幾何光學(xué)第7章 典型光學(xué)系統(tǒng)130602

1、第七章 典型光學(xué)系統(tǒng)典型光學(xué)系統(tǒng) 第二節(jié)第二節(jié)放大鏡放大鏡第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng) 第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng) 目視光學(xué)儀器調(diào)節(jié)肌調(diào)節(jié)肌第一節(jié)第一節(jié) 眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng) 2、角膜、角膜(Cornea)：眼球前突出的透明球面膜，眼球前突出的透明球面膜， r8mm，n 1.38； 主要折射成像界面主要折射成像界面( (角膜角膜空氣空氣) )1、鞏膜：、鞏膜：包圍眼球的白色包圍眼球的白色 不透明外層，不透明外層，D25mm. 眼球橫切面眼球橫切面 一、眼睛一、眼睛(Eyes)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)3、前室、前室：角膜后水晶體前的空間，

2、充滿透明水狀液：角膜后水晶體前的空間，充滿透明水狀液n =1.336。 調(diào)節(jié)肌調(diào)節(jié)肌5、虹彩膜：、虹彩膜：脈絡(luò)膜前方的脈絡(luò)膜前方的 彩簾（水晶體前），眼彩簾（水晶體前），眼 球前的顏色。球前的顏色。8、后室：、后室：水晶體后、由視網(wǎng)膜包圍的空間，玻璃液水晶體后、由視網(wǎng)膜包圍的空間，玻璃液n =1.336。4、脈絡(luò)膜：、脈絡(luò)膜：鞏膜內(nèi)側(cè)、視網(wǎng)膜外側(cè)包圍的鞏膜內(nèi)側(cè)、視網(wǎng)膜外側(cè)包圍的黑色黑色膜層，吸膜層，吸 收從視網(wǎng)膜透過(guò)的光線，把后室變?yōu)榘凳摇Ｊ諒囊暰W(wǎng)膜透過(guò)的光線，把后室變?yōu)榘凳摇?、瞳孔、瞳孔(Pupil)：虹膜中央圓虹膜中央圓孔，孔，孔徑光闌孔徑光闌，限制進(jìn)入人，限制進(jìn)入人眼光通量，眼光通量，

3、D 28mm.7、水晶體、水晶體(Crystalline lens) ：雙凸透鏡雙凸透鏡 調(diào)節(jié)肌作用改變水晶體曲率調(diào)節(jié)肌作用改變水晶體曲率( (焦距焦距) )，不同距離物均成像于視網(wǎng)膜。，不同距離物均成像于視網(wǎng)膜。 自外層至內(nèi)層的折射率自外層至內(nèi)層的折射率 n n 逐漸增大（逐漸增大（1.371.411.371.41）校正像差校正像差(3)盲斑（點(diǎn)）：盲斑（點(diǎn)）：視神經(jīng)的出口，無(wú)感光細(xì)胞，視網(wǎng)膜的像被視神經(jīng)的出口，無(wú)感光細(xì)胞，視網(wǎng)膜的像被 傳輸至大腦形成視覺(jué)。傳輸至大腦形成視覺(jué)。輻射接收器輻射接收器桿狀細(xì)胞：桿狀細(xì)胞：對(duì)光刺激極敏感，對(duì)光刺激極敏感， 感光（明暗視覺(jué)）感光（明暗視覺(jué)）.錐狀細(xì)胞

4、：錐狀細(xì)胞：感色（色視覺(jué)）感色（色視覺(jué)）9、視網(wǎng)膜、視網(wǎng)膜(Retina)：后室內(nèi)壁、連接脈絡(luò)膜的一薄膜，由神經(jīng)后室內(nèi)壁、連接脈絡(luò)膜的一薄膜，由神經(jīng) 細(xì)胞和神經(jīng)纖維構(gòu)成。細(xì)胞和神經(jīng)纖維構(gòu)成。 感光和成像的位置感光和成像的位置。調(diào)節(jié)肌調(diào)節(jié)肌黃斑黃斑(Macula)：視網(wǎng)膜中部、黃色橢圓形區(qū)域。視網(wǎng)膜中部、黃色橢圓形區(qū)域。 中心凹：中心凹：黃斑點(diǎn)中心黃斑點(diǎn)中心D 0.25mm區(qū)域區(qū)域，密集感光細(xì)胞，密集感光細(xì)胞， 視覺(jué)最靈敏。視覺(jué)最靈敏。二、眼睛二、眼睛共軸光學(xué)系統(tǒng)共軸光學(xué)系統(tǒng)2、視軸：、視軸：黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)像方節(jié)點(diǎn)像方節(jié)點(diǎn)的連線。的連線。 眼球轉(zhuǎn)動(dòng)，使視軸對(duì)準(zhǔn)觀察物

5、體并成像于黃斑上，視覺(jué)最清晰。眼球轉(zhuǎn)動(dòng)，使視軸對(duì)準(zhǔn)觀察物體并成像于黃斑上，視覺(jué)最清晰。1、成像過(guò)程：、成像過(guò)程： 折射球面：折射球面：外界光線經(jīng)角膜折射外界光線經(jīng)角膜折射 孔徑光闌：孔徑光闌：瞳孔自動(dòng)調(diào)節(jié)直徑控制入射光能瞳孔自動(dòng)調(diào)節(jié)直徑控制入射光能 變焦系統(tǒng)：變焦系統(tǒng)：水晶體自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證成像于視網(wǎng)膜上水晶體自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證成像于視網(wǎng)膜上 成像面：成像面： 視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜3、 視場(chǎng)視場(chǎng)(角度角度)水平視場(chǎng)約達(dá)水平視場(chǎng)約達(dá)160垂直視場(chǎng)約達(dá)垂直視場(chǎng)約達(dá)130最清晰的視場(chǎng)范圍：視軸周圍最清晰的視場(chǎng)范圍：視軸周圍683、簡(jiǎn)化眼模型、簡(jiǎn)化眼模型FFOHH2r1r角膜頂點(diǎn)角膜頂點(diǎn)視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜ff 01121

