工程光學(xué)第七章郁道銀版PPT作者竇柳明(長(zhǎng)沙理工大學(xué))

1、第七章第七章 典型光學(xué)系統(tǒng)典型光學(xué)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)1第二節(jié)第二節(jié) 放大鏡放大鏡2 第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)3 第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)4第七章第七章 典型光學(xué)系統(tǒng)典型光學(xué)系統(tǒng) 第五節(jié)第五節(jié) 目鏡目鏡5第六節(jié)第六節(jié) 攝影系統(tǒng)與投影系統(tǒng)攝影系統(tǒng)與投影系統(tǒng)6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) 一、眼睛的構(gòu)造一、眼睛的構(gòu)造 角膜（角膜（1.38） 前室前室（1.34） 瞳孔瞳孔 水晶體（水晶體（1.4） 后室（后室（1.34） 盲點(diǎn)盲點(diǎn) 視神經(jīng)視神經(jīng) 視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜 黃斑黃斑 虹彩膜虹彩膜 睫狀肌睫狀肌 懸韌帶懸韌帶 括約肌括約肌 主要光

2、學(xué)器官主要光學(xué)器官 角膜：角膜：角質(zhì)透明體。角質(zhì)透明體。前室：前室：充滿透明液體。充滿透明液體。瞳孔：瞳孔：虹彩膜圍成的小虹彩膜圍成的小孔，括約肌控制大小?？?，括約肌控制大小。水晶體：水晶體：多層透明膜構(gòu)成的雙凸透鏡，屈多層透明膜構(gòu)成的雙凸透鏡，屈光度較大。形狀由睫狀肌和懸韌帶改變。光度較大。形狀由睫狀肌和懸韌帶改變。后室：后室：充滿膠狀透明液體，有一定屈光度，支撐視網(wǎng)膜。充滿膠狀透明液體，有一定屈光度，支撐視網(wǎng)膜。視網(wǎng)膜：視網(wǎng)膜：大量視神經(jīng)構(gòu)成的感光面，視神經(jīng)與大腦相連。大量視神經(jīng)構(gòu)成的感光面，視神經(jīng)與大腦相連。黃斑：黃斑：視神經(jīng)分布最為密集，視覺(jué)最靈敏的橢圓狀凹陷區(qū)。視神經(jīng)分布最為密集，視

3、覺(jué)最靈敏的橢圓狀凹陷區(qū)。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) 黃斑與眼睛光學(xué)系統(tǒng)物方節(jié)點(diǎn)的連線為黃斑與眼睛光學(xué)系統(tǒng)物方節(jié)點(diǎn)的連線為視軸視軸。人眼的視場(chǎng)可達(dá)。人眼的視場(chǎng)可達(dá)150150。，但，但清晰成像范圍為清晰成像范圍為。從光學(xué)角度，人眼中最從光學(xué)角度，人眼中最重要的三樣是什么？重要的三樣是什么？角膜（角膜（1.38） 前室前室（1.34） 瞳孔瞳孔 后室（后室（1.34） 盲點(diǎn)盲點(diǎn) 視神經(jīng)視神經(jīng) 視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜 黃斑黃斑 虹彩膜虹彩膜 睫狀肌睫狀肌 懸韌帶懸韌帶 括約肌括約肌 瞳孔瞳孔光闌；光闌；水晶體水晶體鏡頭；鏡頭；視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜感光底片；感光底片；視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜 第一節(jié)第一節(jié) 眼睛

4、及其光學(xué)系統(tǒng)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng) 水晶體水晶體（1.37-1.4） 水晶體水晶體（1.37-1.4） 瞳孔瞳孔 標(biāo)準(zhǔn)眼和簡(jiǎn)約眼標(biāo)準(zhǔn)眼和簡(jiǎn)約眼標(biāo)準(zhǔn)眼標(biāo)準(zhǔn)眼：根據(jù)大量測(cè)試結(jié)果，定出了眼睛的各項(xiàng)光學(xué)常數(shù)，：根據(jù)大量測(cè)試結(jié)果，定出了眼睛的各項(xiàng)光學(xué)常數(shù)，包括各透光部分的折射率、各光學(xué)表面的曲率半徑以及有關(guān)包括各透光部分的折射率、各光學(xué)表面的曲率半徑以及有關(guān)距離，滿足這些光學(xué)數(shù)值的眼睛為標(biāo)準(zhǔn)眼。距離，滿足這些光學(xué)數(shù)值的眼睛為標(biāo)準(zhǔn)眼。簡(jiǎn)約眼簡(jiǎn)約眼：為了近似計(jì)算的方便，可把標(biāo)準(zhǔn)眼簡(jiǎn)化為一個(gè)折射：為了近似計(jì)算的方便，可把標(biāo)準(zhǔn)眼簡(jiǎn)化為一個(gè)折射球面的模型來(lái)代替，稱(chēng)為簡(jiǎn)約眼。簡(jiǎn)約眼的參數(shù)為：球面的模型來(lái)代替，稱(chēng)為簡(jiǎn)約眼。

5、簡(jiǎn)約眼的參數(shù)為：mmrnmmr7 . 93/456. 5視網(wǎng)膜的曲率半徑像方介質(zhì)的折射率折射面的曲率半徑mmfmmf26.227.16像方焦距物方焦距3/4 n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) 1 1、適應(yīng)、適應(yīng) ：人眼本能地適應(yīng)不同明暗環(huán)境的能力。：人眼本能地適應(yīng)不同明暗環(huán)境的能力。視網(wǎng)膜是由錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞組成的視網(wǎng)膜是由錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞組成的輻射接收器輻射接收器。桿狀細(xì)胞桿狀細(xì)胞對(duì)光刺激非常敏感，感受弱光，能分辨明暗，對(duì)對(duì)光刺激非常敏感，感受弱光，能分辨明暗，對(duì)507nm最最靈敏，但完全靈敏，但完全不感色不感色；在暗照明時(shí)，視覺(jué)主要由桿狀細(xì)胞起作用。；在暗照明時(shí)，視覺(jué)主

6、要由桿狀細(xì)胞起作用。錐狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞的感光能力的感光能力差很多差很多，感受強(qiáng)光，對(duì)，感受強(qiáng)光，對(duì)555nm最靈敏，對(duì)顏色最靈敏，對(duì)顏色和細(xì)節(jié)分辨能力強(qiáng)。在亮照明時(shí)，視覺(jué)主要由錐狀細(xì)胞起作用。和細(xì)節(jié)分辨能力強(qiáng)。在亮照明時(shí)，視覺(jué)主要由錐狀細(xì)胞起作用。二、人眼的適應(yīng)與調(diào)節(jié)二、人眼的適應(yīng)與調(diào)節(jié)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) 注意：注意：人眼的亮、暗環(huán)境適應(yīng)人眼的亮、暗環(huán)境適應(yīng)不是只靠瞳孔大小改變不是只靠瞳孔大小改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 人眼對(duì)各種光亮環(huán)境的適應(yīng)能力亮度比可達(dá)：人眼對(duì)各種光亮環(huán)境的適應(yīng)能力亮度比可達(dá)：10101212:1:1瞳孔大小改變范圍：瞳孔大小改變范圍：2929 m

