課件：工程光學(xué)-08典型光學(xué)系統(tǒng)

1、第八章典型光學(xué)系統(tǒng)2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)28.1 眼鏡的光學(xué)成像特性8.2 放大鏡8.3 顯微鏡系統(tǒng)8.4 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)38.1眼鏡的光學(xué)成像特性8.1.1 眼鏡的結(jié)構(gòu)角膜鞏膜前室(1.336)虹膜瞳孔水晶體脈絡(luò)膜后室(1.336)盲斑黃斑視網(wǎng)膜感光：視網(wǎng)膜上的錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞。對(duì)光感應(yīng)最靈敏處稱為黃斑，僅有錐狀細(xì)胞。在視神經(jīng)入口處兩種感光細(xì)胞皆無，若物恰好成像于此處，則看不到，稱該處為盲斑。怎樣驗(yàn)證盲斑的存在？2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)4瞳孔水晶體角膜鞏膜前室(1.336)虹膜脈絡(luò)膜后室(1.336)盲斑黃斑視網(wǎng)膜瞳孔水晶體視網(wǎng)膜從

2、光學(xué)角度，人眼中最重要的三樣是什么？瞳孔光闌；水晶體鏡頭；視網(wǎng)膜感光底片；2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)58.1.2 標(biāo)準(zhǔn)眼和簡(jiǎn)約眼1.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)，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。稱滿足這些光學(xué)數(shù)值的眼鏡為標(biāo)準(zhǔn)眼。2.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)折射球面的模型來代替，稱為簡(jiǎn)約眼。簡(jiǎn)約眼的參數(shù)為：2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)68.1.3 眼睛的調(diào)節(jié)遠(yuǎn)點(diǎn)：當(dāng)眼睛處于肌肉完全放松時(shí)所能看清最遠(yuǎn)的點(diǎn)稱為遠(yuǎn)點(diǎn)。眼睛通過自動(dòng)調(diào)焦以實(shí)現(xiàn)看清不同距離物體的過程稱為眼睛的調(diào)節(jié)。近點(diǎn)：當(dāng)眼睛處于肌肉最緊張時(shí)所能看清

3、的最近點(diǎn)稱為近點(diǎn)。視度：與視網(wǎng)膜相共軛的物面到人眼距離的倒數(shù)稱為視度。遠(yuǎn)點(diǎn)距r：遠(yuǎn)點(diǎn)到眼睛物方主點(diǎn)之間的距離。近點(diǎn)距p：近點(diǎn)到眼睛物方主點(diǎn)之間的距離。明視距離是指正常的眼睛在正常照明(50lx)下的工作距離，為250mm正常人眼的明視距離？2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)72022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)88.1.4 眼睛的適應(yīng)對(duì)各種光亮環(huán)境的適應(yīng)能力，亮度比可達(dá)1012:1光譜光效率函數(shù)曲線4005006007008000.00.20.40.60.81.0光譜光效率l(nm)亮適應(yīng)：暗處到明處，過程很快，幾分鐘；暗適應(yīng)：明處到暗處，過程較慢，極限60分鐘。為什么暗環(huán)境下能做飯、洗衣，

4、但不能描龍繡鳳？錐狀細(xì)胞：感受強(qiáng)光，對(duì)555nm最靈敏；桿狀細(xì)胞：感受微光敏銳，對(duì)510nm最靈敏，但分辨細(xì)節(jié)能力差因此，在黃昏視覺下，光譜敏感度曲線向短波方向偏移，稱波涅金效應(yīng)2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)9（1）與物體的亮度及對(duì)比度有關(guān)：當(dāng)照度大于50lx時(shí)，分辨率達(dá)到極 值。對(duì)比度大時(shí)分辨率高；（2）與照明光譜成份有關(guān)：?jiǎn)紊夥直媛矢撸ㄑ劬τ猩睿唬?）與視網(wǎng)膜上成像位置有關(guān)，黃斑處分辨率最高。8.1.5 眼睛的分辨率眼睛剛能分辨開二個(gè)很靠近點(diǎn)的能力稱為眼睛的分辨率。剛能分辨的二個(gè)點(diǎn)對(duì)眼睛物方節(jié)點(diǎn)的張角稱為極限分辨角。二者成反比眼睛的分辨本領(lǐng)與哪些因素有關(guān)？對(duì)眼睛張角小物體的要借

5、助望遠(yuǎn)鏡或顯微鏡等儀器，儀器應(yīng)有適當(dāng)?shù)姆糯舐剩鼓鼙粌x器分辨的也能被眼睛分辨。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)108.1.6 眼睛的瞄準(zhǔn)精度測(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，這種重合或?qū)?zhǔn)的過程，就稱為瞄準(zhǔn)。而由于受人眼分辨率的限制，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為瞄準(zhǔn)精度。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1/6到1/10。瞄準(zhǔn)精度和前面講到的分辨率是不是一個(gè)概念？2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)118.1.7 眼睛的立體視覺眼睛觀察空間物體時(shí)，能區(qū)別它們的相對(duì)遠(yuǎn)近而具有立體視覺。簡(jiǎn)稱體視。1. 單眼視覺產(chǎn)生體視較

6、近物體：（5m以內(nèi)）眼球肌肉收縮（調(diào)節(jié)）。較遠(yuǎn)物體：（5m以外）物對(duì)眼睛的張角的大小。2. 雙眼視覺 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。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)123. 體視估計(jì)距離，眼睛的調(diào)節(jié)，視線轉(zhuǎn)向被觀察物時(shí)肌肉用力。辨別相對(duì)遠(yuǎn)近，利用兩眼視線之間的夾角?；€長(zhǎng)度，人眼均值62mm觀察點(diǎn)到基線的距離體視銳度：人眼所能察覺到的最小立體視差，大約為10，經(jīng)訓(xùn)練可達(dá)到35。立體視覺半徑：存在立體視覺的范圍2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)13體視閾值：能分辨不同遠(yuǎn)近二點(diǎn)間的最小距離應(yīng)用實(shí)例：討論：1. 增大立體視覺半徑，要求基線b長(zhǎng)，體視銳度值??；2. 減小

7、體視閾值，要求基線b長(zhǎng)，體視銳度值小，立體視覺半徑大。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)148.2 放大鏡8.2.1 視覺放大率物經(jīng)放大鏡所成像對(duì)人眼張角的正切和人眼直接看物體時(shí)物對(duì)人眼張角的正切之比稱為放大鏡的放大率，也稱視覺放大率。用來表示。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)158.2.1 光束限制和線視場(chǎng)孔徑光闌、視場(chǎng)光闌？2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)16討論：逢年過節(jié)，要買放大鏡孝敬老人，該如何選擇其放大倍率？線視場(chǎng)放大鏡半徑放大倍率人眼與放大鏡的距離常用的放大鏡，倍率在2.525。單透鏡作放大鏡，通常不超過3。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)178.3 顯微鏡系統(tǒng)8.

8、3.1 顯微鏡概述1. 成像原理物鏡目鏡 眼睛通過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。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)182. 放大倍率系統(tǒng)的組合焦距顯微鏡是一個(gè)復(fù)雜的放大鏡2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)192. 顯微鏡的機(jī)構(gòu)物鏡：通過旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)換器接到鏡筒的下端面 目鏡：插入式 滿足齊焦要求：調(diào)換物鏡后，不需要調(diào)焦就能看到像。 什么是齊焦要求？設(shè)計(jì)顯微鏡時(shí)的要求： （1）物鏡調(diào)換后，像面不動(dòng)，物面不動(dòng) 物鏡共軛距不變（195mm) ； （2）物鏡像面即目鏡前焦面不動(dòng)在上端面以下10mm處 ； （3）機(jī)械筒長(zhǎng)：上下端面 之間的距離（16

9、0mm），有的顯微鏡機(jī)械筒長(zhǎng)可調(diào) 調(diào)換物鏡（目鏡）后微調(diào)焦不可避免，故還必須有微動(dòng)機(jī)構(gòu) 2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)202022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)213. 顯微鏡與放大鏡的比較（1）具有更大的放大率，二次放大；（2）人眼離物面較遠(yuǎn)，使用方便；（3）物鏡和目鏡可調(diào)換，從而得到多種放大率；（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）（5）通過目鏡的離焦，可把微小物體經(jīng)二次放大以后的實(shí)像顯示出來。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)228.3.2 顯微鏡的光束限制1. 孔徑光闌低倍物鏡：為單組物鏡框本身。高倍物鏡：多組物鏡框的最后一組鏡框，或在物鏡像方焦點(diǎn)處專設(shè)。2

10、. 出瞳位置整個(gè)顯微鏡像方焦面所在位置，所以在作顯微鏡觀察時(shí)，眼瞳能與之重合，接收所有成像光，且在更換物鏡時(shí)不需改變眼瞳位置。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)233. 出瞳的大小像差理論中顯微鏡的出瞳大小主要被焦距和放大率決定2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)244. 視場(chǎng)光闌在中間實(shí)像面上專設(shè)視場(chǎng)光闌。設(shè)置視場(chǎng)光闌是為了使入射窗和物面相重合，這樣通過目鏡觀察時(shí)，能同時(shí)看清視場(chǎng)光闌的邊緣和物體的像。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)258.3.3 顯微鏡的景深1. 顯微鏡本身的景深包含顯微鏡本身的景深和眼睛的調(diào)節(jié)將其換算到物空間，得到景深的表達(dá)式。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)2

11、62. 人眼的調(diào)節(jié)景深3. 總的景深顯微鏡的倍率越高，物鏡的數(shù)值孔徑越大，景深越小。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)278.3.4 顯微鏡的分辨率與有效放大率1. 分辨率用顯微鏡能看清多么細(xì)小的細(xì)節(jié)？是否想多大就可多大?像面上最近的能分辨的兩點(diǎn)對(duì)出瞳的張角出瞳直徑最小分辨距數(shù)值孔徑2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)282. 有效放大率有效放大率2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)298.4 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)8.4.1 望遠(yuǎn)鏡概述物鏡目鏡顯微鏡系統(tǒng)2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)308.4.2 視覺放大率望遠(yuǎn)鏡的放大率可表示為物鏡焦距與目鏡焦距之比；入射光瞳直徑與出射光瞳直徑之比，放大率的正負(fù)表示像的正倒。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)31 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?？偟膩碚f，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。2022/7/20第七章 光度學(xué)基礎(chǔ)328.4.3 望遠(yuǎn)鏡的分辨率及工作放大率正常放大率2022/7/2