6、1.3mm 1.6mm214 17mm18 23mm4311.38345.7mm9.8mmOHHfHfHnnnrrrr 視折眼睛的基點(diǎn)位置：）主點(diǎn)距角膜頂點(diǎn) ： ：， ：）焦距：（距 ），（距）空氣；角膜；前室。）半徑：，眼睛像方焦點(diǎn)與視網(wǎng)膜重合眼睛像方焦點(diǎn)與視網(wǎng)膜重合問(wèn)題：根據(jù)第二章問(wèn)題：根據(jù)第二章p26公式，分析眼睛一對(duì)節(jié)點(diǎn)的位置？公式，分析眼睛一對(duì)節(jié)點(diǎn)的位置？Jxf Jxf 4、物體經(jīng)眼睛成像于視網(wǎng)膜、物體經(jīng)眼睛成像于視網(wǎng)膜10tanyyll 視角視角 ： 人眼對(duì)物體大小的感覺(jué)，取決于人眼對(duì)物體大小的感覺(jué)，取決于像在視網(wǎng)膜上的大小像在視網(wǎng)膜上的大??； 或，或，視網(wǎng)膜上的像對(duì)眼睛光心張角（

7、視網(wǎng)膜上的像對(duì)眼睛光心張角（視角視角）的大小）的大小。 視角取決于物的大小和物距，但是物距必須在近點(diǎn)之外。視角取決于物的大小和物距，但是物距必須在近點(diǎn)之外。視角大小超過(guò)視角大小超過(guò)人眼極限分辨角人眼極限分辨角的物體細(xì)節(jié)，才可被分辨。的物體細(xì)節(jié)，才可被分辨。 眼睛的光心眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點(diǎn)、主點(diǎn)近似看做重合的位置。眼睛節(jié)點(diǎn)、主點(diǎn)近似看做重合的位置。 （進(jìn)一步簡(jiǎn)化）（進(jìn)一步簡(jiǎn)化）0O1(0ll1y1y2y2(2y三、眼睛的調(diào)節(jié)及校正三、眼睛的調(diào)節(jié)及校正 1、調(diào)節(jié)：、調(diào)節(jié)：眼睛成像系統(tǒng)對(duì)任意距離物體成像時(shí)，眼睛成像系統(tǒng)對(duì)任意距離物體成像時(shí)， 通過(guò)改變水晶體曲率達(dá)到自動(dòng)調(diào)焦的過(guò)程。通過(guò)改變水晶體曲

8、率達(dá)到自動(dòng)調(diào)焦的過(guò)程。 能清晰調(diào)焦的極限距離：能清晰調(diào)焦的極限距離：遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)(far point)距離距離 lr 近點(diǎn)近點(diǎn)(near point)距離距離 lp遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)lr(調(diào)節(jié)肌完全放松調(diào)節(jié)肌完全放松)近點(diǎn)近點(diǎn)lp(調(diào)節(jié)肌最大收縮，曲率半徑最小調(diào)節(jié)肌最大收縮，曲率半徑最小)幼年幼年-7-8cm青中年青中年-14 -40cm （ 明視距離明視距離-25cm）老年老年+200+40cm約約-200cm 遠(yuǎn)點(diǎn)發(fā)散度（會(huì)聚度）遠(yuǎn)點(diǎn)發(fā)散度（會(huì)聚度）：r1Rl 近點(diǎn)發(fā)散度（會(huì)聚度）近點(diǎn)發(fā)散度（會(huì)聚度）：p1Plrp11RPAll 眼睛的調(diào)節(jié)能力眼睛的調(diào)節(jié)能力：1D1D1m單位:與光焦度相同,屈光度（ ）

9、,眼睛的視度眼睛的視度 眼睛的視度眼睛的視度(diopter)： 通常所說(shuō)的眼鏡度數(shù)對(duì)應(yīng)視度數(shù)值通常所說(shuō)的眼鏡度數(shù)對(duì)應(yīng)視度數(shù)值100。HHHH2、非正常眼睛及其矯正、非正常眼睛及其矯正1）近視眼：近視眼：無(wú)窮遠(yuǎn)物點(diǎn)成像于視網(wǎng)膜之前，遠(yuǎn)點(diǎn)為有限遠(yuǎn)。無(wú)窮遠(yuǎn)物點(diǎn)成像于視網(wǎng)膜之前，遠(yuǎn)點(diǎn)為有限遠(yuǎn)。加加正正透鏡透鏡(焦距與遠(yuǎn)點(diǎn)重合焦距與遠(yuǎn)點(diǎn)重合)將遠(yuǎn)點(diǎn)校正到無(wú)窮遠(yuǎn)將遠(yuǎn)點(diǎn)校正到無(wú)窮遠(yuǎn)2）遠(yuǎn)視眼：遠(yuǎn)視眼：無(wú)窮遠(yuǎn)物點(diǎn)成像于視網(wǎng)膜之后；無(wú)窮遠(yuǎn)物點(diǎn)成像于視網(wǎng)膜之后； 近點(diǎn)變遠(yuǎn)，非明視距離。近點(diǎn)變遠(yuǎn)，非明視距離。加加負(fù)負(fù)透鏡透鏡(焦距與遠(yuǎn)點(diǎn)重合焦距與遠(yuǎn)點(diǎn)重合)將遠(yuǎn)點(diǎn)校正到無(wú)窮遠(yuǎn)將遠(yuǎn)點(diǎn)校正到無(wú)窮遠(yuǎn)50歲之后，歲之后，

