工程光学2008(第一章)f(绪论及几何光学原理)(xin)

1、第八章 典型光学系统典型光学系统 第二节第二节放大镜放大镜第三节第三节 显微镜系统显微镜系统 第四节第四节 望远镜系统望远镜系统第一节第一节眼睛及其成像特性眼睛及其成像特性 第五节第五节 目镜目镜目视光学仪器调节肌调节肌第一节第一节 眼睛及其成像特性眼睛及其成像特性 2、角膜、角膜(Cornea)：眼球前突出的透明球面膜，眼球前突出的透明球面膜， r8mm，n 1.38； 主要折射成像界面主要折射成像界面( (角膜角膜空气空气) )1、巩膜：、巩膜：包围眼球的白色包围眼球的白色 不透明外层，不透明外层，D25mm. 眼球横切面眼球横切面 一、眼睛一、眼睛(Eyes)的结构的结构3、前室、前室：

2、角膜后水晶体前的空间，充满透明水状液：角膜后水晶体前的空间，充满透明水状液n =1.336。 调节肌调节肌5、虹彩膜：、虹彩膜：脉络膜前方的脉络膜前方的 彩帘（水晶体前），眼彩帘（水晶体前），眼 球前的颜色。球前的颜色。8、后室：、后室：水晶体后、由视网膜包围的空间，玻璃液水晶体后、由视网膜包围的空间，玻璃液n =1.336。4、脉络膜：、脉络膜：巩膜内侧、视网膜外侧包围的巩膜内侧、视网膜外侧包围的黑色黑色膜层，吸膜层，吸 收从视网膜透过的光线，把后室变为暗室。收从视网膜透过的光线，把后室变为暗室。6、瞳孔、瞳孔(Pupil)：虹膜中央圆虹膜中央圆孔，孔，孔径光阑孔径光阑，限制进入人，限制进入

3、人眼光通量，眼光通量，D 28mm.7、水晶体、水晶体(Crystalline lens) ：双凸透镜双凸透镜 调节肌作用改变水晶体曲率调节肌作用改变水晶体曲率( (焦距焦距) )，不同距离物均成像于视网膜。，不同距离物均成像于视网膜。 自外层至内层的折射率自外层至内层的折射率 n 逐渐增大（逐渐增大（1.371.411.371.41）校正像差校正像差(3)盲斑（点）：盲斑（点）：视神经的出口，无感光细胞，视网膜的像被视神经的出口，无感光细胞，视网膜的像被 传输至大脑形成视觉。传输至大脑形成视觉。(1) 辐射接收器辐射接收器杆状细胞：杆状细胞：对光刺激极敏感，对光刺激极敏感， 感光（明暗视觉）

4、感光（明暗视觉）.锥状细胞：锥状细胞：感色（色视觉）感色（色视觉）9、视网膜、视网膜(Retina)：后室内壁、连接脉络膜的一薄膜，由神经后室内壁、连接脉络膜的一薄膜，由神经 细胞和神经纤维构成。细胞和神经纤维构成。 感光和成像的位置感光和成像的位置。调节肌调节肌(2) 黄斑黄斑(Macula)：视网膜中部、黄色椭圆形区域。视网膜中部、黄色椭圆形区域。 中心凹：中心凹：黄斑点中心黄斑点中心D 0.25mm区域区域，密集感光细胞，密集感光细胞， 视觉最灵敏。视觉最灵敏。二、眼睛二、眼睛共轴光学系统共轴光学系统2、视轴：、视轴：黄斑中心与眼睛光学系统黄斑中心与眼睛光学系统像方节点像方节点的连线。的

5、连线。 眼球转动，使视轴对准观察物体并成像于黄斑上，视觉最清晰。眼球转动，使视轴对准观察物体并成像于黄斑上，视觉最清晰。1、成像过程：、成像过程： 折射球面：折射球面：外界光线经角膜折射外界光线经角膜折射 孔径光阑：孔径光阑：瞳孔自动调节直径控制入射光能瞳孔自动调节直径控制入射光能 变焦系统：变焦系统：水晶体自动调节，保证成像于视网膜上水晶体自动调节，保证成像于视网膜上 成像面：成像面： 视网膜视网膜3、 视场视场(角度角度)水平视场约达水平视场约达160垂直视场约达垂直视场约达130最清晰的视场范围：视轴周围最清晰的视场范围：视轴周围683、简化眼模型、简化眼模型FFOHH2r1r角膜顶点角

