工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件

第七章典型光學(xué)系統(tǒng)

第二節(jié) 放大鏡第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)第四節(jié) 望遠鏡系統(tǒng)第一節(jié) 眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)目視光學(xué)系統(tǒng)第五節(jié)目鏡第七章典型光學(xué)系統(tǒng)第二節(jié) 放大鏡第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)調(diào)節(jié)肌第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)

2、角膜(Cornea)：眼球前突出的透明球面膜，r≈8mm，n≈1.38；

——主要折射成像界面(角膜—空氣)1、鞏膜：包圍眼球的白色不透明外層，D≈25mm.眼球橫切面一、眼睛(Eyes)的結(jié)構(gòu)3、前室：角膜后水晶體前的空間，充滿透明水狀液n=1.336。調(diào)節(jié)肌第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)2、角膜(Cornea)：調(diào)節(jié)肌5、虹膜：脈絡(luò)膜前方的彩簾（水晶體前），眼球前的顏色。8、后室：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：鞏膜內(nèi)側(cè)、視網(wǎng)膜外側(cè)包圍的黑色膜層，吸收從視網(wǎng)膜透過的光線，把后室變?yōu)榘凳摇?、瞳孔(Pupil)：虹膜中央圓孔，孔徑光闌，限制進入人眼光通量，D≈2～8mm.7、水晶體(Crystallinelens)

：雙凸透鏡★調(diào)節(jié)肌作用改變水晶體曲率(焦距)，不同距離物均成像于視網(wǎng)膜。★自外層至內(nèi)層的折射率n逐漸增大（1.37→1.41）——校正像差調(diào)節(jié)肌5、虹膜：脈絡(luò)膜前方的8、后室：水晶體后、由視網(wǎng)膜包(3)盲斑（點）：視神經(jīng)的出口，無感光細胞。視網(wǎng)膜的像被傳輸至大腦形成視覺。輻射接收器桿狀細胞：對光刺激極敏感，感光（明暗視覺）錐狀細胞：感色（色視覺）9、視網(wǎng)膜(Retina)：后室內(nèi)壁、連接脈絡(luò)膜的一薄膜，由神經(jīng)細胞和神經(jīng)纖維構(gòu)成。

——感光和成像的位置。調(diào)節(jié)肌黃斑(Macula)：視網(wǎng)膜中部、黃色橢圓形區(qū)域。

中心凹：黃斑點中心D≈0.25mm區(qū)域，密集感光細胞，視覺最靈敏。(3)盲斑（點）：視神經(jīng)的出口，無感光細胞。視網(wǎng)膜的像被輻二、眼睛——共軸光學(xué)系統(tǒng)2、視軸：黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)像方節(jié)點的連線。

——眼球轉(zhuǎn)動，使視軸對準(zhǔn)觀察物體并成像于黃斑上，視覺最清晰。1、成像過程：——折射球面：外界光線經(jīng)角膜折射

——孔徑光闌：瞳孔自動調(diào)節(jié)直徑控制入射光能

——變焦系統(tǒng)：水晶體自動調(diào)節(jié)，保證成像于視網(wǎng)膜上

——成像面：視網(wǎng)膜3、視場(角度)水平視場約達150°垂直視場約達130°最清晰的視場范圍：視軸周圍6°～8°二、眼睛——共軸光學(xué)系統(tǒng)2、視軸：黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)像方3、簡化眼模型角膜頂點視網(wǎng)膜眼睛像方焦點與視網(wǎng)膜重合3、簡化眼模型角膜頂點視網(wǎng)膜眼睛像方焦點與視網(wǎng)膜重合4、物體經(jīng)眼睛成像于視網(wǎng)膜★視角ω

：★人眼對物體大小的感覺，取決于像在視網(wǎng)膜上的大??；或，視網(wǎng)膜上的像對眼睛光心張角（視角）的大小?！镆暯侨Q于物的大小和物距，但是物距必須在近點之外。視角大小超過人眼極限分辨角的物體細節(jié)，才可被分辨。★眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點、主點近似看做重合的位置。

（進一步簡化）4、物體經(jīng)眼睛成像于視網(wǎng)膜★視角ω：★人眼對物體大小的三、眼睛的調(diào)節(jié)及校正1、調(diào)節(jié)：眼睛成像系統(tǒng)對任意距離物體成像時，通過改變水晶體曲率達到自動調(diào)焦的過程?！锬芮逦{(diào)焦的極限距離：遠點(farpoint)距離lr近點(nearpoint)距離lp遠點lr(調(diào)節(jié)肌完全放松)近點lp(調(diào)節(jié)肌最大收縮，曲率半徑最小)幼年∞-7～-8cm青中年∞-14→-40cm（明視距離-25cm）老年+200→+40cm約-200cm三、眼睛的調(diào)節(jié)及校正1、調(diào)節(jié)：眼睛成像系統(tǒng)對任意距離物體成★遠點發(fā)散度（會聚度）：★近點發(fā)散度（會聚度）：★眼睛的調(diào)節(jié)能力：眼睛的視度★眼睛的視度(diopter)：通常所說的眼鏡度數(shù)為對應(yīng)視度數(shù)值×100?！镞h點發(fā)散度（會聚度）：★近點發(fā)散度（會聚度）：★眼睛2、非正常眼睛及其矯正1）近視眼：無窮遠物點成像于視網(wǎng)膜之前，遠點為有限遠。加正透鏡(焦距與近點重合)將近點校正到明視距離2）遠視眼：無窮遠物點成像于視網(wǎng)膜之后；

近點變遠，非明視距離。加負透鏡(焦距與遠點重合)將遠點校正到無窮遠50歲之后，老花眼！Myopia/NearsightednessHyperopia/Farsightedness所配眼鏡的焦距與遠點距離相等2、非正常眼睛及其矯正1）近視眼：無窮遠物點成像于視網(wǎng)膜之前遠點為-2m的近視眼，所需眼鏡的光焦度為-0.5D，即50度。光焦度近點在眼前1.25m處，應(yīng)配多少度的眼鏡？光焦度將近點校正到250mm處：遠點為-2m的近視眼，所需眼鏡的光焦度為-0.5D，即50度手術(shù)治療（4）白內(nèi)障：水晶體變?yōu)闇啙岫煌该?。?）散光眼(Astigmatism)：

★原因：角膜、或水晶體（兩表面）不對稱，是非球面造成.此時，眼軸上的物點對應(yīng)有兩條像線，眼睛在兩個對稱主截面上的焦距不同，即遠點距離不同。像散導(dǎo)致不同方向的線條不能同時看清。視度★眼睛的散光度：圓柱面透鏡可校正散光手術(shù)治療（4）白內(nèi)障：水晶體變?yōu)闇啙岫煌该鳌＃?）散光眼((5)斜視:水晶體位置不正或折射面曲率異常矯正應(yīng)配戴光楔

(5)斜視:水晶體位置不正或折射面曲率異常四、眼睛的適應(yīng)能力

★適應(yīng)：眼睛對周圍空間光亮情況的自動適應(yīng)程度。明適應(yīng)：從暗處到亮處——瞳孔自動縮小暗適應(yīng)：從亮處到暗處——瞳孔自動增大五、眼睛的分辨率

