應(yīng)用光學(xué)第九章

應(yīng)用光學(xué)第九章第1頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院2第九章

典型光學(xué)系統(tǒng)絕大多數(shù)光學(xué)系統(tǒng)的作用都是成像，按照成像接收器的情況可將其區(qū)分為：如果系統(tǒng)后面直接用眼睛來觀察，即眼睛作為系統(tǒng)的光能接收器，則稱其為“目視光學(xué)系統(tǒng)”，如放大鏡、顯微鏡和各類望遠系統(tǒng)；另外一類系統(tǒng)則是以感光底片、屏幕等作為光能接收器，如各類攝影系統(tǒng)、投影系統(tǒng)以及放映系統(tǒng)。雖然現(xiàn)代光學(xué)儀器的理論基礎(chǔ)是多方面的，但光學(xué)仍是其中的根本。借助于幾何光學(xué)，可近似描寫光學(xué)儀器的主要性能，對于一般的應(yīng)用，這種近似描述已足夠準確，因而在這種意義上來說，光學(xué)儀器的基礎(chǔ)理論主要是幾何光學(xué)。第2頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院3直接擴大人眼的視覺能力的光學(xué)系統(tǒng)，稱為目視光學(xué)系統(tǒng)

§9-1人眼的光學(xué)特性

(§3-1、3-4)一、眼睛的結(jié)構(gòu)——成像光學(xué)系統(tǒng)

人眼本身相當于攝影光學(xué)系統(tǒng)在角膜和視網(wǎng)膜之間的生物構(gòu)造均可以看作成像元。第3頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院4第九章

典型光學(xué)系統(tǒng)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)第4頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院5人眼的構(gòu)造剖視圖第5頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院6人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜*鞏膜是眼球的第一層保護膜，白色、不透明、堅硬；角膜*角膜是鞏膜的最前端部分，無色而透明；眼睛內(nèi)的折射主要發(fā)生在角膜上；脈絡(luò)膜*脈絡(luò)膜是眼球的第二層膜，上面有供給眼睛營養(yǎng)的網(wǎng)狀微血管；第6頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院7人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜脈絡(luò)膜虹膜*虹膜是脈絡(luò)膜的最前端部分，含有色素細胞，決定眼的顏色；瞳孔*瞳孔是虹膜中間的小孔，隨著外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直徑在2~8mm范圍內(nèi)變化；它是人眼的孔徑光闌。第7頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院8人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜細胞，錐狀細胞直徑約5微米，長約35微米；桿狀細胞直徑約2微米脈絡(luò)膜，長約60微米。它們在網(wǎng)膜上的分布式不均勻的。在黃斑中心凹處虹膜瞳孔網(wǎng)膜*網(wǎng)膜是眼球的第三層膜，上面布滿著感光元素，即錐狀細胞和桿狀是錐狀細胞的密集區(qū)而沒有桿狀細胞，由中心向外，逐漸相對變化；黃斑中心凹第8頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院9人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜

光脈絡(luò)膜盲斑是網(wǎng)膜上沒有感光元素的地方，不能引起光刺激。虹膜瞳孔網(wǎng)膜黃斑中心凹是人眼視覺最靈敏的地方。視神經(jīng)細胞晶狀體在虹膜后面，是由兩個不同曲率的面組成的透明體，黃斑中心凹神經(jīng)纖維盲斑大腦盲斑晶狀體第9頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院10人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜率都是不均勻的，由里層到外層逐漸減少，有利于提高脈絡(luò)膜成像質(zhì)量。晶狀體的平均折射率為1.40，其周圍是毛狀肌虹膜瞳孔網(wǎng)膜似雙凸透鏡，是眼睛光學(xué)系統(tǒng)的成像元件，其密度和折射

能改變晶狀體的表面曲率，使人眼在看遠近不同的物體時，黃斑中心凹

盲斑晶狀體第10頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院11人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜角膜和晶狀體之間的空間稱為前室；充滿1.336的水狀液；脈絡(luò)膜