10、老花眼！老花眼！Myopia/NearsightednessHyperopia/Farsightedness手術(shù)治療手術(shù)治療（4）白內(nèi)障：白內(nèi)障：水晶體變?yōu)闇啙岫煌该?。水晶體變?yōu)闇啙岫煌该?。?）散光眼散光眼(Astigmatism)(Astigmatism)： 原因：原因：角膜、或水晶體（兩表面）不對(duì)稱，是非球面造成角膜、或水晶體（兩表面）不對(duì)稱，是非球面造成. 此時(shí)，眼軸上的物點(diǎn)對(duì)應(yīng)有兩條像線，眼睛在兩個(gè)此時(shí)，眼軸上的物點(diǎn)對(duì)應(yīng)有兩條像線，眼睛在兩個(gè) 對(duì)稱主截面上的焦距不同，即遠(yuǎn)點(diǎn)距離不同。像散對(duì)稱主截面上的焦距不同，即遠(yuǎn)點(diǎn)距離不同。像散 導(dǎo)致不同方向的線條不能同時(shí)看清。導(dǎo)致不同方向的線

11、條不能同時(shí)看清。21RRAST視度視度1rRl眼睛的散光度：眼睛的散光度：圓柱面透鏡圓柱面透鏡可校正散光可校正散光四、眼睛的適應(yīng)能力四、眼睛的適應(yīng)能力 適應(yīng)：適應(yīng)：眼睛對(duì)周圍空間光亮情況的自動(dòng)適應(yīng)程度。眼睛對(duì)周圍空間光亮情況的自動(dòng)適應(yīng)程度。明適應(yīng)：明適應(yīng)：從暗處到亮處從暗處到亮處 瞳孔自動(dòng)縮小瞳孔自動(dòng)縮小暗適應(yīng)：暗適應(yīng)：從亮處到暗處從亮處到暗處 瞳孔自動(dòng)增大瞳孔自動(dòng)增大五、眼睛的五、眼睛的分辨率分辨率 眼睛的分辨能力：眼睛的分辨能力：人眼能分開人眼能分開最靠近最靠近兩個(gè)相鄰點(diǎn)的兩個(gè)相鄰點(diǎn)的距離距離. 眼睛的極限分辨角眼睛的極限分辨角 ：剛能分辨開的兩點(diǎn)對(duì)人眼的張角，即人眼剛能分辨開的兩點(diǎn)對(duì)人眼

12、的張角，即人眼最小的視角。最小的視角。 視角：視角：物體對(duì)人眼的張角。物體對(duì)人眼的張角。1、概念、概念180360012062653.1415926弧度,(mm)DD140=D1.22=0.555 m補(bǔ)充：補(bǔ)充：根據(jù)瑞利判據(jù)計(jì)算理想光學(xué)系統(tǒng)分辨率根據(jù)瑞利判據(jù)計(jì)算理想光學(xué)系統(tǒng)分辨率（波動(dòng)性）（波動(dòng)性）2、人眼的分辨能力、人眼的分辨能力 極限分辨角：極限分辨角：70 白天的瞳孔直徑白天的瞳孔直徑D = 2mm 對(duì)應(yīng)于視網(wǎng)膜上對(duì)應(yīng)于視網(wǎng)膜上極限分辨距離極限分辨距離：0.006mm 約為兩個(gè)視神經(jīng)細(xì)胞直徑，超過(guò)該距離的兩像點(diǎn)可被分辨約為兩個(gè)視神經(jīng)細(xì)胞直徑，超過(guò)該距離的兩像點(diǎn)可被分辨. 通常認(rèn)為，白天人

13、眼的極限分辨角：通常認(rèn)為，白天人眼的極限分辨角：601 照明條件變差，瞳孔直徑增大，眼睛系統(tǒng)的像差增大，照明條件變差，瞳孔直徑增大，眼睛系統(tǒng)的像差增大， 分辨能力下降。分辨能力下降。六、眼睛的對(duì)準(zhǔn)精度六、眼睛的對(duì)準(zhǔn)精度 對(duì)準(zhǔn)誤差（人眼的瞄準(zhǔn)精度）對(duì)準(zhǔn)誤差（人眼的瞄準(zhǔn)精度） 偏離置中或偏離重合的線距離或角距離。偏離置中或偏離重合的線距離或角距離。 對(duì)準(zhǔn)：對(duì)準(zhǔn)：垂直于視軸方向上的垂直于視軸方向上的重合重合或或置中置中過(guò)程。過(guò)程。 雙線端部對(duì)準(zhǔn)單線雙線端部對(duì)準(zhǔn)單線誤差誤差10叉線對(duì)準(zhǔn)單線叉線對(duì)準(zhǔn)單線誤差誤差10兩實(shí)線對(duì)準(zhǔn)兩實(shí)線對(duì)準(zhǔn)誤差誤差60單線置中單線置中誤差誤差10 2011610對(duì)準(zhǔn)誤差約是人

14、眼分辨率的七、眼睛的景深七、眼睛的景深 2、遠(yuǎn)景、近景平面上的物點(diǎn)、遠(yuǎn)景、近景平面上的物點(diǎn)視網(wǎng)膜上的像為彌散斑視網(wǎng)膜上的像為彌散斑對(duì)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn) 近景近景遠(yuǎn)景遠(yuǎn)景眼瞳眼瞳Dp1、調(diào)焦（對(duì)準(zhǔn)）平面上的物點(diǎn)、調(diào)焦（對(duì)準(zhǔn)）平面上的物點(diǎn)視網(wǎng)膜上的點(diǎn)像視網(wǎng)膜上的點(diǎn)像若彌散斑可看作一像點(diǎn)，若彌散斑可看作一像點(diǎn)，則要求其對(duì)人眼張角小于極限分辨角。則要求其對(duì)人眼張角小于極限分辨角。小小 結(jié)結(jié)1、眼睛的結(jié)構(gòu)：、眼睛的結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜2、簡(jiǎn)化眼模型、簡(jiǎn)化眼模型3、眼睛的調(diào)節(jié)、眼睛的調(diào)節(jié)水晶體水晶體 遠(yuǎn)、近點(diǎn)，調(diào)節(jié)能力，視度，近視、遠(yuǎn)視、散光遠(yuǎn)、近點(diǎn)，調(diào)節(jié)能力，視度，近視、遠(yuǎn)視、