★眼睛的分辨能力：人眼能分開最靠近兩個相鄰點的距離.★眼睛的極限分辨角：剛能分辨開的兩點對人眼的張角，即人眼最小的視角?！镆暯牵何矬w對人眼的張角。1、概念四、眼睛的適應(yīng)能力眼睛的分辨率與視網(wǎng)膜上兩像點距離及視覺細胞的直徑大小有關(guān)

眼睛分辨率眼睛的分辨率與視網(wǎng)膜上兩像點距離及視覺細胞的直徑大小有關(guān)補充：根據(jù)瑞利判據(jù)計算理想光學(xué)系統(tǒng)分辨率（波動性）2、人眼的分辨能力⑴極限分辨角：白天的瞳孔直徑D=2mm對應(yīng)于視網(wǎng)膜上極限分辨距離：0.006mm

約為兩個視神經(jīng)細胞直徑，超過該距離的兩像點可被分辨.★通常認(rèn)為，白天人眼的極限分辨角：★

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。補充：根據(jù)瑞利判據(jù)計算理想光學(xué)系統(tǒng)分辨率（波動性）2、人眼的六、眼睛的對準(zhǔn)精度

★對準(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。★對準(zhǔn)：垂直于視軸方向上的重合或置中過程。

雙線端部對準(zhǔn)單線誤差±10″叉線對準(zhǔn)單線誤差±10″兩實線對準(zhǔn)誤差±60″單線置中誤差±10″~±

20″六、眼睛的對準(zhǔn)精度★對準(zhǔn)誤差（人眼的瞄準(zhǔn)精度）★對準(zhǔn)：七、眼睛的景深

2、遠景、近景平面上的物點——視網(wǎng)膜上的像為彌散斑對準(zhǔn)近景遠景眼瞳Dp1、調(diào)焦（對準(zhǔn)）平面上的物點——視網(wǎng)膜上的點像若彌散斑可看作一像點，則要求其對人眼張角小于極限分辨角。七、眼睛的景深2、遠景、近景平面上的物點——視網(wǎng)膜上的像為八、雙目立體視覺工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件ABb2a2a1b1lb1,視差角Aa1a2Aa1a2ABb2a2a1b1lb視覺基線ABb2a2a1b1lb1,視差角Aa1a2Aa1a2ABb2,視差、體視銳度視差越大，兩物體的縱向深度越大，反之越小視差：體視銳度：2,視差、體視銳度視差越大，兩物體的縱向深度越大，反之越小視3,體視半徑體視半徑：人眼能辨別遠近的最大距離說明：并不是在體視半徑內(nèi)所有的情況下人眼都能產(chǎn)生立體的感覺3,體視半徑體視半徑：人眼能辨別遠近的最大距離說明：并不是4,立體視覺閾人眼能夠分辨兩個點間的最短深度距離怎樣才能有好的立體視覺？4,立體視覺閾人眼能夠分辨兩個點間的最短深度距離怎樣才能有要有更好的立體視覺，即增大體視半徑，減小體視閾值，怎樣實現(xiàn)？

可以借助光學(xué)儀器增大基線長，減小體視銳度值。如利用雙簡棱鏡望遠鏡

要有更好的立體視覺，即增大體視半徑，減小體視閾值，怎樣實現(xiàn)？對焦你的雙眼到圖片后面，把頂部的二點成像成4個點，然后再慢慢改變對焦距離來把中間的兩點重合，也就是眼中出現(xiàn)三個點的時候，觀察出圖片中包含的立體圖像對焦你的雙眼到圖片后面，把頂部的二點成像成4個點，然后再慢慢小結(jié)1、眼睛的結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜2、簡化眼模型3、眼睛的調(diào)節(jié)——水晶體遠、近點，調(diào)節(jié)能力，視度，近視、遠視、散光眼及校正4、眼睛的適應(yīng)——瞳孔：明適應(yīng)、暗適應(yīng)5、眼睛的分辨率——瞳孔

視角、極限分辨角、視網(wǎng)膜上最小的分辨距離6、眼睛的對準(zhǔn)精度、景深7、眼睛的立體視覺小結(jié)1、眼睛的結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜一、理想光學(xué)系統(tǒng)成像★兩物點的間距逐漸變小時，對應(yīng)像點的位置變化：

(a)(b)(c)補充1：系統(tǒng)的分辨率★系統(tǒng)的分辨率：光學(xué)系統(tǒng)能分開兩個像點的最小距離。一、理想光學(xué)系統(tǒng)成像★兩物點的間距逐漸變小時，對應(yīng)像點的位：等亮度的兩個物點，其一衍射圖樣的中央極大與另一衍射圖樣的第一級極小重合時，認(rèn)為剛好能分辨這兩個物點。二、瑞利判據(jù)——能分辨的兩個等亮度點間的距離對應(yīng)于艾里斑半徑。無限遠物點被理想光學(xué)系統(tǒng)成衍射圖案：——能分辨的二點間的最小角距離

第一暗環(huán)半徑對出瞳中心的張角：：等亮度的兩個物點，其一衍射圖樣的中央補充2：目視光學(xué)儀器眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點,主點近似看做重合的位置一、裸眼直接成像：二、眼睛+目視光學(xué)儀器：★視角ω

：★視角：★目視光學(xué)系統(tǒng)的視覺放大率：

補充2：目視光學(xué)儀器眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點,一、裸眼直接2、眼睛+目視光學(xué)儀器：視角可被目視光學(xué)儀器放大。

1、裸眼直接成像：視角取決于物的大小和物距(近點之外)，

視角大小超過人眼極限分辨角的物體細節(jié)才可被分辨?！锊煌哪恳暪鈱W(xué)儀器，通常選擇的物距為：1）放大鏡、顯微鏡：觀察物位于明視距離附近；2）望遠鏡：觀察物位于遠處或無窮遠。觀察物體所需分辨率×目視光學(xué)儀器的放大率=眼睛分辨率2、眼睛+目視光學(xué)儀器：視角可被目視光學(xué)儀器放大。1、焦距以內(nèi)成放大虛像一、放大鏡的成像原理★裸眼直接觀察的視角ω

：★使用放大鏡的視角ω′:★

視覺放大率：★由垂軸放大倍率公式：第二節(jié)放大鏡（TheMagnifyingGlass）焦距以內(nèi)成放大虛像一、放大鏡的成像原理★裸眼直接觀察的視二、兩種特殊情況

★當(dāng)眼睛調(diào)焦在無限遠：物體放在放大鏡的前焦點上★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：焦距以內(nèi)成放大虛像二、兩種特殊情況★當(dāng)眼睛調(diào)焦在無限遠：物體放在放大鏡的前焦注意：

