、人员操作的细微差异等。
三、误差分析方法1、数据分析法通过对实验数据的整理、分析和统计，可以发现数据的分布规律，从而判断误差的类型和大小。
例如，可以计算平均值、标准差等来评估数据的离散程度。
2、对比分析法将实验结果与已知的标准值或其他可靠的实验结果进行对比，分析差异，找出可能存在的误差。
3、误差传递分析法对于复杂的实验，需要分析各个测量量的误差如何传递到最终结果中，从而找出对结果影响较大的因素。
四、误差校正方法1、仪器校准对于存在系统误差的仪器，进行定期校准是非常必要的。
通过与标准仪器对比，调整仪器的参数，减小仪器误差。
2、环境控制尽量保持实验环境的稳定，例如控制温度、湿度和气压在一定范围内，以减少环境因素对实验的影响。
3、多次测量取平均值对于随机误差，可以通过多次测量同一物理量，然后取平均值的方法来减小误差。
光学实验主要仪器光路调整与技巧
光学实验主要仪器光路调整与技巧光学实验是研究光的性质和行为的一种实验手段。
在进行光学实验时，主要涉及到一些基本的仪器、光路调整和技巧。
下面将详细介绍光学实验的主要仪器、光路调整和技巧。
一、光学实验主要仪器：1.光源：光源是光学实验的起始点，一般使用的光源有白炽灯、氘灯、汞灯等。
根据实验需求，可以选择合适的光源。
2.准直器：准直器用于将光源发出的不同方向的光线转换为平行光线。
常用的准直器有准直透镜和准直筛。
3.物镜：物镜是利用透镜的折射原理集中光线的仪器，常用的物镜有凸透镜、凹透镜和透镜组等。
4.目镜：目镜是用于观察光路中光线的行为和效果的仪器，常用的目镜有小孔、望远镜和显微镜等。
5.光学实验台：光学实验台是固定和调整光学仪器的平台，具有稳定性和精确度要求。
光学实验台上通常有刻度尺、螺丝孔和螺丝等辅助工具。
6.探测器：探测器用于测量光的强度、频率和探测光的波长等信息。
常用的探测器有光电二极管、光电倍增管和光谱仪等。
7.光学元件：光学元件是用于调整光路径和改变光的传播方向的仪器，常见的光学元件有棱镜、透镜、平行板和光栅等。
二、光路调整和技巧：1.平行光调整：在光学实验中，常常需要将光束调整为平行光。
一种常用的方法是使用准直器将光源发出的散射光调整为平行光。
2.光路对准：在光学实验中，光线的传播路径需要精确对准。
通常使用标尺、角度测量仪和调节螺丝等工具来调整光路，以保证光线的传播路径正确。
3.光路稳定：在进行光学实验时，光路的稳定性是确保实验结果准确和可重复性的重要因素。
可以使用夹持器、支撑架和调节螺丝等工具来固定和稳定光学元件和实验装置。
4.光路对中：在光学实验中，光路元件的位置和方向的准确对中非常重要。
可以使用目镜、望远镜和刻度尺等工具来进行精确的对中操作。
5.光路调整技巧：在调整光路时，可以使用反射和折射的原理，结合减小反射和折射带来的误差，以控制光路的精确度。
6.光路的检查和修正：在进行光学实验时，要经常检查光路的情况，避免元件移位、镜面污染或者光源变化等因素带来的误差。
光学测试技术-第1章-基本光学测量技术1
② 消视差法 其推导过程与清晰度法一致。对消视差法在像方的调焦不确定度
换算至物方，换算公式为：
x
'
nf
'2 eq
可得到调焦误差为：
x
2n e
D'1
f '2 eq
n e
f
' eq
NA
D' D'1
其单次调焦标准不确定度为 x / 3
列表比较经过不同光学系统后的对准误差与调焦误差
武汉大学 电子信息学院
23
武汉大学 电子信息学院
5
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
三、人眼的对准误差和调焦误差 1、人眼的对准误差
在正常照度下，人眼的对准误差主要取决于对准方式。 表1-1（p2）给出了5种不同对准方式下人眼的对准误差。 可见，随对准方式的不同，人眼对准误差在10″-120″之间。
2、人眼的调焦误差 要知道人眼的调焦误差，必须首先知道人眼是如何调
17
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
②消视差法 人眼通过望远镜调焦时，眼睛在出瞳面上摆动的最大距离受出瞳直径 的限制。同时，在视网膜上像的位置由进入眼瞳的成像光束的中心线 与视网膜的交点决定。因此眼瞳的有效移动距离为b，实际移动距离