晶狀體和網(wǎng)膜所包圍的空間稱為后室;充滿1.336的玻狀體虹膜瞳孔網(wǎng)膜總能將像成在網(wǎng)膜上。

黃斑中心凹

盲斑晶狀體前室后室第11頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院12人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜

脈絡(luò)膜眼睛的像方節(jié)點與中心凹的連線為眼睛的視軸,

在觀察物虹膜瞳孔網(wǎng)膜

體時眼睛本能地把物體瞄準在這根軸上。黃斑中心凹

盲斑晶狀體前室后室1.3761.3361.336光軸視軸第12頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院13

眼睛的視場很大，可達150?，但只有黃斑附近才能清晰識別，其他部分比較模糊，所以能看清物體的角度范圍為6~8?。

從光學(xué)角度看，眼睛中最主要的是：水晶體、視網(wǎng)膜和瞳孔。人眼水晶體視網(wǎng)膜瞳孔

眼睛和照相機很相似，如果對應(yīng)起來看：

????照相機鏡頭底片光闌第13頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院14第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié):眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)光軸與視軸：光軸是光學(xué)上的對稱軸；視軸是眼球光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點與黃斑中心凹的連線。兩者交角約為5°。對眼睛的光學(xué)系統(tǒng)重要的是視軸而不是光軸。眼睛的光學(xué)系統(tǒng)猶如照相機：其角膜與水晶體的組合相當于照相機的物鏡（不同的是，它具有調(diào)節(jié)能力）；其虹膜和瞳孔相當于照相機的可變光闌；視網(wǎng)膜相當于照相機的感光底片；脈絡(luò)膜相當于照相機的暗匣。成像時，來自物體的光線，經(jīng)過角膜和水晶體折射后，成像在視網(wǎng)膜上，使視覺細胞受到刺激，視網(wǎng)膜將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w電脈沖，并借助于視神經(jīng)系統(tǒng)傳至大腦的信息處理系統(tǒng)，產(chǎn)生視覺。視網(wǎng)膜上所成的像為倒像，但由于神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部作用的結(jié)果，人的感覺仍為正立的。5°脈絡(luò)膜第14頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院15人眼相當于一架照相機，它可以自動對目標調(diào)焦照相機中，正立的人在底片上成倒像，人眼也是成倒像但我們感覺為什么還是正立的？這是視神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部作用的結(jié)果。第15頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院16二、眼睛的調(diào)節(jié)眼睛有兩類調(diào)節(jié)功能：視度調(diào)節(jié)和瞳孔調(diào)節(jié)。

1．視度調(diào)節(jié)

遠近不同的其他物體，物距不同，則不會成像在視網(wǎng)膜上，這樣我們就看不清。

要想看清其他的物體，人眼就要自動地調(diào)節(jié)眼睛中水晶體的焦距，使像落在視網(wǎng)膜上。

眼睛自動改變焦距的過程稱為眼睛的調(diào)節(jié)。第16頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院17正常人眼在完全放松的自然狀態(tài)下，無限遠目標成像在視網(wǎng)膜上，即眼睛的像方焦點在視網(wǎng)膜上。在觀察近距離物體時，人眼水晶體周圍肌肉收縮，使水晶體前表面半徑變小眼睛光學(xué)系統(tǒng)的焦距變短，后焦點前移，從而使該物體的像成在視網(wǎng)膜上。第17頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院18當肌肉完全放松時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最遠的點稱為遠點，其相應(yīng)的距離稱為遠點距，以r表示（米）

當肌肉在最緊張時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最近的點稱為近點，其相應(yīng)的距離稱為近點距，以p表示（米）

正常眼睛的遠點距為負的無限遠，非正常眼睛（遠視或近視）的遠點距為一正/負的有限值。

這里必須指出，近點距離并不是明視距離

第18頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院19

后者是指正常的眼睛在正常照明（約50勒克斯）下最方便和最習慣的工作距離，它等于250mm。

它不同于人眼的近點距，兩者不能混淆人眼的調(diào)節(jié)能力是用遠點距r的倒數(shù)和近點距p的倒數(shù)之差來描述，用A來表示，即第19頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院20A稱為眼睛的調(diào)節(jié)范圍或調(diào)節(jié)能力。

當人眼觀察在調(diào)解范圍內(nèi)的某一距離l處的物體時，它總能清晰地成像在視網(wǎng)膜上。如果l的單位為米，則其倒數(shù)稱為視度，單位為屈光度如觀察眼前10米的物體，對應(yīng)的視度為

屈光度。第20頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院21近點距倒數(shù)稱為近點視度。

在醫(yī)院和眼鏡店通常把1屈光度稱為100度。

人眼的調(diào)節(jié)能力隨年齡的增加而變化。隨著年齡的增大，近點位置往遠移，遠點位置往近移，因而調(diào)節(jié)范圍減少。

遠點距倒數(shù)稱為遠點視度，

第21頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院22

2．瞳孔調(diào)節(jié)（適應(yīng)特性）人眼還能在不同亮暗程度的條件下工作。這就是人眼的另一個特性，具有對周圍空間光亮情況適應(yīng)的過程稱為適應(yīng)（即為瞳孔的調(diào)節(jié)）。眼睛的虹膜可以自動改變瞳孔的大小，以控制眼睛的進光亮（2mm~8mm)。在設(shè)計目視光學(xué)儀器時要充分考慮與眼瞳的配合。適應(yīng)是一種當周圍照明條件發(fā)生變化是眼睛所產(chǎn)生的變態(tài)過程，可分為對暗適應(yīng)和對光適應(yīng)兩種，前者發(fā)生在光亮處到黑暗處的時候，后者發(fā)生在自黑暗處到光亮處的時候。

第22頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院23三、眼睛的缺陷和矯正正常眼在肌肉完全放松的自然狀態(tài)下，能夠看清楚無限遠處的物體，即遠點應(yīng)在無限遠（R=0），像方焦點正好和視網(wǎng)膜重合F'

若不符合這一條件就是非正常眼，或稱視力不正常

最常見的有近視眼和遠視眼第23頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院24所謂近視眼就是其遠點在眼睛前方有限距離處（r<0）

這是由于眼球太長，像方焦點位于視網(wǎng)膜的前面所致。因此，只有眼前有限距離處的物體才能成像在視網(wǎng)膜上。對應(yīng)著負視度，配上適當?shù)呢摴饨苟妊坨R后，即可使無限遠物體成像于眼睛的遠點上，然后再經(jīng)眼睛成像于網(wǎng)膜上，因而眼鏡矯正了眼睛的缺陷。第24頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院25所謂遠視眼就是其遠點在眼睛之后（r>0），這是由于眼球偏短，像方焦點位于視網(wǎng)膜的之后所致。因此，射入眼睛的光束只有是會聚時，才能正好聚焦在視網(wǎng)膜上。對應(yīng)著正視度，需以正透鏡來使其遠點恢復(fù)到無限遠。

第25頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院26近視眼或遠視眼的遠點視度可通過儀器來測得，知道此值后即可求得所需眼鏡的焦距。例如：有一近視眼，通過驗光得知其遠點視度為-2個屈光度（眼鏡行業(yè)稱近視200度）則其遠點距r=-0.5m，需配焦距為-500mm的近視眼鏡。第26頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院27空氣中：意義：表示光學(xué)系統(tǒng)對光束會聚（或發(fā)散）的本領(lǐng)。f

’或f越小，Ф越大。Φ則稱為光學(xué)系統(tǒng)的光焦度。定義：第27頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院28光焦度的單位用來表示，它是在空氣中焦距為1m的光學(xué)系統(tǒng)的光焦度。也叫屈光度，D。例：f’=2米，Φ

＝1/f’=0.5D

f’=－200mm,

Φ

＝1/f’=－5D

f

’=－500mm200度的近視鏡，光焦度為－2D，其焦距為第28頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院29第29頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院30四、眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）所謂人眼的分辨能力指的是成像在中央凹區(qū)時的分辨能力。

眼睛能分辨出兩個非常近的點的能力稱為眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）人眼的分辨率一般用極限分辨角來表示。人眼的分辨率是眼睛的重要光學(xué)特性，同時也是目視光學(xué)儀器設(shè)計的重要依據(jù)之一。用其它觀測設(shè)備（如照相機、CCD等）替代人眼時也可據(jù)此作為參考。第30頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院31人眼剛能將兩點分開的視角稱為眼睛的極限分辨角人眼分辨率與極限分辨角成反比關(guān)系眼睛在看物空間兩點時，這兩點對眼睛物方節(jié)點的張角成為兩點間的角距離或稱為視角第31頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院32在良好的照明條件下，一般認為

ε=60”=1’

認為人眼的極限分辨角為1′。在設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)時就必須考慮眼睛的分辨率。第32頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院33經(jīng)常需要將一條直線重合到另一條直線，但是，要使兩條直線完全重合是不可能的眼睛雖具有發(fā)現(xiàn)一個平面上兩根平行直線的不重合能力，但也有一定的限度這個不重合限度的極限值稱為人眼的瞄準精度。人眼的瞄準精度一般用角度值來表示第33頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院34即兩線寬的幾何中心線對人眼的張角小于某一角度值α時，雖然還存在著不重合，但眼睛已經(jīng)認為是完全重合的，這時α角度值即為人眼瞄準精度。人眼對于線條的變形或兩條線錯開造成的外形變化或比較兩條線寬的變化具有很高的靈敏度。人眼通過兩物的比較發(fā)現(xiàn)它們外形變化的能力比分辨它們要強得多。

第34頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院35形成對眼睛瞄準有利的條件。瞄準精度和分辨率是兩個概念。又有一定的聯(lián)系，經(jīng)驗證明，人眼的最高瞄準精度約為分辨率的1/6至1/10。1、兩實線瞄準±60"

2、兩實線端部瞄準±10~20

"3、雙線平分或?qū)ΨQ瞄準±5~10"

4、虛線壓測件輪廓邊緣±20~30"

第35頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院36第36頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院37第37頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院38第38頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院39

§9-2放大鏡和顯微鏡的工作原理

(§3-2，(§9-5)物體對眼睛的視角，不僅取決于物體的大小，還取決于該物體到眼睛的距離，距離越近視角越大在近處觀察細小物體其視角小于人眼極限分辨角就需要借助放大鏡或顯微鏡將其放大，使像的視角大于人眼的極限分辨角

—

擴大視角是目視光學(xué)儀器的第一個要求一、放大鏡的工作原理人眼在觀察物體時完全放松的自然狀態(tài)，即無限遠目標成像到視網(wǎng)膜上在利用儀器觀察時，目標通過儀器后應(yīng)成像在無限遠處，即要求儀器出射平行光束—

對目視光學(xué)儀器的第二個要求第39頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院40總結(jié)：目視光學(xué)儀器的兩大要求：①擴大視角②出射光為平行光第40頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院41

因為眼睛通過放大鏡或顯微鏡等目視光學(xué)儀器來觀察物體時，所看到的是在眼睛視網(wǎng)膜上的物體像的大小。放大鏡的放大率應(yīng)為：通過放大鏡觀察物體時，物體像的視角ω’正切與人眼直接觀察該物體時的視角ω正切之比。這種放大率稱為視角放大率或視覺放大率。用字母Γ表示放大鏡的放大率與眼睛一起使用的目視光學(xué)儀器，其放大作用不能由橫向放大率來表征。第41頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院42

物體經(jīng)放大鏡成像的簡圖y'yABA'B'FF'ω’P'-ff’-x’a’虛像A′B′對眼睛所張的視角的正切為眼睛直接去觀察物體時，是將其放在明視距離250mm處。此時物體對人眼張角的正切為第42頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院43放大鏡的放大率?？捎上率角蟮脤M向放大率代入上式得第43頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院44由此可見，放大鏡的放大率，除了和其焦距有關(guān)之外，還和眼睛離開放大鏡的距離有關(guān)在實際使用過程中，眼瞳大致位于放大鏡的像方焦點的附近放大鏡的放大率僅由放大鏡的焦距f′所決定，焦距越大則放大率越小。

上式分母中的a′相對于x′而言，是一個很小的值，可以略去。放大鏡放大率的公式，通常采用以下形式第44頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院45二、

顯微鏡的工作原理對于工作在可見光波長范圍的光學(xué)顯微鏡按用途區(qū)分，使用量較大的有三種：工具顯微鏡（主要應(yīng)用于精密機構(gòu)制造工業(yè)等方面進行精密測量）；生物顯微鏡（主要應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等方面）；金相顯微鏡（主要應(yīng)用于冶金和機械制造工業(yè)，觀察研究金相組織結(jié)構(gòu)）。顯微鏡是人眼的輔助工具，顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)由物鏡和目鏡兩個部分組成。第45頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院46

顯微鏡系統(tǒng)成像原理顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用

物鏡目鏡F1F1’F2BAA’B’A”B”第46頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院47

物鏡目鏡F1F1’F2BAA’B’A”B”

A’B’

位于目鏡的物方焦點F2上或在很靠近F2

的位置上

此像在經(jīng)目鏡放大為虛像A”B”后供眼睛觀察。這說明目鏡與放大鏡的作用一樣。

第47頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院48

經(jīng)過物鏡和目鏡的兩次放大，所以顯微鏡系統(tǒng)總的放大率Γ應(yīng)該是物鏡橫向放大率β和目鏡放大率Γe的乘積。物體被物鏡成的像A’B’

位于目鏡的物方焦點上或附近，此像相對于物鏡像方焦點的距離為Δ（物鏡和目鏡的光學(xué)間隔），在顯微鏡系統(tǒng)中稱為光學(xué)筒長設(shè)物鏡的焦距為f1′,則物鏡的放大率為第48頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院49物鏡的像被目鏡放大，其放大率為式中：f2'

為目鏡的焦距。由此，顯微鏡系統(tǒng)的總放大率為可見顯微鏡系統(tǒng)的放大率與光學(xué)筒長Δ成正比，和物鏡及目鏡的焦距成反比。式中有負號，即當顯微鏡系統(tǒng)具有正物鏡和正目鏡時（常用這種結(jié)構(gòu)），則整個顯微鏡系統(tǒng)給出倒像。

第49頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院50根據(jù)組合光組的焦距公式可知，整個顯微鏡的總焦距f’和物鏡及目鏡焦距之間符合以下關(guān)系：將其代入上式中，則有它與放大鏡公式具有完全相同的形式。顯微鏡系統(tǒng)實質(zhì)上就是一個復(fù)雜化了的放大鏡第50頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院511、顯微鏡物鏡物平面到像平面的距離稱為共軛距2、在顯微鏡中，取下顯微物鏡和目鏡后，所剩下的鏡筒長度即物鏡支撐面到目鏡支撐面之間的距離稱為機械筒長，用tm表示。

對于一臺顯微鏡來說，機械筒長是固定的機械筒長各國標準是不同的，有160mm，170mm和190mm等。我國規(guī)定機械筒長為160mm。3、物平面光學(xué)系統(tǒng)第一個物鏡的球面頂點的距離稱為“工作距”幾個常見概念：4、物鏡像方焦點到目鏡物方焦點的距離為Δ，在顯微

鏡系統(tǒng)中稱為光學(xué)筒長第51頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院52第52頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院53第53頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院54第54頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月§9-3理想光學(xué)系統(tǒng)的分辨率（§8-7）無窮遠自身發(fā)光的物點，在焦平面上所成的像不是幾何點，而是一個由一系列光環(huán)組成的衍射圖樣。其圖樣的光環(huán)能量分布曲線見圖所示。中央亮斑稱為愛里斑其上集中了總能量的83.78%接著是第一級暗環(huán)然后是第一級亮環(huán)，其能量是總能量的7.22%；第55頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月

因為光環(huán)的能量主要集中在愛里斑上，所以可以把它看作理想系統(tǒng)的點像；當兩個獨立的光強度相等的發(fā)光點逐漸靠近時，其在系統(tǒng)像面上的愛里斑也逐漸靠近，并開始有重疊的部分。這就引出光學(xué)系統(tǒng)對相鄰兩物點的分辨問題。第56頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院57當相鄰兩點的間隔，正好使一個衍射圖樣中的愛里斑中心和另一個圖樣的第一暗環(huán)重合時，兩個衍射圖樣的光強分布曲線相加而得到的合成光強分布曲線，兩個極大值之間存在的一個極小值，能量約為極大值的80%。10.8R瑞利指出：這種合成的衍射圖樣還是可以看出是由兩個發(fā)光點構(gòu)成的。第57頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院5810.8R從圖中可看出，兩個愛里斑的中心距正好是愛里斑的半徑。瑞利就以愛里斑半徑作為光學(xué)系統(tǒng)能對無限遠兩點的像分辨得開的最小距離稱之為瑞利判據(jù)；按此判據(jù)，即可確定光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。第58頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院59按照夫瑯和費衍射理論，無限遠的發(fā)光點在望遠系統(tǒng)焦平面上所形成的衍射圖樣，其中央亮斑的半徑為式中，λ—波長，

U′max—光束的最大像方孔徑角。第59頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院60顯微系統(tǒng)的分辨率是以剛能分辨的兩物點之間的最短距離σ來表示的，稱為最小分辨距?？讖焦怅@（出瞳）P1’P2’z-UmaxRθ1U’maxA’-σ將R帶入得：σ即為顯微鏡物鏡最短能分辨的距離，即顯微鏡的分辨率第60頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院61結(jié)論：顯微鏡的分辨本領(lǐng)取決于2個因素

1、所用的光波波長

2、物鏡的數(shù)值孔徑。第61頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院62上式的得出是假設(shè)物點本身發(fā)光，并且兩個發(fā)光點是獨立的（即非相干光源）。這種情況與實際情況不相符。若考慮部分相干情況，被照明物點所產(chǎn)生的衍射圖樣，在滿足瑞利判據(jù)時，上式中的系數(shù)一般要加以修正。這種修正是以道威(Dawas)判斷為依據(jù)的。

道威判斷：兩個相鄰像點之間的兩衍射斑中心距為0.85中央亮斑半徑時，則能被光學(xué)系統(tǒng)分辨，此時：第62頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院63便于眼睛分辨的角距離為2′~4′。上面，我們討論的是對于顯微鏡的物鏡而言，兩個物點要成功的被物鏡所分辨，兩點之間的最小距離為σ，但是顯微鏡作為目視光學(xué)儀器，還必須滿足人眼觀察的需求，即最小能分辨的距離σ成在分劃板的實像σ′通過目鏡之后對人眼的張角要大于人眼的極限分辨角，才能夠成功的為人眼所分辨；人眼的極限分辨角通常情況下是1′，但是人眼作為觀察用，長期處于極限分辨角較易疲勞，所以一般情況下顯微鏡在使用的時候第63頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院64設(shè)所使用光線的波長為550nm，上式成為取2′為分辨角的下限，4′為上限，則在明視距離250mm處能分辨開兩點之間的距離σ′為σ′是顯微鏡像空間被人眼所能分辨的線距離換算到顯微鏡的物方，相當于顯微鏡的分辨率乘以視覺放大率，得到滿足上式的放大率稱為顯微鏡的有效放大率第64頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院65時，能夠被物鏡衍射分辨的2個點也恰好能被人眼所分辨。結(jié)論：顯微鏡的視覺放大率滿足關(guān)系式若：放大不足。顯微鏡能分辨，但是眼睛不能分辨。若：無效放大。不能被顯微鏡分辨，也不能被眼睛分辨。第65頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院66第66頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院67170mm/0.17;40/0.65物鏡放大率為40倍，數(shù)值孔徑為0.65；適合于機械筒長170mm,物鏡是對玻璃厚度為d=0.17mm的玻璃蓋板校正像差的。第67頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院68隨著放大倍數(shù)由低到高，其結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜。低倍物鏡可以用雙膠合，中倍物鏡用雙雙膠合，高倍物鏡用雙膠合＋前片，數(shù)值孔徑更大的阿貝物鏡則需要浸油。第68頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院69§9-4顯微鏡的光束限制（§5-3）系統(tǒng)中成像光束的口徑由物鏡框限制，物鏡框即為孔徑光闌，限制了參與成像的光束寬度。位于目鏡物方焦平面上的圓孔光闌或分劃鏡框限制了系統(tǒng)的成像范圍，為系統(tǒng)的視場光闌，限制了顯微鏡的成像范圍第69頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院70線視場：在顯微鏡中，成像范圍不用視場角表示，而直接用成像物體的最大尺寸表示，即線視場。一般顯微鏡的視場光闌為20mm，它就決定了顯微鏡的線視場為：一、顯微鏡的視場如：一個40倍的顯微物鏡的最大線視場為0.5mm第70頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院71二、顯微鏡的數(shù)值孔徑

