工程光學(xué)第七章典型光學(xué)系統(tǒng)(2013總第13講)

1、第七章第七章 典型光學(xué)系統(tǒng)典型光學(xué)系統(tǒng)上篇上篇 幾何光學(xué)與光學(xué)設(shè)計(jì)幾何光學(xué)與光學(xué)設(shè)計(jì)石家莊鐵道大學(xué)石家莊鐵道大學(xué). .機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院測(cè)控系測(cè)控系.劉希太劉希太總第總第13講講復(fù)習(xí)上一章內(nèi)容復(fù)習(xí)上一章內(nèi)容第六章第六章 光線的光路計(jì)算及像差理論光線的光路計(jì)算及像差理論第一節(jié)第一節(jié) 概述概述像差產(chǎn)生原因：像差產(chǎn)生原因：孔徑：入射光線孔徑不同，成像位置也不同。孔徑：入射光線孔徑不同，成像位置也不同。視場(chǎng)：不同視場(chǎng)成像倍率不同，子午、弧矢面成像性質(zhì)也不同。視場(chǎng)：不同視場(chǎng)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：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。主要

2、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。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。幾何像差幾何像差球差：球差：軸上點(diǎn)寬光束軸上點(diǎn)寬光束彗差：彗差：軸外點(diǎn)寬光束軸外點(diǎn)寬光束像散像散場(chǎng)曲場(chǎng)曲畸變畸變位置色差位置色差(軸向色差：波長(zhǎng)不同會(huì)聚點(diǎn)不同軸向色差：波長(zhǎng)不同會(huì)聚點(diǎn)不同)倍率色差倍率色差(垂軸色差：垂軸色差：波長(zhǎng)不同放大率不同波長(zhǎng)不同放大率不同)單色光像差單色光像差白光像差白光像差使像模糊使像模糊使像變形使像變形物理光學(xué)：物理光學(xué)：波象差波象差( (實(shí)際波面與理想球面波的偏差實(shí)際波面與理想球面波的偏差) )。軸外點(diǎn)細(xì)光束軸外點(diǎn)細(xì)光束像差種

3、類像差種類第二節(jié)第二節(jié) 光線的光路計(jì)算光線的光路計(jì)算子午面子午面近軸光線近軸光線軸上點(diǎn)軸上點(diǎn) (1條條)過入瞳邊緣過入瞳邊緣(第一近軸光線第一近軸光線)軸外點(diǎn)軸外點(diǎn)(5個(gè)視場(chǎng)個(gè)視場(chǎng))主光線主光線(第二近軸光線第二近軸光線)遠(yuǎn)軸光線遠(yuǎn)軸光線軸上點(diǎn)軸上點(diǎn)軸外點(diǎn)軸外點(diǎn)所選特征光線所選特征光線計(jì)算依據(jù)計(jì)算依據(jù)(1條條)過入瞳邊緣過入瞳邊緣(11個(gè)視場(chǎng)個(gè)視場(chǎng))，上、主、下光線，上、主、下光線高斯光學(xué)高斯光學(xué)校對(duì)公式校對(duì)公式過渡公式過渡公式實(shí)際光路實(shí)際光路校對(duì)公式校對(duì)公式過渡公式過渡公式(含折射、含折射、反射平面反射平面)實(shí)際光路實(shí)際光路軸外點(diǎn)主光軸外點(diǎn)主光線細(xì)光束線細(xì)光束主光線主光線子午面子午面弧矢面弧

4、矢面計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果球差球差彗差彗差位置色差位置色差倍率色差倍率色差像散像散場(chǎng)曲場(chǎng)曲畸變畸變軸外點(diǎn)軸外點(diǎn)球差球差軸外點(diǎn)波像差軸外點(diǎn)波像差軸上點(diǎn)波像差軸上點(diǎn)波像差垂軸像差垂軸像差 波色差波色差 色差色差 、球色差、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(chǎng)的物點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同孔徑和不同色光的像差值。線成像特性，研究不同視場(chǎng)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)單色幾何像差總結(jié)球差球差孔徑函數(shù)孔徑函數(shù)對(duì)稱性對(duì)稱性圓形的彌散斑圓形的彌散斑軸向軸向垂軸垂軸軸上點(diǎn)、寬光束成像軸

5、上點(diǎn)、寬光束成像的非同心性的非同心性lLLULTtan正、負(fù)透鏡組合正、負(fù)透鏡組合某帶的球差為零某帶的球差為零利用齊明點(diǎn)特性利用齊明點(diǎn)特性軸外點(diǎn)小視場(chǎng)寬光軸外點(diǎn)小視場(chǎng)寬光束成像失去對(duì)稱性束成像失去對(duì)稱性孔徑和視場(chǎng)函數(shù)孔徑和視場(chǎng)函數(shù)彗星狀的彌散斑彗星狀的彌散斑子午子午弧矢弧矢zbaTyyyK)(21zSSyyK光闌位于球心處光闌位于球心處利用齊明點(diǎn)特性利用齊明點(diǎn)特性孔徑函數(shù)孔徑函數(shù)(可等暈成像可等暈成像)彗星狀的彌散斑彗星狀的彌散斑正弦差正弦差彗差彗差1sinsinlLLUUnnCOS1sin1zlLLUfhCOS減小透鏡的孔徑減小透鏡的孔徑采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)軸外點(diǎn)寬光束成像軸外點(diǎn)寬光