6、膜顶点视网膜视网膜ff 011211.3mm 1.6mm214 17mm18 23mm4311.38345.7mm9.8mmOHHfHfHnnnrrrr 视折眼睛的基点位置：）主点距角膜顶点 ： ：， ：）焦距：（距 ），（距）空气；角膜；前室。）半径：，眼睛像方焦点与视网膜重合眼睛像方焦点与视网膜重合问题：根据第三章公式，分析眼睛一对节点的位置？问题：根据第三章公式，分析眼睛一对节点的位置？Jxf Jxf 4、物体经眼睛成像于视网膜、物体经眼睛成像于视网膜e0tanyyll 视角视角 ： 人眼对物体大小的感觉，取决于人眼对物体大小的感觉，取决于像在视网膜上的大小像在视网膜上的大小； 或，或，

7、视网膜上的像对眼睛光心张角（视网膜上的像对眼睛光心张角（视角视角）的大小）的大小。 视角取决于物的大小和物距，但是物距必须在近点之外。视角取决于物的大小和物距，但是物距必须在近点之外。视角大小超过视角大小超过人眼极限分辨角人眼极限分辨角的物体细节，才可被分辨。的物体细节，才可被分辨。 眼睛的光心眼睛的光心O0：眼睛节点、主点近似看做重合的位置。眼睛节点、主点近似看做重合的位置。 （进一步简化）（进一步简化）0O1(0ll1y1y2y2(2y三、眼睛的调节及校正三、眼睛的调节及校正 1、调节：、调节：眼睛成像系统对任意距离物体成像时，眼睛成像系统对任意距离物体成像时， 通过改变水晶体曲率达到自动

8、调焦的过程。通过改变水晶体曲率达到自动调焦的过程。 能清晰调焦的极限距离：能清晰调焦的极限距离：远点远点(far point)距离距离 lr 近点近点(near point)距离距离 lp远点远点lr(调节肌完全放松调节肌完全放松)近点近点lp(调节肌最大收缩，曲率半径最小调节肌最大收缩，曲率半径最小)幼年幼年-7-8cm青中年青中年-14 -40cm （ 明视距离明视距离-25cm）老年老年+200+40cm约约-200cm 远点发散度（会聚度）远点发散度（会聚度）：r1Rl 近点发散度（会聚度）近点发散度（会聚度）：p1Plrp11RPAll 眼睛的调节能力眼睛的调节能力：1D1D1m单位

9、:与光焦度相同,屈光度（ ）,眼睛的视度眼睛的视度 眼睛的视度眼睛的视度(diopter)： 通常所说的眼镜度数对应视度数值通常所说的眼镜度数对应视度数值100。HHHH2、非正常眼睛及其矫正、非正常眼睛及其矫正1）近视眼：近视眼：无穷远物点成像于视网膜之前，远点为有限远。无穷远物点成像于视网膜之前，远点为有限远。加加正正透镜将透镜将远点远点校正到无穷远校正到无穷远2）远视眼：远视眼：无穷远物点成像于视网膜之后。无穷远物点成像于视网膜之后。加加负负透镜将远点透镜将远点校正到无穷远校正到无穷远与老花眼与老花眼区别？区别？Myopia/NearsightednessHyperopia/Farsig

10、htedness例：某例：某6060岁老人，裸眼看到的近点距离为岁老人，裸眼看到的近点距离为-200cm-200cm，远点，远点距离距离+200mm+200mm，估算老人佩戴的远视眼镜的视度？，估算老人佩戴的远视眼镜的视度？ 远视眼镜的视度远视眼镜的视度：111,Rllf 眼睛的调节能力眼睛的调节能力：rp11RPAll度50052 . 011DlSDrHHl 200mmrl rll手术治疗手术治疗（4）白内障：白内障：水晶体变为浑浊而不透明。水晶体变为浑浊而不透明。（3）散光眼散光眼(Astigmatism)(Astigmatism)： 原因：原因：角膜、或水晶体（两表面）不对称，是非球面造

11、成角膜、或水晶体（两表面）不对称，是非球面造成. 此时，眼轴上的物点对应有两条像线，眼睛在两个此时，眼轴上的物点对应有两条像线，眼睛在两个 对称主截面上的焦距不同，即远点距离不同。像散对称主截面上的焦距不同，即远点距离不同。像散 导致不同方向的线条不能同时看清。导致不同方向的线条不能同时看清。21RRAST视度视度1rRl眼睛的散光度：眼睛的散光度：圆柱面透镜圆柱面透镜可校正散光可校正散光四、眼睛的适应能力四、眼睛的适应能力 适应：适应：眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程度。眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程度。明适应：明适应：从暗处到亮处从暗处到亮处 瞳孔自动缩小瞳孔自动缩小暗适应：暗适应：