为t，且： b t
b b
t
武汉大学 电子信息学院
18
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
焦的。人眼常用的调焦方式有两种：清晰度法、消视差法。
武汉大学 电子信息学院
6
x
§1.1 光学测量中的对准与调焦技术
清晰度法 以目标和比较标志同样清晰为准，这时的调焦误差由几何焦 深和物理焦深造成。 ①几何焦深 标志严格成像在视网膜上，则在视网膜上的像是一个几何点。 调焦时目标不一定与标志在同一平面上。但只要目标在视网 膜上生成的弥散圆直径小于人眼的极限分辨率，人眼仍然认 为所成的像是一个点，即认为目标和标志同样清晰，或目标 与标志在同一平面上。 当弥散圆直径等于人眼的极限分辨率时，目标与标志之间的 距离δx即为调焦极限误差。称2δx为几何焦深。可见几何焦深 的大小主要取决于人眼的极限分辨率αe。
日常测绘工作中修正测量误差的正确方法
水准测量1.仪器误差望远镜调焦透镜运行的误差物镜对光时，调焦镜应严格沿光轴前后移动。
由于仪器受震或仪器陈旧等原因，使得调焦镜不沿光轴运动，造成目标影像偏移，导致不能正常读数。
这项误差随调焦镜位置不同而变化，根据同距离等影响的原则，采用中间法前后视仅作一次对光，可削弱其误差。
2.观测误差1）水准管气泡居中的误差水准测量读数前，必须使水准管气泡严格居中。
由于水准管内壁的黏滞作用和观测者眼睛分辨能力局限，使气泡未严格居中产生误差。
2）估读误差观测者用望远镜在标尺上估读不足分划值的微小读数，产生的估读误差与人眼分辨能力、视线长度D、望远镜放大倍率V 有关。
3）水准尺倾斜的误差水准尺左右倾斜，在望远镜中容易发现，可及时纠正。
若沿视线方向前后倾斜δ角，会导致读数偏大mδ，其大小与读数大小有关。
3.外界环境因素的影响1）地球曲率和大气折光的影响地球曲率和大气折光的影响可用“中间法” 削弱。
精度要求较高的水准测量还应选择良好的观测时间(一般为日出后或日落前 2 小时)，并控制视线高出地面有一定高度和视线长度，来减小其影响。
2）仪器和水准尺升降的影响在观测过程中，由于仪器的自重，随时间会下沉或由于土壤的弹性会使仪器上升，使得读数减小或增大。
如果往测上坡使高差增大，则返测下坡使高差减小，取往返高差平均数，可削弱其影响。
对一个测站进行往返观测就意味着观测程序的改变，按“后、前、前、后”或“前、后、后、前”的观测程序，取高差平均值，也能削弱其影响。
因此，观测时选择坚实的地面作测站和转点，踏实脚架和尺垫，缩短测站观测时间，采取往返观测等，可以减小此项影响。
3）大气温度和风力的影响温度不规则变化、较大的风力，会引起大气折光变化，致使标尺影像跳动，难以读数。
温度变化也会影响仪器几何条件变化，烈日直射仪器会影响水准管气泡居中等，导致产生测量误差。
因此，水准测量时，应选择有利的观测时间，在观测时应撑伞遮阳，避免仪器日晒雨淋，以减小影响。
光学测量
一、目视光学仪器的对准误差和调焦误差对准是指在垂直于瞄准轴方向上，使目标像和比较标记重合或置中的过程，又称横向对准。
调焦是指目标像和比较标记沿瞄准轴方向重合或置中的过程，又称纵向对准。
（一）人眼的对准误差和调焦误差人眼的极限分辨角与瞳孔直径、被观察景物的照度及照明光的波长有关，参考公式为=在正常照度下，白光照明，人眼瞳孔直径时=人眼的对准误差与对准方式有关，表1-5列出常用对准方式的对准误差。
对准与分辨即有联系，又是两个不同的概念。
后者是分辨两个靠近目标的问题，前者是使目标和比较标记重合或置中的问题。
（二）人眼通过望远镜时的对准误差和调焦误差1．对准误差=式中——人眼通过望远镜观察时的对准误差；——人眼对准误差；——望远镜视放大率。
2．调焦误差常用的调焦方式有清晰度法和消视差法。
清晰度法是以目标像和比较标志同样清晰为准，其调焦误差由几何景深和物理景深决定。
消视差法是以眼睛垂直于瞄准轴摆动时看不出目标像和比较标志有相对错动为准调焦误差受对准误差影响。
清晰度法：极限误差()标准偏差=()式中D——望远镜物方的有效通光孔径；——照明光波长（）；——人眼极限分辨角（分）。
消视差法：极限误差()标准偏差()式中——人眼对准误差（分）；——望远镜出瞳直径；——眼瞳直径。