焦距一般用毫米作單位，式中mm不能漏掉。原則上，焦距越短放大倍率越高；但因受限于像差并考慮實用，倍率較大的放大鏡由組合透鏡組成。物像調(diào)焦在明視距離且眼睛位于像方焦點處：實際使用中的放大鏡：注意：物像調(diào)焦在明視距離且眼睛位于像方焦點處：實際使用中的放各虛線為對應(yīng)像點成像光束最上沿的光線P1'P'P2'1、眼瞳——孔徑光闌；放大鏡——視場光闌、漸暈光闌三、眼睛與放大鏡聯(lián)用——觀察近距離小物體

2、漸暈與光束限制各虛線為對應(yīng)像點P1'P'P2'1、眼瞳——孔徑光闌；放3、50%漸暈的線視場

★當(dāng)物面放在放大鏡前焦平面上時，像平面在無限遠線視場為：放大鏡的倍率越大，線視場越小。3、50%漸暈的線視場★當(dāng)物面放工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件眼睛一、復(fù)習(xí)：p33★物直接對眼的張角：目鏡：放大物體經(jīng)物鏡所成的像第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)（Microscope）

物鏡：放大—實物★像對眼的張角：★物鏡的垂軸放大率：★顯微鏡視覺放大率：-L眼睛一、復(fù)習(xí)：p33★物直接對眼的張角：目鏡：放大第三節(jié)顯二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：表1：上海光儀廠—XPG偏光顯微鏡的基本參數(shù)物鏡目鏡倍率焦距數(shù)值孔徑NA=nsinu倍率焦距（1）3×39.5mm0.10（1）5×50mm（2）8×19.96mm0.25（2）10×25mm（3）45×4.12mm0.63（4）100×（油浸）1.91mm1.32★

其他：共軛距（物-像面距離）、機械筒長★NA：表1：上海光儀廠—XPG偏光顯微鏡的基本參數(shù)物鏡目鏡倍率焦距眼睛三、顯微鏡的線視場孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡的物方焦平面，設(shè)直徑為D，眼睛三、顯微鏡的線視場孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡

1、線視場：2、線視場的計算：★視場光闌的大小應(yīng)與目鏡的視場角一致：★

物與視場光闌是關(guān)于物鏡的物像共軛關(guān)系：目鏡視場角確定時，線視場大小與顯微鏡的視覺放大率成反比1、線視場：2、線視場的計算：★視場光闌的大四、顯微鏡的出瞳直徑

★出瞳直徑D′：1、孔徑光闌的位置：1）普通顯微鏡：孔徑光闌是物鏡框；2）測量顯微鏡：孔徑光闌在物鏡像方焦平面上（物方遠心光路）。2、物鏡的數(shù)值孔徑教材推導(dǎo)過程概念有誤，可參閱韓軍等《工程光學(xué)》與放大率成反比四、顯微鏡的出瞳直徑★出瞳直徑D′：1、孔徑光闌的位置：2表2：顯微鏡的視覺放大率、出瞳直徑，和物鏡數(shù)值孔徑

的參數(shù)對比。1.250.650.250.420.542.50表2：顯微鏡的視覺放大率、出瞳直徑，和物鏡數(shù)值孔徑

五、顯微鏡的分辨率艾里斑角半徑：無像差光學(xué)系統(tǒng)，物點經(jīng)該系統(tǒng)在像面上得到的不是一個點，而是一個衍射像斑，其光強分布即為孔徑光闌的夫瑯和費衍射圖樣。1、成像系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)★艾里斑半徑：★瑞利判據(jù):LS2S'2S1S'1S1S'1五、顯微鏡的分辨率艾里斑角半徑：無2、顯微鏡的分辨率(瑞利判據(jù))——極限線距離n'S1S2S'1S'2顯微物鏡Dn一次實像面（1）剛能被分辨像點間距：★顯微鏡物鏡成像（小視場近軸物）：（2）剛能被分辨的物點間距：★提高分辨率的方法：例：電子束顯微鏡、浸液物鏡即：a減小波長、b增大物方折射率、c提高sinU的值2、顯微鏡的分辨率(瑞利判據(jù))——極限線距離n'S1S2S'由瑞利判據(jù)得分辨率：3、道威判據(jù)：兩衍射斑的中心間距為0.85a時，剛好能被光學(xué)系統(tǒng)分辨。物點間距像點間距——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，與目鏡無關(guān)！由瑞利判據(jù)得分辨率：3、道威判據(jù)：兩衍射斑的中心間距為0.8★明視距離觀測：顯微鏡像空間的線距離★設(shè)眼睛容易分辨的角距離：4、顯微鏡的分辨率與有效放大率近似:★取λ=555nm：顯微鏡的有效放大率范圍★小結(jié)：能夠被物鏡分辨的細節(jié)，要同時被眼睛分辨，要求顯微鏡有恰當(dāng)?shù)姆糯舐?；而顯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。★道威判斷：顯微鏡物空間的線距離★明視距離觀測：顯微鏡像空間的線距離★設(shè)眼睛容易分辨的角距工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件六、顯微鏡的景深數(shù)值孔徑越大，景深越小放大倍率越大，景深越小六、顯微鏡的景深數(shù)值孔徑越大，景深越小七、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1、浸液物鏡——NA增大n倍，增強物鏡的聚光本領(lǐng)PG1G2airOPG1G2oilOnnn干物鏡油浸物鏡nn1★油浸物鏡：允許更寬入射孔徑角的光線束參與成像。1、浸液物鏡——NA增大n倍，增強物鏡的聚光本領(lǐng)PG1G2aPG1G2oilC1nnnn0=1O1O2O32、齊明點在高倍顯微物鏡中的應(yīng)用P1P2★齊明點：(C2)使用較大的數(shù)值孔徑時，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，但會引起較大色差?！稞R明透鏡PG1G2oilC1nnnn0=1O1O2O32、齊明點在高a）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）透射光暗視場照明八、顯微鏡的照明方法照明分類——暗視場照明，進入物鏡成像的只是由樣品散射的光線束，對比度高，可使分辨率提高。a）透射光亮視場照明1、結(jié)構(gòu)2、視覺放大率3、線視場4、出瞳直徑物鏡的數(shù)值孔徑：5、物鏡分辨率6、顯微鏡的分辨率與有效放大率九、小結(jié)波長555nm1)瑞利判據(jù)2)道威判據(jù)：1、結(jié)構(gòu)九、小結(jié)波長555nm1)瑞利判據(jù)2)道威判據(jù)第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)(Telescope)

重合，，光學(xué)間隔Δ=0★垂軸放大率：★角放大率：一、折射望遠鏡（復(fù)習(xí)：p32第二章）★無焦系統(tǒng)：第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)(Telescope)二、望遠系統(tǒng)的視覺放大率★開普勒望遠鏡成像原理圖二、望遠系統(tǒng)的視覺放大率★開普勒望遠鏡成像原理圖軍用望遠鏡棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)★開普勒望遠鏡：，成倒立像，可加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)。★伽利略望遠鏡：，成正立像。無中間實像，不能通過加分劃板實現(xiàn)瞄準(zhǔn)或定位。軍用望遠鏡★開普勒望遠鏡：，成倒立像，可加轉(zhuǎn)三、望遠系統(tǒng)的分辨率及工作放大率1、望遠系統(tǒng)的分辨率取：，，得：（2）根據(jù)道威判斷：（1）根據(jù)瑞利判斷：