12、从亮处到暗处从亮处到暗处 瞳孔自动增大瞳孔自动增大五、眼睛的五、眼睛的分辨率分辨率 眼睛的分辨能力：眼睛的分辨能力：人眼人眼能分开能分开最靠近最靠近两个相邻点的两个相邻点的距离距离. 眼睛的极限分辨角眼睛的极限分辨角 ：刚刚能分辨开的两点对人眼的张角，即人眼能分辨开的两点对人眼的张角，即人眼最小的视角。最小的视角。 视角：视角：物体对人眼的张角物体对人眼的张角。1、概念、概念180360012062653.1415926弧度,(mm)DD140=D1.22=0.555 m补充：补充：根据瑞利判据计算理想光学系统分辨率根据瑞利判据计算理想光学系统分辨率（波动性）（波动性）2、人眼的分辨能力、人眼

13、的分辨能力 极限分辨角：极限分辨角：70 白天的瞳孔直径白天的瞳孔直径D = 2mm 对应于视网膜上对应于视网膜上极限分辨距离极限分辨距离：0.006mm 约为两个视神经细胞直径，超过该距离的两像点可被分辨约为两个视神经细胞直径，超过该距离的两像点可被分辨. 通常认为，白天人眼的极限分辨角：通常认为，白天人眼的极限分辨角：601 照明条件变差，瞳孔直径增大，眼睛系统的像差增大，照明条件变差，瞳孔直径增大，眼睛系统的像差增大， 分辨能力下降。分辨能力下降。六、眼睛的瞄准精度六、眼睛的瞄准精度 对准误差（人眼的瞄准精度）对准误差（人眼的瞄准精度） 偏离置中或偏离重合的线距离或角距离。偏离置中或偏离

14、重合的线距离或角距离。 瞄准：瞄准：垂直于视轴方向上的垂直于视轴方向上的重合重合或或置中置中过程。过程。 双线端部对准单双线端部对准单误误1020叉线对准单线叉线对准单线误差误差10两实线对准两实线对准误差误差60单线置中单线置中误差误差5 1011610对准误差约是人眼分辨率的七、眼睛的景深七、眼睛的景深 2、远景、近景平面上的物点、远景、近景平面上的物点视网膜上的像为弥散斑视网膜上的像为弥散斑a bfabP 对准对准 近景近景远景远景眼瞳眼瞳Dp1、调焦（对准）平面上的物点、调焦（对准）平面上的物点视网膜上的点像视网膜上的点像若弥散斑可看作一像点，若弥散斑可看作一像点，则要求其对人眼张角小

15、于极限分辨角。则要求其对人眼张角小于极限分辨角。小小 结结1、眼睛的结构：、眼睛的结构：角膜、瞳孔、水晶体、视网膜角膜、瞳孔、水晶体、视网膜2、简化眼模型：、简化眼模型： 眼轴、成像界面、基点基面的位置、孔径光阑、像平面眼轴、成像界面、基点基面的位置、孔径光阑、像平面3、眼睛的调节、眼睛的调节水晶体水晶体 远、近点，调节能力，视度，近视、远视、散光眼及校正远、近点，调节能力，视度，近视、远视、散光眼及校正4、眼睛的适应眼睛的适应瞳孔瞳孔：明适应、暗适应明适应、暗适应5、眼睛的分辨率、眼睛的分辨率瞳孔瞳孔 视角、极限分辨角、视网膜上最小的分辨距离视角、极限分辨角、视网膜上最小的分辨距离6、眼睛的

16、对准精度：、眼睛的对准精度：对准（误差），重合、置中对准（误差），重合、置中 衍射2、波动光学：物点高斯像面上的衍射斑（艾里斑） 1、几何光学：物点高斯像点一、理想光学系统成像一、理想光学系统成像 两物点的间距逐渐变小时，对应像点的位置变化：两物点的间距逐渐变小时，对应像点的位置变化： (a) (b) (c)补充补充 1：系统的分辨率：系统的分辨率系统的分辨率：系统的分辨率：光学系统能分开两个像点的最小距离。光学系统能分开两个像点的最小距离。 ：等亮度的两个物点，其一衍射图样的中央：等亮度的两个物点，其一衍射图样的中央极大与另一衍射图样的第一级极小重合时，极大与另一衍射图样的第一级极小重合时，

17、认为刚好能分辨这两个物点。认为刚好能分辨这两个物点。二、瑞利判据二、瑞利判据能分辨的两个能分辨的两个等亮度点等亮度点间的距离对应于艾里斑半径。间的距离对应于艾里斑半径。0.555/,()mD D mm =1401 1、光能接收器可分辨的光能接收器可分辨的光强差别光强差别：1 1：0.7350.735/,DD =1.22入瞳直径 的函数2 2、无限远物点、无限远物点被理想光学系统成衍射图案：被理想光学系统成衍射图案：能分辨的二点间的最小角距离能分辨的二点间的最小角距离 第一暗环半径对出瞳中心的张角：第一暗环半径对出瞳中心的张角：补充 2：目视光学仪器眼睛的光心眼睛的光心O0：眼睛节点眼睛节点,主