6、束成像失去對(duì)稱性失去對(duì)稱性像散像散軸外點(diǎn)子午、弧矢軸外點(diǎn)子午、弧矢像點(diǎn)軸向不重合像點(diǎn)軸向不重合寬光束寬光束細(xì)光束細(xì)光束單折射面：?jiǎn)握凵涿妫汗怅@位于球心光闌位于球心處處利用齊明點(diǎn)特利用齊明點(diǎn)特性性zsttsUstxxxcos)(孔徑和視場(chǎng)函數(shù)孔徑和視場(chǎng)函數(shù)子午、弧矢焦線子午、弧矢焦線像差種類像差種類產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因計(jì)算方法計(jì)算方法校正方法校正方法種類種類性質(zhì)性質(zhì)/表現(xiàn)表現(xiàn)場(chǎng)曲場(chǎng)曲llxtt子午子午弧矢弧矢llxss同一視場(chǎng)不同孔徑光同一視場(chǎng)不同孔徑光線對(duì)交點(diǎn)在沿軸方向線對(duì)交點(diǎn)在沿軸方向與高斯像面偏離與高斯像面偏離視場(chǎng)函數(shù)視場(chǎng)函數(shù)有像散時(shí)子午、有像散時(shí)子午、弧矢像面不重合弧矢像面不重合類球差校正類

7、球差校正畸變畸變主光線的光路偏離主光線的光路偏離yyyzz正、負(fù)正、負(fù)視場(chǎng)函數(shù)視場(chǎng)函數(shù)光闌居中對(duì)稱式光闌居中對(duì)稱式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蝹€(gè)薄透鏡組：?jiǎn)蝹€(gè)薄透鏡組：光闌與其重合光闌與其重合100100yyqz像的形狀失真像的形狀失真第三節(jié)第三節(jié) 軸上點(diǎn)的球差軸上點(diǎn)的球差三、球差的性質(zhì)和校正：三、球差的性質(zhì)和校正：正、負(fù)透鏡組合正、負(fù)透鏡組合利用消球差系統(tǒng)使某帶的球差為零利用消球差系統(tǒng)使某帶的球差為零利用齊明點(diǎn)的特性利用齊明點(diǎn)的特性一、球差的定義一、球差的定義垂軸球差垂軸球差：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。：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。( (軸向軸向) )

8、球差球差：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。：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)：二、球差性質(zhì)：u 球差是入射高度球差是入射高度h h1 1或孔徑角或孔徑角U U1 1的函數(shù)；的函數(shù)；u 球差具有對(duì)稱性；球差具有對(duì)稱性；u 球差反映軸上點(diǎn)的像差，與視場(chǎng)角無(wú)關(guān)。球差反映軸上點(diǎn)的像差，與視場(chǎng)角無(wú)關(guān)。垂直光軸平面的垂直光軸平面的軸上點(diǎn)軸上點(diǎn)垂直光軸平面的垂直光軸平面的近軸點(diǎn)近軸點(diǎn)成成點(diǎn)點(diǎn)像像無(wú)球差無(wú)球差滿足正弦條件滿足正弦條件無(wú)正弦差無(wú)正弦差物體位于有限遠(yuǎn)時(shí)物體位于有限遠(yuǎn)時(shí)物體位于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)物體位于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)正正弦弦條條件件UynUnysinsinUh

9、fsinzlLLUUnn1sinsin1zlLLUfh1sin1等等暈暈條條件件有較小球差有較小球差可完善成像可完善成像不暈成像不暈成像無(wú)正弦差無(wú)正弦差滿足等暈條件滿足等暈條件成成彌彌散散斑斑同成像缺陷同成像缺陷等暈成像等暈成像1sinsinlLLUUnnCOS1sin1zlLLUfhCOS不滿足等暈條件時(shí)不滿足等暈條件時(shí)兩式之差為正弦差兩式之差為正弦差0COS0 L軸外點(diǎn)小視場(chǎng)寬光束的像差軸外點(diǎn)小視場(chǎng)寬光束的像差正弦差正弦差COS 相對(duì)彗差為正弦差相對(duì)彗差為正弦差yKCOSS/:初級(jí)軸外點(diǎn)任意視場(chǎng)寬光束的像差軸外點(diǎn)任意視場(chǎng)寬光束的像差彗差彗差SK0COS0L第四節(jié)第四節(jié) 正弦差和彗差正弦差和

10、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(chǎng)，而彗差可用于任何視場(chǎng)。正弦差僅適用于小視場(chǎng)，而彗差可用于任何視場(chǎng)。 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“第二近軸光第二近軸光線線”；彗差必須對(duì)每一視場(chǎng)計(jì)算相對(duì)主光線對(duì)稱入射的上、下兩條光線。；彗差必須對(duì)每一視場(chǎng)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、正弦差和彗差區(qū)別1 1、等暈條件：、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。若實(shí)際光學(xué)

11、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，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。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)第五節(jié) 像散和場(chǎng)曲像散和場(chǎng)曲 像散的校正像散的校正：使某一視場(chǎng)（一般是：使某一視場(chǎng)（一般是0.70.7視場(chǎng)）的像散值為零，但其它視場(chǎng)仍視場(chǎng)）的像散值為零，但其它視場(chǎng)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

12、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。（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：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(wú)限小，則入軸外點(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(wú)限小，則入射光線為無(wú)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(chǎng)曲。射光線為無(wú)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(chǎng)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

13、光軸的存在像散時(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(wú)像散時(shí)，子午像面和弧矢像面重合。旋轉(zhuǎn)曲面，相切于理想像面與光軸的交點(diǎn)。無(wú)像散時(shí)，子午像面和弧矢像面重合。 場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)曲場(chǎng)曲同同時(shí)矯正的時(shí)矯正的匹茲伐匹茲伐條件：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)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)和叫做匹茲伐匹茲伐和數(shù)。

14、和數(shù)。二、場(chǎng)曲二、場(chǎng)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。：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)第六節(jié) 畸變畸變 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：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：光闌位置的正弦條件：角放大率滿足正切條件：角放大率滿足正切條件：zzzzUynUnysinsinzzUynUnytantan主光線和高斯像面交點(diǎn)的高度不等于理想像高，其差異即主光線和高斯

