工程光學(xué)7課件

第七章典型光學(xué)系統(tǒng)眼睛及其成像系統(tǒng)放大鏡顯微光學(xué)系統(tǒng)望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)攝影系統(tǒng)投影系統(tǒng)照明系統(tǒng)顯微鏡為人類打開了“近在眼前”的微小世界的大門，望遠(yuǎn)鏡則幫助人類揭示了“遠(yuǎn)在天邊”的星球世界的奧秘觀測對象尺度與相應(yīng)的觀測儀器眼睛的視角可達(dá)150°，只有黃斑附近人眼方可清晰識別，其它地方較模糊，要看清其它地方的景物，人眼要轉(zhuǎn)動，將黃斑和眼睛光學(xué)系統(tǒng)像方節(jié)點邊線（視軸）對向該景物。水晶體、網(wǎng)膜、瞳孔水晶體——鏡頭網(wǎng)膜——感光底片瞳孔——光闌7.1眼睛及光學(xué)系統(tǒng)明適應(yīng):發(fā)生在由明處到暗處時暗適應(yīng):發(fā)生在由暗處到明處時眼睛對周圍空間光亮情況的自動適應(yīng)過程7.1眼睛及光學(xué)系統(tǒng)三眼睛的調(diào)節(jié)及校正眼睛對任意距離的物體自動調(diào)焦的過程遠(yuǎn)點距離:lr近點距離lp:發(fā)散度(會聚度)單位:屈光度(D)1D=1m-17.1眼睛及光學(xué)系統(tǒng)影響因素：調(diào)節(jié)能力隨年齡增大而減少

明視距離：在閱讀時，或眼睛通過目視光學(xué)儀器觀測物像時，為了工作舒適，習(xí)慣上把物或像置于眼前250mm處，稱作明視距離。

人眼觀察物體時，對細(xì)節(jié)的分辨能力取決于物體在視網(wǎng)膜上成像的大小。一般取0.006mm為人眼的分辨率。人眼的極限分辨角約為1’7.1眼睛及光學(xué)系統(tǒng)眼睛的景深雙目立體視覺：1，對于空間一點A：視差角：兩視軸之間夾角θ視覺基線：兩眼節(jié)點J1和J2的連線，以b表示公式：qA＝b/L2，對于空間不同距離的點：

§7.2

放大鏡1、目視光學(xué)儀器的基本工作原理：物體通過儀器，其像對人眼的張角大于人眼直接觀察物體時對人眼的張角。2、視覺放大率：用儀器觀察物體時視網(wǎng)膜上的像高y'i與用人眼直接觀察物體時視網(wǎng)膜上的象高y'e之比，用Г表示Г＝y(tǒng)'i/y'e設(shè)人眼后節(jié)點到網(wǎng)膜的距離為l'，上式又可寫作放大鏡的視覺放大率討論:1）當(dāng)眼睛調(diào)焦在無限遠(yuǎn)，即l'＝∞時，物體放在放大鏡的前焦點上，則有G0＝D/f'＝250/f'2）正常視力的眼睛一般把像調(diào)焦在明視距離D，則P‘-l’＝D，此時，

這個公式適于小放大倍率（長焦距）的放大鏡，即看書用的放大鏡。若眼睛緊靠著放大鏡，即P'≈0，則

④漸暈與視場角：由圖可知，當(dāng)漸暈系數(shù)K＝100%，50%和0時，像方視場角分別為tgω'1＝(h-a')/P'tgω'＝h/P'tgω'2＝(h+a')/P'放大鏡倍率越大，其線視場越小。⑤線視場

§7.3

顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡光路原理顯微鏡的分辨本領(lǐng)顯微鏡的有效放大率顯微系統(tǒng)的景深顯微鏡的照明方法顯微物鏡顯微光學(xué)系統(tǒng)在精密光電測量儀器中應(yīng)用非常廣泛，主要用于瞄準(zhǔn)、讀數(shù)及觀測測量。顯微鏡的成像與光束限制：顯微鏡的視覺放大率為