18、点近似看做重合的位置主点近似看做重合的位置yey0O(一、裸眼直接成像：一、裸眼直接成像：二、眼睛二、眼睛+目视光学仪器目视光学仪器：e0tanyyll 视角视角 ：i0tanyyll 视角视角 ：0ll00tantantantanll (yyiy0OHH0ll 目视光学系统的目视光学系统的视觉放大率：视觉放大率： ieyy 2、眼睛、眼睛+目视光学仪器：目视光学仪器：视角可被目视光学仪器放大。视角可被目视光学仪器放大。 1、裸眼直接成像：、裸眼直接成像：视角取决于物的大小和物距视角取决于物的大小和物距(近点之外近点之外)， 视角大小超过人眼极限分辨角的物体细节才可被分辨。视角大小超过人眼极限

19、分辨角的物体细节才可被分辨。 不同的目视光学仪器，通常选择的物距为：不同的目视光学仪器，通常选择的物距为：1）放大镜、显微镜：）放大镜、显微镜：观察物位于明视距离附近；观察物位于明视距离附近；2）望远镜：）望远镜：观察物位于远处或无穷远。观察物位于远处或无穷远。e0tanyylli0tanyl 0ie0tantantantanlyyl 观察物体所需分辨率观察物体所需分辨率目视光学仪器的放大率目视光学仪器的放大率= =眼睛分辨率眼睛分辨率焦距以内成放大虚像焦距以内成放大虚像一、放大镜的成像原理一、放大镜的成像原理 tan250mmy，明视距离 裸眼直接观察的视角裸眼直接观察的视角 ：tanyPl

20、 使用放大镜的视角使用放大镜的视角 : 视觉放大率视觉放大率：tan250mmtan()yy Pl xflyyyff 由垂轴放大倍率公式：由垂轴放大倍率公式：250mmflPlf 第二节第二节 放大镜放大镜 （The Magnifying Glass）0ie0tantanlyyl 二、两种特殊情况二、两种特殊情况 l0250mm/ f 当眼睛调焦在无限远：当眼睛调焦在无限远：物体放在放大镜的前焦点上物体放在放大镜的前焦点上250mmflPlf 正常视力的眼睛一般调焦在明视距离，即正常视力的眼睛一般调焦在明视距离，即 虚像位于眼前虚像位于眼前250mm处，处，250mmPl250mm250mm1

21、1PPfff 0P250mm1f 若眼睛紧靠着放大镜：若眼睛紧靠着放大镜：注意：焦距一般用毫米作单位，式中注意：焦距一般用毫米作单位，式中mm不能漏掉。不能漏掉。 原则上，焦距越短放大倍率越高；但因受限于像差并原则上，焦距越短放大倍率越高；但因受限于像差并 考虑实用，倍率较大的放大镜由组合透镜组成。考虑实用，倍率较大的放大镜由组合透镜组成。各虚线为对应像点各虚线为对应像点成像光束最上沿的光线成像光束最上沿的光线P1P P2 1、眼瞳、眼瞳孔径光阑；放大镜孔径光阑；放大镜视场光阑、渐晕光阑视场光阑、渐晕光阑三、眼睛与放大镜联用三、眼睛与放大镜联用观察近距离小物体观察近距离小物体 11）无渐晕视场

22、： 以内的各物点均以充满眼瞳的全光束成像。2）50%渐晕视场：对应于成像光束刚好充满眼瞳的一半。23）最大像方视场角：放大镜所可能成像的范围。2、渐晕与光束限制、渐晕与光束限制tan/h Ptan/h P3、50%渐晕的线视场渐晕的线视场 22tanyf当物面放在放大镜前焦平面上时，像平面在无限远当物面放在放大镜前焦平面上时，像平面在无限远 线视场为：线视场为：l放大镜的倍率越大，线视场越小放大镜的倍率越大，线视场越小。05002mmhyP0250mm/ f 眼睛眼睛eFoFoeff 、一、显微镜成像原理一、显微镜成像原理tanyL物直接对眼的张角：物直接对眼的张角：目镜：放大目镜：放大物体经

23、物镜所成的像物体经物镜所成的像第三节第三节 显微镜系统显微镜系统（Microscope） 物镜：物镜：放大放大实物实物oeeoetanyyyfff f 像对眼的张角：像对眼的张角：oooofyyff物镜的垂轴放大率：物镜的垂轴放大率：显微镜显微镜 视觉放大率：视觉放大率：oetantanLff -Looffxyy二、显微镜的视觉放大率二、显微镜的视觉放大率1、定义：、定义：oeoe250mm,ff oeoetan(250mm)tanff oef ff 250mmf 2、显微镜的组合焦距：、显微镜的组合焦距：eFoFyy表表1：上海光仪厂上海光仪厂XPG偏光显微镜的基本参数偏光显微镜的基本参数物