15、散光眼及校正眼及校正4、眼睛的適應(yīng)眼睛的適應(yīng)瞳孔瞳孔：明適應(yīng)、暗適應(yīng)明適應(yīng)、暗適應(yīng)5、眼睛的分辨率、眼睛的分辨率瞳孔瞳孔 視角、極限分辨角、視網(wǎng)膜上最小的分辨距離視角、極限分辨角、視網(wǎng)膜上最小的分辨距離6、眼睛的對(duì)準(zhǔn)精度、景深、眼睛的對(duì)準(zhǔn)精度、景深 衍射2、波動(dòng)光學(xué)：物點(diǎn)高斯像面上的衍射斑（艾里斑） 1、幾何光學(xué)：物點(diǎn)高斯像點(diǎn)一、理想光學(xué)系統(tǒng)成像一、理想光學(xué)系統(tǒng)成像 兩物點(diǎn)的間距逐漸變小時(shí)，對(duì)應(yīng)像點(diǎn)的位置變化：兩物點(diǎn)的間距逐漸變小時(shí)，對(duì)應(yīng)像點(diǎn)的位置變化： (a) (b) (c)補(bǔ)充補(bǔ)充 1：系統(tǒng)的分辨率：系統(tǒng)的分辨率系統(tǒng)的分辨率：系統(tǒng)的分辨率：光學(xué)系統(tǒng)能分開兩個(gè)像點(diǎn)的最小距離。光學(xué)系統(tǒng)能分開兩

16、個(gè)像點(diǎn)的最小距離。 ：等亮度的兩個(gè)物點(diǎn)，其一衍射圖樣的中央：等亮度的兩個(gè)物點(diǎn)，其一衍射圖樣的中央極大與另一衍射圖樣的第一級(jí)極小重合時(shí)，極大與另一衍射圖樣的第一級(jí)極小重合時(shí)，認(rèn)為剛好能分辨這兩個(gè)物點(diǎn)。認(rèn)為剛好能分辨這兩個(gè)物點(diǎn)。二、瑞利判據(jù)二、瑞利判據(jù)能分辨的兩個(gè)能分辨的兩個(gè)等亮度點(diǎn)等亮度點(diǎn)間的距離對(duì)應(yīng)于艾里斑半徑。間的距離對(duì)應(yīng)于艾里斑半徑。0.555/,()mD D mm =140/,DD =1.22入瞳直徑 的函數(shù)無(wú)限遠(yuǎn)物點(diǎn)無(wú)限遠(yuǎn)物點(diǎn)被理想光學(xué)系統(tǒng)成衍射圖案：被理想光學(xué)系統(tǒng)成衍射圖案：能分辨的二點(diǎn)間的最小角距離能分辨的二點(diǎn)間的最小角距離 第一暗環(huán)半徑對(duì)出瞳中心的張角：第一暗環(huán)半徑對(duì)出瞳中心的張

17、角：補(bǔ)充 2：目視光學(xué)儀器眼睛的光心眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點(diǎn)眼睛節(jié)點(diǎn),主點(diǎn)近似看做重合的位置主點(diǎn)近似看做重合的位置yey0O(一、裸眼直接成像：一、裸眼直接成像：二、眼睛二、眼睛+目視光學(xué)儀器目視光學(xué)儀器：e0tanyyll 視角視角 ：i0tanyyll 視角視角 ：0ll00tantantantanll (yyiy0OHH0ll 目視光學(xué)系統(tǒng)的目視光學(xué)系統(tǒng)的視覺(jué)放大率：視覺(jué)放大率： ieyy 2、眼睛、眼睛+目視光學(xué)儀器：目視光學(xué)儀器：視角可被目視光學(xué)儀器放大。視角可被目視光學(xué)儀器放大。 1、裸眼直接成像：、裸眼直接成像：視角取決于物的大小和物距視角取決于物的大小和物距(近點(diǎn)之外近點(diǎn)之外)

18、， 視角大小超過(guò)人眼極限分辨角的物體細(xì)節(jié)才可被分辨。視角大小超過(guò)人眼極限分辨角的物體細(xì)節(jié)才可被分辨。 不同的目視光學(xué)儀器，通常選擇的物距為：不同的目視光學(xué)儀器，通常選擇的物距為：1）放大鏡、顯微鏡：）放大鏡、顯微鏡：觀察物位于明視距離附近；觀察物位于明視距離附近；2）望遠(yuǎn)鏡：）望遠(yuǎn)鏡：觀察物位于遠(yuǎn)處或無(wú)窮遠(yuǎn)。觀察物位于遠(yuǎn)處或無(wú)窮遠(yuǎn)。e0tanyylli0tanyl 0ie0tantantantanlyyl 觀察物體所需分辨率觀察物體所需分辨率目視光學(xué)儀器的放大率目視光學(xué)儀器的放大率= =眼睛分辨率眼睛分辨率焦距以內(nèi)成放大虛像焦距以內(nèi)成放大虛像一、放大鏡的成像原理一、放大鏡的成像原理 tan25