二、光学玻璃折射率测量（一）V棱镜法V棱镜法测量精度高、速度快、范围大，该法是由仪器的标准块是一个V型棱镜而得名。
V棱镜法是通过测量光通过棱镜后的偏折角来求得折射率的。
原理图如下当单色平行光垂直地入射到V棱镜的ED面时，若被检玻璃折射率n与V棱镜折射率完全相同，则出射光不发生任何偏折地从GH面射出，仪器的读数系统指示为零。
若n 与不相等，则出射光相对入射光有一偏折角。
若测出角，则可算出待检试样对入射光波长的折射率。
根据折射定律，有上图写出下面公式：联合上式可得：当时，取“+”号；时，取“-”号。
用不同单色平行光，可测得不同波长的折射率,并由此求出色散，确定玻璃的类和级。
(光学测量技术)第1章光学测量基础知识
第1章 光学测量基础知识 4. 按测量目的的数目多少分类 按照测量目的数目的不同，测量可分为独立测量和组合 测量。 独立测量:只有一个量作为测量目的的测量。一般说来， 它的测量原理可用一个方程式来表示。 组合测量:测量目的为两个及两个以上的测量。此时， 测量原理必须用方程组来表示。
第1章 光学测量基础知识 5. 按测量时所处的条件分类 按照测量时所处条件的不同，测量可分为等精度测量和 非等精度测量。 等精度测量:在同一条件下进行的一系列重复测量，称 为等精度测量。如每次测量都使用相同的方法、相同的仪器、 在同样的环境下进行，而且每次都以同样的细心和注意程 度来工作等。 非等精度测量:在多次测量中，进行每一次测量时，若 对测量结果精确度有影响的一切条件不能完全维持不变，则 所进行的一系列重复测量称为非等精度测量。
第1章 光学测量基础知识 1. 1. 4 测量的分类 对测量的分类可以从以下几个不同的角度进行。 1. 按获得测量结果的方式分类 从获得测量结果的方式来分，测量可分为直接测量和间 接测量。 直接测量:测量目的就是被测量，此时，测量目的直接 与标准量进行比较，从而求得测量目的的大小。 间接测量:在这种测量中，被测量不是测量目的。测量 目的的大小，是通过与它有一定关系的被测量的测量，而间 接地按已知的函数关系求得的。
第1章 光学测量基础知识 各测得值与算术平均值之差代表残差。残差有以下两个 性质: (1)当 n →∞ 时，残差代数和为零，即
(2)残差的平方和为最小，即
第1章 光学测量基础知识 1. 2. 5 算术平均值的标准偏差 真值往往是无法确切知道的，只能用算术平均值代替真 值，又由于测量次数总是有限的，因此标准偏差只能由残差 计算出的所谓标准偏差来估计。 在有限次数的测量中，用残差求出的 σ 估计 σ 0 的计算 公式如下:
高分辨率成像实验中的光学系统对准和像差校正方法
高分辨率成像实验中的光学系统对准和像差校正方法随着科技的不断进步，高分辨率成像在各个领域中发挥着越来越重要的作用。
无论是天文观测、生物医学影像还是工业检测，要想获得清晰的图像，光学系统的对准和像差校正是至关重要的步骤。
1. 光学系统的对准光学系统的对准是指将光学元件和光源等精确地调整到指定的位置和方向，以获得最佳的成像效果。
在高分辨率成像实验中，对准的关键在于保证每个光学元件在光轴上对称地放置，并尽量减小光学元件之间的偏转和倾斜。
为了实现光学系统的准确对准，常用的方法是使用一系列的光学仪器，如干涉仪、光栅等。
通过干涉条纹或光栅反射来确定光学元件的位置和方向，进而进行细微调整。
同时，还可以借助自动对准系统，自动搜索到最佳的对准位置。
2. 像差校正方法除了对准光学系统，高分辨率成像实验中的另一个重要步骤是像差校正。
像差是指由光学系统自身的缺陷或外界条件导致的图像失真现象，一般包括球差、像散和畸变等。
针对不同的像差，有不同的校正方法。
其中，球差是最常见的像差之一。
球差产生的原因是光线在透镜或曲面上的折射引起的，导致图像边缘模糊不清。
校正球差的方法包括使用球差校正片、非球面透镜或复合透镜系统等。
这些校正方法可以根据实际需要选择，以达到最佳的成像效果。
像散是光线在透镜或曲面上折射时的不同折射角度导致的，使得不同波长的光线聚焦在不同的位置。
校正像散的方法一般包括使用色差补偿透镜或光栅，通过不同的光路设计将不同波长的光线重新聚焦到相同的位置。
畸变是由透镜或曲面的形状不规则引起的，使得图像出现扭曲或形状变形。
校正畸变的方法包括使用畸变校正透镜或采用数学算法进行后期处理等。