極限分辨角物鏡或入瞳直徑越大，則望遠鏡的極限分辨角越小，即分辨率越高。三、望遠系統(tǒng)的分辨率及工作放大率1、望遠系統(tǒng)的分辨率?。豪?計算物鏡直徑分別為：D=5.0cm、50cm的望遠鏡,對可見光平均波長555nm的最小分辨角。解：當(dāng)D=50cm時，若:一個望遠鏡的最小分辨角,要充分利用眼睛的分辨本領(lǐng)，望遠鏡放大倍數(shù)取何值？當(dāng)D=5.0cm時例.計算物鏡直徑分別為：D=5.0cm、50cm的望遠鏡2、視覺放大率和分辨率的關(guān)系

★望遠鏡的工作放大率：

——望遠鏡的極限分辨角經(jīng)視覺放大后，要滿足人眼的極限分辨角的要求。★人眼的極限分辨角：1′=60″望遠鏡的極限分辨角：——望遠鏡的有效放大率（最?。弑堵实耐h鏡必須增大物鏡的直徑。2、視覺放大率和分辨率的關(guān)系1、結(jié)構(gòu)特點：開普勒望遠鏡、伽利略望遠鏡2、視覺放大率：3、分辨率：4、分辨率與視覺放大率：

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。四、小結(jié)道威判斷：瑞利判斷：★工作放大率：★有效放大率：1、結(jié)構(gòu)特點：開普勒望遠鏡、伽利略望遠鏡四、小結(jié)道威判斷：瑞焦距以內(nèi)成放大虛像第五節(jié)目鏡焦距以內(nèi)成放大虛像第五節(jié)目鏡眼睛顯微鏡孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡的物方焦平面眼睛顯微鏡孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡的物方焦平面望遠系統(tǒng)★開普勒望遠鏡成像原理圖望遠系統(tǒng)★開普勒望遠鏡成像原理圖

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點到物方焦平面的軸向距離

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。3、相對鏡目距：1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2目鏡

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：3、相對鏡目距：1、視場：

4、工作距：3、相對鏡目距：2、鏡目距p′：1、視場：光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距f′、相對鏡目距p1、惠更斯目鏡和冉斯登目鏡惠更斯目鏡由兩塊平凸透鏡組成，其間隔為d。場鏡所產(chǎn)生的軸外差很大，很難予以補償。所以該目鏡結(jié)構(gòu)不宜在視場光闌平面上設(shè)置分劃板，因此惠更斯目鏡不宜用在測量儀器中。場鏡接目鏡物鏡像面視場光闌接目鏡物方焦面出射光瞳（眼瞳）d場鏡接目鏡視場光闌接目鏡物方焦面出射光瞳（眼瞳）d1、惠更斯目鏡和冉斯登目鏡惠更斯目鏡由兩塊平凸透鏡組成，其間冉斯登目鏡由兩塊凸面相對的平凸透鏡組成，其間隔d小于惠更斯目鏡兩透鏡的間距。在成像質(zhì)量上，由于冉斯登目鏡的間隔小，所以冉斯登目鏡的場曲小于惠斯登目鏡的場曲。場鏡視場光闌（物鏡像平面目鏡前焦面）出瞳（眼瞳）接目鏡d接目鏡dd冉斯登目鏡由兩塊凸面相對的平凸透鏡組成，其間隔d小于惠更斯目2、凱涅爾目鏡凱涅爾目鏡可認(rèn)為是冉斯登的接目鏡改成雙膠合鏡組而得到的。改成雙膠合透鏡就能在校正彗差和像散的同時，校正好倍率色差。3、對稱式目鏡對稱式目鏡是應(yīng)用非常廣泛的中等視場目鏡。它由兩個雙膠合鏡組構(gòu)成。2、凱涅爾目鏡凱涅爾目鏡可認(rèn)為是冉斯登的接目鏡改成雙膠合鏡組4、無畸變目鏡無畸變目鏡是由一個平凸的接目鏡和一組三膠合的透鏡組構(gòu)成的。出瞳這種目鏡的鏡目距很大，所以在有相同的鏡目距時，無畸變目鏡的設(shè)計焦距可以選得小一些，使結(jié)構(gòu)更加緊湊一些。這種特點非常適用于大地測量儀器和軍用儀器。4、無畸變目鏡無畸變目鏡是由一個平凸的接目鏡和一組三膠合的透5、廣角目鏡廣角目鏡是為適應(yīng)大視場系統(tǒng)而設(shè)計的。由于視場角增大，場曲也隨之增大。為了保證像差的要求，目鏡的結(jié)構(gòu)必須復(fù)雜化，或在系統(tǒng)中加入負光焦度的透鏡；或增加正透鏡組的數(shù)目，是光焦度分散。下圖是兩種視場在60°以上的廣角目鏡，接目鏡用兩塊透鏡代替。I型出瞳II型出瞳5、廣角目鏡廣角目鏡是為適應(yīng)大視場系統(tǒng)而設(shè)計的。由于視場角增LAA1A2U/BB2B1孔徑光闌視場光闌鏡頭、可變光闌、感光底片/暗盒第六節(jié)：攝影系統(tǒng)LAA1A2U/BB2B1孔徑光闌視場光闌鏡頭、可一、攝影物鏡的光學(xué)特性1、視場（1）影響因素：焦距、接收器尺寸

(2)像的大小與焦距的關(guān)系：在拍攝遠處物體時，像的大小為在拍攝近處物體時，像的大小為

(3)當(dāng)接收器的尺寸一定時，物鏡的焦距越短，則其視場角越大；焦距越長，視場角越小。相應(yīng)地稱作為廣角物鏡和遠攝物鏡。一、攝影物鏡的光學(xué)特性2、分辨率

（1）影響因素：物鏡的分辨率和接收器的分辨率.（2）意義：像平面上每毫米能分開線的對數(shù).（3）公式（經(jīng)驗公式）3、像面照度討論（1）當(dāng)物體在無限遠時，（2）對大視場物鏡有：2、分辨率3、像面照度三、攝影物鏡的景深結(jié)論：1，焦距f’’越長,景深越小

2，入瞳直徑越大，景深越小

3，拍攝距離p越大，景深越大三、攝影物鏡的景深結(jié)論：1，焦距f’’越長,景深越小工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件§7-9光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計概述一、對光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的要求1、光學(xué)系統(tǒng)的基本特性

光學(xué)系統(tǒng)的基本特性有：數(shù)值孔徑或相對孔徑；線視場或視場角；系統(tǒng)的放大率或焦距。此外還有與這些基本特性有關(guān)的一些特性參數(shù)，如光瞳的大小和位置、后工作距離、共軛距等。2、系統(tǒng)的外形尺寸

系統(tǒng)的外形尺寸，即系統(tǒng)的橫向尺寸和縱向尺寸。在設(shè)計多光組的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)時，外形尺寸計算以及各光組之間光瞳的銜接都是很重要的?！?-9光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計概述一、對光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的要求3、成像質(zhì)量