15、像面交點(diǎn)的高度不等于理想像高，其差異即畸變畸變。對(duì)稱式光學(xué)系統(tǒng)當(dāng)放大率為對(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。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。中心，故不產(chǎn)生畸變。第七節(jié)第七節(jié) 色差色差 白色物點(diǎn)不能形成白色像點(diǎn)，而成彩色像斑的成像誤差。白色物點(diǎn)不能形成白色像點(diǎn)，而成彩色像斑的成像誤差。 位置色差位置色差( (又稱縱向色差又稱縱向色差) )：各色光所成的像位置就不同。按色光的波：各色光所成的像位置就不同。按色光的波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)，它們的像點(diǎn)離開透鏡由近到遠(yuǎn)地排列在光軸上

16、。長(zhǎng)由短到長(zhǎng)，它們的像點(diǎn)離開透鏡由近到遠(yuǎn)地排列在光軸上。 橫向色差橫向色差( (又稱倍率色差又稱倍率色差) )：由軸外物點(diǎn)不同色光的垂軸放大率不等引：由軸外物點(diǎn)不同色光的垂軸放大率不等引起。起。 色差的校正：?jiǎn)瓮哥R不能校正色差，單正透鏡具有負(fù)色差，單負(fù)透鏡色差的校正：?jiǎn)瓮哥R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(wú)關(guān)，故消色差的光學(xué)系統(tǒng)需由正負(fù)透鏡組成。無(wú)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)第八節(jié) 波像差波像差 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

17、面應(yīng)是球面，而實(shí)際從物點(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。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)，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)，單色光的波像差與球差有如下關(guān)系：?jiǎn)紊獾牟ㄏ癫钆c球差有如下關(guān)系：022mUduLnW 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)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(zhǎng)時(shí)，其

18、成像可認(rèn)為是完善的，顯微鏡和的最大波像差小于四分之一波長(zhǎng)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)。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)容本章主要內(nèi)容 眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng) 放大鏡放大鏡 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng) 目鏡目鏡 投影系統(tǒng)投影系統(tǒng) 變焦距光學(xué)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)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。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)。視覺

19、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。明方式、光束限制、視覺放大率公式、分辨率、景深等?；疽蠡疽蟮谝还?jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng) 一、眼睛的結(jié)構(gòu)與功能一、眼睛的結(jié)構(gòu)與功能 1.1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：眼睛結(jié)構(gòu)包括角膜、前室：眼睛結(jié)構(gòu)包括角膜、前室( (水狀液水狀液) )、水晶體和后室、水晶體和后室( (玻璃玻璃體體) )、視網(wǎng)膜、瞳孔、黃斑、脈絡(luò)膜、鞏膜、黃斑和盲點(diǎn)。、視網(wǎng)膜、瞳孔、黃斑、脈絡(luò)

20、膜、鞏膜、黃斑和盲點(diǎn)。 2.2.眼睛的成像眼睛的成像 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，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。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：眼睛的物方和像方焦距不相等： f=-17.1mm f=22.8mmf=-17.1mm f=22.8mm 在調(diào)焦范圍內(nèi)，在調(diào)焦范圍內(nèi)，-f=14.2-f=14.217.1mm

21、 f=18.9 17.1mm f=18.9 22.8mm22.8mm幾點(diǎn)說(shuō)明：幾點(diǎn)說(shuō)明：（1 1）眼軸和視軸）眼軸和視軸眼軸眼軸( (光軸光軸) )：眼睛各成像元件曲面中心的連線。：眼睛各成像元件曲面中心的連線。視軸：眼睛的視軸：眼睛的“中心凹中心凹”處與晶狀體像方節(jié)點(diǎn)的連線。處與晶狀體像方節(jié)點(diǎn)的連線。p人眼的視場(chǎng)可達(dá)人眼的視場(chǎng)可達(dá)150150, ,但只有視軸附近但只有視軸附近6-8 6-8 的區(qū)域能成清晰像的區(qū)域能成清晰像; ;p當(dāng)眼睛注視物體時(shí)，物體被自動(dòng)瞄準(zhǔn)在視軸上。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)肌肉眼睛的調(diào)節(jié)方法：調(diào)節(jié)肌肉晶狀體曲率晶狀體曲率焦距焦距 虹

22、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 =2 8mm8mm）若外界光很強(qiáng)，使）若外界光很強(qiáng)，使=2mm=2mm時(shí)仍然使人無(wú)法適應(yīng)，就很容易使視時(shí)仍然使人無(wú)法適應(yīng)，就很容易使視網(wǎng)膜造成傷害。網(wǎng)膜造成傷害。 直視太陽(yáng)或正視激光束能在視網(wǎng)膜上燒成一盲斑，使人在觀看任何景直視太陽(yáng)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。象時(shí)，總有一塊或數(shù)塊區(qū)域是黑斑。 3.3.眼睛的光學(xué)參數(shù)眼睛的光學(xué)參數(shù) 介質(zhì)折射率：介質(zhì)折射率：n=1.3333n=1.3333 折射面半徑：折射面半徑：r

23、r1 1=5.77mm=5.77mm 物方焦距：物方焦距：f-17mmf-17mm 像方焦距：像方焦距：f f 23mm23mm 光焦度：光焦度：D=58.48(1/m)D=58.48(1/m) 網(wǎng)膜半徑：網(wǎng)膜半徑：r r2 2=9.7mm=9.7mm二、眼睛的調(diào)節(jié)及校正二、眼睛的調(diào)節(jié)及校正 遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)：眼睛自動(dòng)調(diào)焦可能看清的最遠(yuǎn)的點(diǎn)稱為遠(yuǎn)點(diǎn)，所能看清：眼睛自動(dòng)調(diào)焦可能看清的最遠(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。點(diǎn)）距離。 1 1、眼睛的調(diào)節(jié)眼睛的調(diào)節(jié)：眼睛成

24、像系統(tǒng)對(duì)任意距離的物體自動(dòng)調(diào)焦的過程。：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 2、眼睛的調(diào)節(jié)能力眼睛的調(diào)節(jié)能力： ff的變化范圍是的變化范圍是18mm18mm23mm23mm。 眼睛的調(diào)節(jié)能力表示能清晰調(diào)焦的極限距離范圍。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，其中，l lr r、l lp p分別為遠(yuǎn)點(diǎn)距離和近點(diǎn)距離；分別為遠(yuǎn)點(diǎn)距離和近點(diǎn)距離； R R1 1l lr r，1 1l lp p為遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)的發(fā)散度（或會(huì)聚度）；單位為為遠(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）。折光度（或稱屈光度）。)(11dptAPRllprp調(diào)節(jié)能力隨年齡增大而減少調(diào)節(jié)能

25、力隨年齡增大而減少年齡年齡10102020303040405050606070708080-7-7-10-10-14-14-22-22-40-40-200-200100100404020020080804040141410107 74.54.52.52.51 10.250.250 0p明視距離明視距離：在閱讀時(shí)，或眼睛通過目視光學(xué)儀器觀測(cè)物像時(shí)，：在閱讀時(shí)，或眼睛通過目視光學(xué)儀器觀測(cè)物像時(shí)，為了工作舒適，習(xí)慣上把物或像置于眼前為了工作舒適，習(xí)慣上把物或像置于眼前250mm250mm處，稱作明視處，稱作明視距離。距離。 )(dptA)(cmlp)(cmlr3 3、非正常眼及其校正、非正常眼及其校

26、正 正常眼和反常眼正常眼和反常眼 正常眼正常眼：眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)，眼睛光學(xué)系統(tǒng)的后焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜上。：眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)，眼睛光學(xué)系統(tǒng)的后焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜上。 反常眼反常眼：眼睛光學(xué)系統(tǒng)的后焦點(diǎn)不在視網(wǎng)膜上。：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）近視眼和遠(yuǎn)視眼（老花眼） 近視近視( (遠(yuǎn)視遠(yuǎn)視) )眼眼：遠(yuǎn)點(diǎn)位于眼前：遠(yuǎn)點(diǎn)位于眼前( (眼后眼后) )有限距離有限距離 散光散光：散光度：散光度ASTAST：ASTASTR R1 1R R2 2 視度視度：遠(yuǎn)點(diǎn)距離：遠(yuǎn)點(diǎn)距離l lr r（單位為（單位為m m）的倒數(shù)表示近視眼或遠(yuǎn)視眼的程度，）的倒數(shù)表示近視眼或遠(yuǎn)視眼的程度，稱為

27、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作100100度。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(zhǎng)，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 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三、眼睛的輻射接收作用 視網(wǎng)膜視網(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)；：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

28、桿狀細(xì)胞：對(duì)光刺激極敏感，但完全不感色；：對(duì)光刺激極敏感，但完全不感色； 錐狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞：感光能力差，但它們能對(duì)各色光有不同的感受。：感光能力差，但它們能對(duì)各色光有不同的感受。 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)和暗適應(yīng)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，：由暗處進(jìn)入亮處，瞳孔自動(dòng)縮??；由亮處進(jìn)入暗處，瞳孔自動(dòng)放大。瞳孔自動(dòng)放大。 四、眼睛的分辨率四、眼睛的分辨率 1 1、眼的分辨能力、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：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

29、。力，或視覺敏銳度。 2 2、視角、視角：物體對(duì)人眼的張角稱作視角。：物體對(duì)人眼的張角稱作視角。 3 3、視角鑒別率、視角鑒別率： 良好照明時(shí)，人睛能分辨的物點(diǎn)間最小視角稱為視角鑒別率良好照明時(shí)，人睛能分辨的物點(diǎn)間最小視角稱為視角鑒別率。在眼。在眼睛沒有調(diào)節(jié)的松弛狀態(tài)下，睛沒有調(diào)節(jié)的松弛狀態(tài)下，f f23mm23mm，可得：，可得： 6060（相鄰兩視神經(jīng)細(xì)胞對(duì)物點(diǎn)張角）（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)，則由若把眼睛看作理想光學(xué)系統(tǒng)，則由140140D(DD(D為入瞳為入瞳),),當(dāng)當(dāng)D D2mm2mm時(shí)，時(shí)，7070，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

30、，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。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。的視角鑒別率高于紅光和紫光部分的鑒別率。 14、視角敏銳度、視角敏銳度：視角敏銳度：視角敏銳度五、眼睛的對(duì)準(zhǔn)精度五、眼睛的對(duì)準(zhǔn)精度 對(duì)準(zhǔn)：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。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)形式及其對(duì)準(zhǔn)誤差：對(duì)準(zhǔn)是指是垂直于視場(chǎng)方向上的重合或置中：對(duì)準(zhǔn)是指是垂直于視場(chǎng)方向上的重合或置中過程

31、。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。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)人眼的瞄準(zhǔn)精度比分辨本領(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。精度隨所取的標(biāo)志而異。 30至6010至20 105六、眼睛的景深六、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。前和平面后某一距離的物體，稱眼睛的景深。 Pab眼睛調(diào)焦在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)眼睛調(diào)焦在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)PPPPDPPPP

32、DPP1122PDPDPPDPDPPPPP21PPPP2211/21PPDPDP 七、雙目立體視覺七、雙目立體視覺 單目視覺：?jiǎn)文恳曈X：?jiǎn)窝塾^察空間物體不能產(chǎn)生立體視覺。人們往往據(jù)經(jīng)驗(yàn)，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。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5m5m。 雙目立體視

33、覺：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)生單一視覺，即兩眼的視網(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。視差角視差角：兩視軸間夾角：兩視軸間夾角 。視覺基線視覺基線：兩眼節(jié)點(diǎn)連線，長(zhǎng)度為：兩眼節(jié)點(diǎn)連線，長(zhǎng)度為b b。LbA/L圖圖7-6 7-6 雙目觀察物體雙目觀察物體圖圖7-7 7-7 雙目立體視角雙目立體視角視差視差：不同距離物體對(duì)應(yīng)不同視場(chǎng)角，其

34、：不同距離物體對(duì)應(yīng)不同視場(chǎng)角，其差異稱立體視差差異稱立體視差 。體視銳度體視銳度：人眼能分辨的極限視差：人眼能分辨的極限視差 。大約為大約為1010”，經(jīng)訓(xùn)練可達(dá)，經(jīng)訓(xùn)練可達(dá)5 5”到到3 3”。min立體視覺半徑：立體視覺半徑：人眼能分辨最大距離。人眼能分辨最大距離。mbL1200/minmax立體視覺閾：立體視覺閾：雙眼能分辨最短深度距離。雙眼能分辨最短深度距離。第二節(jié)放大鏡第二節(jié)放大鏡1 1、目視光學(xué)儀器的基本工作原理目視光學(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：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。大于人眼直接觀察物體時(shí)對(duì)人眼的張角。一、視覺放

35、大率一、視覺放大率eiyy2 2、視覺放大率視覺放大率：用儀器觀察物體時(shí)視網(wǎng)膜上的像高：用儀器觀察物體時(shí)視網(wǎng)膜上的像高 與用人眼直接與用人眼直接觀察物體時(shí)視網(wǎng)膜上的像高觀察物體時(shí)視網(wǎng)膜上的像高 之比，用之比，用 表示：表示：iyey二、放大鏡成像原理和視覺放大率二、放大鏡成像原理和視覺放大率F)(HH眼瞳眼瞳yyf llpytaniyeytantaneiyypl圖圖7-8 放大鏡成像原理放大鏡成像原理tanyPl 使用放大鏡的視角使用放大鏡的視角: :視覺放大率：視覺放大率：tan250mmtan()yy Pl xflyyyff由垂軸放大倍率公式：由垂軸放大倍率公式：250mmflPlf 裸眼

36、直接觀察時(shí)，物置于明視距離處，視角：裸眼直接觀察時(shí)，物置于明視距離處，視角：mmy250tanF)(HH眼瞳眼瞳yyf liyeypl兩種特殊情況兩種特殊情況 0250mm/ f 250mmflPlf 正常視力的眼睛一般調(diào)焦在明視距離，即虛像位于眼前正常視力的眼睛一般調(diào)焦在明視距離，即虛像位于眼前250mm250mm處：處：250mmPl250mm250mm11PPfff 0P250mm1f 若眼睛緊靠著放大鏡：若眼睛緊靠著放大鏡：說(shuō)明：說(shuō)明：焦距一般用毫米作單位，常用放大鏡倍率焦距一般用毫米作單位，常用放大鏡倍率:2.5:2.525 。 原則上焦距越短放大倍率越高原則上焦距越短放大倍率越高,

37、 ,但因受限于像差單透鏡放大率不超但因受限于像差單透鏡放大率不超過過3。倍率較大的放大鏡由組合透鏡組成。倍率較大的放大鏡由組合透鏡組成。 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l虛像平面虛像平面場(chǎng)闌場(chǎng)闌出瞳出瞳KD=1KD=0.5KD=012a2Pyh2孔徑光闌孔徑光闌：眼睛瞳孔：眼睛瞳孔視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌：放大鏡框：放大鏡框漸暈光闌漸暈光闌：放大鏡本身：放大鏡本身漸暈與視場(chǎng)角漸暈與視場(chǎng)角三、光束限制和線視場(chǎng)三、光束限制和線視場(chǎng)PahPhPah/ )(tan/tan/ )(tan21漸暈系數(shù)分別為漸暈系數(shù)分別為100100% %、5050% %和

38、和0%0%時(shí)像方視場(chǎng)角：時(shí)像方視場(chǎng)角：圖圖7-9 放大鏡的光束限制放大鏡的光束限制F)(HH眼瞳眼瞳yff 放大鏡的視場(chǎng)通常用線視場(chǎng)放大鏡的視場(chǎng)通常用線視場(chǎng)2y2y表示。表示。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)。對(duì)對(duì)50%50%漸暈的線視場(chǎng)：漸暈的線視場(chǎng)： 放大鏡倍率越大，其線視場(chǎng)越小。放大鏡倍率越大，其線視場(chǎng)越小。05002mmhyP圖圖7- 10 放大鏡的視場(chǎng)角放大鏡的視場(chǎng)角22tanyf0250mm/ f Ph/tan 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

39、正透鏡組成，即物鏡和目鏡。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)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。目鏡成放大的虛像，供人眼觀察。 第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng) 一、顯微鏡的視覺放大率一、顯微鏡的視覺放大率1F圖圖2-32顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)2Fy22ffy1F21tanffyLytan21tantanffLeeoffmm)250(tantan物體在明視距離處：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。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一、顯微鏡的視覺放大