24、镜物镜目镜目镜倍率倍率焦距焦距数值孔径数值孔径NA=nsinu倍率倍率焦距焦距（1）339.5mm0.10（1）5 50mm（2）819.96mm0.25（2）10 25mm（3）454.12mm0.63（4）100（油浸）（油浸）1.91mm1.32ef ofeo 其他：其他：共轭距（物共轭距（物-像面距离）、机械筒长像面距离）、机械筒长nu物空间折射率， 轴上物点被物镜接收光线的最大孔径角 NA： 三、显微镜的线视场三、显微镜的线视场o/ 2yDyy1、线视场：、线视场： 视场光阑位于视场光阑位于目镜的物方焦平面目镜的物方焦平面，设直径为，设直径为D。oe500tan500tan2mmy2

25、、线视场的计算：、线视场的计算： 视场光阑的大小应与目镜的视场角一致：视场光阑的大小应与目镜的视场角一致：物与视场光阑是关于物镜的物像共轭关系：物与视场光阑是关于物镜的物像共轭关系：e/ 2tanDf eeeetan250mm=tan250mmyfyf etan500mmD目镜视场角确定时，线视场大小与显微镜的视觉放大率成反比。目镜视场角确定时，线视场大小与显微镜的视觉放大率成反比。四、显微镜的出瞳直径四、显微镜的出瞳直径 esintan/ 2uuDfsin/500mmnuD 像方孔径角：像方孔径角：500/mmDNA 出瞳直径出瞳直径D：1 1、孔径光阑的位置：孔径光阑的位置：1 1）普通显

26、微镜：孔径光阑是物镜框；普通显微镜：孔径光阑是物镜框；2 2）测量显微镜：）测量显微镜：孔径光阑在孔径光阑在物镜像方焦平面物镜像方焦平面上（远心光路）。上（远心光路）。2、物镜的数值孔径、物镜的数值孔径unNAsinooyyfee250mmf oe250mmf osinsin/nunuf 正弦条件正弦条件（消球差、近轴物以大孔径光束成像的充要条件）（消球差、近轴物以大孔径光束成像的充要条件）sinsinnyun yu 表表2：显微镜的视觉放大率、出瞳直径，和物镜数值孔径显微镜的视觉放大率、出瞳直径，和物镜数值孔径 的参数对比。的参数对比。1.250.650.250.420.542.50sinN

27、Anu(mm)D150060050500/mmDNA刻在显微镜物镜镜框的参数：刻在显微镜物镜镜框的参数：170mm/0.17170mm/0.17；40/0.6540/0.65o/ NA五、显微镜的分辨率五、显微镜的分辨率0alD1.22=艾里斑艾里斑角半径角半径： 无像差光学系统，物点经该系统在像面上得到的不无像差光学系统，物点经该系统在像面上得到的不是一个点，而是一个衍射像斑，其光强分布即为孔径光是一个点，而是一个衍射像斑，其光强分布即为孔径光阑的夫琅和费衍射图样阑的夫琅和费衍射图样（p297p297，第十二章第四节），第十二章第四节）1 1、成像系统的分辨本领、成像系统的分辨本领:alDl

28、D1.22=，孔径光阑直径,光阑-像面距离 艾里斑半径艾里斑半径：0,ya像两物点可被分辨 瑞利判据瑞利判据:LS2S2S1S1(S1S10(2、显微镜的分辨率、显微镜的分辨率 极限线距离极限线距离nyy(uS1S2S1S2显微物镜显微物镜D)u)ln一次实像面一次实像面（1 1）刚能被分辨刚能被分辨像点间距：像点间距：yalD1.22=/ 2sin,1Duunl 显微镜物镜成像（小视场近轴物）显微镜物镜成像（小视场近轴物）：sinsinnyun yu unysin61. 0（2）刚能被分辨的刚能被分辨的物点间距物点间距： 提高分辨率的方法：提高分辨率的方法：(1)()(2) sinyynuN

29、A 或，则要求：0.61sinynu例：电子束显微镜、浸液物镜例：电子束显微镜、浸液物镜由由瑞利判据瑞利判据得分辨率：得分辨率：3、道威判据：、道威判据：两衍射斑的中心间距为两衍射斑的中心间距为0.85a时，时， 刚好能被光学系统分辨。刚好能被光学系统分辨。0.61sinyanu NAuny61. 0sin61. 0物点物点间距间距像点像点间距间距yy（注： 为物空间的距离，与书中的符号 对应； 为物镜实像面的距离。）0.850.5ayNA光学系统的理想分辨率光学系统的理想分辨率显微镜的分辨率主要取决于物镜的数值孔径，与目镜无关！显微镜的分辨率主要取决于物镜的数值孔径，与目镜无关！2 0.00

30、029 250mm4 0.00029 250mm 明视距离观测：明视距离观测：显微镜像空间显微镜像空间的线距离的线距离0.52 0.00029 250mm4 0.00029 250mmNA 设眼睛容易分辨的角距离：设眼睛容易分辨的角距离：24 10.00029弧度4、显微镜的分辨率与放大率、显微镜的分辨率与放大率NANA1046523NANA1000500近似近似: 取取= =555nm：显微镜的显微镜的有效放大率范围有效放大率范围小结：小结：能够被物镜分辨的细节，要同时被眼睛分辨，要求显微镜有能够被物镜分辨的细节，要同时被眼睛分辨，要求显微镜有 恰当的放大率；而显微镜的有效放大率范围，又取决

31、于物镜恰当的放大率；而显微镜的有效放大率范围，又取决于物镜 的分辨率或数值孔径。的分辨率或数值孔径。 道威判断：道威判断：显微镜物空间显微镜物空间的线距离的线距离250 mmnm例1：若要求显微镜能分辨相距0.0005的两点，用波长 550的可见光照明，试求：（1）物镜的数值孔径； （2）设人眼在明视距离处观测，若要求此两点放大 后视角为2 ，求显微镜的视觉放大率是几倍？60.50.5sin0.0005mm0.50.5 550 10sin0.550.0005nuNANAnu解：1)根据道威判据： 显微镜的分辨率： 物镜的数值孔径：2 0.00029 250mm=0.145mm290 2)明视距

32、离观测，两点间距经显微镜放大后视角为2 ， 即,对应显微镜像空间的线距离： = 折算为显微镜物空间的线距离： 可得，倍六、显微镜的物镜六、显微镜的物镜低倍物镜低倍物镜中倍物镜中倍物镜高倍物镜高倍物镜浸液物镜浸液物镜复消色差物镜复消色差物镜平视场复消色差物镜平视场复消色差物镜 齐明透镜齐明透镜 浸液浸液 1、浸液物镜、浸液物镜NA增大增大n倍，倍，增强物镜的聚光本领增强物镜的聚光本领PG1G2airOPG1G2oilOnnn干物镜干物镜油浸物镜油浸物镜nn190POu距离很近，1arcsinuCn 油浸物镜：允许更宽入射孔径角的光线束参与成像。油浸物镜：允许更宽入射孔径角的光线束参与成像。sin

33、1NA nun PG1G2oilC1nnnn0=1O1O2O32、齐明点在高倍显微物镜中的应用、齐明点在高倍显微物镜中的应用P1P2111O :PP（）折射球面与 是一对齐明点 齐明点：齐明点：() /Ln n r n() /Ln n r n2/nLn Ln n(C2)2212O :CP（ ）折射球面曲率中心与 重合3123O :PP（ ）折射球面与 是一对齐明点 使用较大的数值孔径时，光线的孔径角随多次折射而使用较大的数值孔径时，光线的孔径角随多次折射而被逐渐减小，并不产生球差或彗差，但会引起较大色差。被逐渐减小，并不产生球差或彗差，但会引起较大色差。 齐明透镜齐明透镜a）透射光亮视场照明）

34、透射光亮视场照明 d）反射光暗视场照明）反射光暗视场照明b）反射光亮视场照明反射光亮视场照明c）透射光暗视场照明）透射光暗视场照明七、显微镜的照明方法七、显微镜的照明方法（一）照明分类（一）照明分类暗视场照明，进入物镜成像的只是由样品散射的光线暗视场照明，进入物镜成像的只是由样品散射的光线 束，对比度高，可使分辨率提高。束，对比度高，可使分辨率提高。1 1、临界照明、临界照明 （二）亮视场的照明方式（二）亮视场的照明方式将光源的像经过将光源的像经过“聚光镜聚光镜” 投影于物面上；投影于物面上；缺点：光源的不均匀性会影响显微镜的观察效果。缺点：光源的不均匀性会影响显微镜的观察效果。2、柯勒照明、

35、柯勒照明 视场光阑视场光阑孔径光阑孔径光阑 将光源的像经过将光源的像经过“柯勒镜柯勒镜” 投射在入瞳上；投射在入瞳上； 柯勒照明是柯勒照明是“窗对瞳、瞳对窗窗对瞳、瞳对窗”；1、结构、结构2、视觉放大率、视觉放大率3、线视场、线视场4、出瞳直径、出瞳直径 物镜的数值孔径：物镜的数值孔径：5、 物镜物镜 分辨率分辨率6、显微镜的分辨率与有效放大率、显微镜的分辨率与有效放大率八、小结八、小结oeoetan250mm(250mm)tanff f e500tan2mmy500/mmDNA unNAsinNANA1000500波长波长 555nm0.61sinanuNAun61. 0sin61. 01)

36、 瑞利判据瑞利判据2) 道威判据：道威判据：0.850.5aNA第四节第四节 望远镜系统望远镜系统(Telescope) 重合，重合， ，光学间隔，光学间隔=0=0oeFF、oeffeofyyf 垂轴放大率：垂轴放大率：oe1,()fnnf 角放大率：角放大率：oFeF一、折射望远镜的成像原理一、折射望远镜的成像原理0, f 无焦系统：无焦系统：二、望远系统的视觉放大率二、望远系统的视觉放大率 tantan eofyyf oe1,()fnnf oefDfD1 开普勒开普勒望远镜成像原理图望远镜成像原理图oeff增大 ，或减小 ，可增大视觉放大率。e0f （入瞳）入射窗、出射窗分别位于系统的物方

37、、像方无限远,各自与物、像平面重合。军用望远镜军用望远镜棱镜转像系统棱镜转像系统 开普勒开普勒望远镜：望远镜： ，成倒立像，成倒立像 ，可加转像系统。，可加转像系统。0 伽利略伽利略望远镜：望远镜： ，成正立像。，成正立像。0 oe1ffe0f e0f 无中间实像，无中间实像，不能通过加分不能通过加分划板实现瞄准划板实现瞄准或定位。或定位。三、望远系统的分辨率及工作放大率三、望远系统的分辨率及工作放大率1、望远系统的分辨率、望远系统的分辨率取：取： ， ， 得：得：1n osin/2uDf555nm140 /mmD120 /mmD（2）根据道威判断：）根据道威判断：0.61sinanu（1）根

38、据瑞利判断：）根据瑞利判断： oo0.61sinafnuf 极限分辨角极限分辨角 物镜或入瞳直径越大，则望远镜的极限分辨角越小，物镜或入瞳直径越大，则望远镜的极限分辨角越小，即分辨率越高。即分辨率越高。例例. 计算物镜直径分别为：计算物镜直径分别为：D=5.0 cm、50cm的望远的望远镜镜, 对可见光平均波长对可见光平均波长555nm的最小分辨角。的最小分辨角。 解：解： 当当D=50cm 时，时， 82 .0 若若: 一个望远镜的最小分辨角一个望远镜的最小分辨角 , 要充分利用眼睛的要充分利用眼睛的分辨本领分辨本领 ，望远镜放大倍数，望远镜放大倍数 取何值？取何值？8 . 250041 当

39、当D=5.0cm时时60 2、视觉放大率和分辨率的关系、视觉放大率和分辨率的关系 望远镜的望远镜的工作放大率工作放大率：02.3D 望远镜的极限分辨角经视觉放大后，要满足人眼望远镜的极限分辨角经视觉放大后，要满足人眼的极限分辨角的要求。的极限分辨角的要求。人眼人眼的极限分辨角：的极限分辨角：1= 60140 / D望远镜望远镜的极限分辨角：的极限分辨角：602.3D 望远镜的有效放大率（最小）望远镜的有效放大率（最小）高倍率的望远镜必须增大物镜的直径。高倍率的望远镜必须增大物镜的直径。1、结构特点：、结构特点：开普勒望远镜、伽利略望远镜开普勒望远镜、伽利略望远镜2、视觉放大率：、视觉放大率：3

40、、分辨率：、分辨率：4、分辨率与视觉放大率：、分辨率与视觉放大率： 光学系统的分辨率与放大率的乘积等于眼睛的分辨率。光学系统的分辨率与放大率的乘积等于眼睛的分辨率。四、小结四、小结oefDfD1 oo0.61sinafnu f 140 /mmD120 /mmD道威判断：道威判断：瑞利判断：瑞利判断：60 602.3D 工作放大率：工作放大率：02.3D 有效放大率：有效放大率：1310.00029m400 100.00029120mmlyl 解：1)人眼的极限分辨角 =1弧度； 2)在400处人眼能分辨的最小距离： 12400mkmll 例2：设人眼直接观察敌人的坦克时，可以在的距离上看清坦克