7、m mm。 適應(yīng)分為適應(yīng)分為暗適應(yīng)暗適應(yīng)和和明適應(yīng)明適應(yīng)兩種：兩種： 暗適應(yīng)：暗適應(yīng)：發(fā)生在由明發(fā)生在由明暗時(shí)，眼睛的瞳孔放大，敏感度提高，暗時(shí)，眼睛的瞳孔放大，敏感度提高，經(jīng)一定時(shí)間才能適應(yīng)，約經(jīng)一定時(shí)間才能適應(yīng)，約3030分鐘后，敏感度才達(dá)最大。分鐘后，敏感度才達(dá)最大。 明適應(yīng)：明適應(yīng)：適應(yīng)過(guò)程較快，幾分鐘即可，但敏感度大大降低。適應(yīng)過(guò)程較快，幾分鐘即可，但敏感度大大降低。 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 2、調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié) 人眼能本能地改變光焦度人眼能本能地改變光焦度( (焦距焦距) )，以看清不同距離的物體。，以看清不同距離的物體。遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn) 在調(diào)節(jié)肌肉在調(diào)節(jié)肌肉完全放松

8、完全放松時(shí)，眼睛所能看清的時(shí)，眼睛所能看清的最遠(yuǎn)點(diǎn)。最遠(yuǎn)點(diǎn)。 近點(diǎn)近點(diǎn) 在調(diào)節(jié)肌肉在調(diào)節(jié)肌肉最緊張最緊張時(shí)，眼睛所能看清的時(shí)，眼睛所能看清的最近點(diǎn)。最近點(diǎn)。 機(jī)理：機(jī)理：在睫狀肌和懸韌帶的作用下，水晶體前后表面曲率半徑在睫狀肌和懸韌帶的作用下，水晶體前后表面曲率半徑變化，從而使光焦度變化。人眼是變化，從而使光焦度變化。人眼是變焦距系統(tǒng)變焦距系統(tǒng)。遠(yuǎn)點(diǎn)距遠(yuǎn)點(diǎn)距 眼睛物方主點(diǎn)到眼睛物方主點(diǎn)到遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)的距離，用的距離，用 表示；表示； 近點(diǎn)距近點(diǎn)距 眼睛物方主點(diǎn)到眼睛物方主點(diǎn)到近點(diǎn)近點(diǎn)的距離，用的距離，用 表示。表示。 plrl遠(yuǎn)點(diǎn)：f 23mm； 近點(diǎn)：f 18mm。第一節(jié)第一節(jié) 眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)

9、眼睛及其光學(xué)系統(tǒng) 明視距離明視距離：人眼觀察物體：人眼觀察物體最方便最方便和和習(xí)慣習(xí)慣的工作距離，的工作距離，250250mm。 調(diào)節(jié)范圍調(diào)節(jié)范圍： （單位：屈光度（單位：屈光度D，1 1D=1/ /m）prllPRA11人眼的調(diào)節(jié)能力用人眼的調(diào)節(jié)能力用調(diào)節(jié)范圍調(diào)節(jié)范圍來(lái)表示來(lái)表示 遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)的會(huì)聚度（發(fā)散度）遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)的會(huì)聚度（發(fā)散度）調(diào)節(jié)范圍隨人年齡的增大而變小。調(diào)節(jié)范圍隨人年齡的增大而變小。 原理：原理：加凹透鏡使無(wú)限遠(yuǎn)物體經(jīng)凹透鏡加凹透鏡使無(wú)限遠(yuǎn)物體經(jīng)凹透鏡后成像于該近視眼的后成像于該近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)處。處。 三、人眼的缺陷及矯正三、人眼的缺陷及矯正 1 1、近視眼及矯正方法、近視眼及

10、矯正方法 近視眼：近視眼：人眼在完全放松情況下，人眼在完全放松情況下，無(wú)限遠(yuǎn)物體成像于視網(wǎng)膜前，或人眼在無(wú)限遠(yuǎn)物體成像于視網(wǎng)膜前，或人眼在完全放松情況下，眼前有限遠(yuǎn)物體成像完全放松情況下，眼前有限遠(yuǎn)物體成像于視網(wǎng)膜上。于視網(wǎng)膜上。 原因：原因：由于眼球過(guò)長(zhǎng)，后焦點(diǎn)位于由于眼球過(guò)長(zhǎng)，后焦點(diǎn)位于視網(wǎng)膜之前所致。視網(wǎng)膜之前所致。矯正方法：矯正方法：配戴配戴 的的凹透鏡凹透鏡。 rlfFF 正常眼：正常眼：眼睛光學(xué)系統(tǒng)的后焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜眼睛光學(xué)系統(tǒng)的后焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜上，稱(chēng)為上，稱(chēng)為正常眼正常眼；反之，稱(chēng)為；反之，稱(chēng)為反常眼反常眼。FF 遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn) 遠(yuǎn)點(diǎn)距離遠(yuǎn)點(diǎn)距離lr（單位為（單位為m）的倒數(shù)表示近視）的倒

11、數(shù)表示近視眼的程度，稱(chēng)為眼的程度，稱(chēng)為為為視度視度，單位為屈光度，單位為屈光度，醫(yī)院和眼鏡店把醫(yī)院和眼鏡店把1 1D稱(chēng)作稱(chēng)作100100度。度。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 2、遠(yuǎn)視眼及矯正方法、遠(yuǎn)視眼及矯正方法 遠(yuǎn)視眼：遠(yuǎn)視眼：人眼在完全放松情況下，人眼在完全放松情況下，無(wú)限遠(yuǎn)物體成像于視網(wǎng)膜后；或人無(wú)限遠(yuǎn)物體成像于視網(wǎng)膜后；或人眼在完全放松情況下，眼后眼在完全放松情況下，眼后 有限遠(yuǎn)物體成像于視網(wǎng)膜上。有限遠(yuǎn)物體成像于視網(wǎng)膜上。 原因：原因：由于眼球過(guò)短，后焦點(diǎn)位由于眼球過(guò)短，后焦點(diǎn)位于視網(wǎng)膜之后所致。于視網(wǎng)膜之后所致。矯正方法：矯正方法：配戴配戴 的的凸透鏡凸透鏡。

12、 rlf 其它矯正方法：其它矯正方法：角膜激光手術(shù)。角膜激光手術(shù)。 FF遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn) 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) 四、人眼的分辨能力四、人眼的分辨能力 能區(qū)分兩個(gè)最靠近點(diǎn)的能力，用極限分辨角能區(qū)分兩個(gè)最靠近點(diǎn)的能力，用極限分辨角表示。表示。極限分辨角極限分辨角：恰能分辨的兩個(gè)點(diǎn)對(duì)人眼的張角。：恰能分辨的兩個(gè)點(diǎn)對(duì)人眼的張角。 影響眼睛分辨能力的因素：影響眼睛分辨能力的因素： 視覺(jué)細(xì)胞的尺寸；視覺(jué)細(xì)胞的尺寸； 瞳孔的衍射效應(yīng)；瞳孔的衍射效應(yīng)； 眼睛存在的各類(lèi)像差；眼睛存在的各類(lèi)像差； 照明光的光譜和亮度。照明光的光譜和亮度。 普通正常人眼：普通正常人眼：60 3 3、散光眼、散光眼