若把顯微鏡看作一個組合系統(tǒng)，其組合焦距為f'＝－f'0f'e/△，則Г＝250/f'顯微鏡設(shè)計中的規(guī)定參數(shù)：共軛距：顯微鏡物鏡從物平面到像平面的距離。（大約等于180mm）機械筒長：把顯微鏡的物鏡和目鏡取下后，所剩的鏡筒長度。（我國規(guī)定為160mm）常用的物鏡倍率：4x、10x、40x和100x常用的目鏡倍率：5x、10x和15x顯微鏡的線視場公式：線視場與視覺放大率的關(guān)系：在選定目鏡后，顯微鏡的視覺放大率越大，線視場越小中央是個明亮的圓斑，外圍是一組同心的明環(huán)和暗環(huán)。中央明區(qū)集中了衍射光能的83.5%圓孔衍射愛里斑S1S2D**愛里斑點光源經(jīng)過光學(xué)儀器的小圓孔后，由于衍射的影響，所成的象不是一個點而是一個明暗相間的圓形光斑。若兩物點距離很近，對應(yīng)的兩個愛里斑可能部分重疊而不易分辨顯微鏡的分辨本領(lǐng)能分辨不能分辨恰能分辨分辨力計算的兩個準(zhǔn)則:瑞利判據(jù)和道威判據(jù)瑞利判據(jù)道威判據(jù)兩個相鄰像點的間隔等于愛里斑半徑時能夠分辨兩個相鄰像點的間隔等于0.85a時能夠分辨顯微鏡的分辨率和有效放大率顯微鏡的分辨率：以能分辨的物方兩點間最短距離σ來表示瑞利判斷公式：道威判斷公式：σ＝0.85a/β＝0.5λ/NA兩者關(guān)系：瑞利分辨率標(biāo)準(zhǔn)是比較保守的，因此通常以道威判斷給出的分辨率值作為光學(xué)系統(tǒng)的目視衍射分辨率，或稱作理想分辨率。有效放大率：概念：公式：500NA≤Г≤1000NA顯微鏡的景深定義：人眼通過顯微鏡調(diào)焦在某一平面（對準(zhǔn)平面）上時，在對準(zhǔn)平面前和后一定范圍內(nèi)物體也能清晰成像，能清晰成像的遠(yuǎn)、近物平面之間的距離稱作顯微鏡的景深顯微鏡的照明方法

生物顯微鏡多為透明標(biāo)本，常用透射光亮視場照明。其照明方式又分為兩種，即臨界照明和柯勒照明。臨界照明：柯勒照明：顯微鏡的物鏡幾種典型物鏡的結(jié)構(gòu)型式：顯微鏡的物鏡幾種典型物鏡的結(jié)構(gòu)型式：顯微鏡的物鏡幾種典型物鏡的結(jié)構(gòu)型式：§7.4

望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)視角放大率：Г＝－f'0/f'e＝－D/D'Г＝1/β其它形式的望遠(yuǎn)系統(tǒng)：

加入棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的軍用望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡：望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及工作放大率望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率：用極限分辨角j表示，

按瑞利判斷：j＝140″/D按道威判斷為j＝120″/D即：入射光瞳直徑D越大，極限分辨率越高。2、視覺放大率和分辨率的關(guān)系為jГ＝60″Г＝60″/j＝D/2.33、有效放大率（正常放大率）：滿足分辨要求的最小視覺放大率4、工作放大率：

Г＝D5、分辨角j：（對觀察儀器的精度要求）j＝60″/Г6、瞄準(zhǔn)誤差△j：（對瞄準(zhǔn)儀器的精度要求）使用壓線瞄準(zhǔn)，則有△j＝60″/Г使用雙線或叉線瞄準(zhǔn)，則有△j＝10″/Г

孔徑光闌、入瞳、出瞳、漸暈光闌及允許的漸暈、視場光闌望遠(yuǎn)鏡的視場開普勒望遠(yuǎn)鏡物方視場角ω為：tgω＝y(tǒng)'/f'0式中y'是視場光闌半徑，即分劃板半徑。視場角大?。洪_普勒望遠(yuǎn)鏡的視場2ω一般不超過15°。伽利略望遠(yuǎn)鏡：孔徑光闌、視場光闌、漸暈視場：①當(dāng)視場為50%漸暈時(K=50％)，其視場角為

因為：lz=G2l‘z=G2(-l’c2+l‘z2）所以有

②伽利略望遠(yuