工程光學(xué)第七章典型光學(xué)系統(tǒng)(總第講)通用PPT課件

1、第七章 典型光學(xué)系統(tǒng)上篇 幾何光學(xué)與光學(xué)設(shè)計(jì)石家莊鐵道大學(xué).機(jī)械工程學(xué)院測控系.劉希太總第13講復(fù)習(xí)上一章內(nèi)容第六章 光線的光路計(jì)算及像差理論第一節(jié) 概述像差產(chǎn)生原因：孔徑：入射光線孔徑不同，成像位置也不同。視場：不同視場成像倍率不同，子午、弧矢面成像性質(zhì)也不同。像差計(jì)算的譜線選擇原則：主要取決于光能接收器的光譜特性。定義：實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)物點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像與高斯光學(xué)理想狀況的偏差。幾何像差球差：軸上點(diǎn)寬光束彗差：軸外點(diǎn)寬光束像散場曲畸變位置色差(軸向色差：波長不同會(huì)聚點(diǎn)不同)倍率色差(垂軸色差：波長不同放大率不同)單色光像差白光像差使像模糊使像變形物理光學(xué)：波象差(實(shí)際波面與理想球面波的偏差)。軸外點(diǎn)

2、細(xì)光束像差種類第二節(jié) 光線的光路計(jì)算子午面近軸光線軸上點(diǎn)(1條)過入瞳邊緣(第一近軸光線)軸外點(diǎn)(5個(gè)視場)主光線(第二近軸光線)遠(yuǎn)軸光線軸上點(diǎn)軸外點(diǎn)所選特征光線計(jì)算依據(jù)(1條)過入瞳邊緣(11個(gè)視場)，上、主、下光線高斯光學(xué)校對(duì)公式過渡公式實(shí)際光路校對(duì)公式過渡公式(含折射、反射平面)實(shí)際光路軸外點(diǎn)主光線細(xì)光束主光線子午面弧矢面計(jì)算結(jié)果球差彗差位置色差倍率色差像散場曲畸變軸外點(diǎn)球差軸外點(diǎn)波像差軸上點(diǎn)波像差垂軸像差 波色差 色差 、球色差 對(duì)有特征意義的光線進(jìn)行光路計(jì)算，比較理想光學(xué)系統(tǒng)成像情況與實(shí)際光線成像特性，研究不同視場的物點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同孔徑和不同色光的像差值。單色幾何像差總結(jié)球差孔徑函數(shù)對(duì)稱

3、性圓形的彌散斑軸向垂軸軸上點(diǎn)、寬光束成像的非同心性正、負(fù)透鏡組合某帶的球差為零利用齊明點(diǎn)特性軸外點(diǎn)小視場寬光束成像失去對(duì)稱性孔徑和視場函數(shù)彗星狀的彌散斑子午弧矢光闌位于球心處利用齊明點(diǎn)特性孔徑函數(shù)(可等暈成像)彗星狀的彌散斑正弦差彗差減小透鏡的孔徑采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)軸外點(diǎn)寬光束成像失去對(duì)稱性像散軸外點(diǎn)子午、弧矢像點(diǎn)軸向不重合寬光束細(xì)光束單折射面：光闌位于球心處利用齊明點(diǎn)特性孔徑和視場函數(shù)子午、弧矢焦線像差種類產(chǎn)生原因計(jì)算方法校正方法種類性質(zhì)/表現(xiàn)場曲子午弧矢同一視場不同孔徑光線對(duì)交點(diǎn)在沿軸方向與高斯像面偏離視場函數(shù)有像散時(shí)子午、弧矢像面不重合類球差校正畸變主光線的光路偏離正、負(fù)視場函數(shù)光闌居中對(duì)稱

4、式結(jié)構(gòu)：單個(gè)薄透鏡組：光闌與其重合像的形狀失真第三節(jié) 軸上點(diǎn)的球差三、球差的性質(zhì)和校正：正、負(fù)透鏡組合利用消球差系統(tǒng)使某帶的球差為零利用齊明點(diǎn)的特性一、球差的定義垂軸球差：光束在高斯像面不是會(huì)聚于一個(gè)像點(diǎn)，而是一圓形的彌散斑。(軸向)球差：軸上物點(diǎn)發(fā)出的同心、寬光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后不再是同心光束。二、球差性質(zhì)：球差是入射高度h1或孔徑角U1的函數(shù)；球差具有對(duì)稱性；球差反映軸上點(diǎn)的像差，與視場角無關(guān)。垂直光軸平面的軸上點(diǎn)垂直光軸平面的近軸點(diǎn)成點(diǎn)像無球差滿足正弦條件無正弦差物體位于有限遠(yuǎn)時(shí)物體位于無限遠(yuǎn)時(shí)正弦條件等暈條件有較小球差可完善成像不暈成像無正弦差滿足等暈條件成彌散斑同成像缺陷等暈成像不滿足等

5、暈條件時(shí)兩式之差為正弦差軸外點(diǎn)小視場寬光束的像差正弦差相對(duì)彗差為正弦差軸外點(diǎn)任意視場寬光束的像差彗差第四節(jié) 正弦差和彗差 正弦差和彗差都是表示軸外物點(diǎn)寬光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后失去對(duì)稱性。 正弦差僅適用于小視場，而彗差可用于任何視場。 計(jì)算正弦差時(shí)，在計(jì)算球差的基礎(chǔ)上，只需計(jì)算一條“第二近軸光線”；彗差必須對(duì)每一視場計(jì)算相對(duì)主光線對(duì)稱入射的上、下兩條光線。2、正弦差和彗差區(qū)別1、等暈條件： 實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)對(duì)軸上點(diǎn)消差后仍有剩余球差存在，不能成完善像。若剩余球差不大，可認(rèn)為像質(zhì)是好的。如果軸上點(diǎn)與近軸點(diǎn)成像缺陷相同，二者有相同的球差值，且軸外光束不失對(duì)稱，稱為等暈現(xiàn)象。第五節(jié) 像散和場曲 像散的校正：

6、使某一視場（一般是0.7視場）的像散值為零，但其它視場仍有剩余像差存在。對(duì)單個(gè)折射，沒有正弦差的物點(diǎn)位置（齊明點(diǎn)）和光闌位置（光闌在球心）也不存在像散。消像散系統(tǒng)一般由正、負(fù)透鏡適當(dāng)組合而成。一、像散：用子午細(xì)光束焦點(diǎn)和弧矢細(xì)光束焦點(diǎn)投影到光軸上的間距表示 軸外點(diǎn)發(fā)出的寬光束經(jīng)單個(gè)折射球面存在彗差。若將光闌縮到無限小，則入射光線為無限細(xì)光束，此時(shí)出射光線交于一點(diǎn)，彗差不存在，但存在像散和場曲。 存在像散時(shí)，平面物在像方會(huì)形成子午像面和弧矢像面，均為對(duì)稱于光軸的旋轉(zhuǎn)曲面，相切于理想像面與光軸的交點(diǎn)。無像散時(shí)，子午像面和弧矢像面重合。 場曲的校正通常是對(duì)細(xì)光束而言，方法與球差校正方法類似。像散和場

7、曲同時(shí)矯正的匹茲伐條件：將鏡頭使用的單鏡片數(shù)，加在各單鏡片的折射率乘以焦點(diǎn)距離的積的倒數(shù)上，它的和最好等于零，這個(gè)和叫做匹茲伐和數(shù)。二、場曲：垂直于光軸的物平面經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后成像在以光軸為對(duì)稱的彎曲表面。第六節(jié) 畸變 畸變是垂軸像差，它只改變軸外物點(diǎn)在理想像面上成像位置，不影響像的清晰度。滿足以下兩個(gè)條件的光學(xué)系統(tǒng)可以消除畸變：光闌位置的正弦條件：角放大率滿足正切條件：主光線和高斯像面交點(diǎn)的高度不等于理想像高，其差異即畸變。對(duì)稱式光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)放大率為-1時(shí)，畸變自動(dòng)消除。 對(duì)于單個(gè)薄透鏡或薄透鏡組，當(dāng)光闌與其重合時(shí)，主光線通過光闌中心，故不產(chǎn)生畸變。第七節(jié) 色差 白色物點(diǎn)不能形成白色像點(diǎn)，而成彩色

8、像斑的成像誤差。 位置色差(又稱縱向色差)：各色光所成的像位置就不同。按色光的波長由短到長，它們的像點(diǎn)離開透鏡由近到遠(yuǎn)地排列在光軸上。 橫向色差(又稱倍率色差)：由軸外物點(diǎn)不同色光的垂軸放大率不等引起。 色差的校正：單透鏡不能校正色差，單正透鏡具有負(fù)色差，單負(fù)透鏡具有正色差，色差的大小與光焦度成正比，與阿貝數(shù)成反比，與結(jié)構(gòu)形狀無關(guān)，故消色差的光學(xué)系統(tǒng)需由正負(fù)透鏡組成。 第八節(jié) 波像差 從物點(diǎn)發(fā)出的波面經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后，其出射波面應(yīng)是球面，而實(shí)際波面與其存在一定偏差。當(dāng)實(shí)際波面與理想波面在出瞳處相切時(shí)，兩波面間的光程差即波像差。 波像差也是孔徑的函數(shù)，幾何像差越大波像差也越大。對(duì)軸上物點(diǎn)，單色光

