典型光學(xué)系統(tǒng)演示文稿

典型光學(xué)系統(tǒng)演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有59頁\編輯于星期日優(yōu)選典型光學(xué)系統(tǒng)現(xiàn)在是2頁\一共有59頁\編輯于星期日調(diào)節(jié)肌5、虹彩膜：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?！镒酝鈱又羶?nèi)層的折射率n逐漸增大（1.37→1.41）——校正像差現(xiàn)在是3頁\一共有59頁\編輯于星期日(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?，F(xiàn)在是4頁\一共有59頁\編輯于星期日二、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160°垂直視場約達130°最清晰的視場范圍：視軸周圍6°～8°現(xiàn)在是5頁\一共有59頁\編輯于星期日3、簡化眼模型角膜頂點視網(wǎng)膜眼睛像方焦點與視網(wǎng)膜重合現(xiàn)在是6頁\一共有59頁\編輯于星期日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。★視角取決于物的大小和物距，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）現(xiàn)在是7頁\一共有59頁\編輯于星期日三、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現(xiàn)在是8頁\一共有59頁\編輯于星期日★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)對應(yīng)視度數(shù)值×100?，F(xiàn)在是9頁\一共有59頁\編輯于星期日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。加正透鏡將遠點校正到無窮遠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。加負透鏡將遠點校正到無窮遠50歲之后，老花眼！Myopia/NearsightednessHyperopia/Farsightedness現(xiàn)在是10頁\一共有59頁\編輯于星期日例：某60歲老人，裸眼看到的近點距離為-200cm，遠點距離+200mm，估算老人佩戴的遠視眼鏡的視度？★遠視眼鏡的視度：★眼睛的調(diào)節(jié)能力：現(xiàn)在是11頁\一共有59頁\編輯于星期日例：已知遠視眼的近點lp=-400mm，需加校正透鏡的光焦度為多大，才能看清眼前250mm處的物體?，F(xiàn)在是12頁\一共有59頁\編輯于星期日手術(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現(xiàn)在是13頁\一共有59頁\編輯于星期日四、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、概念現(xiàn)在是14頁\一共有59頁\編輯于星期日補充：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?，F(xiàn)在是15頁\一共有59頁\編輯于星期日六、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″現(xiàn)在是16頁\一共有59頁\編輯于星期日七、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?，F(xiàn)在是17頁\一共有59頁\編輯于星期日若設(shè)對準(zhǔn)平面到人眼的距離為P，人眼的極限分辨角為，眼瞳直徑為Dp，則遠、近景深分別為：若眼睛調(diào)節(jié)在無限遠，P＝，則遠、近景深距離為：現(xiàn)在是18頁\一共有59頁\編輯于星期日四、雙目立體視覺

眼睛除能感受到物體的大小、形狀、亮暗及表面顏色外，還能產(chǎn)生遠近感覺及分辨不同物體在空間的相對位置，這種對物體遠近的估計稱空間深度感覺。

立體視覺----對物體位置的空間分布及對物體的體積感覺。1、雙眼視覺

用雙眼觀察物體時，物在兩眼中各自成像。然后，兩眼的視覺匯合到大腦中產(chǎn)生單一的印象。形成單一像須滿足一定條件，即：物在兩眼視網(wǎng)膜的像必須位于視網(wǎng)膜的對應(yīng)點時(位于兩中心窩的同一側(cè))?，F(xiàn)在是19頁\一共有59頁\編輯于星期日2、雙目的立體視覺

雙目的立體視覺—分辨兩個物體的相對位置，并可以估計空間物體的相對距離。這是雙眼視覺的重要特性。

兩眼節(jié)點的連線稱為視覺基線(眼基距)，用b表示，注視點A對眼睛兩節(jié)點的張角為立體視差角1。L不同距離的物體有不同的立體視差角，兩者之差，稱立體視差。現(xiàn)在是20頁\一共有59頁\編輯于星期日體視銳度視差越小，兩物體的縱向相對距離越小。當(dāng)視差小到某一值min時，眼睛正好能感到兩物體的距離分開，這一min稱為體視銳度(體視靈敏度)。通常人眼：min=30~60,經(jīng)過訓(xùn)練可達10,甚至3。一般情況下，定為10。顯然：無限遠物體的視差角為0,若有限距離的另一點的視差角為10,即該點與無限遠物點的視差為