13、 散光眼：散光眼：由于水晶體兩表面的不對(duì)稱(chēng)，使得由于水晶體兩表面的不對(duì)稱(chēng)，使得細(xì)光束的兩個(gè)主截面的光線不交于一點(diǎn)，即細(xì)光束的兩個(gè)主截面的光線不交于一點(diǎn)，即兩主截面的遠(yuǎn)點(diǎn)距離不相同，其視度差稱(chēng)為兩主截面的遠(yuǎn)點(diǎn)距離不相同，其視度差稱(chēng)為散光度?？捎脠A柱面或散光度?？捎脠A柱面或雙心柱面透鏡雙心柱面透鏡矯正散矯正散光眼。光眼。 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) 測(cè)量工作中，為了讀數(shù)，常常采用某種標(biāo)志對(duì)目標(biāo)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)測(cè)量工作中，為了讀數(shù)，常常采用某種標(biāo)志對(duì)目標(biāo)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)或重合，這種對(duì)準(zhǔn)或重合的過(guò)程，就稱(chēng)為或重合，這種對(duì)準(zhǔn)或重合的過(guò)程，就稱(chēng)為瞄準(zhǔn)瞄準(zhǔn)。而由于受人眼分。而由于受人眼分辨率的限制，把兩

14、根線完全重合是不可能的，偏離于完全重合的辨率的限制，把兩根線完全重合是不可能的，偏離于完全重合的程度就稱(chēng)為程度就稱(chēng)為瞄準(zhǔn)精度瞄準(zhǔn)精度。瞄準(zhǔn)精度隨所選取的瞄準(zhǔn)標(biāo)志而異，瞄準(zhǔn)精度隨所選取的瞄準(zhǔn)標(biāo)志而異，最高精度可達(dá)人眼分辨率的最高精度可達(dá)人眼分辨率的1/61/6到到1/101/10。瞄準(zhǔn)精度和前面講到的分辨率瞄準(zhǔn)精度和前面講到的分辨率不是一個(gè)概念！不是一個(gè)概念！06 二實(shí)線重合）（二直線端部對(duì)準(zhǔn)0201 01 叉線對(duì)準(zhǔn)單線）（雙線對(duì)稱(chēng)夾單線015 五、人眼的對(duì)準(zhǔn)精度五、人眼的對(duì)準(zhǔn)精度 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) 立體視覺(jué)：立體視覺(jué)：對(duì)于物體位置的空間分布及對(duì)物體的體積感覺(jué)。對(duì)于

15、物體位置的空間分布及對(duì)物體的體積感覺(jué)。六、雙目立體視覺(jué)六、雙目立體視覺(jué) 雙目視覺(jué)：雙目視覺(jué)：兩眼分別產(chǎn)生一個(gè)像，這兩個(gè)像在視網(wǎng)膜兩眼分別產(chǎn)生一個(gè)像，這兩個(gè)像在視網(wǎng)膜上的分布只有滿足幾何上的某些條件時(shí)才可以產(chǎn)生單一視上的分布只有滿足幾何上的某些條件時(shí)才可以產(chǎn)生單一視覺(jué)，即兩眼的視覺(jué)匯合到大腦成為一個(gè)像，產(chǎn)生立體視覺(jué)。覺(jué)，即兩眼的視覺(jué)匯合到大腦成為一個(gè)像，產(chǎn)生立體視覺(jué)。這種印象出于這種印象出于心理心理和和生理生理。單目視覺(jué)：?jiǎn)文恳曈X(jué)： 單眼觀察物體不能產(chǎn)生立體視覺(jué)。單眼觀察物體不能產(chǎn)生立體視覺(jué)。 對(duì)物體遠(yuǎn)近的判斷，是通過(guò)眼睛（水晶體曲率的變化）的調(diào)對(duì)物體遠(yuǎn)近的判斷，是通過(guò)眼睛（水晶體曲率的變化）的

16、調(diào)節(jié)產(chǎn)生的。所以，判斷很粗略，不超過(guò)節(jié)產(chǎn)生的。所以，判斷很粗略，不超過(guò)5 5米。米。 對(duì)遠(yuǎn)且熟的物體，通過(guò)物體的張角來(lái)估計(jì)；對(duì)遠(yuǎn)且熟的物體，通過(guò)物體的張角來(lái)估計(jì)； 對(duì)非常熟的物體，通過(guò)細(xì)節(jié)來(lái)估計(jì)。（對(duì)非常熟的物體，通過(guò)細(xì)節(jié)來(lái)估計(jì)。（經(jīng)驗(yàn)和想象經(jīng)驗(yàn)和想象）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) 1a2aA 成像于雙眼中心凹的同側(cè)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)時(shí)成像于雙眼中心凹的同側(cè)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生單像，否則產(chǎn)生雙像。產(chǎn)生單像，否則產(chǎn)生雙像。2o1o在中心凹注視21aaA在中心凹的外側(cè)注視21bbB2b1bB在中心凹的內(nèi)側(cè)注視21ccC1dD2dC1c2c成單像在中心凹的同側(cè)注視21ddD成雙像第一節(jié)第一節(jié) 眼睛

17、及其光學(xué)系統(tǒng)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng) 當(dāng)雙眼觀察一物點(diǎn)時(shí)，兩眼的視軸對(duì)準(zhǔn)物點(diǎn)，視軸夾角稱(chēng)為當(dāng)雙眼觀察一物點(diǎn)時(shí)，兩眼的視軸對(duì)準(zhǔn)物點(diǎn)，視軸夾角稱(chēng)為視差角視差角。物體遠(yuǎn)近不同，視差角不同，眼球轉(zhuǎn)動(dòng)的肌肉緊張程物體遠(yuǎn)近不同，視差角不同，眼球轉(zhuǎn)動(dòng)的肌肉緊張程度不同，利用這種感覺(jué)能容易辨別物體遠(yuǎn)近。度不同，利用這種感覺(jué)能容易辨別物體遠(yuǎn)近。Lb視覺(jué)基線長(zhǎng)度，人眼均值62mm觀察點(diǎn)到基線的距離AALb1a2aA2o1o2b1bBbABALBLBBLbAB立體視差體視銳度：體視銳度：人眼所能察覺(jué)到的最小立體視差，人眼所能察覺(jué)到的最小立體視差，大約為大約為10，經(jīng)訓(xùn)練可達(dá)到，經(jīng)訓(xùn)練可達(dá)到35。立體視覺(jué)半徑：立體視覺(jué)半徑：

18、存在立體視覺(jué)的范圍存在立體視覺(jué)的范圍mbL120020626501062. 0minmax 視差越大，感覺(jué)兩物縱向深度大，反之縱向深度小視差越大，感覺(jué)兩物縱向深度大，反之縱向深度小. .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) Lb體視閾值：體視閾值：能分辨不同遠(yuǎn)近兩點(diǎn)間的最小距離能分辨不同遠(yuǎn)近兩點(diǎn)間的最小距離LLb2雙目立體視覺(jué)誤差時(shí)：當(dāng)-1046. 7206265062. 001242min2minmLLbLL 0ttKbb則，二物鏡中心距雙筒望遠(yuǎn)鏡：放大率為倍擴(kuò)大到儀KLKKbbLttmax0倍縮小到儀KLKKbLbLLtt/110022應(yīng)用實(shí)例：討論：討論：1. 1. 增大立體視

19、覺(jué)半徑，要求基線增大立體視覺(jué)半徑，要求基線b b長(zhǎng)，體視銳度值??；長(zhǎng)，體視銳度值??；2. 2. 減小體視閾值，要求基線減小體視閾值，要求基線b b長(zhǎng)，體視銳度值小，立長(zhǎng)，體視銳度值小，立體視覺(jué)半徑大。體視覺(jué)半徑大。minmaxbL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) bLL2即：第二節(jié)第二節(jié) 放大鏡放大鏡第二節(jié)第二節(jié) 放大鏡放大鏡 人眼感覺(jué)物體的大小取決于其像在視網(wǎng)膜上的大小，當(dāng)光學(xué)系人眼感覺(jué)物體的大小取決于其像在視網(wǎng)膜上的大小，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)（如人眼）的焦距一定時(shí)，也取決于物對(duì)人眼的張角的大小。統(tǒng)（如人眼）的焦距一定時(shí)，也取決于物對(duì)人眼的張角的大小。一、視覺(jué)放大率一、視覺(jué)放大率 目視光

20、學(xué)儀器，可以擴(kuò)大人眼的視覺(jué)能力；使目視光學(xué)儀器，可以擴(kuò)大人眼的視覺(jué)能力；使其像對(duì)人眼的其像對(duì)人眼的張角大于人眼直接觀察時(shí)物對(duì)眼的張角。張角大于人眼直接觀察時(shí)物對(duì)眼的張角。 物對(duì)人眼的張角取決于距離，二者之間成反比。但物體要物對(duì)人眼的張角取決于距離，二者之間成反比。但物體要位于近點(diǎn)以外，才能被看清。位于近點(diǎn)以外，才能被看清。 視覺(jué)放大率視覺(jué)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yi與人與人眼直接觀察時(shí)的視網(wǎng)膜上的像高眼直接觀察時(shí)的視網(wǎng)膜上的像高ye之比。之比。ieytgytg iyleyytgpl ytgD由上圖可知：由上圖可知：而以眼睛直接觀察時(shí)：而以眼睛直接

21、觀察時(shí)：yDf l DyP lP l f 所以，視覺(jué)放大率為：所以，視覺(jué)放大率為：D為明視距離，為明視距離，250mm。ieytgytg 第二節(jié)第二節(jié) 放大鏡放大鏡) (fflfxyyy DflDy PlPlf （1）放大鏡的視覺(jué)放大率與使用條件有關(guān)，）放大鏡的視覺(jué)放大率與使用條件有關(guān)，不是恒定的不是恒定的。0250Dff 25011lPfff （2）正常視力下，人眼一般把物像調(diào)焦到明視距離：）正常視力下，人眼一般把物像調(diào)焦到明視距離： P l =D2501f 一般看書(shū)時(shí)：一般看書(shū)時(shí)： P0討論：討論： )(250)(fplfl 由由可知：可知：一般情況下，一般情況下， ， 250f1)()(

22、 plfl即即 略大于或略小于略大于或略小于 。若物體為前面系統(tǒng)若物體為前面系統(tǒng)(如物鏡如物鏡)所成像，則放大鏡特稱(chēng)為所成像，則放大鏡特稱(chēng)為目鏡目鏡。由此算出的視覺(jué)放大率作為放大鏡和目鏡的光學(xué)常數(shù)，標(biāo)在鏡筒上。由此算出的視覺(jué)放大率作為放大鏡和目鏡的光學(xué)常數(shù)，標(biāo)在鏡筒上。在實(shí)際使用中，物大致位于物方焦點(diǎn)處：在實(shí)際使用中，物大致位于物方焦點(diǎn)處：l =第二節(jié)第二節(jié) 放大鏡放大鏡 放大鏡與人眼構(gòu)成目視光學(xué)系統(tǒng)，人眼的眼瞳可以作為放大鏡與人眼構(gòu)成目視光學(xué)系統(tǒng)，人眼的眼瞳可以作為孔孔徑光闌徑光闌，也是出瞳；，也是出瞳； 放大鏡的鏡框作為放大鏡的鏡框作為視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌，既是出射窗又是入射窗。放，既是出射窗

23、又是入射窗。放大鏡本身又是漸暈光闌。大鏡本身又是漸暈光闌。 所以，物平面的成像范圍（視場(chǎng)）由鏡框、眼瞳及它們所以，物平面的成像范圍（視場(chǎng)）由鏡框、眼瞳及它們之間的距離之間的距離P決定。決定。二、光束限制與視場(chǎng)二、光束限制與視場(chǎng)第二節(jié)第二節(jié) 放大鏡放大鏡321050022hyf tgPPahtgB11線視場(chǎng)內(nèi)無(wú)漸暈PhtgB漸暈線視場(chǎng)內(nèi) 502PahtgB成像邊緣點(diǎn)33 由于放大鏡是用于近距離觀察由于放大鏡是用于近距離觀察小物體，故放大鏡視場(chǎng)常用物方線小物體，故放大鏡視場(chǎng)常用物方線視場(chǎng)視場(chǎng)2 2y表示。當(dāng)物放于前焦面時(shí)，表示。當(dāng)物放于前焦面時(shí)，像平面在無(wú)限遠(yuǎn)，則線視場(chǎng)（以像平面在無(wú)限遠(yuǎn)，則線視場(chǎng)

24、（以5050漸暈為界）漸暈為界）虛像平面1B2B3B第二節(jié)第二節(jié) 放大鏡放大鏡Phy05002線視場(chǎng)線視場(chǎng)放大鏡半徑放大鏡半徑放大倍率放大倍率人眼與放大人眼與放大鏡的距離鏡的距離hy 2視場(chǎng)越大放大鏡的直徑越大，線12y場(chǎng)越大放大鏡的倍率小，線視Py12近，線視場(chǎng)越大人眼與放大鏡的距離越常用的放大鏡，倍 率 在 2 . 5 25。單透鏡作放大鏡，通常不超過(guò)3。放大鏡像差情況：放大鏡像差情況：存在全部七類(lèi)像差，倍率不宜過(guò)大。存在全部七類(lèi)像差，倍率不宜過(guò)大。 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) 顯微鏡是由顯微鏡是由物鏡物鏡、目鏡目鏡和和照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)三部分組成。三部分組

25、成。oF1O2OeFeFoFABAB在物鏡前焦面稍前處AB（放大倒立的實(shí)像）物鏡BA在目鏡前焦面稍后處BAA B 處位于無(wú)窮遠(yuǎn)或明視距離（放大虛像）目鏡BA 眼睛通過(guò)目鏡看到的不是物體本身，而是物體被物鏡所眼睛通過(guò)目鏡看到的不是物體本身，而是物體被物鏡所成的像。因此，目鏡的成像光束是被物鏡限制了的。成的像。因此，目鏡的成像光束是被物鏡限制了的。一、顯微鏡的組成：一、顯微鏡的組成： 物體經(jīng)顯微鏡的物鏡放大成像后，其像再經(jīng)物體經(jīng)顯微鏡的物鏡放大成像后，其像再經(jīng)目鏡放大以供人眼觀察目鏡放大以供人眼觀察. .第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)250mmf 故可以把顯微鏡看作是組合放大鏡。故可以把顯微鏡

26、看作是組合放大鏡。機(jī)械筒長(zhǎng)：機(jī)械筒長(zhǎng)：物鏡支承面到目鏡支承面之間的距離；物鏡支承面到目鏡支承面之間的距離； 我國(guó)規(guī)定我國(guó)規(guī)定160mm。光學(xué)筒長(zhǎng)：光學(xué)筒長(zhǎng)：物鏡像方焦點(diǎn)到目鏡物方焦點(diǎn)之間的距離物鏡像方焦點(diǎn)到目鏡物方焦點(diǎn)之間的距離。二、顯微鏡的視覺(jué)放大率：二、顯微鏡的視覺(jué)放大率：顯微鏡的組合焦距為：顯微鏡的組合焦距為： f f0 fe / ，則，則第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)0effLtgtg由視角放大率eeeffff25025000工作距離：工作距離：物鏡第一面與物面之間的距離；物鏡第一面與物面之間的距離；鏡目距鏡目距(出瞳距出瞳距)：目鏡最后一面與出瞳之間的距離；目鏡最后一面與出瞳之間

27、的距離；(6 mm )物像共軛距：物像共軛距：物鏡的物面與物鏡的像面之間的距離。物鏡的物面與物鏡的像面之間的距離。(195 mm )物鏡像面與目鏡固定面距離：物鏡像面與目鏡固定面距離：10 mm。 目鏡的視度調(diào)節(jié)范圍：目鏡的視度調(diào)節(jié)范圍：5屈光度。屈光度。物鏡倍率：物鏡倍率：2.5100倍；倍；目鏡倍率：目鏡倍率：520倍。倍。第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡與放大鏡的比較顯微鏡與放大鏡的比較（1 1）具有更大的放大率，二次放大；）具有更大的放大率，二次放大；（2 2）人眼離物面較遠(yuǎn)，使用方便；）人眼離物面較遠(yuǎn)，使用方便；（3 3）物鏡和目鏡可調(diào)換，從而得到多種放大率；）物鏡和目鏡可調(diào)

28、換，從而得到多種放大率；（4 4）具有中間實(shí)像面，可放置分劃板，用于測(cè)量（構(gòu)成測(cè)微目鏡）具有中間實(shí)像面，可放置分劃板，用于測(cè)量（構(gòu)成測(cè)微目鏡）第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)（1 1）孔徑光闌：）孔徑光闌： 對(duì)于單組低倍物鏡，物鏡框就是孔徑光闌；對(duì)于單組低倍物鏡，物鏡框就是孔徑光闌； 對(duì)于多組復(fù)雜物鏡，最后一組的鏡框作為孔徑光闌；或?qū)ｉT(mén)對(duì)于多組復(fù)雜物鏡，最后一組的鏡框作為孔徑光闌；或?qū)ｉT(mén)設(shè)置孔徑光闌（在物鏡像方焦平面上）。設(shè)置孔徑光闌（在物鏡像方焦平面上）。 * * 觀察者的眼瞳一般應(yīng)與出瞳（孔徑光闌經(jīng)目鏡的像觀察者的眼瞳一般應(yīng)與出瞳（孔徑光闌經(jīng)目鏡的像) )重合。重合。出瞳的直徑一般小于眼

29、瞳的直徑，只在低倍時(shí)才大于眼瞳直徑。出瞳的直徑一般小于眼瞳的直徑，只在低倍時(shí)才大于眼瞳直徑。三、顯微鏡的光束限制：三、顯微鏡的光束限制：第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)2sinsinsineooofDnftgunfunfunyyun2sinfDun250mmf v出瞳的直徑出瞳的直徑D ：由物鏡的正弦條件：由物鏡的正弦條件：nysinu = nysinu ，得：，得：mmNAmmunD500sin500NA = nsinu稱(chēng)作稱(chēng)作數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑，是，是一個(gè)重要參數(shù)，與物鏡的倍率一一個(gè)重要參數(shù)，與物鏡的倍率一起，標(biāo)在物鏡的鏡框上起，標(biāo)在物鏡的鏡框上（2 2）視場(chǎng)光闌與線視場(chǎng)）視場(chǎng)光闌與線視場(chǎng)

30、 視場(chǎng)光闌一般專(zhuān)設(shè)在目鏡的視場(chǎng)光闌一般專(zhuān)設(shè)在目鏡的物方焦平面物方焦平面上。上。 入射窗與物平面重合，可以觀察到清晰的界限和照度均勻的入射窗與物平面重合，可以觀察到清晰的界限和照度均勻的視場(chǎng)。視場(chǎng)。 5002mmtgy 所以，對(duì)選定目鏡后所以，對(duì)選定目鏡后(視場(chǎng)角一定視場(chǎng)角一定)，視覺(jué)放大率越大，物，視覺(jué)放大率越大，物空間的線視場(chǎng)越小?？臻g的線視場(chǎng)越小。線視場(chǎng)可表示為：線視場(chǎng)可表示為：第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)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 影響顯微鏡分辨率的因素影響顯微鏡分辨率的因素 1 1、顯微鏡的分辨率、顯微鏡的分辨率 入瞳入瞳衍射效應(yīng)衍射效應(yīng) 各類(lèi)各

31、類(lèi)剩余像差剩余像差 物面物面照明方式照明方式 其它制造缺陷其它制造缺陷 均與物鏡部分相關(guān)聯(lián)，均與物鏡部分相關(guān)聯(lián)， 衍射效應(yīng)是主要因素。衍射效應(yīng)是主要因素。 兩物點(diǎn)成像光線經(jīng)入瞳后，在像面上形成形成衍射花樣。兩物點(diǎn)成像光線經(jīng)入瞳后，在像面上形成形成衍射花樣。 根據(jù)瑞利判據(jù)，物鏡恰能分辨的兩物點(diǎn)對(duì)入瞳中心的張角為：根據(jù)瑞利判據(jù)，物鏡恰能分辨的兩物點(diǎn)對(duì)入瞳中心的張角為： a222. 1 UUtgaLL sin61. 0161. 0222. 1 再利用再利用正弦條件：正弦條件： sinsinUnUn .61. 0AN 道威判斷：道威判斷： .5 . 0AN ABAB 入瞳入瞳 a2 L U 目視衍射分

32、辨率，理想分辨率目視衍射分辨率，理想分辨率第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)2 2、顯微鏡的、顯微鏡的有效放大率有效放大率 v 顯微鏡的分辨率取決于數(shù)值孔徑顯微鏡的分辨率取決于數(shù)值孔徑NA，與目鏡無(wú)關(guān)，與目鏡無(wú)關(guān)。v 目鏡只是把物鏡的像放大，放大倍率再高也不能把物鏡不能分目鏡只是把物鏡的像放大，放大倍率再高也不能把物鏡不能分辨的物體細(xì)節(jié)看清。辨的物體細(xì)節(jié)看清。5001000NANA有效放大率：有效放大率：為充分利用物鏡的分辨率，使被物鏡分辨出的為充分利用物鏡的分辨率，使被物鏡分辨出的細(xì)節(jié)同時(shí)能被眼睛看清，滿足這一條件的放大率。細(xì)節(jié)同時(shí)能被眼睛看清，滿足這一條件的放大率。若眼睛的分辨角距離為：若

33、眼睛的分辨角距離為：24，照明波長(zhǎng)為，照明波長(zhǎng)為0.555m，可得：，可得：.61. 0AN 第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)3 3、幾個(gè)重要公式的應(yīng)用意義、幾個(gè)重要公式的應(yīng)用意義 UnANsin. (1).(1).顯微物鏡的重要性能參數(shù)；顯微物鏡的重要性能參數(shù)； (2).(2).直接或間接地影響著系統(tǒng)的直接或間接地影響著系統(tǒng)的 分辨率、放大率、景深、分辨率、放大率、景深、 出瞳直徑、像面亮度和出瞳直徑、像面亮度和 像差校正的難易程度等像差校正的難易程度等 .5 . 0AN 增大增大NA和減小和減小是提高顯微鏡分辨率的主要途徑。是提高顯微鏡分辨率的主要途徑。 如：如：油浸物鏡油浸物鏡和和電子

34、顯微鏡電子顯微鏡。 .1000.500ANAN (1).(1).顯微鏡必須要有足夠高的放大率，以保證被物鏡分辨開(kāi)來(lái)顯微鏡必須要有足夠高的放大率，以保證被物鏡分辨開(kāi)來(lái) 的細(xì)節(jié)也能被人眼所分辨；的細(xì)節(jié)也能被人眼所分辨； (2).(2).顯微鏡的放大率不宜過(guò)高，以免造成過(guò)分放大，反而導(dǎo)致顯微鏡的放大率不宜過(guò)高，以免造成過(guò)分放大，反而導(dǎo)致 人眼觀察的不便。人眼觀察的不便。 第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)v 當(dāng)把顯微鏡調(diào)焦到某一平面時(shí)，在對(duì)準(zhǔn)平面前后的一定范圍當(dāng)把顯微鏡調(diào)焦到某一平面時(shí)，在對(duì)準(zhǔn)平面前后的一定范圍內(nèi)也能成清晰的像，這一范圍稱(chēng)為顯微鏡的內(nèi)也能成清晰的像，這一范圍稱(chēng)為顯微鏡的景深景深。12

35、502nNA 故，顯微鏡的放大率越高、故，顯微鏡的放大率越高、NA越大，景深越小。越大，景深越小。 景深大小決定顯微鏡的調(diào)焦誤差，景深越大，調(diào)焦誤差越大。景深大小決定顯微鏡的調(diào)焦誤差，景深越大，調(diào)焦誤差越大。一般顯微鏡的景深最大不超過(guò)一般顯微鏡的景深最大不超過(guò)0.5mm0.5mm。五、顯微鏡的景深五、顯微鏡的景深 第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)影響顯微鏡景深的諸多因素影響顯微鏡景深的諸多因素 (1).(1).幾何景深：幾何景深：由于人眼分辨本領(lǐng)的限制，允許物點(diǎn)成像為由于人眼分辨本領(lǐng)的限制，允許物點(diǎn)成像為 一定大小的彌散斑；一定大小的彌散斑； (2).(2).調(diào)節(jié)景深：調(diào)節(jié)景深：由于人眼具有

36、調(diào)節(jié)能力，使得一定縱深范圍由于人眼具有調(diào)節(jié)能力，使得一定縱深范圍 內(nèi)的物體可以被清晰觀察；內(nèi)的物體可以被清晰觀察； (3).(3).物理景深：物理景深：因衍射效應(yīng)而形成的景深因衍射效應(yīng)而形成的景深* * 幾何幾何 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 物理物理 景深景深 景深景深 景深景深 )(.).(25 .62.7122mmANlANp 結(jié)論：結(jié)論： .ANpl 例：例：mmlmANp10050055. 065. 0. ， mmm 65.00025.044.0 物物理理調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)幾幾何何，求得：求得： m 1 .1 要求物面非常平整！要求物面非常平整！ 第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)六、顯微鏡的照明方法：六、顯微鏡

37、的照明方法：常用的照明方法常用的照明方法：透射光亮視場(chǎng)照明；反射光亮視場(chǎng)照明；透射光亮視場(chǎng)照明；反射光亮視場(chǎng)照明；透射光暗視場(chǎng)照明；透射光暗視場(chǎng)照明；反射光暗視場(chǎng)照明。反射光暗視場(chǎng)照明。其中，第一種照明方法應(yīng)用較多，照明方式分為兩種：其中，第一種照明方法應(yīng)用較多，照明方式分為兩種：臨界照明臨界照明和和柯勒照明?？吕照彰?。臨界照明柯勒照明顯微鏡對(duì)照明的要求：顯微鏡對(duì)照明的要求：足夠的亮度；照明均勻；有一定的孔徑角，且與物鏡相配足夠的亮度；照明均勻；有一定的孔徑角，且與物鏡相配合；有一定大小的照明范圍（視場(chǎng)）。合；有一定大小的照明范圍（視場(chǎng)）。第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)1、顯微物鏡的技術(shù)參

38、數(shù)、顯微物鏡的技術(shù)參數(shù) 七、顯微物鏡七、顯微物鏡 2、垂軸放大率與數(shù)值孔徑的的匹配關(guān)系、垂軸放大率與數(shù)值孔徑的的匹配關(guān)系 工作距工作距 越高，工作距越短，如越高，工作距越短，如100倍物鏡：倍物鏡：0.2mm。鏡頭上的參數(shù)標(biāo)識(shí)：鏡頭上的參數(shù)標(biāo)識(shí)： 倍率倍率/N.A.機(jī)械筒長(zhǎng)機(jī)械筒長(zhǎng)/蓋玻片厚度蓋玻片厚度如：如：40/0.65 10/0.25 160/0.17 /0垂軸放大率垂軸放大率 影響著系統(tǒng)的視覺(jué)放大率和物鏡的焦距影響著系統(tǒng)的視覺(jué)放大率和物鏡的焦距 機(jī)械筒長(zhǎng)、蓋玻片厚度機(jī)械筒長(zhǎng)、蓋玻片厚度 提示使用條件。提示使用條件。一般而言，一般而言， of .AN 2.5 4 10 25 40 60

39、100 0.07 0.10 0.25 0.40 0.65 0.85 1.25 .AN大致匹配關(guān)系大致匹配關(guān)系 （油浸）（油浸）數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑N.A. 最重要的技術(shù)性能參數(shù)；最重要的技術(shù)性能參數(shù)； 第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng)3 3、顯微物鏡的像差、顯微物鏡的像差 物鏡屬于物鏡屬于小視場(chǎng)、大孔徑小視場(chǎng)、大孔徑系統(tǒng)。系統(tǒng)。主要像差為：主要像差為：球差球差、彗差彗差和和位置色差位置色差。在顯微照相、測(cè)量和顯微投影用途中，還需校正在顯微照相、測(cè)量和顯微投影用途中，還需校正像面彎曲像面彎曲。 校正像差的主要方法：校正像差的主要方法： 使用多組雙膠合透鏡：使用多組雙膠合透鏡：校正校正球差球差和和位

40、置色差位置色差 使用齊明透鏡，使用齊明透鏡，降低系統(tǒng)像差負(fù)擔(dān)；降低系統(tǒng)像差負(fù)擔(dān)； 恰當(dāng)安排孔徑光闌位置，恰當(dāng)安排孔徑光闌位置，盡可能擴(kuò)大滿足盡可能擴(kuò)大滿足正弦條件正弦條件的區(qū)域。的區(qū)域。 使用厚透鏡：使用厚透鏡：校正像面彎曲。校正像面彎曲。 可使用單色光照明：可使用單色光照明：避免引入色差。避免引入色差。 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)一、一般特性：一、一般特性： 伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡 伽利略望遠(yuǎn)鏡的缺點(diǎn)：伽利略望遠(yuǎn)鏡的缺點(diǎn)：(1).(1).出瞳不可能與眼瞳重合，觀察效果差；出瞳不可能與眼瞳重合，觀察效果差；(2).(2).無(wú)實(shí)像面，不能設(shè)置分劃板用于