9、的波像差與球差有如下關(guān)系： 波像差越小系統(tǒng)的成像質(zhì)量也越好。瑞利判斷法認(rèn)為，光學(xué)系統(tǒng)的最大波像差小于四分之一波長時(shí)，其成像可認(rèn)為是完善的，顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量即按此要求設(shè)計(jì)。 本章主要內(nèi)容 眼睛及其光學(xué)系統(tǒng) 放大鏡 顯微鏡系統(tǒng) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng) 目鏡 投影系統(tǒng) 變焦距光學(xué)系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算 第七章典型光學(xué)系統(tǒng)掌握正常眼、近視眼和遠(yuǎn)視眼的定義和特征，校正非正常眼的方法。視覺放大率的概念、表達(dá)式及其意義，與光學(xué)系統(tǒng)角放大率的異同點(diǎn)。了解放大鏡、顯微鏡系統(tǒng)、望遠(yuǎn)系統(tǒng)和攝影等系統(tǒng)組成、成像關(guān)系、照明方式、光束限制、視覺放大率公式、分辨率、景深等。基本要求第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng) 一、眼睛的結(jié)構(gòu)與

10、功能 1.結(jié)構(gòu)：眼睛結(jié)構(gòu)包括角膜、前室(水狀液)、水晶體和后室(玻璃體)、視網(wǎng)膜、瞳孔、黃斑、脈絡(luò)膜、鞏膜、黃斑和盲點(diǎn)。 2.眼睛的成像 人眼的結(jié)構(gòu)類似一個(gè)攝影系統(tǒng)，角膜相當(dāng)于一個(gè)凸凹鏡，前室亦如此，水晶體相當(dāng)于一個(gè)雙凸鏡。物點(diǎn)在視網(wǎng)膜上形成一個(gè)倒立的實(shí)像，但這一倒像的感覺經(jīng)神經(jīng)系統(tǒng)的作用，給人以正像的視覺。 眼睛的物方和像方焦距不相等： f=-17.1mm f=22.8mm 在調(diào)焦范圍內(nèi)，-f=14.217.1mm f=18.9 22.8mm幾點(diǎn)說明：（1）眼軸和視軸眼軸(光軸)：眼睛各成像元件曲面中心的連線。視軸：眼睛的“中心凹”處與晶狀體像方節(jié)點(diǎn)的連線。人眼的視場可達(dá)150,但只有視軸附

11、近6-8 的區(qū)域能成清晰像;當(dāng)眼睛注視物體時(shí)，物體被自動(dòng)瞄準(zhǔn)在視軸上。眼睛的調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)肌肉晶狀體曲率焦距 虹膜起著孔徑光闌的作用，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入人眼的光能，它有一定范圍（=2 8mm）若外界光很強(qiáng)，使=2mm時(shí)仍然使人無法適應(yīng)，就很容易使視網(wǎng)膜造成傷害。 直視太陽或正視激光束能在視網(wǎng)膜上燒成一盲斑，使人在觀看任何景象時(shí)，總有一塊或數(shù)塊區(qū)域是黑斑。 3.眼睛的光學(xué)參數(shù) 介質(zhì)折射率：n=1.3333 折射面半徑：r1=5.77mm 物方焦距：f-17mm 像方焦距：f 23mm 光焦度：D=58.48(1/m) 網(wǎng)膜半徑：r2=9.7mm二、眼睛的調(diào)節(jié)及校正 遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)：眼睛自動(dòng)調(diào)焦可能看清的最

12、遠(yuǎn)的點(diǎn)稱為遠(yuǎn)點(diǎn)，所能看清的最近的點(diǎn)稱為近點(diǎn)。遠(yuǎn)點(diǎn)（近點(diǎn)）到眼睛物方主點(diǎn)的距離稱為遠(yuǎn)點(diǎn)（近點(diǎn)）距離。 1、眼睛的調(diào)節(jié)：眼睛成像系統(tǒng)對(duì)任意距離的物體自動(dòng)調(diào)焦的過程。 2、眼睛的調(diào)節(jié)能力： f的變化范圍是18mm23mm。 眼睛的調(diào)節(jié)能力表示能清晰調(diào)焦的極限距離范圍。 其中，lr、lp分別為遠(yuǎn)點(diǎn)距離和近點(diǎn)距離； R1lr，1lp為遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)的發(fā)散度（或會(huì)聚度）；單位為折光度（或稱屈光度）。調(diào)節(jié)能力隨年齡增大而減少年齡1020304050607080-7-10-14-22-40-200100402008040141074.52.510.250明視距離：在閱讀時(shí)，或眼睛通過目視光學(xué)儀器觀測物像時(shí)，為了工

13、作舒適，習(xí)慣上把物或像置于眼前250mm處，稱作明視距離。 3、非正常眼及其校正 正常眼和反常眼 正常眼：眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)在無限遠(yuǎn)，眼睛光學(xué)系統(tǒng)的后焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜上。 反常眼：眼睛光學(xué)系統(tǒng)的后焦點(diǎn)不在視網(wǎng)膜上。 近視眼和遠(yuǎn)視眼（老花眼） 近視(遠(yuǎn)視)眼：遠(yuǎn)點(diǎn)位于眼前(眼后)有限距離 散光：散光度AST：ASTR1R2 視度：遠(yuǎn)點(diǎn)距離lr（單位為m）的倒數(shù)表示近視眼或遠(yuǎn)視眼的程度，稱為視度，單位為折光度（或屈光度）。通常醫(yī)院和眼鏡店把一折光度稱作100度。焦點(diǎn)在網(wǎng)膜后，眼球偏短，遠(yuǎn)點(diǎn)在眼后有限遠(yuǎn) .矯正應(yīng)配戴負(fù)透鏡 焦點(diǎn)在網(wǎng)膜前，眼球偏長，遠(yuǎn)點(diǎn)在眼前有限遠(yuǎn). 矯正應(yīng)配戴正透鏡 近視眼 遠(yuǎn)視眼 散光斜視

14、折射面曲率異常，兩個(gè)互相垂直的方向有不同的焦距. 矯正應(yīng)配戴圓柱面或雙心圓柱面透鏡水晶體位置不正或折射面曲率異常 矯正應(yīng)配戴光楔 三、眼睛的輻射接收作用 視網(wǎng)膜：由錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞組成，兩種細(xì)胞各有不同的任務(wù)； 桿狀細(xì)胞：對(duì)光刺激極敏感，但完全不感色； 錐狀細(xì)胞：感光能力差，但它們能對(duì)各色光有不同的感受。 適應(yīng)：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)和暗適應(yīng)：由暗處進(jìn)入亮處，瞳孔自動(dòng)縮小；由亮處進(jìn)入暗處，瞳孔自動(dòng)放大。 四、眼睛的分辨率 1、眼的分辨能力：眼能夠分辨最靠近兩相鄰點(diǎn)的能力稱為眼的分辨能力，或視覺敏銳度。 2、視角：物體對(duì)人眼的張角稱作視角。 3、視角鑒別率： 良好照明時(shí)

15、，人睛能分辨的物點(diǎn)間最小視角稱為視角鑒別率。在眼睛沒有調(diào)節(jié)的松弛狀態(tài)下，f23mm，可得： 60（相鄰兩視神經(jīng)細(xì)胞對(duì)物點(diǎn)張角） 若把眼睛看作理想光學(xué)系統(tǒng)，則由140D(D為入瞳),當(dāng)D2mm時(shí)，70，當(dāng)瞳孔直徑增大時(shí)，眼睛光學(xué)系統(tǒng)的像差增大，分辨能力隨之減少。 由于眼睛具有較大色差，視角分辨隨光譜而異，連續(xù)光譜中間部分的視角鑒別率高于紅光和紫光部分的鑒別率。 4、視角敏銳度：視角敏銳度五、眼睛的對(duì)準(zhǔn)精度 對(duì)準(zhǔn)：判斷一個(gè)平面上一條直線與另一條直線是否重合的能力。 對(duì)準(zhǔn)形式及其對(duì)準(zhǔn)誤差：對(duì)準(zhǔn)是指是垂直于視場方向上的重合或置中過程。對(duì)準(zhǔn)后，偏離置中或重合的線距離或角距離稱為對(duì)準(zhǔn)精度。 人眼的瞄準(zhǔn)精度

16、比分辨本領(lǐng)高；分辨本領(lǐng)越高，瞄準(zhǔn)精度越高。對(duì)準(zhǔn)精度隨所取的標(biāo)志而異。 30至6010至20105六、眼睛的景深 定義：當(dāng)眼睛調(diào)焦在某一對(duì)準(zhǔn)平面時(shí)，不必調(diào)節(jié)能同時(shí)看清對(duì)準(zhǔn)平面前和平面后某一距離的物體，稱眼睛的景深。 眼睛調(diào)焦在無限遠(yuǎn)時(shí) 七、雙目立體視覺 單目視覺：單眼觀察空間物體不能產(chǎn)生立體視覺。人們往往據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在大腦中把一個(gè)熟悉的物體的平面像想象成一個(gè)空間物體。 用單眼判讀物體的遠(yuǎn)近，是利用眼睛的調(diào)節(jié)變化所產(chǎn)生的感覺。因水晶體的曲率變化很小，故判讀極為粗略。一般單目判讀距離不超過5m。 雙目立體視覺：同一物體在左右兩眼中分別產(chǎn)生一個(gè)像，這兩個(gè)像在視網(wǎng)膜上的分布只有適合某些幾何條件時(shí)才可以產(chǎn)生單

17、一視覺，即兩眼的視覺匯合到大腦中成為一個(gè)像，這種印象是出自心理和生理的。視差角：兩視軸間夾角 。視覺基線：兩眼節(jié)點(diǎn)連線，長度為b。圖7-6 雙目觀察物體圖7-7 雙目立體視角視差：不同距離物體對(duì)應(yīng)不同視場角，其差異稱立體視差 。體視銳度：人眼能分辨的極限視差 。大約為10”，經(jīng)訓(xùn)練可達(dá)5”到3”。立體視覺半徑：人眼能分辨最大距離。立體視覺閾：雙眼能分辨最短深度距離。第二節(jié)放大鏡1、目視光學(xué)儀器的基本工作原理：物體通過儀器，其像對(duì)人眼的張角大于人眼直接觀察物體時(shí)對(duì)人眼的張角。一、視覺放大率2、視覺放大率：用儀器觀察物體時(shí)視網(wǎng)膜上的像高 與用人眼直接觀察物體時(shí)視網(wǎng)膜上的像高 之比，用 表示：二、放

18、大鏡成像原理和視覺放大率眼瞳圖7-8 放大鏡成像原理使用放大鏡的視角:視覺放大率：由垂軸放大倍率公式：裸眼直接觀察時(shí)，物置于明視距離處，視角：眼瞳兩種特殊情況 正常視力的眼睛一般調(diào)焦在明視距離，即虛像位于眼前250mm處：若眼睛緊靠著放大鏡：說明：焦距一般用毫米作單位，常用放大鏡倍率:2.525 。 原則上焦距越短放大倍率越高,但因受限于像差單透鏡放大率不超過3。倍率較大的放大鏡由組合透鏡組成。 當(dāng)眼睛調(diào)焦在無限遠(yuǎn)：物體放在放大鏡的前焦點(diǎn)上虛像平面場闌出瞳KD=1KD=0.5KD=0孔徑光闌：眼睛瞳孔視場光闌：放大鏡框漸暈光闌：放大鏡本身漸暈與視場角三、光束限制和線視場漸暈系數(shù)分別為100%、

19、50%和0%時(shí)像方視場角：圖7-9 放大鏡的光束限制眼瞳放大鏡的視場通常用線視場2y表示。當(dāng)物面放在放大鏡前焦平面上時(shí)，像平面在無限遠(yuǎn)。對(duì)50%漸暈的線視場： 放大鏡倍率越大，其線視場越小。圖7- 10 放大鏡的視場角 為了觀察微小物體的具體細(xì)節(jié)，常用顯微鏡。顯微鏡是由兩片正透鏡組成，即物鏡和目鏡。 顯微鏡實(shí)質(zhì)上是一組合放大鏡。物鏡將物成放大的實(shí)像，此實(shí)像再經(jīng)目鏡成放大的虛像，供人眼觀察。 第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng) 一、顯微鏡的視覺放大率圖2-32顯微鏡系統(tǒng)物體在明視距離處：物鏡垂軸放大率與目鏡視覺放大率的積。一、顯微鏡的視覺放大率顯微鏡組合系統(tǒng)其焦距： 等于放大鏡眼睛調(diào)焦在無限遠(yuǎn)時(shí)的視覺放大率，說

20、明顯微鏡是組合的放大鏡。圖7- 11 顯微鏡成像原理 通用顯微鏡其共軛距和機(jī)械筒長是固定的。共軛距大約為180mm。生物顯微鏡在我國為195mm。機(jī)械筒長為160mm、170mm和190mm等，我國為160mm。 物鏡和目鏡可根據(jù)倍率要求而更換。機(jī)械筒長：把顯微鏡的物鏡和目鏡取下后，所剩的鏡筒長度。顯微鏡共軛距：物平面到像平面距離。顯微鏡設(shè)計(jì)中的規(guī)定參數(shù)：常用的物鏡倍率：4x、 10 x、 40 x和100 x常用的目鏡倍率：5x、10 x和15x二、顯微鏡的線視場 目鏡一定( )時(shí)，視覺放大率越大，物空間的線視場越小。三、顯微鏡的出瞳直徑 顯微鏡物鏡是多片鏡組，在其像方焦面上，設(shè)置孔徑光闌，

21、該光闌經(jīng)目鏡系統(tǒng)所成的像即為顯微鏡的出瞳。 顯微鏡的數(shù)值孔徑：NAnsinu 出瞳直徑D：D500NA/四、顯微鏡的分辨率和有效放大率 顯微鏡的分辨率：以能分辨的物方兩點(diǎn)間最短距離來表示。由瑞利判斷公式： 道威判斷公式：0.85a/0.5/NA 理想分辨率：瑞利分辨率標(biāo)準(zhǔn)是比較保守的，因此通常以道威判斷給出的分辨率值作為光學(xué)系統(tǒng)的目視衍射分辨率，或稱作理想分辨率。 有效放大率：滿足下式的視覺放大率 公式：500NA1000NA五、顯微鏡的景深 定義：人眼通過顯微鏡調(diào)焦在某一平面（對(duì)準(zhǔn)平面）上時(shí)，在對(duì)準(zhǔn)平面前和后一定范圍內(nèi)物體也能清晰成像，能清晰成像的遠(yuǎn)、近物平面之間的距離稱作顯微鏡的景深。 a

22、）透射光亮視場照明 d）反射光暗視場照明b）反射光亮視場照明c）透射光暗視場照明六、顯微鏡的照明方法（一）照明分類暗視場照明，進(jìn)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。 生物顯微鏡多為透明標(biāo)本，常用透射光亮視場照明。其照明方式又分為兩種，即臨界照明和柯勒照明。 臨界照明：將光源的像經(jīng)過“聚光鏡” 投影于物面上；缺點(diǎn)：光源的不均勻性會(huì)影響顯微鏡的觀察效果?？吕照彰鳎簩⒐庠吹南窠?jīng)過“聚光鏡” 投影于物面上； 柯勒照明是“窗對(duì)瞳、瞳對(duì)窗”；七、顯微鏡的物鏡低倍物鏡中倍物鏡高倍物鏡浸液物鏡復(fù)消色差物鏡平視場復(fù)消色差物鏡 齊明透鏡 浸液 望遠(yuǎn)鏡的組成：物鏡、目鏡及光路轉(zhuǎn)折和轉(zhuǎn)像用的

23、反射棱鏡等。第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)特點(diǎn)：物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光學(xué)間隔=0； 系統(tǒng)的焦點(diǎn)、主點(diǎn)都在無窮遠(yuǎn)處，屬于無焦系統(tǒng)； 系統(tǒng)的總長為第一光組的像方焦距與第二光組的物方焦距的和。一、望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)開普勒(Kepler)望遠(yuǎn)鏡：物鏡、目鏡皆為凸鏡即 ， 。二、分類伽利略(Calileo)望遠(yuǎn)鏡: 物鏡為凸鏡，目鏡為凹鏡即 ， 。1、折射式：用透鏡作物鏡的望遠(yuǎn)鏡。分為兩種類型：1、開普勒望遠(yuǎn)鏡圖7-17 開普勒望遠(yuǎn)鏡成像原理望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率： 望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率與物體位置無關(guān)。欲增大視覺放大率，必須增大物鏡的焦距或減少目鏡的焦距，但目鏡的焦距不得小于6mm。 Kepler望遠(yuǎn)鏡成倒像，常