=10，為人眼的體視銳度，此時，人眼對該有限遠物點有深度感覺。即正好能分辨有限遠和無限遠。例：設(shè)人眼基線為65mm,則此有限遠距離Lm,稱為體視半徑：位于體視半徑以外的物體，眼睛無法分辨其遠近?，F(xiàn)在是21頁\一共有59頁\編輯于星期日立體視覺限(閥)----雙眼所能分辨的空間兩點的最短空間深度距離L。

觀察物體時，立體視覺限很大，即對于遠處物體，要有很大的距離差才能分辨出其遠近。

顯然：增大b和減小min，能增大體視半徑Lm，減小立體視覺限L，從而提高體視覺效果。如雙筒棱鏡望遠鏡和某些軍用指揮儀就是為此目的設(shè)計的?？梢姡何矬w越遠,立體視覺誤差越大:8m@100m,0.7mm@1m,0.05mm@250mm?，F(xiàn)在是22頁\一共有59頁\編輯于星期日設(shè)望遠鏡放大率為，儀器基線(兩物鏡中心距)為bi，則通過儀器觀察時，體視銳度：基線長度bi=Kbe，則：上兩式表明：體視半徑比肉眼直接觀察時擴大了Ｋ倍，而立體視覺閾縮小了Ｋ倍，從而大大提高了體視效果?，F(xiàn)在是23頁\一共有59頁\編輯于星期日小結(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：

眼軸、成像界面、基點基面的位置、孔徑光闌、像平面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：對準(zhǔn)（誤差），重合、置中7、眼睛的景深現(xiàn)在是24頁\一共有59頁\編輯于星期日補充：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：

現(xiàn)在是25頁\一共有59頁\編輯于星期日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=眼睛分辨率現(xiàn)在是26頁\一共有59頁\編輯于星期日焦距以內(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：§7.2 放大鏡（TheMagnifyingGlass）

現(xiàn)在是27頁\一共有59頁\編輯于星期日二、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：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。此視覺放大率作為放大鏡和目鏡的光學(xué)常數(shù)。現(xiàn)在是28頁\一共有59頁\編輯于星期日各虛線為對應(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、漸暈與光束限制現(xiàn)在是29頁\一共有59頁\編輯于星期日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?，F(xiàn)在是30頁\一共有59頁\編輯于星期日§7.2顯微鏡（Microscope）

★顯微鏡系統(tǒng)

現(xiàn)在是31頁\一共有59頁\編輯于星期日眼睛一、原理★物直接對眼的張角：目鏡：放大物體經(jīng)物鏡所成的像物鏡：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現(xiàn)在是32頁\一共有59頁\編輯于星期日二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、顯微鏡的組合焦距：顯微鏡的放大率與光學(xué)筒長成正比，且正比于物鏡與目鏡的焦距的倒數(shù)。與放大鏡的視覺放大率公式相同，故可把顯微鏡看成組合的放大鏡。現(xiàn)在是33頁\一共有59頁\編輯于星期日為得到不同的放大率，顯微鏡的物鏡和目鏡各有幾個組成一套，便于隨時調(diào)換，通常物鏡有4個：3、10

