第十四章 眼睛

第十四章眼睛第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.眼睛的視角

物體在網(wǎng)膜上所成象的大小決定于物體對人眼的張角，稱之為視角。

同一位置，不同大小的物視角不同；同一物體，不同位置視角不同；4.眼睛的缺陷及校正正常眼：遠點在無限遠，水晶體的像方焦點F′在視網(wǎng)膜上。近視眼：F′在視網(wǎng)膜前，戴負透鏡校正。正常眼：F′在視網(wǎng)膜后，戴正透鏡校正。視度：非正常眼遠點距離的倒數(shù)，R＝1/r（單位：折光度）視網(wǎng)膜上兩個像大小的比值等于相應(yīng)的兩個視角正切的比值。眼鏡片的像方焦點正好和非正常眼的遠點重合。第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三4.極限分辨角

所能辨別靠近的兩個點的極限值稱為分辨率。這剛能被眼睛分辨開的兩個點對眼睛的物方節(jié)點所張的角度，稱為極限分辨角。眼睛的分辨率和極限分辨角成反比。

由衍射理論：若取λ=0.00055mm，則眼睛的極限分辨角為：

5.視角放大率Γ

目視光學儀器是幫助人眼擴大視覺功能的，它的作用大小用視角放大率來描述。

視網(wǎng)膜上像的大小和視角的正切成正比，因此，把同一目標用儀器觀察的視角ω儀和人眼直接觀察的視角

ω眼二者正切之比稱為目視光學儀器的“視角放大率”。

視角放大率實際表示了用儀器觀察和用人眼直接觀察時，視網(wǎng)膜上像的大小之比，它描述了儀器放大作用的大小。第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§14－3放大鏡一、放大鏡的放大率

注：目視光學儀器目鏡的工作原理和視角放大率的計算與放大鏡完全相同。第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三二、放大鏡的光束限制和視場注：放大鏡的視場與放大率、放大鏡口徑、觀察距離有關(guān)。第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§14－4顯微系統(tǒng)一、顯微鏡的成像原理及視角放大率

第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三例：用兩個焦距都是50mm的正透鏡組成一個10倍的顯微鏡，問物鏡、目鏡的倍率及物鏡和目鏡之間的間隔？第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三二、顯微鏡的光束限制

1.孔徑光闌：a.單組低倍顯微物鏡，鏡框是孔徑光闌；

b.復雜物鏡一般以最后一組透鏡的鏡框作為孔徑光闌；c.對于測量顯微鏡，孔闌在物鏡的象方焦面上，構(gòu)成物方遠心光路。用顯微鏡觀察體時，眼瞳應(yīng)與出射光瞳重合。

若孔闌設(shè)置在物鏡像方焦面，則出瞳位于顯微系統(tǒng)后焦面上。若孔闌位置不同，與光學筒長Δ相比為一小量，則出瞳可近似認為在目鏡像方焦面附近一固定位置。第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2.顯微系統(tǒng)的出射光瞳直徑

顯微鏡應(yīng)滿足正弦條件，有：令NA稱為顯微鏡的數(shù)值孔徑，是表征顯微鏡特性的重要參量第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三3.顯微鏡的視場光闌和視場

在顯微物鏡的象平面上設(shè)置了視場光闌來限制視場。由于顯微物鏡的視場很小，而且要求象面上有均勻的照度，故不設(shè)漸暈光闌。

顯微鏡的視場以線視場，即成像物體的最大尺寸表示，它由視闌的大小決定。線視場y與視闌大小y′的關(guān)系為：4.顯微鏡的景深顯微鏡的放大率越高，數(shù)值孔徑越大，景深越小。

第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三三、顯微鏡的分辨率和有效放大率1.分辨率（用分辨距離σ表示）1）兩個發(fā)光點的分辨率：2）不發(fā)光物體的分辨率：垂直照明：傾斜照明：NA，λ時，σ，分辨率（浸液物鏡，紫光光源）第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2.有效放大率便于眼睛分辨的角距離為

該角距離在眼睛的明視距離250mm處所能分辨的距離σ′，可表示為：換算到物空間，，取設(shè)所用照明的平均波長為0.00055mm，有近似為：顯微鏡的放大率取決于物鏡的分辨率或數(shù)值孔徑。當使用比有效放大率下限(500NA)更小的放大率時，不能看清物鏡已分辨出的某些細節(jié)。若用比有效放大率上限(1000NA)更高的放大率，是無效放大，并不能使被觀察物體的細節(jié)更清晰。