3. 新技术在光学系统对准和像差校正中的应用随着科技的迅猛发展，新的技术正在为光学系统的对准和像差校正带来更多的选择和可能性。
其中，自适应光学技术是一种具有潜力的方法。
自适应光学技术通过感知光路中的波前信息，然后根据波前信息调整光学系统，以实现实时的像差校正。
§1.2 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
7、双眼的立体视觉
③ 体视半径
人眼能够分辨远近的最大距离为体视半径。在 体视半径以外的物体，人眼已分辨不出远近。 由成年人的双眼基线平均长度62mm，当 b L = Δθ=10″时，通过 m 可导出体视半径约为 ∆θ 1200m。
长春理工大学光电工程学院 牟达
17
7、双眼的立体视觉
④ 体视阈值
能分辨出不同远近的两点间的最小距离ΔL0，称 为体视阈值，对视差角公式微分得 ， 当 Δθ=10″，b=0.062m时 ，可得ΔL0=8×10-4m。
长春理工大学光电工程学院 牟达
36
5、对准误差与分辨率的关系
对准：目标和分划线的重合或置中的问题 分辨：分辨两个靠近标记的问题 对准只有一个目标经物镜成像因此受衍射影响比 较小，同时对准是目标和分划线的重合或置中所以对 应误差小于理论分辨率值。
长春理工大学光电工程学院 牟达
37
5、对准误差与分辨率的关系
α= 50~ 120 ″ ； 在良好的照明条件下，一般认为α = 60 ″ = 1 ′ 认为人眼的极限分辨角为1′ 。 在设计光学系统时就必须考虑眼睛的分辨率。
长春理工大学光电工程学院 牟达
14
7、双眼的立体视觉
① 体视效应 体视效应是双眼所特有特性，单眼没有体视效应。 正常情况下人们总是用双眼观察一个物体，双眼视 觉能提高视力锐度，同时也将产生空间深度感觉。 两眼瞳间的距离称为眼基线，一般为62～65mm ，正是由于基线的存在，离观察者不同远近的物体 在两眼网膜上成像的相对位置不同（视差角不同） ，从而产生体视效应。
1、人眼的构造
6
2、人眼的调节功能 视度调节
如果要看清物体，人眼就要自动地调节眼睛的焦距， 使像落在网膜上，眼睛自动改变焦距的这个过程称为眼睛 的视度调节。 为了表示人眼调节的程度，引入了视度的概念。与网 膜共轭的物面到眼睛距离的倒数称为视度，用SD（屈光度） 表示： 1 SD = -1 l (m ) 距离l以米为单位，且有正有负。 一般人阅读或操作时常把被观察目标放在250mm处， 此距离称为明视距离。
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一、与光学测量有关得人眼特性1、 眼睛的瞳孔D e 与视场亮度有关 （1——8mm ），（1.5——2）mm 成象质量最好，D e 小视差小，一般测量仪器出瞳1——2mm 。
2、 视场2W 不动50 动 上600 下720 外950 内 650 3、 眼睛的调节能力 与年龄有关 成年正常人–250mm —— —∞，-4（屈光度）——0 调节 -5米—— —∞，-0.2——0 不用调节 4、 眼睛的光谱灵敏度大照度 0.570μ 中照度 0.555μ 小照度 0.512μ 5、 眼睛对衬度的灵敏度B B /∆ B ∆目标与背景亮度差B 背景亮度在正常情况下为1.7%≈2%6、 眼睛的分辨率人眼能分辨两个邻近点的能力 正常照度瞳孔直径2毫米时2~1''=α 与瞳孔直径、照度、衬度、波长有关参考公式分）(/13.0618.01eD -=α7、 双眼视觉1）、体视效应 2)、体视锐度2211,D B D B ==θθ 21θθθ-=∆ 1θ，2θ视差角：物体对双眼的张角，θ∆眼睛能分辨两个物体有远近差别时，所对应的示差角之差值。
称为体视锐度。
一般06~03''经过训练可达01'。