19、0mmy，明視距離 裸眼直接觀察的視角裸眼直接觀察的視角 ：tanyPl 使用放大鏡的視角使用放大鏡的視角 : 視覺(jué)放大率視覺(jué)放大率：tan250mmtan()yy Pl xflyyyff 由垂軸放大倍率公式：由垂軸放大倍率公式：250mmflPlf 第二節(jié)第二節(jié) 放大鏡放大鏡 （The Magnifying Glass）0ie0tantanlyyl 二、兩種特殊情況二、兩種特殊情況 l0250mm/ f 當(dāng)眼睛調(diào)焦在無(wú)限遠(yuǎn)：當(dāng)眼睛調(diào)焦在無(wú)限遠(yuǎn)：物體放在放大鏡的前焦點(diǎn)上物體放在放大鏡的前焦點(diǎn)上250mmflPlf 正常視力的眼睛一般調(diào)焦在明視距離，即正常視力的眼睛一般調(diào)焦在明視距離，即 虛像位

20、于眼前虛像位于眼前250mm處，處，250mmPl250mm250mm11PPfff 0P250mm1f 若眼睛緊靠著放大鏡：若眼睛緊靠著放大鏡：注意：焦距一般用毫米作單位，式中注意：焦距一般用毫米作單位，式中mm不能漏掉。不能漏掉。 原則上，焦距越短放大倍率越高；但因受限于像差并原則上，焦距越短放大倍率越高；但因受限于像差并 考慮實(shí)用，倍率較大的放大鏡由組合透鏡組成?？紤]實(shí)用，倍率較大的放大鏡由組合透鏡組成。各虛線為對(duì)應(yīng)像點(diǎn)各虛線為對(duì)應(yīng)像點(diǎn)成像光束最上沿的光線成像光束最上沿的光線P1P P2 1、眼瞳、眼瞳孔徑光闌；放大鏡孔徑光闌；放大鏡視場(chǎng)光闌、漸暈光闌視場(chǎng)光闌、漸暈光闌三、眼睛與放大鏡聯(lián)

21、用三、眼睛與放大鏡聯(lián)用觀察近距離小物體觀察近距離小物體 11）無(wú)漸暈視場(chǎng)： 以內(nèi)的各物點(diǎn)均以充滿眼瞳的全光束成像。2）50%漸暈視場(chǎng)：對(duì)應(yīng)于成像光束剛好充滿眼瞳的一半。23）最大像方視場(chǎng)角：放大鏡所可能成像的范圍。2、漸暈與光束限制、漸暈與光束限制tan/h Ptan/h P3、50%漸暈的線視場(chǎng)漸暈的線視場(chǎng) 22tanyf當(dāng)物面放在放大鏡前焦平面上時(shí)，像平面在無(wú)限遠(yuǎn)當(dāng)物面放在放大鏡前焦平面上時(shí)，像平面在無(wú)限遠(yuǎn) 線視場(chǎng)為：線視場(chǎng)為：l放大鏡的倍率越大，線視場(chǎng)越小放大鏡的倍率越大，線視場(chǎng)越小。05002mmhyP0250mm/ f 眼睛眼睛eFoFoeff 、一、復(fù)習(xí)：一、復(fù)習(xí)：p33tanyL

22、明視物直接對(duì)眼的張角：物直接對(duì)眼的張角：目鏡：放大目鏡：放大物體經(jīng)物鏡所成的像物體經(jīng)物鏡所成的像第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)（Microscope） 物鏡：物鏡：放大放大實(shí)物實(shí)物oeeoetanyyyfff f 像對(duì)眼的張角：像對(duì)眼的張角：oooofyyff物鏡的垂軸放大率：物鏡的垂軸放大率：顯微鏡顯微鏡 視覺(jué)放大率：視覺(jué)放大率：oetantanLff 明視-L二、顯微鏡的視覺(jué)放大率二、顯微鏡的視覺(jué)放大率1、定義：、定義：oeoe250mm,ff oeoetan(250mm)tanff oef ff 250mmf 2、顯微鏡的組合焦距：、顯微鏡的組合焦距：eFoFyy表表1：上海光儀廠上

23、海光儀廠XPG偏光顯微鏡的基本參數(shù)偏光顯微鏡的基本參數(shù)物鏡物鏡目鏡目鏡倍率倍率焦距焦距數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑NA=nsinu倍率倍率焦距焦距（1）339.5mm0.10（1）5 50mm（2）819.96mm0.25（2）10 25mm（3）454.12mm0.63（4）100（油浸）（油浸）1.91mm1.32ef ofeo 其他：其他：共軛距（物鏡物共軛距（物鏡物-像面距離）、機(jī)械筒長(zhǎng)像面距離）、機(jī)械筒長(zhǎng)nu物空間折射率， 軸上物點(diǎn)被物鏡接收光線的最大孔徑角 NA： 三、顯微鏡的線視場(chǎng)三、顯微鏡的線視場(chǎng)o/ 2yDyy1、線視場(chǎng)：、線視場(chǎng)： 視場(chǎng)光闌位于視場(chǎng)光闌位于目鏡的物方焦平面目鏡的物方焦平

24、面，設(shè)直徑為，設(shè)直徑為D。oe500tan500tan2mmy2、線視場(chǎng)的計(jì)算：、線視場(chǎng)的計(jì)算： 視場(chǎng)光闌的大小應(yīng)與目鏡的視場(chǎng)角一致：視場(chǎng)光闌的大小應(yīng)與目鏡的視場(chǎng)角一致： 與視場(chǎng)光闌是關(guān)于物鏡的物像共軛關(guān)系：與視場(chǎng)光闌是關(guān)于物鏡的物像共軛關(guān)系：e/ 2tanDf eeeetan250mm=tan250mmyfyf etan500mmD目鏡視場(chǎng)角確定時(shí)，線視場(chǎng)大小與顯微鏡的視覺(jué)放大率成反比。目鏡視場(chǎng)角確定時(shí)，線視場(chǎng)大小與顯微鏡的視覺(jué)放大率成反比。四、顯微鏡的出瞳直徑四、顯微鏡的出瞳直徑 500/mmDNA 出瞳直徑出瞳直徑D：1 1、孔徑光闌的位置：、孔徑光闌的位置：1 1）普通顯微鏡：孔徑光闌