第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三四、顯微物鏡主要光學特性參數(shù)有：1.放大率：2.數(shù)值孔徑NA：NA決定了物鏡的分辨能力4.工作距離：從物鏡的第一個面頂點到物面的距離。5.物鏡的通光口徑：3.線視場：顯微物鏡的基本類型：第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三五、顯微目鏡主要光學特性參數(shù)有：1.視覺放大率：2.目鏡的線視場（由視場光闌的大小決定）3.鏡目距（出瞳距離）：4.目鏡的通光口徑：由漸暈系數(shù)及幾何關(guān)系決定第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三例：一個顯微鏡物鏡的垂軸放大倍率為-3倍，數(shù)值孔徑為0.2，共軛距L為180毫米，物鏡框為孔闌，目鏡焦距為30毫米，求⑴顯微鏡的視覺放大率⑵物鏡焦距⑶物鏡的物象距⑷出瞳直徑⑸出瞳距離（鏡目距）⑹斜入射光照明，波長為0.55微米，求其分辨率⑺物鏡通光孔徑⑻系統(tǒng)的總焦距

第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三六、顯微鏡的照明系統(tǒng)1.透明物體：利用照明系統(tǒng)發(fā)出的光線直接照射到物體上，經(jīng)過透射后，進入顯微鏡成像。1）臨界照明：a）特點：●光源經(jīng)過聚光鏡所成之像與物平面重合

●相當于物平面上置光源b）光路圖：c）缺點：光源表面亮度不均勻或明顯表現(xiàn)出燈絲的結(jié)構(gòu)，影響顯微鏡的觀察效果。d）要求：●聚光鏡應(yīng)有與顯微物鏡相同或稍大的NA

●聚光鏡前放置的可變光闌為聚光鏡的孔闌

●改變孔闌大小，可改變進入物鏡光束的孔徑角，使之與物鏡的NA相適應(yīng)●瞳瞳，視場視場第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2）柯拉照明：a）特點：把光源像成在物鏡入瞳面上。b）光路圖：c）優(yōu)點：可消除臨界照明物平面上光照度不均勻的特點。d）要求：光源通過前置鏡L成像在聚光鏡前可變光闌J2上，聚光鏡再把此光源像再次成在物鏡的入瞳上；在緊靠L后面設(shè)另一可變光闌J1，具有均勻的亮度，被聚光鏡成像在物面上。調(diào)節(jié)J2，可使之與不同數(shù)值孔徑的物鏡相匹配；調(diào)節(jié)J1，可改變物平面上的照明范圍，使之能與不同倍率物鏡的視場相適應(yīng)。視場瞳，瞳視場第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2.非透明物體的照明系統(tǒng)：不透明物體利用側(cè)面自然光或側(cè)面加小燈泡進行照明，靠物體的反射光或散射光進入物鏡成像。另外，利用物鏡本身兼作聚光鏡。光源經(jīng)半透半反鏡和顯微物鏡照明物體，物體的反射光再經(jīng)物鏡和半透半反鏡成像。3.暗場照明：利用特殊的照明系統(tǒng)實現(xiàn)傾斜照射試樣，主要的照明光線不能進入物鏡視場，而能夠進入物鏡成像的只是試樣表面的微粒所散射或衍射的光線。第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§14－8望遠系統(tǒng)一、工作原理及光學特性參數(shù)光學參數(shù)：f1′、f2′、Γ、D/f′、2ω、2ω′、D、D′D物、D目、lZ′第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三二、視覺放大率三、分辨率及工作放大率望遠鏡的分辨率用極限分辨角來表示：若設(shè)人眼的分辨率為60″

D與ψ″成反比，與分辨率成正比以上求得的視覺放大率是滿足分辨率要求的最小視覺放大率，稱之為正常放大率。

工作放大率：是正常放大率的1.5~2倍第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三1.開普勒望遠鏡1）2）筒長：L=f1′+f2′3）出瞳距（鏡目距）lz′四、望遠鏡系統(tǒng)的光束限制第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2.伽利略望遠鏡五、望遠物鏡主要光學參數(shù)：D/f′、f′、2ω這些特性參數(shù)決定了望遠鏡的分辨率，像的主觀亮度，和系統(tǒng)的外形尺寸。第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三六、望遠目鏡1、目鏡的視場角：2、鏡目距：lZ′≥6mm3、目鏡的通光口徑4、目鏡的工作距：物鏡像面到目鏡前表面的長度5、視度調(diào)節(jié)范圍：一個折光度對應(yīng)的調(diào)焦量：通常，視度的調(diào)節(jié)范圍為±5折光度，則目鏡的調(diào)節(jié)深度為±5x。目鏡的工作距至少應(yīng)大于5x。

第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三六、透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)設(shè)置轉(zhuǎn)象系統(tǒng)的望遠鏡可以得到正立的象，放大率擴大β倍。

第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三七、場鏡1、孔闌經(jīng)場鏡成一次像：2、出瞳為上述像在經(jīng)目鏡成的像：已知，求或已知