41、測(cè)量；無(wú)實(shí)像面，不能設(shè)置分劃板用于測(cè)量；(3).(3).視場(chǎng)較小，倍率低。視場(chǎng)較小，倍率低。望遠(yuǎn)鏡的組成：由望遠(yuǎn)鏡的組成：由物鏡物鏡和和目鏡目鏡組成。組成。物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光學(xué)間隙物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光學(xué)間隙=0。第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)01efDfD 望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺(jué)放大率為：所以，視覺(jué)放大率僅取決于結(jié)構(gòu)參數(shù)。所以，視覺(jué)放大率僅取決于結(jié)構(gòu)參數(shù)。目鏡焦距大于目鏡焦距大于6 6mm，手持望遠(yuǎn)鏡一般不超過(guò)，手持望遠(yuǎn)鏡一般不超過(guò)1010倍。倍。開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡的放大率可表示為物鏡焦距與目鏡焦距之比；入望遠(yuǎn)鏡的放大率可表示為物鏡焦距與目鏡焦距之

42、比；入瞳直徑與出瞳直徑之比，放大率的正負(fù)表示像的正倒。瞳直徑與出瞳直徑之比，放大率的正負(fù)表示像的正倒。第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，與需要矛盾一定時(shí)，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)度）（LffffLoee02，視覺(jué)放大）（eoff1矛盾一定時(shí)，當(dāng)）（3矛盾小。越大，出射光瞳直徑越入射光瞳直徑一定時(shí)，）（4 望遠(yuǎn)鏡的諸光學(xué)參數(shù)之間存在相互矛盾的抑制關(guān)系?？偟膩?lái)說(shuō)，要增大望遠(yuǎn)鏡的倍率，或者導(dǎo)致長(zhǎng)度的增大，或者減小了視場(chǎng)，或者降低了光強(qiáng)度。所以，望遠(yuǎn)鏡的倍率要考慮各個(gè)因素，綜合確定。首先要聯(lián)系物鏡的分辨率。01efDfD 第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)二、分辨率及工作放大率：二、分辨率及工作放大率：v 望遠(yuǎn)系

43、統(tǒng)的分辨率用望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率用極限分辨角極限分辨角表示。表示。 對(duì)于對(duì)于=0.555=0.555m m的光線，由的光線，由瑞利判據(jù)、道威判據(jù)瑞利判據(jù)、道威判據(jù)得到的極得到的極限分辨角分別為：限分辨角分別為：v 由于人眼的視覺(jué)分辨率為由于人眼的視覺(jué)分辨率為60，在增大物鏡口徑以提高望，在增大物鏡口徑以提高望遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率的同時(shí)，必須增大望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺(jué)放大率，遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率的同時(shí)，必須增大望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺(jué)放大率，才能符合人眼分辨率的要求。才能符合人眼分辨率的要求。0140afD0120afD所以，入射光瞳直徑越大，極限分辨率越高。所以，入射光瞳直徑越大，極限分辨率越高。注意：在望遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率一定時(shí)，過(guò)高

44、的增大視覺(jué)放大率，注意：在望遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率一定時(shí)，過(guò)高的增大視覺(jué)放大率，也不會(huì)看到更多細(xì)節(jié)。也不會(huì)看到更多細(xì)節(jié)。一般天文望遠(yuǎn)鏡的口徑都很大一般天文望遠(yuǎn)鏡的口徑都很大. .第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)倍。大率的常工作放大率為正常放為了防止眼睛疲勞，通32為眼睛的瞄準(zhǔn)精度望遠(yuǎn)鏡的瞄準(zhǔn)誤差aaa 略小觀察用望遠(yuǎn)鏡略大瞄準(zhǔn)用望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡的倍率選擇原則視覺(jué)放大率和分辨率的關(guān)系為：視覺(jué)放大率和分辨率的關(guān)系為：6060 /2.3D常取：常?。篋此放大率是滿足分辨率要求的最小視覺(jué)放大率，叫此放大率是滿足分辨率要求的最小視覺(jué)放大率，叫有效放大率有效放大率（正常放大率）（正常放大率）第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望

45、遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)D以以mm為單位為單位2、視場(chǎng)光闌、視場(chǎng)光闌 視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌設(shè)置在物鏡實(shí)像面上，即分劃板所在平面。設(shè)置在物鏡實(shí)像面上，即分劃板所在平面。 1、孔徑光闌、孔徑光闌 孔徑光闌：孔徑光闌：一般為物鏡邊框；或物鏡光組中某一透鏡邊框。一般為物鏡邊框；或物鏡光組中某一透鏡邊框。 入瞳：入瞳：為物鏡邊框或在附近。為物鏡邊框或在附近。出瞳：出瞳：位于目鏡位于目鏡 Fe外。外。若若入瞳入瞳為物鏡邊框，則易求出：為物鏡邊框，則易求出： DD 入瞳直徑入瞳直徑 出瞳直徑出瞳直徑 2視場(chǎng)大小視場(chǎng)大小 ： 視場(chǎng)光闌半徑視場(chǎng)光闌半徑 ofy tg3、漸暈光闌、漸暈光闌 漸暈光闌漸暈光闌為目鏡邊框。若目鏡孔徑較大

46、，則能實(shí)現(xiàn)無(wú)漸暈。為目鏡邊框。若目鏡孔徑較大，則能實(shí)現(xiàn)無(wú)漸暈。三、望遠(yuǎn)鏡的光束限制三、望遠(yuǎn)鏡的光束限制 第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng) 物鏡后焦面可放置分劃板，其框?yàn)橐晥?chǎng)光闌。物鏡后焦面可放置分劃板，其框?yàn)橐晥?chǎng)光闌。望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)：望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)：（1）對(duì)于開(kāi)普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)：）對(duì)于開(kāi)普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)：物鏡框是孔徑光闌，也是入瞳；物鏡框是孔徑光闌，也是入瞳；出瞳在目鏡以外，與人眼重合；出瞳在目鏡以外，與人眼重合；目鏡框是漸暈光闌，一般要求有目鏡框是漸暈光闌，一般要求有50的漸暈。的漸暈。第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)物方視場(chǎng)角物方視場(chǎng)角滿足：滿足：式中：式中：y為視場(chǎng)光闌的半徑。為視場(chǎng)光闌的半徑。

47、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)一般不超過(guò)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)一般不超過(guò)1515，觀察時(shí)，眼瞳必須位于出，觀察時(shí)，眼瞳必須位于出瞳處，才能觀察到全視場(chǎng)。瞳處，才能觀察到全視場(chǎng)。0/tgyf（2）對(duì)于伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)：）對(duì)于伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)：v 一般以人眼的瞳孔作為孔徑光一般以人眼的瞳孔作為孔徑光闌，又是出瞳；物鏡框?yàn)橐晥?chǎng)闌，又是出瞳；物鏡框?yàn)橐晥?chǎng)光闌，又是入射窗。光闌，又是入射窗。v 由于視場(chǎng)光闌與物面不重和，由于視場(chǎng)光闌與物面不重和，因此，對(duì)大視場(chǎng)有漸暈現(xiàn)象。因此，對(duì)大視場(chǎng)有漸暈現(xiàn)象。v 當(dāng)視場(chǎng)有當(dāng)視場(chǎng)有50%漸暈時(shí)，其視場(chǎng)漸暈時(shí)，其視場(chǎng)角為：角為：22 ()zDtgLl第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)式中：