成像質(zhì)量的要求和光學(xué)系統(tǒng)的用途有關(guān)。不同的光學(xué)系統(tǒng)按其用途可提出不同的成像質(zhì)量要求。對于望遠系統(tǒng)和一般的顯微鏡只要求中心視場有較好的成像質(zhì)量；對于照相物鏡要求整個視場都要有較好的成像質(zhì)量。4、儀器的使用條件在對光學(xué)系統(tǒng)提出使用要求時，一定要考慮在技術(shù)上和物理上實現(xiàn)的可能性。如生物顯微鏡的放大率Г要滿足500NA≤Г≤1000NA條件，望遠鏡的視覺放大率一定要把望遠系統(tǒng)的極限分辨率和眼睛的極限分辨率一起來考慮。3、成像質(zhì)量二、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)濟性光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計評價依據(jù)：性能和成像質(zhì)量系統(tǒng)的復(fù)雜程度。價值工程原理：V（價值）＝F（功能）/C（成本）器件優(yōu)化，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，光學(xué)零件冷加工優(yōu)化二、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)濟性光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計評價依據(jù)：三、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計過程

所謂光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計就是根據(jù)使用條件，來決定滿足使用要求的各種數(shù)據(jù)，即決定光學(xué)系統(tǒng)的性能參數(shù)、外形尺寸和各光組的結(jié)構(gòu)等。因此我們可以把光學(xué)設(shè)計過程分為4個階段：外形尺寸計算初始結(jié)構(gòu)計算像差校正和平衡像質(zhì)評價三、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計過程所謂光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計就是根據(jù)使用條件，來決1、外形尺寸計算在這個階段里要設(shè)計擬定出光學(xué)系統(tǒng)原理圖，確定基本光學(xué)特性，使?jié)M足給定的技術(shù)要求，即確定放大倍率或焦距、線視場或角視視場、數(shù)值孔徑或相對孔徑、共軛距、后工作距離光闌位置和外形尺寸等。因此，常把這個階段稱為外形尺寸計算。一般都按理想光學(xué)系統(tǒng)的理論和計算公式進行外形尺寸計算。在計算時一定要考慮機械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)，以防止在機構(gòu)結(jié)構(gòu)上無法實現(xiàn)。每項性能的確定一定要合理，過高要求會使設(shè)計結(jié)果復(fù)雜造成浪費，過低要求會使設(shè)計不符合要求，因此這一步驟慎重行事。1、外形尺寸計算2、初始結(jié)構(gòu)的計算和選擇1）根據(jù)初級像差理論求解初始結(jié)構(gòu)

這種求解初始結(jié)構(gòu)的方法就是根據(jù)外形尺寸計算得到的基本特性，利用初級像差理論來求解滿足成像質(zhì)量要求的初始結(jié)構(gòu)。2）從已有的資料中選擇初始結(jié)構(gòu)這是一種比較實用又容易獲得成功的方法。因此它被很多光學(xué)設(shè)計者廣泛采用。但其要求設(shè)計者對光學(xué)理論有深刻了解，并有豐富的設(shè)計經(jīng)驗，只有這樣才能從類型繁多的結(jié)構(gòu)中挑選出簡單而又合乎要求的初始結(jié)構(gòu)。初始結(jié)構(gòu)的選擇是透鏡設(shè)計的基礎(chǔ)，選型是否合適關(guān)系到以后的設(shè)計是否成功。一個不好的初始結(jié)構(gòu)，再好的自動設(shè)計程序和有經(jīng)驗的設(shè)計者也無法使設(shè)計獲得成功。

2、初始結(jié)構(gòu)的計算和選擇3、像差校正和平衡初始結(jié)構(gòu)選好后，要在計算機上用光學(xué)計算程序進行光路計算，算出全部像差及各種像差曲線。從像差數(shù)據(jù)分析就可以找出主要是哪些像差影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，從而找出改進的辦法，開始進行像差校正。像差分析及平衡是一個反復(fù)進行的過程，直到滿足成像質(zhì)量要求為止。

3、像差校正和平衡4、像質(zhì)評價光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量與像差的大小有關(guān)，光學(xué)設(shè)計的目的就是要對光學(xué)系統(tǒng)的像差給予校正。但是任何光學(xué)系統(tǒng)都不可能也沒有必要把所有像差都校正到零，必然有剩余像差的存在，剩余像差大小不同，成像質(zhì)量也就不同。因此光學(xué)設(shè)計者必須對各種光學(xué)系統(tǒng)的剩余像差的允許值和像差公差有所了解，以便根據(jù)剩余像差的大小判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。評價光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量的方法很多。如：瑞利判斷、分辨率、點列圖、光學(xué)傳遞函數(shù)等。4、像質(zhì)評價四、對稱轉(zhuǎn)像系統(tǒng)望遠鏡外形尺寸設(shè)計四、對稱轉(zhuǎn)像系統(tǒng)望遠鏡外形尺寸設(shè)計工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件一、眼睛1、結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜、眼軸。2、成像過程：物點發(fā)出的光線經(jīng)角膜（主要成像界面）折射;——瞳孔（孔徑光闌）自動變化控制入射光能;——水晶體（雙凸透鏡）的焦距自動調(diào)節(jié)，使不同距離的物體都可以成像于視網(wǎng)膜（像平面）之上;——視神經(jīng)受刺激產(chǎn)生視覺。3、簡化眼模型——共軸光學(xué)系統(tǒng)角膜頂點視網(wǎng)膜★眼睛像方焦點與視網(wǎng)膜重合★基點基面的位置★視軸：黃斑中心與像方節(jié)點的連線第七章小結(jié)

一、眼睛1、結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜、眼軸。2、成4、眼睛的功能1）調(diào)節(jié)——水晶體：

遠、近點，調(diào)節(jié)能力，視度；明視距離；近視、遠視、散光眼的特征及校正。2）適應(yīng)——瞳孔：明適應(yīng)、暗適應(yīng)3）分辨——瞳孔：

視角、人眼的極限分辨角4）景深4、眼睛的功能二、目視光學(xué)儀器1、裸眼直接成像：視角取決于物的大小和物距，而且物距必須在近點之外?！镆暯牵?、眼睛+目視光學(xué)儀器：

視角可被目視光學(xué)儀器放大。

★視角：★目視光學(xué)系統(tǒng)的視覺放大率：

人眼對物體的大小的感覺，取決于像在視網(wǎng)膜上的大?。换?，視網(wǎng)膜上的像對眼睛光心張角（視角）的大小。視角大小超過人眼極限分辨角的物體細節(jié)，才可被人眼分辨。二、目視光學(xué)儀器1、裸眼直接成像：★視角：2、眼睛+目視光焦距以內(nèi)成放大虛像1、放大鏡的工作原理2、視覺放大率：三、放大鏡1）物體在前焦點上，，當(dāng)眼睛調(diào)焦在無限遠：2）眼睛調(diào)焦在明視距離觀測虛像：眼睛緊靠著放大鏡：3、光束限制：眼瞳——孔徑光闌；放大鏡——視場光闌、漸暈光闌焦距以內(nèi)成放大虛像1、放大鏡的工作原理2、視覺放大率：三、放1、光路結(jié)構(gòu)、工作原理：物鏡、目鏡，2、顯微鏡的組合焦距：四、顯微鏡共軛距筒長1、光路結(jié)構(gòu)、工作原理：物鏡、目鏡，四、顯微鏡共軛距筒長3、視場光闌：位于目鏡的物方焦平面的分劃板線視場：與視覺放大率成反比，4、孔徑光闌：普通顯微鏡（物鏡框）測量顯微鏡（物鏡像方焦平面：物方遠心光路）