40、率eeoffmm)250(tantan顯微鏡組合系統(tǒng)其焦距：顯微鏡組合系統(tǒng)其焦距：eoffffmm/250 等于放大鏡眼睛調(diào)焦在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)的視覺等于放大鏡眼睛調(diào)焦在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)的視覺放大率，說(shuō)明顯微鏡是組合的放大鏡。放大率，說(shuō)明顯微鏡是組合的放大鏡。圖圖7- 11 顯微鏡成像原理顯微鏡成像原理 通用顯微鏡其共軛距和通用顯微鏡其共軛距和機(jī)械筒長(zhǎng)機(jī)械筒長(zhǎng)是固定的。共軛距大約為是固定的。共軛距大約為180mm180mm。生。生物顯微鏡在我國(guó)為物顯微鏡在我國(guó)為195mm195mm。機(jī)械筒長(zhǎng)為。機(jī)械筒長(zhǎng)為160mm160mm、170mm170mm和和190mm190mm等，我國(guó)為等，我國(guó)為160mm160mm

41、。 物鏡和目鏡可根據(jù)倍率要求而更換。物鏡和目鏡可根據(jù)倍率要求而更換。機(jī)械筒長(zhǎng)機(jī)械筒長(zhǎng)：把顯微鏡的物鏡和目鏡取下后，所剩的鏡筒長(zhǎng)度。：把顯微鏡的物鏡和目鏡取下后，所剩的鏡筒長(zhǎng)度。顯微鏡共軛距顯微鏡共軛距：物平面到像平面距離。：物平面到像平面距離。顯微鏡設(shè)計(jì)中的規(guī)定參數(shù)：顯微鏡設(shè)計(jì)中的規(guī)定參數(shù)：常用的物鏡倍率常用的物鏡倍率：4 4x x、 1010 x x、 4040 x x和和100100 x x常用的目鏡倍率常用的目鏡倍率：5 5x x、1010 x x和和1515x x二、顯微鏡的線視場(chǎng)二、顯微鏡的線視場(chǎng)mmytan5002 目鏡一定目鏡一定( )( )時(shí)，視覺放大率越大，物空間的線視場(chǎng)越小

42、。時(shí)，視覺放大率越大，物空間的線視場(chǎng)越小。2三、顯微鏡的出瞳直徑三、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，該光顯微鏡物鏡是多片鏡組，在其像方焦面上，設(shè)置孔徑光闌，該光闌經(jīng)目鏡系統(tǒng)所成的像即為顯微鏡的出瞳。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：顯微鏡的數(shù)值孔徑：NANAnsinunsinu 出瞳直徑出瞳直徑DD：DD500NA/500NA/四、顯微鏡的分辨率和有效放大率四、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)間最短距離顯微鏡的分辨率：以能分辨的物方兩點(diǎn)間最短距離來(lái)表示。由來(lái)表示。由瑞利判斷公式：瑞利判斷公式：unsin

43、61. 0 道威判斷公式：道威判斷公式：0.85a/0.85a/0.5/NA0.5/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。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有效放大率：滿足下式的視覺放大率 公式：公式：500NA1000NA500NA1000NA五、顯微鏡的景深五、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)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

44、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。之間的距離稱作顯微鏡的景深。 a a）透射光亮視場(chǎng)照明）透射光亮視場(chǎng)照明 d d）反射光暗視場(chǎng)照明）反射光暗視場(chǎng)照明b b）反射光亮視場(chǎng)照明）反射光亮視場(chǎng)照明c c）透射光暗視場(chǎng)照明）透射光暗視場(chǎng)照明六、顯微鏡的照明方法六、顯微鏡的照明方法（一）照明分類（一）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束，對(duì)比度高，暗視場(chǎng)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?？墒狗直媛侍岣?。 生物顯微鏡多為透明標(biāo)本

45、，常用透射光亮視場(chǎng)照明。其照明方式又分生物顯微鏡多為透明標(biāo)本，常用透射光亮視場(chǎng)照明。其照明方式又分為兩種，即臨界照明和柯勒照明。為兩種，即臨界照明和柯勒照明。 臨界照明：將光源的像經(jīng)過臨界照明：將光源的像經(jīng)過“聚光鏡聚光鏡” ” 投影于物面上；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。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)過柯勒照明：將光源的像經(jīng)過“聚光鏡聚光鏡” ” 投影于物面上；投影于物面上； 柯勒照明是柯勒照明是“窗對(duì)瞳、瞳對(duì)窗窗對(duì)瞳、瞳對(duì)窗”；七、顯微鏡的物鏡七、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

46、色差物鏡復(fù)消色差物鏡平視場(chǎng)復(fù)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 望遠(yuǎn)鏡的組成望遠(yuǎn)鏡的組成：物鏡、目鏡及光路轉(zhuǎn)折和轉(zhuǎn)像用的反射棱鏡等。：物鏡、目鏡及光路轉(zhuǎn)折和轉(zhuǎn)像用的反射棱鏡等。第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)特點(diǎn)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=0； 系統(tǒng)的焦點(diǎn)、主點(diǎn)都在無(wú)窮遠(yuǎn)處，屬于無(wú)焦系統(tǒng)；系統(tǒng)的焦點(diǎn)、主點(diǎn)都在無(wú)窮遠(yuǎn)處，屬于無(wú)焦系統(tǒng)； 系統(tǒng)的總長(zhǎng)為第一光組的像方焦距與第二光組的物方焦距的和。系統(tǒng)的總長(zhǎng)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)一、望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)開普勒開普勒(Kepler

47、)望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡：物鏡、目鏡皆為凸鏡即：物鏡、目鏡皆為凸鏡即 ， 。00 f0ef二、分類二、分類0ef伽利略伽利略(Calileo)望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡: 物鏡為凸鏡，目鏡為凹鏡即物鏡為凸鏡，目鏡為凹鏡即 ， 。00 f1、折射式、折射式：用透鏡作物鏡的望遠(yuǎn)鏡。分為兩種類型：用透鏡作物鏡的望遠(yuǎn)鏡。分為兩種類型：目鏡)(入瞳物鏡of ef出瞳視場(chǎng)光闌DD1 1、開普勒望遠(yuǎn)鏡、開普勒望遠(yuǎn)鏡圖圖7-17 開普勒望遠(yuǎn)鏡成像原理開普勒望遠(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：1tantantan)tan(DDffffeoeo 望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率與物體位置無(wú)關(guān)。欲增大視覺放大率，必須增望遠(yuǎn)鏡的視覺放大