41、上的编号。若要求在距离2处也可以看清，应使用视觉放大率为几倍的望远镜？25625 3km120tan6 102 10 4tan10.000295tan6 10ylyl )在2处对人眼的张角： =)该张角经望远镜视觉放大后应等于人眼极限分辨角 ， 即：倍五、反射望远镜五、反射望远镜天文望远镜天文望远镜牛顿式牛顿式AB-凹面，凹面，CD-平面平面格雷戈里式（格雷戈里式（J.Gregorian）AB-凹面，凹面，CD-凹面凹面卡塞格林式（卡塞格林式（Cassegarain）AB-凹面，凹面，CD-凸面凸面斯密特物镜（斯密特物镜（Schmidt）AB-凹球面，凹球面，CD-校正透镜校正透镜 物镜结构：

42、物镜结构：主镜主镜（大孔径反射镜）（大孔径反射镜）+副镜副镜第四节第四节 目镜目镜(Eyepiece/Ocular)作用：作用：将物镜所成的像，放大到人眼的远点或明视距离将物镜所成的像，放大到人眼的远点或明视距离 处，供人眼睛观察。处，供人眼睛观察。（1）能够产生所要求的放大率；）能够产生所要求的放大率；焦距焦距（2）有足够大的孔径以收集来自扩展物的光；）有足够大的孔径以收集来自扩展物的光；（3）可在一个便于放置眼睛的位置形成孔径光阑的像）可在一个便于放置眼睛的位置形成孔径光阑的像 （出瞳），保证与眼睛的光瞳衔接。（出瞳），保证与眼睛的光瞳衔接。镜目距镜目距主要光学参数：主要光学参数：焦距、视

43、场角、镜目距、工作距离焦距、视场角、镜目距、工作距离0250mm/ f 结构：结构：场镜场镜(field lens) + 接目镜接目镜(eye lens)惠更斯惠更斯目镜目镜冉斯登冉斯登目镜目镜(要求以会聚光入射成像，只用于观察物镜的像要求以会聚光入射成像，只用于观察物镜的像)(可作为放大镜直接观察实物可作为放大镜直接观察实物)冉斯登冉斯登目镜目镜凯涅尔凯涅尔目镜目镜（双胶合接目镜保证较好的像质）（双胶合接目镜保证较好的像质）一、眼一、眼 睛睛1、结构：、结构：角膜、瞳孔、水晶体、视网膜、眼轴。角膜、瞳孔、水晶体、视网膜、眼轴。2、成像过程：、成像过程：物点发出的光线经物点发出的光线经角膜（主

44、要成像界面）角膜（主要成像界面）折射折射; 瞳孔（孔径光阑）瞳孔（孔径光阑）自动变化控制入射光能自动变化控制入射光能; 水晶体（双凸透镜）水晶体（双凸透镜）的焦距自动调节，使不同距离的物体都可以的焦距自动调节，使不同距离的物体都可以成像于成像于视网膜（像平面）视网膜（像平面）之上之上; 视神经视神经受刺激产生视觉。受刺激产生视觉。3、简化眼模型、简化眼模型 共轴光学系统共轴光学系统FFOHH2r1r角膜顶点角膜顶点视网膜视网膜ff 眼睛像方焦点眼睛像方焦点 与视网膜重合与视网膜重合 基点基面的位置基点基面的位置 视轴：视轴：黄斑中心与黄斑中心与 像方节点的连线像方节点的连线第七章小结 4、眼睛

45、的功能、眼睛的功能1）调节调节水晶体：水晶体： 远、近点，调节能力，视度；明视距离；远、近点，调节能力，视度；明视距离； 近视、远视、散光眼的特征及校正。近视、远视、散光眼的特征及校正。2）适应适应瞳孔：瞳孔：明适应、暗适应明适应、暗适应3）分辨分辨瞳孔：瞳孔： 视角、人眼的极限分辨角视角、人眼的极限分辨角rl（一）裸眼的调节能力：远点距离 是近视裸眼能看到的最远距离，刚好成像于视网膜上；超过远点距离的物点只能成像于视网膜之前。 远点发散度（远点发散度（视度视度）：r1Rl 近点发散度近点发散度：p1Plrp11RPAll 眼睛的调节能力眼睛的调节能力： 光学系统的光学系统的光焦度光焦度：1f 二者异同？二者异同？（二）眼睛+近视镜联用：（负透镜）近视镜尽可能的把远点距离矫正到无穷远。1111 ,11mDf 光焦度：1111111(4)0.5m1111m1m(5)errelllllflllARP 戴上近视镜后，能看到的最远物点发出的光线被近视镜发散，成像于裸眼时的远点，再经眼睛折射成像于视网膜之上。（两次成像：关于近视镜的成像用下标1，关于眼睛的成像用下标 ）最远物点关于近视镜的成像分析：戴上近视镜的远点距离：眼睛的调节能力是否会因戴上眼镜而发生改变？二、目视光学仪器二、目视光学仪器1 1、裸眼直接成像：、裸眼直接成像： 视角取决于物的