8、 眼睛的横向对准误差眼睛的对准误差与对准方式有关游标~ 51~01'''' 01~6''''二、眼睛通过光学系统观测时的对准误差和调焦误差1、 对准与调焦的概念 对准：在垂直于瞄准轴方向上时目标和比较标记重合或置中的过程，横向对准 调焦：目标和比较标记在沿瞄准轴方向上重合或置中的过程，纵向对准2、 对准误差 1）、用望远镜观察=δγ2）、 用显微镜观察在明视距离，人眼直接观察对准误差)(073.03438250mm a y δδ=⨯=通过显微镜观察)(073.0mm a a y x Γ=Γ=δ例：万能工具座的测量显微镜，其物镜的轴向放大率⨯=10β，NA=0.25,目镜放大率⨯=Γ10,用叉丝对准方式1.0'=δ测量显微镜的对准误差为)(0073.010101.0073.0mm =⨯'=α3、 对准误差与鉴别率的关系对准：目标和分划线的重合和置中的问题 分辨：分辨两个靠近标记的问题 均受衍射影响有一定的联系 1）、望远镜的理论分辨率（秒）（秒）或望望DD 014012''=''=αα设计望远镜时一般应保证仪器和人眼能同时鉴别Γ=''=Γ=''=αααD D 014012或望 2）、显微镜的理论分辨率NANA λλ61.052.0=∆=∆或，λ的单位μm 设计显微镜时一般应保证仪器和人眼能同时鉴别Γ≤=∆αλ7352.0NA 对准只有一个目标经物镜成像因此受衍射影响比较小同时对准是目标和分划线的重合和置中所以对应误差小于理论分辨率值。
光电测量 第四讲 对准与调焦
面与理想波面之间的光程差叫波象差。
目标 标志 目标像 标志像
.
.
De
' Um
e
.
.
' U m：像方孔径角
波象差计算公式：w
●不确定度合成： '
n' 2 ' tg (U m ) l 2
'2 1
：介质折射率折射率
'2 k
e De
8 KD 2 e
250
第四讲 对准与调焦
2.调焦不确定度
[1]望远镜的调焦误差
① 清晰度法（？2：给出证明：望远镜的成像特点）
1'
2
●几何焦深: 1
e
2 De
●物理焦深: 2
2'
2
8 K 2 De2
第四讲 对准与调焦
② 消视差法
人眼的左右摆动距离受出瞳的限制 眼瞳的实际移动距离不等于其有效移动距离 眼瞳中心移至出瞳边缘处的眼睛最大移动距离
（1）正确调焦状态下，J1的像如图中所 示位置, 此时∆1＝ ∆2 ， ∆I=0 （2）离焦状态， ∆1≠ ∆2 ， ∆I ≠ 0 物近了像远，物远了像近。 光强改变，因为光阑在变。 ∆I=可以用作调焦的反馈控制信号
第四讲 对准与调焦
2、斜光束自动调焦系统
（1）物距正确时，狭缝α在 像面I上的像α’’位于视场中 央且影像清晰； （2）如果物面在其法线N的 方向上离焦，则狭缝α在像 面I上的像α’’（弥散斑）将 位移一个距离y’. 位移信号y’可以用作调焦 的反馈控制信号
2）扫描振子
狭缝振荡式扫描 ①直线位移位式振子
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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）
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） 7
人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜 虹膜 巩膜 网膜 脉络膜 黄斑中心凹
23
如果这两点的像分别落在被 分隔开的两个视网膜细胞上， 即得到两个点的视觉 由此可见，眼睛的分辨率与 视网膜上两像点距离及视觉 细胞的直径大小有关 当两像点的间距大于（或等于）视觉细胞的直径 时，就认为眼睛可以分辨。 人眼的极限分辨角可表示为
' x j 'tg
（rad）
24
21
三、眼睛的分辨率（分辨本领）
眼睛能分辨出两个非常近的点的能力称为眼睛的分 辨率（分辨本领） 所谓人眼的分辨能力指的是成像在中央凹区时的分 辨能力。 人眼的分辨率是眼睛的重要光学特性，同时也是目 视光学仪器设计的重要依据之一。 用其它观测设备（如照相机、CCD等）替代人眼时 也可据此作为参考。
1 SD l
16
远点距倒数
近点距倒数
1 R r
1 P p
称为远点视度，
称为近点视度。
在医院和眼镜店通常把1屈光度称为100度。
人眼的调节能力随年龄的增加而变化。
随着年龄的增大，近点位臵往远移，远点位臵往近移，因 而调节范围减少。
17
正常眼在肌肉完全放松的自然状态下，能够看清楚无限远处的物体，即远 点应在无限远（R = 0）， 像方焦点正好和视网膜重合 若不符合这一条件就是 非正常眼，或称视力不正常 最常见的有近视眼和远视眼
1.376
虹膜