25、是物鏡框；）普通顯微鏡：孔徑光闌是物鏡框；2 2）測(cè)量顯微鏡：）測(cè)量顯微鏡：孔徑光闌在孔徑光闌在物鏡像方焦平面物鏡像方焦平面上（遠(yuǎn)心光路）。上（遠(yuǎn)心光路）。2、物鏡的數(shù)值孔徑、物鏡的數(shù)值孔徑unNAsin過(guò)程略，教材推導(dǎo)過(guò)程概念有誤，可參閱 韓軍等工程光學(xué)與放大率成反比表表2：顯微鏡的視覺(jué)放大率、出瞳直徑，和物鏡數(shù)值孔徑顯微鏡的視覺(jué)放大率、出瞳直徑，和物鏡數(shù)值孔徑 的參數(shù)對(duì)比。的參數(shù)對(duì)比。1.250.650.250.420.542.50sinNAnu(mm)D150060050500/mmDNA五、顯微鏡的分辨率五、顯微鏡的分辨率0alD1.22=艾里斑艾里斑角半徑角半徑： 無(wú)像差光學(xué)系統(tǒng)，物

26、點(diǎn)經(jīng)該系統(tǒng)在像面上得到的不無(wú)像差光學(xué)系統(tǒng)，物點(diǎn)經(jīng)該系統(tǒng)在像面上得到的不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)衍射像斑，其光強(qiáng)分布即為孔徑光是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)衍射像斑，其光強(qiáng)分布即為孔徑光闌的夫瑯和費(fèi)衍射圖樣闌的夫瑯和費(fèi)衍射圖樣（p353p353，第十三章第四節(jié)），第十三章第四節(jié)）1 1、成像系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)、成像系統(tǒng)的分辨本領(lǐng):alDlD1.22=，孔徑光闌直徑,光闌-像面距離 艾里斑半徑艾里斑半徑：0,ya像兩物點(diǎn)可被分辨 瑞利判據(jù)瑞利判據(jù):LS2S2S1S1(S1S10(2、顯微鏡的分辨率、顯微鏡的分辨率 極限線距離極限線距離nyy(uS1S2S1S2顯微物鏡顯微物鏡D)u)ln一次實(shí)像面一次實(shí)像面（1 1）剛

27、能被分辨剛能被分辨像點(diǎn)間距：像點(diǎn)間距：yalD1.22=/ 2sin,1Duunl 顯微鏡物鏡成像（小視場(chǎng)近軸物）顯微鏡物鏡成像（小視場(chǎng)近軸物）：sinsinnyun yu unysin61. 0（2）剛能被分辨的剛能被分辨的物點(diǎn)間距物點(diǎn)間距： 提高分辨率的方法：提高分辨率的方法：(1)()(2) sinyynuNA 或，則要求：0.61sinynu例：電子束顯微鏡、浸液物鏡例：電子束顯微鏡、浸液物鏡由由瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)得分辨率：得分辨率：3、道威判據(jù)：、道威判據(jù)：兩衍射斑的中心間距為兩衍射斑的中心間距為0.85a時(shí)，時(shí)， 剛好能被光學(xué)系統(tǒng)分辨。剛好能被光學(xué)系統(tǒng)分辨。 （如斜照明時(shí)適用）（如斜

28、照明時(shí)適用）0.61sinyanu NAuny61. 0sin61. 0物點(diǎn)物點(diǎn)間距間距像點(diǎn)像點(diǎn)間距間距yy（注： 為物空間的距離，與書中的符號(hào) 對(duì)應(yīng)； 為物鏡實(shí)像面的距離。）0.850.5ayNA光學(xué)系統(tǒng)的理想分辨率光學(xué)系統(tǒng)的理想分辨率顯微鏡的分辨率主要取決于物鏡的數(shù)值孔徑，與目鏡無(wú)關(guān)！顯微鏡的分辨率主要取決于物鏡的數(shù)值孔徑，與目鏡無(wú)關(guān)！2 0.00029 250mm4 0.00029 250mm 明視距離觀測(cè)：明視距離觀測(cè)：顯微鏡像空間顯微鏡像空間的線距離的線距離0.52 0.00029 250mm4 0.00029 250mmNA 設(shè)眼睛容易分辨的角距離：設(shè)眼睛容易分辨的角距離：24 1

29、0.00029弧度4、顯微鏡的分辨率與放大率、顯微鏡的分辨率與放大率NANA1046523NANA1000500近似近似: 取取= =555nm：顯微鏡的顯微鏡的有效放大率范圍有效放大率范圍小結(jié)：小結(jié)：能夠被物鏡分辨的細(xì)節(jié)，要同時(shí)被眼睛分辨，要求顯微鏡有能夠被物鏡分辨的細(xì)節(jié)，要同時(shí)被眼睛分辨，要求顯微鏡有 恰當(dāng)?shù)姆糯舐剩欢@微鏡的有效放大率范圍，又取決于物鏡恰當(dāng)?shù)姆糯舐剩欢@微鏡的有效放大率范圍，又取決于物鏡 的分辨率或數(shù)值孔徑。的分辨率或數(shù)值孔徑。 道威判斷：道威判斷：顯微鏡物空間顯微鏡物空間的線距離的線距離250 mmnm例1：若要求顯微鏡能分辨相距0.0005的兩點(diǎn)，用波長(zhǎng) 550的可見