48、式中：L為機(jī)械筒長(zhǎng)；為機(jī)械筒長(zhǎng)；lz2為眼睛到目鏡的距離。為眼睛到目鏡的距離。伽利略望遠(yuǎn)鏡的視覺(jué)放大率越高，視場(chǎng)越小伽利略望遠(yuǎn)鏡的視覺(jué)放大率越高，視場(chǎng)越小。故伽利略望遠(yuǎn)鏡的視覺(jué)放大率一般不大，僅用于劇場(chǎng)、體育場(chǎng)使故伽利略望遠(yuǎn)鏡的視覺(jué)放大率一般不大，僅用于劇場(chǎng)、體育場(chǎng)使用。用。注意：開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡成倒像，需加轉(zhuǎn)像裝置，如轉(zhuǎn)像棱鏡；注意：開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡成倒像，需加轉(zhuǎn)像裝置，如轉(zhuǎn)像棱鏡； 伽利略望遠(yuǎn)鏡成正像，但無(wú)法安裝分劃板，應(yīng)用較少。伽利略望遠(yuǎn)鏡成正像，但無(wú)法安裝分劃板，應(yīng)用較少。22 ()zDtgLl第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)四、望遠(yuǎn)物鏡及轉(zhuǎn)像系統(tǒng)四、望遠(yuǎn)物鏡及轉(zhuǎn)像系統(tǒng) 1 1、望遠(yuǎn)物鏡的技

49、術(shù)參數(shù)、望遠(yuǎn)物鏡的技術(shù)參數(shù) 焦距焦距 參與決定系統(tǒng)的視覺(jué)放大率和視場(chǎng)；參與決定系統(tǒng)的視覺(jué)放大率和視場(chǎng)； 通光孔徑通光孔徑 影響分辨率和工作放大率；影響分辨率和工作放大率； ofD 相對(duì)孔徑相對(duì)孔徑 影響像面亮度和像差大小；影響像面亮度和像差大??； 3 3、望遠(yuǎn)物鏡的像差、望遠(yuǎn)物鏡的像差 物鏡屬于物鏡屬于小視場(chǎng)、大孔徑小視場(chǎng)、大孔徑系統(tǒng)系統(tǒng)。主要像差為：主要像差為：球差球差、彗差彗差和和位置色差位置色差。校正像差的主要方法：校正像差的主要方法：使用雙膠合、雙分離和三分離透鏡組。使用雙膠合、雙分離和三分離透鏡組。 2 2、望遠(yuǎn)物鏡的種類(lèi)：、望遠(yuǎn)物鏡的種類(lèi)：(1).(1).折射式；折射式；(2).(

50、2).折反式；折反式；(3).(3).反射式反射式 第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)4 4、望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)像系統(tǒng)、望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)像系統(tǒng) 物物 鏡鏡 目目 鏡鏡 透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng) 第四節(jié)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)第五節(jié)第五節(jié) 目鏡目鏡（1）目鏡的視場(chǎng)：）目鏡的視場(chǎng)：一般在一般在4050，廣角目鏡達(dá)，廣角目鏡達(dá)6080。（2）鏡目距：）鏡目距：出瞳到目鏡后表面的距離。出瞳到目鏡后表面的距離。 相對(duì)鏡目距：相對(duì)鏡目距：鏡目距與目鏡焦距之比。鏡目距與目鏡焦距之比。（3）工作距）工作距l(xiāng)F：目鏡第一面的頂點(diǎn)到其物方焦平面的距離。目鏡第一面的頂點(diǎn)到其物方焦平面的距離。 一般工作距應(yīng)大于視度調(diào)節(jié)的深度（

51、適應(yīng)近視、遠(yuǎn)視要一般工作距應(yīng)大于視度調(diào)節(jié)的深度（適應(yīng)近視、遠(yuǎn)視要求），求），視度調(diào)節(jié)范圍視度調(diào)節(jié)范圍在在5D。一、目鏡的作用：一、目鏡的作用： 目鏡的作用類(lèi)似于放大鏡，把物鏡所成的像放大在人目鏡的作用類(lèi)似于放大鏡，把物鏡所成的像放大在人眼的遠(yuǎn)點(diǎn)或明視距離上以供人眼觀察。眼的遠(yuǎn)點(diǎn)或明視距離上以供人眼觀察。二、目鏡的主要光學(xué)參數(shù)：二、目鏡的主要光學(xué)參數(shù)： 目鏡是一種目鏡是一種小孔徑、大視場(chǎng)、短焦距、光闌在外小孔徑、大視場(chǎng)、短焦距、光闌在外的光學(xué)的光學(xué)系統(tǒng)。其軸上像差不大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，較易校正像差。系統(tǒng)。其軸上像差不大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，較易校正像差。第五節(jié)第五節(jié) 目鏡目鏡251000efxmm（4）視度

52、調(diào)節(jié)移動(dòng)量）視度調(diào)節(jié)移動(dòng)量：視度調(diào)節(jié)范圍視度調(diào)節(jié)范圍 允許目鏡相對(duì)于分劃板的移動(dòng)量。允許目鏡相對(duì)于分劃板的移動(dòng)量。fe e 正常眼正常眼 fe e 近視眼近視眼 fe e 遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼 三、目鏡的像差三、目鏡的像差 目鏡屬于目鏡屬于較小孔徑較小孔徑、較大視場(chǎng)較大視場(chǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)。主要像差為：主要像差為：彗差彗差、畸變畸變、像散像散、場(chǎng)曲場(chǎng)曲和和倍率色差倍率色差。 因目鏡通常倍率較小，實(shí)像和分劃板刻度產(chǎn)生同等像差，因目鏡通常倍率較小，實(shí)像和分劃板刻度產(chǎn)生同等像差，故對(duì)校正像差的要求通常不高。故對(duì)校正像差的要求通常不高。第五節(jié)第五節(jié) 目鏡目鏡三、常用的目鏡：三、常用的目鏡：常用的目鏡有：常用的目鏡有

53、：惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、 對(duì)稱(chēng)式目鏡、無(wú)畸變目鏡、廣角目鏡對(duì)稱(chēng)式目鏡、無(wú)畸變目鏡、廣角目鏡等。等?；莞鼓跨R惠更斯目鏡場(chǎng)鏡的作用：場(chǎng)鏡的作用：1)1)、壓低光線，減小目鏡通、壓低光線，減小目鏡通光孔徑，降低像差負(fù)擔(dān)；光孔徑，降低像差負(fù)擔(dān)； 2)2)、調(diào)整出瞳的位置和大小，、調(diào)整出瞳的位置和大小，獲得較好觀測(cè)效果；獲得較好觀測(cè)效果；3)3)、與接目鏡一起構(gòu)成雙分離光組，有利于減小像差。、與接目鏡一起構(gòu)成雙分離光組，有利于減小像差。 第五節(jié)第五節(jié) 目鏡目鏡第六節(jié)第六節(jié) 攝影系統(tǒng)與投影系統(tǒng)攝影系統(tǒng)與投影系統(tǒng) 一、攝影系統(tǒng)：一、攝影系統(tǒng)：1. .攝影系統(tǒng)的組成：攝影系統(tǒng)的組成： 攝影系統(tǒng)是由攝影系統(tǒng)是由攝影物鏡攝影物鏡和和感光元件感光元件組成。組成。 感光元件感光元件包括：感光膠片、包括：感光膠片、CCD傳感器、電子光學(xué)變像管、傳感器、電子光學(xué)變像管、 電視攝像管等。電視攝像管等。 常見(jiàn)的攝影系統(tǒng)常見(jiàn)的攝影系統(tǒng)有：照相機(jī)、攝影機(jī)、顯微照相系統(tǒng)、制版有：照相機(jī)、攝影機(jī)、顯微照相系統(tǒng)、制版光學(xué)系統(tǒng)、航空攝影系統(tǒng)、水下