顯微鏡物鏡成像光束的大小，一般用軸上點光束與光軸夾角u表示。但一般情況下數(shù)值孔徑同樣表征了進入系統(tǒng)光能量的多少，所以，顯微鏡的成像光束的大小一般用數(shù)值孔徑NA來表示。經(jīng)過推導(dǎo)，顯微鏡的數(shù)值孔徑和放大率Γ之間存在下述關(guān)系：第71頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院72例1、怎樣表示顯微物鏡成像光束大小和成像范圍的大?。恳话阌^察用顯微鏡的孔徑光闌放在何處？測量用顯微鏡孔徑光闌放在何處？答：顯微鏡成像光束的大小用物體對顯微鏡所張的孔徑角u表示，顯微鏡成像范圍的大小用線視場表示，一般觀察用的顯微鏡孔徑光闌放在顯微鏡物鏡上，測量用顯微鏡的孔徑光闌放在物鏡像方焦平面上。第72頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院73例：200倍的顯微鏡的目鏡焦距為25mm，分劃板的直徑為20mm，求顯微鏡的線視場等于多少？如果出瞳直徑D′＝1mm，顯微鏡物鏡的共軛距離為195mm，求顯微鏡的數(shù)值孔徑為多少？物鏡的通光口徑為多少？

∴

∴顯微鏡的線視場

解：

又∵分劃板即視場光闌的直徑為20mm第73頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院74數(shù)值孔徑

∴且

聯(lián)立兩式得：

∵∴物鏡得通光口徑：第74頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院75第75頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院76第76頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院77第77頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院78§9-5望遠系統(tǒng)（§3-3、§9-1、§9-2）一、望遠系統(tǒng)的成像原理物鏡的像方焦點應(yīng)與目鏡的物方焦點重合，光學(xué)間隔△=0。

望遠鏡是用來觀察無限遠目標的儀器。特點：平行光入射，平行光出射。第78頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院79由于物體位于無限遠，所以物體對望遠鏡的張角ω可以近似等于物體對人眼的張角ω眼，物體經(jīng)過儀器之后對眼睛的張角ω儀即為圖中所標注的ω′。望遠系統(tǒng)的視覺放大率Γ：根據(jù)定義：∴第79頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院80結(jié)論：1、視覺放大率Γ在數(shù)值上等于物鏡焦距與目鏡焦距之比2、Γ可正可負，與物鏡和目鏡的焦距有關(guān)。采用正光焦度目鏡的望遠鏡稱為開普勒望遠鏡，視覺放大率為負值，加棱鏡或透鏡倒像系統(tǒng)，使像正立，適合軍用。采用負光焦度目鏡的系統(tǒng)稱為伽利略望遠鏡，一般放大倍數(shù)比較低。第80頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院81第81頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動化學(xué)院82二、望遠系統(tǒng)成像光束的選擇在如圖所示的開普勒望遠系統(tǒng)中：孔徑光闌即為望遠