24、用一個(gè)透鏡或棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)像。同時(shí)可以在物鏡和目鏡中間成實(shí)像的焦平面位置放置分劃板進(jìn)行瞄準(zhǔn)或測量。常見的有棱鏡雙筒望遠(yuǎn)鏡，因它鏡簡短、視野大，攜帶方便，常用于軍事和野外考察。2、伽利略望遠(yuǎn)鏡圖7-19 伽利略望遠(yuǎn)鏡 Calileo望遠(yuǎn)鏡成正立像，無需進(jìn)行轉(zhuǎn)像，但因其在物、目鏡之間不存在實(shí)像，故不能安裝分劃板，應(yīng)用較少。倒置后可用于門鏡。 因單透鏡物鏡色差和球差都相當(dāng)嚴(yán)重，折射望遠(yuǎn)鏡常用兩塊或兩塊以上的透鏡組作物鏡，以雙透鏡物鏡應(yīng)用最普遍。它由相距很近的一塊冕牌玻璃制成的凸透鏡和一塊火石玻璃制成的凹透鏡組成，可使紅藍(lán)兩色的影像聚在同一焦點(diǎn)上以消除位置色差。這類鏡頭影像外圍仍有一個(gè)很淡紫色的光

25、暈。 口徑小于8厘米的雙透鏡物鏡可將兩塊透鏡膠合在一起，稱雙膠合物鏡，留有一定間隙未膠合的稱雙分離物鏡。 由于折射望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量比反射望遠(yuǎn)鏡好，視場大，使用方便，易于維護(hù)，中小型天文望遠(yuǎn)鏡及許多專用儀器多采用折射系統(tǒng)，但大型折射望遠(yuǎn)鏡制造起來比反射望遠(yuǎn)鏡困難得多，所以大口徑望遠(yuǎn)鏡都采用反射式。2、反射式反射望遠(yuǎn)鏡是利用一塊鍍了金屬(通常是鋁)的凹面玻璃聚焦,由于焦點(diǎn)在鏡前,所以必須在物鏡焦點(diǎn)之前用另一塊鏡將影像反射出鏡筒外,再用目鏡放大。 、折反射望遠(yuǎn)鏡這是一類同時(shí)利用折射與反射原理的望遠(yuǎn)鏡，是1930 年由施密特(Schmidt)發(fā)明用作天文攝影。主要是利用一球面凹鏡作為主鏡以消除彗形像差

26、，同時(shí)利用一非球面透鏡放于主鏡前適當(dāng)位置作為矯正鏡以矯正主鏡的球差。 三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及工作放大率1、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率像空間折射率：根據(jù)道威判斷：根據(jù)瑞利判斷： 極限分辨角 入瞳直徑越大，望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角越小，分辨率越高。 工作放大率：按最小視覺放大率觀察物體會(huì)使眼睛感動(dòng)疲勞，故取最小視覺放大率的2.3倍：2、視覺放大率和分辨率的關(guān)系 望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角經(jīng)視覺放大后，要滿足人眼極限分辨角的要求。人眼的極限分辨角：1= 60望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角：人眼視覺放大率與分辨率關(guān)系： 上式求得的是滿足分辨要求的最小視覺放大率，即有效(正常)放大率。 孔徑光闌：物鏡框，也是入瞳，出瞳在目鏡外面與人眼重合

27、。 漸暈光闌：目鏡框，允許有50%的漸暈。 視場光闌：物鏡的后焦平面上放置的分劃板。 Kepler望遠(yuǎn)鏡的物方視場角滿足：tany/f0 式中y是視場光闌半徑，即分劃板半徑。 視場角：視場2一般不超過15。須使眼瞳位于出瞳處才能觀察到全視場。四、望遠(yuǎn)鏡的視場1、Kepler望遠(yuǎn)鏡的視場 孔徑光闌：人眼的瞳孔，也是系統(tǒng)的出瞳。 視場光闌：物鏡框，望遠(yuǎn)鏡的入射窗。 漸暈：視場光闌不與物面或像面重合，對(duì)大視場一般存在漸暈現(xiàn)象。圖7-20 Calileo望遠(yuǎn)鏡的光束限制2、Calileo望遠(yuǎn)鏡的視場 每副雙筒望遠(yuǎn)鏡都標(biāo)有一組數(shù)字如 7x50之類。雙筒望遠(yuǎn)鏡規(guī)格上的第一個(gè)數(shù)字 7 就是倍率，第二個(gè)數(shù)字