48、率與物體位置無(wú)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大物鏡的焦距或減少目鏡的焦距，但目鏡的焦距不得小于6mm6mm。 KeplerKepler望遠(yuǎn)鏡成倒像，常用一個(gè)透鏡或棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)像。同時(shí)望遠(yuǎn)鏡成倒像，常用一個(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(cè)量?？梢栽谖镧R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(cè)量。常見的有棱鏡雙筒望遠(yuǎn)鏡，因它鏡簡(jiǎn)短、視野大，攜帶方便，常用于軍事常見的有棱鏡雙筒望遠(yuǎn)鏡，因它鏡簡(jiǎn)短、視野大，攜帶方便，常用于軍事和野外考察。和野外考察。2、伽利略望遠(yuǎn)鏡、伽利略望遠(yuǎn)鏡

49、圖圖7-19 伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡 Calileo Calileo望遠(yuǎn)鏡成正立像，無(wú)需進(jìn)行轉(zhuǎn)像，但因其在物、目鏡之間不望遠(yuǎn)鏡成正立像，無(wú)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。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，可冕牌玻璃制成的凸透

50、鏡和一塊火石玻璃制成的凹透鏡組成，可使紅藍(lán)兩色使紅藍(lán)兩色的影像聚在同一焦點(diǎn)上以的影像聚在同一焦點(diǎn)上以消除位置色差。消除位置色差。這類鏡頭影像外圍仍有一個(gè)很淡紫色這類鏡頭影像外圍仍有一個(gè)很淡紫色的光暈。的光暈。 口徑小于口徑小于8 8厘米的雙透鏡物鏡可將兩塊透鏡膠合在一起，稱厘米的雙透鏡物鏡可將兩塊透鏡膠合在一起，稱雙膠合物雙膠合物鏡鏡，留有一定間隙未膠合的稱，留有一定間隙未膠合的稱雙分離物鏡雙分離物鏡。 由于折射望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量比反射望遠(yuǎn)鏡好，視場(chǎng)大，使用方便，由于折射望遠(yuǎn)鏡的成像質(zhì)量比反射望遠(yuǎn)鏡好，視場(chǎng)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)，但大易于維護(hù)，中小型

51、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(lái)比反射望遠(yuǎn)鏡困難得多，所以大口徑望遠(yuǎn)鏡都型折射望遠(yuǎn)鏡制造起來(lái)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。采用反射式。2、反射式、反射式反射望遠(yuǎn)鏡是利用一塊鍍了金屬反射望遠(yuǎn)鏡是利用一塊鍍了金屬(通常是通常是鋁鋁)的凹面玻璃聚焦的凹面玻璃聚焦,由于焦點(diǎn)在鏡前由于焦點(diǎn)在鏡前,所以必所以必須在物鏡焦點(diǎn)之前用另一塊鏡將影像反射出須在物鏡焦點(diǎn)之前用另一塊鏡將影像反射出鏡筒外鏡筒外,再用目鏡放大。再用目鏡放大。 、折反射望遠(yuǎn)鏡、折反射望遠(yuǎn)鏡這是一類同時(shí)利用折射與反射原理的這是一類同時(shí)利用折射與反射原理的望遠(yuǎn)鏡，是望遠(yuǎn)鏡，是1930 19

52、30 年由施密特年由施密特(Schmidt)(Schmidt)發(fā)發(fā)明用作天文攝影。主要是利用一球面凹鏡明用作天文攝影。主要是利用一球面凹鏡作為主鏡以消除彗形像差，同時(shí)利用一非作為主鏡以消除彗形像差，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。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三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及工作放大率1 1、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率像空間折射率：像空間折射率：1n osin/2uDf555nm140 /mmD120 /mmDp根據(jù)道威判斷：根據(jù)道威判斷：0.61sinanup根據(jù)瑞利判斷：根據(jù)瑞利判斷：

53、 oo0.61sinafnuf 極限分辨角極限分辨角 入瞳直徑越大，望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角越小，分辨率越高。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大率的2.32.3倍：倍：2 2、視覺放大率和分辨率的關(guān)系、視覺放大率和分辨率的關(guān)系 02.3D 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。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：人眼的極限分辨角：1= 601= 60140 / D望遠(yuǎn)鏡的極限分

54、辨角：望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角：602.3D 60 人眼視覺放大率與分辨率關(guān)系：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( (正常正常) )放大率。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?？讖焦怅@：物鏡框，也是入瞳，出瞳在目鏡外面與人眼重合。 漸暈光闌：目鏡框，允許有漸暈光闌：目鏡框，允許有50%的漸暈。的漸暈。 視場(chǎng)光闌：物鏡的后焦平面上放置的分劃板。視場(chǎng)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(chǎng)角滿足：望遠(yuǎn)鏡的物方視場(chǎng)角滿足：tany/f0 式中式中y是視場(chǎng)光闌半

55、徑，即分劃板半徑。是視場(chǎng)光闌半徑，即分劃板半徑。 視場(chǎng)角：視場(chǎng)視場(chǎng)角：視場(chǎng)2一般不超過一般不超過15。須使眼瞳位于出瞳處才能觀察到全視場(chǎng)。須使眼瞳位于出瞳處才能觀察到全視場(chǎng)。四、望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)四、望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)1、Kepler望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)目鏡)(入瞳物鏡of ef出瞳視場(chǎng)光闌DD 孔徑光闌：人眼的瞳孔，也是系統(tǒng)的出瞳?？讖焦怅@：人眼的瞳孔，也是系統(tǒng)的出瞳。 視場(chǎng)光闌：物鏡框，望遠(yuǎn)鏡的入射窗。視場(chǎng)光闌：物鏡框，望遠(yuǎn)鏡的入射窗。 漸暈：視場(chǎng)光闌不與物面或像面重合，對(duì)大視場(chǎng)一般存在漸暈現(xiàn)象。漸暈：視場(chǎng)光闌不與物面或像面重合，對(duì)大視場(chǎng)一般存在漸暈現(xiàn)象。圖圖7-20 Calileo望遠(yuǎn)鏡的光束限