1）出瞳直徑：

2）物鏡的數(shù)值孔徑：

3）顯微鏡的分辨率：

（取決于物鏡）5、顯微鏡的分辨率與有效放大率：（瑞利判據(jù)）波長555.0nm，3、視場光闌：位于目鏡的物方焦平面的分劃板（瑞利判據(jù)）波長1、光路結(jié)構(gòu)：工作原理：無焦系統(tǒng)2、光束限制：物鏡框—孔徑光闌；物鏡、目鏡的共焦面—視場光闌。3、視覺放大率：

**開普勒與伽利略兩種望遠鏡的比較。4、分辨率——極限分辨角：5、分辨率與視覺放大率：

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：五、望遠鏡（開普勒），光學(xué)間隔Δ=0（瑞利判據(jù)）★工作放大率：★有效放大率：1、光路結(jié)構(gòu)：五、望遠鏡（開普勒），作業(yè)：p169：1，2，3（1-3），4，6（1-4），附加習(xí)題1共6道題作業(yè)：共6道題第七章典型光學(xué)系統(tǒng)

第二節(jié) 放大鏡第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)第四節(jié) 望遠鏡系統(tǒng)第一節(jié) 眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)目視光學(xué)系統(tǒng)第五節(jié)目鏡第七章典型光學(xué)系統(tǒng)第二節(jié) 放大鏡第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)調(diào)節(jié)肌第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)

2、角膜(Cornea)：眼球前突出的透明球面膜，r≈8mm，n≈1.38；

——主要折射成像界面(角膜—空氣)1、鞏膜：包圍眼球的白色不透明外層，D≈25mm.眼球橫切面一、眼睛(Eyes)的結(jié)構(gòu)3、前室：角膜后水晶體前的空間，充滿透明水狀液n=1.336。調(diào)節(jié)肌第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)2、角膜(Cornea)：調(diào)節(jié)肌5、虹膜：脈絡(luò)膜前方的彩簾（水晶體前），眼球前的顏色。8、后室：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：鞏膜內(nèi)側(cè)、視網(wǎng)膜外側(cè)包圍的黑色膜層，吸收從視網(wǎng)膜透過的光線，把后室變?yōu)榘凳摇?、瞳孔(Pupil)：虹膜中央圓孔，孔徑光闌，限制進入人眼光通量，D≈2～8mm.7、水晶體(Crystallinelens)

：雙凸透鏡★調(diào)節(jié)肌作用改變水晶體曲率(焦距)，不同距離物均成像于視網(wǎng)膜。★自外層至內(nèi)層的折射率n逐漸增大（1.37→1.41）——校正像差調(diào)節(jié)肌5、虹膜：脈絡(luò)膜前方的8、后室：水晶體后、由視網(wǎng)膜包(3)盲斑（點）：視神經(jīng)的出口，無感光細胞。視網(wǎng)膜的像被傳輸至大腦形成視覺。輻射接收器桿狀細胞：對光刺激極敏感，感光（明暗視覺）錐狀細胞：感色（色視覺）9、視網(wǎng)膜(Retina)：后室內(nèi)壁、連接脈絡(luò)膜的一薄膜，由神經(jīng)細胞和神經(jīng)纖維構(gòu)成。

——感光和成像的位置。調(diào)節(jié)肌黃斑(Macula)：視網(wǎng)膜中部、黃色橢圓形區(qū)域。

中心凹：黃斑點中心D≈0.25mm區(qū)域，密集感光細胞，視覺最靈敏。(3)盲斑（點）：視神經(jīng)的出口，無感光細胞。視網(wǎng)膜的像被輻二、眼睛——共軸光學(xué)系統(tǒng)2、視軸：黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)像方節(jié)點的連線。

——眼球轉(zhuǎn)動，使視軸對準(zhǔn)觀察物體并成像于黃斑上，視覺最清晰。1、成像過程：——折射球面：外界光線經(jīng)角膜折射

——孔徑光闌：瞳孔自動調(diào)節(jié)直徑控制入射光能

——變焦系統(tǒng)：水晶體自動調(diào)節(jié)，保證成像于視網(wǎng)膜上

——成像面：視網(wǎng)膜3、視場(角度)水平視場約達150°垂直視場約達130°最清晰的視場范圍：視軸周圍6°～8°二、眼睛——共軸光學(xué)系統(tǒng)2、視軸：黃斑中心與眼睛光學(xué)系統(tǒng)像方3、簡化眼模型角膜頂點視網(wǎng)膜眼睛像方焦點與視網(wǎng)膜重合3、簡化眼模型角膜頂點視網(wǎng)膜眼睛像方焦點與視網(wǎng)膜重合4、物體經(jīng)眼睛成像于視網(wǎng)膜★視角ω

：★人眼對物體大小的感覺，取決于像在視網(wǎng)膜上的大??；或，視網(wǎng)膜上的像對眼睛光心張角（視角）的大小?！镆暯侨Q于物的大小和物距，但是物距必須在近點之外。視角大小超過人眼極限分辨角的物體細節(jié)，才可被分辨?！镅劬Φ墓庑腛0：眼睛節(jié)點、主點近似看做重合的位置。

（進一步簡化）4、物體經(jīng)眼睛成像于視網(wǎng)膜★視角ω：★人眼對物體大小的三、眼睛的調(diào)節(jié)及校正1、調(diào)節(jié)：眼睛成像系統(tǒng)對任意距離物體成像時，通過改變水晶體曲率達到自動調(diào)焦的過程?！锬芮逦{(diào)焦的極限距離：遠點(farpoint)距離lr近點(nearpoint)距離lp遠點lr(調(diào)節(jié)肌完全放松)近點lp(調(diào)節(jié)肌最大收縮，曲率半徑最小)幼年∞-7～-8cm青中年∞-14→-40cm（明視距離-25cm）老年+200→+40cm約-200cm三、眼睛的調(diào)節(jié)及校正1、調(diào)節(jié)：眼睛成像系統(tǒng)對任意距離物體成★遠點發(fā)散度（會聚度）：★近點發(fā)散度（會聚度）：★眼睛的調(diào)節(jié)能力：眼睛的視度★眼睛的視度(diopter)：通常所說的眼鏡度數(shù)為對應(yīng)視度數(shù)值×100?！镞h點發(fā)散度（會聚度）：★近點發(fā)散度（會聚度）：★眼睛2、非正常眼睛及其矯正1）近視眼：無窮遠物點成像于視網(wǎng)膜之前，遠點為有限遠。加正透鏡(焦距與近點重合)將近點校正到明視距離2）遠視眼：無窮遠物點成像于視網(wǎng)膜之后；