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹 视轴
前室
1.336
晶状体 后室 1.336
光轴
盲斑
眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴, 在观察物 体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。
12
从光学角度看，最主要的是：水晶体、和瞳孔和视网膜。
眼睛和照相机很相似，如果对应起来看：
人眼瞳孔 水晶体 ↕ ↕ 照相机光阑 镜头
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 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 ，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 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；
8
人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜 虹膜 巩膜 网膜 脉络膜 黄斑中心凹
2
第二节 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
3
第二节 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
4
第二节 目视光学仪器的对准误差和调焦误差
眼睛的结构——成像光学系统
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 可以看作成像元。
1 R r
近视200，500度：远点在0.5，0.2米处， 需要配戴眼镜的焦距为-500mm，-200mm
19
所谓远视眼就是其远点在眼睛之后（r > 0），
这是由于眼球偏短，像方焦点位于视网膜的之后所致。因此， 射入眼睛的光束只有是会聚时，才能正好聚焦在视网膜上。 对应着正视度，需以正透镜来使其远点恢复到无限远
20
瞳孔调节（适应特性）
人眼还能在不同亮暗程度的条件下工作。 这就是人眼的另一个特性，具有对周围空间光亮情况适应的 过程称为适应（即为瞳孔的调节）。 眼睛的虹膜可以自动改变瞳孔的大小，以控制眼睛的进光 亮（2mm~8mm)。在设计目视光学仪器时要充分考虑与眼 瞳的配合。 适应是一种当周围照明条件发生变化是眼睛所产生的变态 过程，可分为对暗适应和对光适应两种，前者发生在光亮 处到黑暗处的时候，后者发生在自黑暗处到光亮处的时候。
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
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
1.眼睛的瞳孔De 2.视场2W 3.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 0.512μ 5.眼睛对衬度的灵敏度 ΔB/B ΔB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 1 (分） 0.618 0.13 / De
视力、视力表、验光仪
26
A B D1 D2
b2 a2
B
b1 a1
B B 1 , 2 D1 D2
(1) 体视效应 (2) 体视锐度
1 2
27
立体视觉
眼睛在观察物体时，除了一般的物体特征外，还能够产 生远近的感觉，被称为“空间深度感觉” 单眼或双眼都能产生这种感觉 单眼深度感觉来源： 1）物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近 2）物体之间的遮蔽关系和阳光的阴影来判断它们相对 位臵 3）对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深 度感觉 4）眼睛的调节程度来判断物体的远近。
38
对准精度