30、光照明，試求：（1）物鏡的數(shù)值孔徑； （2）設(shè)人眼在明視距離處觀測(cè)，若要求此兩點(diǎn)放大 后視角為2 ，求顯微鏡的視覺(jué)放大率是幾倍？60.50.5sin0.0005mm0.50.5 550 10sin0.550.0005nuNANAnu解：1)根據(jù)道威判據(jù)： 顯微鏡的分辨率： 物鏡的數(shù)值孔徑：2 0.00029 250mm=0.145mm290 2)明視距離觀測(cè)，兩點(diǎn)間距經(jīng)顯微鏡放大后視角為2 ， 即,對(duì)應(yīng)顯微鏡像空間的線距離： = 折算為顯微鏡物空間的線距離： 可得，倍六、顯微鏡的物鏡六、顯微鏡的物鏡低倍物鏡低倍物鏡中倍物鏡中倍物鏡高倍物鏡高倍物鏡浸液物鏡浸液物鏡復(fù)消色差物鏡復(fù)消色差物鏡平視場(chǎng)復(fù)

31、消色差物鏡平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡 齊明透鏡齊明透鏡 浸液浸液 1、浸液物鏡、浸液物鏡NA增大增大n倍，倍，增強(qiáng)物鏡的聚光本領(lǐng)增強(qiáng)物鏡的聚光本領(lǐng)PG1G2airOPG1G2oilOnnn干物鏡干物鏡油浸物鏡油浸物鏡nn190POu距離很近，1arcsinuCn 油浸物鏡：允許更寬入射孔徑角的光線束參與成像。油浸物鏡：允許更寬入射孔徑角的光線束參與成像。sin1NA nun PG1G2oilC1nnnn0=1O1O2O32、齊明點(diǎn)在高倍顯微物鏡中的應(yīng)用、齊明點(diǎn)在高倍顯微物鏡中的應(yīng)用P1P2111O :PP（）折射球面與 是一對(duì)齊明點(diǎn) 齊明點(diǎn)：齊明點(diǎn)：() /Ln n r n() /Ln n r n2/

32、nLn Ln n(C2)2212O :CP（ ）折射球面曲率中心與 重合3123O :PP（ ）折射球面與 是一對(duì)齊明點(diǎn) 使用較大的數(shù)值孔徑時(shí)，光線的孔徑角隨多次折射而使用較大的數(shù)值孔徑時(shí)，光線的孔徑角隨多次折射而被逐漸減小，并不產(chǎn)生球差或彗差，但會(huì)引起較大色差。被逐漸減小，并不產(chǎn)生球差或彗差，但會(huì)引起較大色差。 齊明透鏡齊明透鏡a）透射光亮視場(chǎng)照明）透射光亮視場(chǎng)照明 d）反射光暗視場(chǎng)照明）反射光暗視場(chǎng)照明b）反射光亮視場(chǎng)照明反射光亮視場(chǎng)照明c）透射光暗視場(chǎng)照明）透射光暗視場(chǎng)照明七、顯微鏡的照明方法七、顯微鏡的照明方法照明分類照明分類暗視場(chǎng)照明，進(jìn)入物鏡成像的只是由樣品散射的光線暗視場(chǎng)照明，進(jìn)

33、入物鏡成像的只是由樣品散射的光線 束，對(duì)比度高，可使分辨率提高。束，對(duì)比度高，可使分辨率提高。1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)2、視覺(jué)放大率、視覺(jué)放大率3、線視場(chǎng)、線視場(chǎng)4、出瞳直徑、出瞳直徑 物鏡的數(shù)值孔徑：物鏡的數(shù)值孔徑：5、 物鏡物鏡 分辨率分辨率6、顯微鏡的分辨率與有效放大率、顯微鏡的分辨率與有效放大率八、小結(jié)八、小結(jié)oeoetan250mm(250mm)tanff f e500tan2mmy500/mmDNA unNAsinNANA1000500波長(zhǎng)波長(zhǎng) 555nm0.61sinanuNAun61. 0sin61. 01) 瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)2) 道威判據(jù)：道威判據(jù)：0.850.5aNA第四節(jié)第四節(jié) 望

34、遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(Telescope) 重合，重合， ，光學(xué)間隔，光學(xué)間隔=0=0oeFF、oeffeofyyf 垂軸放大率：垂軸放大率：oe1,()fnnf 角放大率：角放大率：oFeF一、折射望遠(yuǎn)鏡一、折射望遠(yuǎn)鏡（復(fù)習(xí)：（復(fù)習(xí)：p32 第二章）第二章）0, f 無(wú)焦系統(tǒng)：無(wú)焦系統(tǒng)：二、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺(jué)放大率二、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺(jué)放大率 tantan eofyyf oe1,()fnnf oefDfD1 開普勒開普勒望遠(yuǎn)鏡成像原理圖望遠(yuǎn)鏡成像原理圖oeff增大 ，或減小 ，可增大視覺(jué)放大率。e0f （入瞳）入射窗、出射窗分別位于系統(tǒng)的物方、像方無(wú)限遠(yuǎn),各自與物、像平面重合。軍用望遠(yuǎn)鏡軍用望遠(yuǎn)鏡棱鏡

35、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng) 開普勒開普勒望遠(yuǎn)鏡：望遠(yuǎn)鏡： ，成倒立像，成倒立像 ，可加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。，可加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。0 伽利略伽利略望遠(yuǎn)鏡：望遠(yuǎn)鏡： ，成正立像。，成正立像。0 oe1ffe0f e0f 無(wú)中間實(shí)像，無(wú)中間實(shí)像，不能通過(guò)加分不能通過(guò)加分劃板實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)劃板實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)或定位?；蚨ㄎ?。三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及工作放大率三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及工作放大率1、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率?。喝。?， ， 得：得：1n osin/2uDf555nm140 /mmD0.61sinanu根據(jù)瑞利判斷：根據(jù)瑞利判斷： oo0.61sinafnuf 極限分辨角極限分辨角 物鏡或入瞳直徑越大，則望遠(yuǎn)鏡的極限分辨