、40

、100

;目鏡有3個：5、10、15，則顯微鏡的放大率可組成：15、30、45、

50、100、150等12種不同倍率。

光學(xué)筒長為物鏡像方焦點到目鏡物方焦點間的距離。

機械筒長tm指物鏡支承面間的距離，即把物鏡和目鏡取下后所剩鏡筒長度，是固定的，各國各有其標(biāo)準(zhǔn)。我國規(guī)定為160mm。光學(xué)筒長隨物鏡焦距不同而改變。其選擇應(yīng)使顯微鏡滿足齊焦條件：即調(diào)換物鏡時不需要重新調(diào)焦，就能看到物體的像。顯微鏡的機械筒長現(xiàn)在是34頁\一共有59頁\編輯于星期日顯微鏡光學(xué)機械設(shè)計中須做到：不同倍率的物鏡，共軛距（物-像面距離）T相同；物體經(jīng)物鏡所成實像面應(yīng)有固定位置；目鏡的鏡筒應(yīng)保證的物方焦面與物鏡實像面重合。這是不同廠家生產(chǎn)的物鏡和目鏡能夠?qū)崿F(xiàn)互換的前提?，F(xiàn)在是35頁\一共有59頁\編輯于星期日表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★NA：現(xiàn)在是36頁\一共有59頁\編輯于星期日顯微系統(tǒng)的光束限制顯微系統(tǒng)的光闌設(shè)置：孔徑光闌：一般情況下，設(shè)置為物鏡框；視場光闌：分劃板框。提問：入瞳、出瞳、入窗、出窗各在哪里？孔闌場闌出瞳物鏡目鏡現(xiàn)在是37頁\一共有59頁\編輯于星期日

三、顯微鏡的線視場——視場光闌位于目鏡的物方焦平面，設(shè)直徑為D。視場光闌的大小應(yīng)與目鏡的視場角一致顯微鏡的線視場：顯微鏡的線視場為：現(xiàn)在是38頁\一共有59頁\編輯于星期日顯微鏡在選定目鏡后，顯微鏡的視覺放大率越大，其在物空間的線視場越小。物鏡因分辨率的要求，有很大的數(shù)值孔徑，因此成像光束很寬，其視場受軸外像差的限制，不能很大，通常，物鏡線視場不超過其焦距的1/20時，成像質(zhì)量是滿足的?？梢姡@微鏡的視場很小?，F(xiàn)在是39頁\一共有59頁\編輯于星期日四、顯微鏡的出瞳直徑

★像方孔徑角：★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（遠心光路）。2、物鏡的數(shù)值孔徑★正弦條件（消球差、近軸物以大孔徑光束成像的充要條件）孔闌場闌出瞳物鏡目鏡現(xiàn)在是40頁\一共有59頁\編輯于星期日表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★刻在顯微鏡物鏡鏡框的參數(shù)：160mm/0.17；40/0.65現(xiàn)在是41頁\一共有59頁\編輯于星期日五、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現(xiàn)在是42頁\一共有59頁\編輯于星期日2、顯微鏡的分辨率——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、浸液物鏡現(xiàn)在是43頁\一共有59頁\編輯于星期日由瑞利判據(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)！現(xiàn)在是44頁\一共有59頁\編輯于星期日★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現(xiàn)在是45頁\一共有59頁\編輯于星期日附：顯微鏡的分辨率參數(shù)示意圖現(xiàn)在是46頁\一共有59頁\編輯于星期日現(xiàn)在是47頁\一共有59頁\編輯于星期日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七、小結(jié)波長555nm1)瑞利判據(jù)2)道威判據(jù)：現(xiàn)在是48頁\一共有59頁\編輯于星期日望遠系統(tǒng)★無焦系統(tǒng)

——重合，光學(xué)間隔Δ=0現(xiàn)在是49頁\一共有59頁\編輯于星期日1）垂軸放大率2）角放大率★望遠系統(tǒng)——放大率與位置無關(guān)！★物理解釋：平行光束的方向變化現(xiàn)在是50頁\一共有59頁\編輯于星期日應(yīng)用：擴束器原理構(gòu)造1：構(gòu)造2：——望遠系統(tǒng)倒置現(xiàn)在是51頁\一共有59頁\編輯于星期日

重合，，光學(xué)間隔Δ=0★垂軸放大率：★角放大率：一、折射望遠鏡★無焦系統(tǒng)：§7.4望遠鏡(Telescope)現(xiàn)在是52頁\一共有59頁\編輯于星期日望遠鏡光路圖(光闌與物鏡重合)出瞳孔闌物鏡場闌目鏡fo-felzDDw-wFo(Fe)現(xiàn)在是53頁\一共有59頁\編輯于星期日望遠鏡是目視儀器，其視覺放大率是人眼通過望遠鏡觀察到的物體的像對人眼張角的正切與人眼直接觀察物體時，物對人眼張角的正切之比：

物體對人眼張角可由物體對望遠鏡的張角代替。