56、制望遠(yuǎn)鏡的光束限制2、Calileo望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng) 每副雙筒望遠(yuǎn)鏡都標(biāo)有一組數(shù)每副雙筒望遠(yuǎn)鏡都標(biāo)有一組數(shù)字如字如 7x507x50之類。雙筒望遠(yuǎn)鏡規(guī)格上之類。雙筒望遠(yuǎn)鏡規(guī)格上的第一個(gè)數(shù)字的第一個(gè)數(shù)字 7 7 就是倍率，就是倍率，第二個(gè)數(shù)字第二個(gè)數(shù)字 50 50 就是指鏡頭直徑。就是指鏡頭直徑。 雙筒望遠(yuǎn)鏡手冊(cè)上雙筒望遠(yuǎn)鏡手冊(cè)上有有數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)367feet1000yards367feet1000yards或或120m1000 m120m1000 m等等，代表透過目鏡看代表透過目鏡看1000 1000 碼碼( (或或10001000公尺公尺) )遠(yuǎn)的風(fēng)景，你視野上能看遠(yuǎn)的風(fēng)景，你視野上能看

57、見的有多寬。天文學(xué)家用度數(shù)來(lái)度量視野見的有多寬。天文學(xué)家用度數(shù)來(lái)度量視野，一度相當(dāng)兩倍滿月的直徑一度相當(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)型看到的天空較小高倍機(jī)型看到的天空較小(3(3到到5 5度度) )，廣角機(jī)型就看得較多廣角機(jī)型就看得較多(8(8到到1010度度) )。 補(bǔ)充內(nèi)容補(bǔ)充內(nèi)容許多雙筒望遠(yuǎn)鏡手冊(cè)上許多雙筒望遠(yuǎn)鏡手冊(cè)上有有一個(gè)規(guī)格叫射出瞳孔一個(gè)規(guī)格叫射出瞳孔，它是光線從目鏡它是光線從目鏡里射出來(lái)的寬度里射出來(lái)的寬度，可用口徑可用口徑( (單位單位mm)mm)除以倍率來(lái)算射出瞳除以倍率來(lái)算射出瞳孔孔。如如7x50 7x50 型型就有就有50/

58、7(7mm) 50/7(7mm) 的射出瞳孔。所有的射出瞳孔。所有7x507x50機(jī)型射出瞳孔都是機(jī)型射出瞳孔都是7mm7mm；所有所有7x427x42機(jī)種射出瞳孔都是機(jī)種射出瞳孔都是6mm6mm。因因人類瞳孔頂多能擴(kuò)大到人類瞳孔頂多能擴(kuò)大到7mm7mm，很多用于天文的很多用于天文的雙筒望遠(yuǎn)鏡都是雙筒望遠(yuǎn)鏡都是7mm7mm射出瞳孔。所有用來(lái)應(yīng)付低光度環(huán)境的雙筒望遠(yuǎn)鏡都射出瞳孔。所有用來(lái)應(yīng)付低光度環(huán)境的雙筒望遠(yuǎn)鏡都有有7mm7mm射出瞳孔射出瞳孔，包括包括7x507x50、8x568x56、9x639x63、10 x7010 x70及及11x8011x80等機(jī)型。等機(jī)型。年紀(jì)大年紀(jì)大的人的人眼睛

59、瞳孔張不了那么開眼睛瞳孔張不了那么開，三十歲出頭的人的最大瞳孔約三十歲出頭的人的最大瞳孔約6mm6mm。超過四。超過四十歲就掉到約十歲就掉到約4.5mm4.5mm至至5mm5mm之間。年紀(jì)大一點(diǎn)的人，雙筒望遠(yuǎn)鏡的射出瞳之間。年紀(jì)大一點(diǎn)的人，雙筒望遠(yuǎn)鏡的射出瞳5mm5mm或或6mm6mm是較好的選擇是較好的選擇，這些機(jī)型包括暢銷的這些機(jī)型包括暢銷的7x427x42及及10 x5010 x50。 射出瞳孔射出瞳孔(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，能折射光路使使成像正立。成像正立。雙筒望遠(yuǎn)鏡可區(qū)分成兩個(gè)陣營(yíng)雙筒望遠(yuǎn)鏡可區(qū)分成兩

60、個(gè)陣營(yíng)-Porro-Porro棱鏡系及棱鏡系及RoofRoof棱鏡系。棱鏡系。PorroPorro棱鏡棱鏡系有字或字型外觀系有字或字型外觀，RoofRoof棱鏡系則是直筒型。棱鏡系則是直筒型。PorroPorro棱鏡機(jī)型一般比棱鏡機(jī)型一般比RoofRoof棱鏡機(jī)型要來(lái)得便宜。天文用途上多采用棱鏡機(jī)型要來(lái)得便宜。天文用途上多采用PorroPorro棱鏡機(jī)型。棱鏡機(jī)型。棱鏡系棱鏡系(Prisms) 鍍膜可以提高光線的穿透率并減少內(nèi)面反射鍍膜可以提高光線的穿透率并減少內(nèi)面反射 及鏡面閃光及鏡面閃光。雙筒望遠(yuǎn)鏡雙筒望遠(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。所有的鏡片含棱鏡