28、50 就是指鏡頭直徑。 雙筒望遠(yuǎn)鏡手冊(cè)上有數(shù)據(jù)367feet1000yards或120m1000 m等，代表透過目鏡看1000 碼(或1000公尺)遠(yuǎn)的風(fēng)景，你視野上能看見的有多寬。天文學(xué)家用度數(shù)來度量視野，一度相當(dāng)兩倍滿月的直徑，七度等于十四個(gè)滿月的的直徑。高倍機(jī)型看到的天空較小(3到5度)，廣角機(jī)型就看得較多(8到10度)。 補(bǔ)充內(nèi)容許多雙筒望遠(yuǎn)鏡手冊(cè)上有一個(gè)規(guī)格叫射出瞳孔，它是光線從目鏡里射出來的寬度，可用口徑(單位mm)除以倍率來算射出瞳孔。如7x50 型就有50/7(7mm) 的射出瞳孔。所有7x50機(jī)型射出瞳孔都是7mm；所有7x42機(jī)種射出瞳孔都是6mm。因人類瞳孔頂多能擴(kuò)大到7

29、mm，很多用于天文的雙筒望遠(yuǎn)鏡都是7mm射出瞳孔。所有用來應(yīng)付低光度環(huán)境的雙筒望遠(yuǎn)鏡都有7mm射出瞳孔，包括7x50、8x56、9x63、10 x70及11x80等機(jī)型。年紀(jì)大的人眼睛瞳孔張不了那么開，三十歲出頭的人的最大瞳孔約6mm。超過四十歲就掉到約4.5mm至5mm之間。年紀(jì)大一點(diǎn)的人，雙筒望遠(yuǎn)鏡的射出瞳5mm或6mm是較好的選擇，這些機(jī)型包括暢銷的7x42及10 x50。 射出瞳孔(exit pupil) 雙筒望遠(yuǎn)鏡機(jī)體里包含了一組合成棱鏡，能折射光路使成像正立。雙筒望遠(yuǎn)鏡可區(qū)分成兩個(gè)陣營-Porro棱鏡系及Roof棱鏡系。Porro棱鏡系有字或字型外觀，Roof棱鏡系則是直筒型。Po

30、rro棱鏡機(jī)型一般比Roof棱鏡機(jī)型要來得便宜。天文用途上多采用Porro棱鏡機(jī)型。棱鏡系(Prisms) 鍍膜可以提高光線的穿透率并減少內(nèi)面反射 及鏡面閃光。雙筒望遠(yuǎn)鏡所有的鏡片含棱鏡都會(huì)鍍上多層膜，光線的折損會(huì)降到很小的五個(gè)百分比。多層鍍膜鏡片看起來會(huì)比較暗，顏色呈現(xiàn)綠色或暗紫紅色。鍍膜 (Coatings）良視距 (Eye Relief) 指眼睛須要多靠近接目鏡才能清楚看見整個(gè)視野的距離。良視距的數(shù)據(jù)對(duì)近視的眼鏡族而言更形重要。與普通人相比，戴眼鏡欲看清完整的視眼至少須要14mm到15mm的良視距。 第五節(jié) 目鏡 望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等目視光學(xué)儀器的組成部分，由若干個(gè)透鏡組合而成，有較大的視場

31、和視角放大率，作用類似于放大鏡，把物鏡所成的像放大在人眼的遠(yuǎn)點(diǎn)或明視距離以供觀察。接近觀察物的透鏡稱場鏡，接近眼睛的透鏡稱接目鏡。 視場角：2，相對(duì)鏡目距：P/f e，工作距離：lF 目鏡的視場： tgtg一般目鏡的視場角為400-500，廣角目鏡的視場可達(dá)600-800。鏡目距：出瞳到目鏡后表面的距離。相對(duì)鏡目距：鏡目距與目鏡焦距之比P/f e 。工作距離：目鏡第一面的頂點(diǎn)到物方焦平面的距離。2、目鏡主要光學(xué)參數(shù)：1、目鏡作用 惠更斯目鏡（圖7-21）：由兩個(gè)凸面均朝向物方的平凸透鏡組成，向場鏡L1和接目鏡L2的焦距之比f1f231，為消除軸色差，兩者相距d(f1f2)2，整個(gè)系統(tǒng)的物方焦點(diǎn)F位于兩透鏡之間。前方系統(tǒng)成的像P位于目鏡物方焦面F上，對(duì)向場鏡L1來說它是虛物。L1將此虛物成實(shí)像P，它恰好位于接目鏡L2的物方焦面F2上，經(jīng)L2進(jìn)一步成像于無窮遠(yuǎn)?；莞鼓跨R的特點(diǎn)是所觀察的像必須位于兩透鏡之間，故不能當(dāng)放大鏡使用。惠更斯目鏡有較大的視場角，顯微鏡中常使用這種目鏡。