近點變遠，非明視距離。加負透鏡(焦距與遠點重合)將遠點校正到無窮遠50歲之后，老花眼！Myopia/NearsightednessHyperopia/Farsightedness所配眼鏡的焦距與遠點距離相等2、非正常眼睛及其矯正1）近視眼：無窮遠物點成像于視網(wǎng)膜之前遠點為-2m的近視眼，所需眼鏡的光焦度為-0.5D，即50度。光焦度近點在眼前1.25m處，應(yīng)配多少度的眼鏡？光焦度將近點校正到250mm處：遠點為-2m的近視眼，所需眼鏡的光焦度為-0.5D，即50度手術(shù)治療（4）白內(nèi)障：水晶體變?yōu)闇啙岫煌该?。?）散光眼(Astigmatism)：

★原因：角膜、或水晶體（兩表面）不對稱，是非球面造成.此時，眼軸上的物點對應(yīng)有兩條像線，眼睛在兩個對稱主截面上的焦距不同，即遠點距離不同。像散導(dǎo)致不同方向的線條不能同時看清。視度★眼睛的散光度：圓柱面透鏡可校正散光手術(shù)治療（4）白內(nèi)障：水晶體變?yōu)闇啙岫煌该?。?）散光眼((5)斜視:水晶體位置不正或折射面曲率異常矯正應(yīng)配戴光楔

(5)斜視:水晶體位置不正或折射面曲率異常四、眼睛的適應(yīng)能力

★適應(yīng)：眼睛對周圍空間光亮情況的自動適應(yīng)程度。明適應(yīng)：從暗處到亮處——瞳孔自動縮小暗適應(yīng)：從亮處到暗處——瞳孔自動增大五、眼睛的分辨率

★眼睛的分辨能力：人眼能分開最靠近兩個相鄰點的距離.★眼睛的極限分辨角：剛能分辨開的兩點對人眼的張角，即人眼最小的視角?！镆暯牵何矬w對人眼的張角。1、概念四、眼睛的適應(yīng)能力眼睛的分辨率與視網(wǎng)膜上兩像點距離及視覺細胞的直徑大小有關(guān)

眼睛分辨率眼睛的分辨率與視網(wǎng)膜上兩像點距離及視覺細胞的直徑大小有關(guān)補充：根據(jù)瑞利判據(jù)計算理想光學(xué)系統(tǒng)分辨率（波動性）2、人眼的分辨能力⑴極限分辨角：白天的瞳孔直徑D=2mm對應(yīng)于視網(wǎng)膜上極限分辨距離：0.006mm

約為兩個視神經(jīng)細胞直徑，超過該距離的兩像點可被分辨.★通常認(rèn)為，白天人眼的極限分辨角：★

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。補充：根據(jù)瑞利判據(jù)計算理想光學(xué)系統(tǒng)分辨率（波動性）2、人眼的六、眼睛的對準(zhǔn)精度

★對準(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?！飳?zhǔn)：垂直于視軸方向上的重合或置中過程。

雙線端部對準(zhǔn)單線誤差±10″叉線對準(zhǔn)單線誤差±10″兩實線對準(zhǔn)誤差±60″單線置中誤差±10″~±

20″六、眼睛的對準(zhǔn)精度★對準(zhǔn)誤差（人眼的瞄準(zhǔn)精度）★對準(zhǔn)：七、眼睛的景深

2、遠景、近景平面上的物點——視網(wǎng)膜上的像為彌散斑對準(zhǔn)近景遠景眼瞳Dp1、調(diào)焦（對準(zhǔn)）平面上的物點——視網(wǎng)膜上的點像若彌散斑可看作一像點，則要求其對人眼張角小于極限分辨角。七、眼睛的景深2、遠景、近景平面上的物點——視網(wǎng)膜上的像為八、雙目立體視覺工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件ABb2a2a1b1lb1,視差角Aa1a2Aa1a2ABb2a2a1b1lb視覺基線ABb2a2a1b1lb1,視差角Aa1a2Aa1a2ABb2,視差、體視銳度視差越大，兩物體的縱向深度越大，反之越小視差：體視銳度：2,視差、體視銳度視差越大，兩物體的縱向深度越大，反之越小視3,體視半徑體視半徑：人眼能辨別遠近的最大距離說明：并不是在體視半徑內(nèi)所有的情況下人眼都能產(chǎn)生立體的感覺3,體視半徑體視半徑：人眼能辨別遠近的最大距離說明：并不是4,立體視覺閾人眼能夠分辨兩個點間的最短深度距離怎樣才能有好的立體視覺？4,立體視覺閾人眼能夠分辨兩個點間的最短深度距離怎樣才能有要有更好的立體視覺，即增大體視半徑，減小體視閾值，怎樣實現(xiàn)？

可以借助光學(xué)儀器增大基線長，減小體視銳度值。如利用雙簡棱鏡望遠鏡

要有更好的立體視覺，即增大體視半徑，減小體視閾值，怎樣實現(xiàn)？對焦你的雙眼到圖片后面，把頂部的二點成像成4個點，然后再慢慢改變對焦距離來把中間的兩點重合，也就是眼中出現(xiàn)三個點的時候，觀察出圖片中包含的立體圖像對焦你的雙眼到圖片后面，把頂部的二點成像成4個點，然后再慢慢小結(jié)1、眼睛的結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜2、簡化眼模型3、眼睛的調(diào)節(jié)——水晶體遠、近點，調(diào)節(jié)能力，視度，近視、遠視、散光眼及校正4、眼睛的適應(yīng)——瞳孔：明適應(yīng)、暗適應(yīng)5、眼睛的分辨率——瞳孔

視角、極限分辨角、視網(wǎng)膜上最小的分辨距離6、眼睛的對準(zhǔn)精度、景深7、眼睛的立體視覺小結(jié)1、眼睛的結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜一、理想光學(xué)系統(tǒng)成像★兩物點的間距逐漸變小時，對應(yīng)像點的位置變化：

(a)(b)(c)補充1：系統(tǒng)的分辨率★系統(tǒng)的分辨率：光學(xué)系統(tǒng)能分開兩個像點的最小距離。一、理想光學(xué)系統(tǒng)成像★兩物點的間距逐漸變小時，對應(yīng)像點的位：等亮度的兩個物點，其一衍射圖樣的中央極大與另一衍射圖樣的第一級極小重合時，認(rèn)為剛好能分辨這兩個物點。二、瑞利判據(jù)——能分辨的兩個等亮度點間的距離對應(yīng)于艾里斑半徑。無限遠物點被理想光學(xué)系統(tǒng)成衍射圖案：——能分辨的二點間的最小角距離

第一暗環(huán)半徑對出瞳中心的張角：：等亮度的兩個物點，其一衍射圖樣的中央補充2：目視光學(xué)儀器眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點,主點近似看做重合的位置一、裸眼直接成像：二、眼睛+目視光學(xué)儀器：★視角ω