经常需要将一条直线重合到另一条直线，但是，要使两条直 线完全重合是不可能的 眼睛虽具有发现一个平面上两根平 行直线的不重合能力，但也有一定 的限度 这个不重合限度的极限值称为人眼
的对准精度。
人眼的瞄准精度一般用角度值来表示
39
即两线宽的几何中心线对人眼的 张角小于某一角度值α 时，虽然 还存在着不重合，但眼睛已经认 为是完全重合的，这时α 角度值 即为人眼瞄准精度。 人眼对于线条的变形或两条线错开 造成的外形变化或比较两条线宽的 变化具有很高的灵敏度。 人眼通过两物的比较发现它们外形 变化的能力比分辨它们要强得多。
40
形成对眼睛瞄准有利的条件。 瞄准精度和分辨率是两个概念。 又有一定的联系，经验证明，人眼的最高瞄准精度约 为分辨率的1/6至1/10。
1、两实线瞄准 ±60" 2、两实线端部瞄准±10~20 " 3、双线平分或对称瞄准±5~10" 4、虚线压测件轮廓边缘±20~30"
25
瞳孔衍射的极限分辨角度：
1.22 0.00055 140 206265 D D
可以看出，极限分辨角不仅与入射光线的波长有关，而且 还与眼睛的瞳孔直径有关。 ε = 50~ 120”； 在良好的照明条件下，一般认为ε = 60” = 1’ 认为人眼的极限分辨角为1´。 在设计光学系统时就必须考虑眼睛的分辨率。
视网膜 ↕ 底片
照相机中，正立的人在底片上成倒像，人眼也是成倒像 但我们感觉为什么还是正立的？ 这是视神经系统内部作用的结果，相当复杂，相当奇妙！ 为了方便，人们定义了标准眼模型和简约眼模型
13
眼睛的调节
眼睛有两类调节功能：视度调节和瞳孔调节。
1．视度调节
远近不同的其他物体，物距不同，则不会成像在视 网膜上，这样我们就看不清。 要想看清其他的物体，人眼就要自动地调节眼睛中 晶状体的焦距，使像落在视网膜上。 眼睛自动改变焦距的过程称为眼睛的调节。
F'
18
所谓近视眼就是其远点在眼睛前方有限距离处（r < 0） 这是由于眼球太长，像方焦点位于视网膜的前面所致。因此，只有眼前 有限距离处的物体才能成像在视网膜上。 对应着负视度，配上适当的负光焦度眼镜后，即可使无限远物体成像于 眼睛的远点上，然后再经眼睛成像于网膜上，因而眼镜矫正了眼睛的缺 陷。 近视度数：眼睛远点的视度*100
B
l
B
αA
αB
其极限值 min
αB
称为“体视锐度”
A B
min
b2 a2 b a1
b1
约为10”，有可能达到5”或3”
b2 a2 b1
30
a1
当物点对应的视角差α等于 min时，人眼刚能 分辨出它和无限远物点之间的距离差别 min 10" 即反映了人眼可能分辨出物点远近的最大距离 人眼瞳孔之间的平均距离为b=62mm，
5
人眼的构造剖视图
巩膜 角膜 脉络膜
1 巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬； 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）； 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；
6
人眼的构造剖视图
瞳孔 角膜 虹膜 巩膜 脉络膜
28
双眼观察的深度感觉除上述因素外： 5）物体的距离越近，视轴之间的夹角越大，这种感觉使眼球发生转 动的肌肉紧张程度就不同，据此就能判断物体的远近； 6）双眼立体视觉（简称体视）α称为“视差角”
B A αB αA A
A B
a1b1 a2b2
α
a1
a2
a2
b2
a1
b1
29
当A、B两点距离不等时， A B 或 a1b1 a2b2 A A 产生了远近的感觉 αA 被称为双眼立体视觉
所以人眼的极限分辨角可表示为
' x j ' tg
（rad）
ε — 眼睛的极限分辨角( rad )；
η′ — 视觉细胞的直径，约为0.006mm； xj′— 像方节点到视网膜的距离 应为
x j' f
0.006 206265 70 （秒） 17.1
而当眼睛处于放松状态时，f = -17.1mm。上式可得：
14
正常人眼在完全放松的自然状态下， 无限远目标成像在视网膜上，即眼睛的像方焦点在视网膜 上。 在观察近距离物体时，人眼水晶体周围肌肉收缩，使水晶 体前表面半径变小（后表面基本不变）
眼睛光学系统的焦距变短，后焦点前移，从而使该物体 的像成在视网膜上。