36、角越小，物鏡或入瞳直徑越大，則望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角越小，即分辨率越高。即分辨率越高。例例. 計(jì)算物鏡直徑分別為：計(jì)算物鏡直徑分別為：D=5.0 cm、50cm的望遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡鏡, 對(duì)可見光平均波長(zhǎng)對(duì)可見光平均波長(zhǎng)555nm的最小分辨角。的最小分辨角。 解：解： 當(dāng)當(dāng)D=50cm 時(shí)，時(shí)， 82.0 若若: 一個(gè)望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角一個(gè)望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角 , 要充分利用眼睛的要充分利用眼睛的分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng) ，望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)，望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù) 取何值？取何值？8 . 250041 當(dāng)當(dāng)D=5.0cm時(shí)時(shí)60 2、視覺(jué)放大率和分辨率的關(guān)系、視覺(jué)放大率和分辨率的關(guān)系 望遠(yuǎn)鏡的望遠(yuǎn)鏡的工作放大率工作放大率：0

37、2.3D 望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角經(jīng)視覺(jué)放大后，要滿足人眼望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角經(jīng)視覺(jué)放大后，要滿足人眼的極限分辨角的要求。的極限分辨角的要求。人眼人眼的極限分辨角：的極限分辨角：1= 60140 / D望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角：的極限分辨角：602.3D 望遠(yuǎn)鏡的有效放大率（最?。┩h(yuǎn)鏡的有效放大率（最?。└弑堵实耐h(yuǎn)鏡必須增大物鏡的直徑。高倍率的望遠(yuǎn)鏡必須增大物鏡的直徑。1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：開普勒望遠(yuǎn)鏡、伽利略望遠(yuǎn)鏡開普勒望遠(yuǎn)鏡、伽利略望遠(yuǎn)鏡2、視覺(jué)放大率：、視覺(jué)放大率：3、分辨率：、分辨率：4、分辨率與視覺(jué)放大率：、分辨率與視覺(jué)放大率： 光學(xué)系統(tǒng)的分辨率與放大率的乘積等于眼睛的分辨率。光學(xué)系

38、統(tǒng)的分辨率與放大率的乘積等于眼睛的分辨率。四、小結(jié)四、小結(jié)oefDfD1 oo0.61sinafnu f 140 /mmD瑞利判斷：瑞利判斷：60 602.3D 工作放大率：工作放大率：02.3D 有效放大率：有效放大率：一、眼一、眼 睛睛1、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜、眼軸。角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜、眼軸。2、成像過(guò)程：、成像過(guò)程：物點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)物點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)角膜（主要成像界面）角膜（主要成像界面）折射折射; 瞳孔（孔徑光闌）瞳孔（孔徑光闌）自動(dòng)變化控制入射光能自動(dòng)變化控制入射光能; 水晶體（雙凸透鏡）水晶體（雙凸透鏡）的焦距自動(dòng)調(diào)節(jié)，使不同距離的物體都可以的焦距自動(dòng)調(diào)節(jié)

39、，使不同距離的物體都可以成像于成像于視網(wǎng)膜（像平面）視網(wǎng)膜（像平面）之上之上; 視神經(jīng)視神經(jīng)受刺激產(chǎn)生視覺(jué)。受刺激產(chǎn)生視覺(jué)。3、簡(jiǎn)化眼模型、簡(jiǎn)化眼模型 共軸光學(xué)系統(tǒng)共軸光學(xué)系統(tǒng)FFOHH2r1r角膜頂點(diǎn)角膜頂點(diǎn)視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜ff 眼睛像方焦點(diǎn)眼睛像方焦點(diǎn) 與視網(wǎng)膜重合與視網(wǎng)膜重合 基點(diǎn)基面的位置基點(diǎn)基面的位置 視軸：視軸：黃斑中心與黃斑中心與 像方節(jié)點(diǎn)的連線像方節(jié)點(diǎn)的連線第七章小結(jié) 4、眼睛的功能、眼睛的功能1）調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)水晶體：水晶體： 遠(yuǎn)、近點(diǎn)，調(diào)節(jié)能力，視度；明視距離；遠(yuǎn)、近點(diǎn)，調(diào)節(jié)能力，視度；明視距離； 近視、遠(yuǎn)視、散光眼的特征及校正。近視、遠(yuǎn)視、散光眼的特征及校正。2）適應(yīng)適應(yīng)瞳孔：瞳孔

40、：明適應(yīng)、暗適應(yīng)明適應(yīng)、暗適應(yīng)3）分辨分辨瞳孔：瞳孔： 視角、人眼的極限分辨角視角、人眼的極限分辨角4）景深）景深二、目視光學(xué)儀器二、目視光學(xué)儀器1 1、裸眼直接成像：、裸眼直接成像： 視角取決于物的大小和物距，視角取決于物的大小和物距， 而且物距必須在近點(diǎn)之外。而且物距必須在近點(diǎn)之外。e0tanyyll 視角：視角：2、眼睛、眼睛+目視光學(xué)儀器目視光學(xué)儀器： 視角可被目視光學(xué)儀器放大。視角可被目視光學(xué)儀器放大。 i0tanyyll 視角：視角： 目視光學(xué)系統(tǒng)的目視光學(xué)系統(tǒng)的視覺(jué)放大率：視覺(jué)放大率： ieyy 00tantantantanll 人眼對(duì)物體的大小的感覺(jué)，取決于人眼對(duì)物體的大小的感覺(jué)，取決于像在視網(wǎng)膜上的大小像在視網(wǎng)膜上的大??；或，或，視網(wǎng)膜上的像對(duì)眼睛光心張角（視網(wǎng)膜上的像對(duì)眼睛光心張角（視角視角