：★視角：★目視光學(xué)系統(tǒng)的視覺放大率：

補充2：目視光學(xué)儀器眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點,一、裸眼直接2、眼睛+目視光學(xué)儀器：視角可被目視光學(xué)儀器放大。

1、裸眼直接成像：視角取決于物的大小和物距(近點之外)，

視角大小超過人眼極限分辨角的物體細節(jié)才可被分辨。★不同的目視光學(xué)儀器，通常選擇的物距為：1）放大鏡、顯微鏡：觀察物位于明視距離附近；2）望遠鏡：觀察物位于遠處或無窮遠。觀察物體所需分辨率×目視光學(xué)儀器的放大率=眼睛分辨率2、眼睛+目視光學(xué)儀器：視角可被目視光學(xué)儀器放大。1、焦距以內(nèi)成放大虛像一、放大鏡的成像原理★裸眼直接觀察的視角ω

：★使用放大鏡的視角ω′:★

視覺放大率：★由垂軸放大倍率公式：第二節(jié)放大鏡（TheMagnifyingGlass）焦距以內(nèi)成放大虛像一、放大鏡的成像原理★裸眼直接觀察的視二、兩種特殊情況

★當(dāng)眼睛調(diào)焦在無限遠：物體放在放大鏡的前焦點上★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：焦距以內(nèi)成放大虛像二、兩種特殊情況★當(dāng)眼睛調(diào)焦在無限遠：物體放在放大鏡的前焦注意：

焦距一般用毫米作單位，式中mm不能漏掉。原則上，焦距越短放大倍率越高；但因受限于像差并考慮實用，倍率較大的放大鏡由組合透鏡組成。物像調(diào)焦在明視距離且眼睛位于像方焦點處：實際使用中的放大鏡：注意：物像調(diào)焦在明視距離且眼睛位于像方焦點處：實際使用中的放各虛線為對應(yīng)像點成像光束最上沿的光線P1'P'P2'1、眼瞳——孔徑光闌；放大鏡——視場光闌、漸暈光闌三、眼睛與放大鏡聯(lián)用——觀察近距離小物體

2、漸暈與光束限制各虛線為對應(yīng)像點P1'P'P2'1、眼瞳——孔徑光闌；放3、50%漸暈的線視場

★當(dāng)物面放在放大鏡前焦平面上時，像平面在無限遠線視場為：放大鏡的倍率越大，線視場越小。3、50%漸暈的線視場★當(dāng)物面放工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件眼睛一、復(fù)習(xí)：p33★物直接對眼的張角：目鏡：放大物體經(jīng)物鏡所成的像第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)（Microscope）

物鏡：放大—實物★像對眼的張角：★物鏡的垂軸放大率：★顯微鏡視覺放大率：-L眼睛一、復(fù)習(xí)：p33★物直接對眼的張角：目鏡：放大第三節(jié)顯二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：表1：上海光儀廠—XPG偏光顯微鏡的基本參數(shù)物鏡目鏡倍率焦距數(shù)值孔徑NA=nsinu倍率焦距（1）3×39.5mm0.10（1）5×50mm（2）8×19.96mm0.25（2）10×25mm（3）45×4.12mm0.63（4）100×（油浸）1.91mm1.32★

其他：共軛距（物-像面距離）、機械筒長★NA：表1：上海光儀廠—XPG偏光顯微鏡的基本參數(shù)物鏡目鏡倍率焦距眼睛三、顯微鏡的線視場孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡的物方焦平面，設(shè)直徑為D，眼睛三、顯微鏡的線視場孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡

1、線視場：2、線視場的計算：★視場光闌的大小應(yīng)與目鏡的視場角一致：★

物與視場光闌是關(guān)于物鏡的物像共軛關(guān)系：目鏡視場角確定時，線視場大小與顯微鏡的視覺放大率成反比1、線視場：2、線視場的計算：★視場光闌的大四、顯微鏡的出瞳直徑

★出瞳直徑D′：1、孔徑光闌的位置：1）普通顯微鏡：孔徑光闌是物鏡框；2）測量顯微鏡：孔徑光闌在物鏡像方焦平面上（物方遠心光路）。2、物鏡的數(shù)值孔徑教材推導(dǎo)過程概念有誤，可參閱韓軍等《工程光學(xué)》與放大率成反比四、顯微鏡的出瞳直徑★出瞳直徑D′：1、孔徑光闌的位置：2表2：顯微鏡的視覺放大率、出瞳直徑，和物鏡數(shù)值孔徑

的參數(shù)對比。1.250.650.250.420.542.50表2：顯微鏡的視覺放大率、出瞳直徑，和物鏡數(shù)值孔徑

五、顯微鏡的分辨率艾里斑角半徑：無像差光學(xué)系統(tǒng)，物點經(jīng)該系統(tǒng)在像面上得到的不是一個點，而是一個衍射像斑，其光強分布即為孔徑光闌的夫瑯和費衍射圖樣。1、成像系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)★艾里斑半徑：★瑞利判據(jù):LS2S'2S1S'1S1S'1五、顯微鏡的分辨率艾里斑角半徑：無2、顯微鏡的分辨率(瑞利判據(jù))——極限線距離n'S1S2S'1S'2顯微物鏡Dn一次實像面（1）剛能被分辨像點間距：★顯微鏡物鏡成像（小視場近軸物）：（2）剛能被分辨的物點間距：★提高分辨率的方法：例：電子束顯微鏡、浸液物鏡即：a減小波長、b增大物方折射率、c提高sinU的值2、顯微鏡的分辨率(瑞利判據(jù))——極限線距離n'S1S2S'由瑞利判據(jù)得分辨率：3、道威判據(jù)：兩衍射斑的中心間距為0.85a時，剛好能被光學(xué)系統(tǒng)分辨。物點間距像點間距——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，與目鏡無關(guān)！由瑞利判據(jù)得分辨率：3、道威判據(jù)：兩衍射斑的中心間距為0.8★明視距離觀測：顯微鏡像空間的線距離★設(shè)眼睛容易分辨的角距離：4、顯微鏡的分辨率與有效放大率近似:★取λ=555nm：顯微鏡的有效放大率范圍★小結(jié)：能夠被物鏡分辨的細節(jié)，要同時被眼睛分辨，要求顯微鏡有恰當(dāng)?shù)姆糯舐?；而顯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?！锏劳袛啵猴@微鏡物空間的線距離★明視距離觀測：顯微鏡像空間的線距離★設(shè)眼睛容易分辨的角距工程光學(xué)典型光學(xué)系統(tǒng)課件六、顯微鏡的景深數(shù)值孔徑越大，景深越小放大倍率越大，景深越小六、顯微鏡的景深數(shù)值孔徑越大，景深越小七、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1、浸液物鏡——NA增大n倍，增強物鏡的聚光本領(lǐng)PG1G2airOPG1G2oilOnnn干物鏡油浸物鏡nn1★油浸物鏡：允許更寬入射孔徑角的光線束參與成像。1、浸液物鏡——NA增大n倍，增強物鏡的聚光本領(lǐng)PG1G2aPG1G2oilC1nnnn0=1O1O2O32、齊明點在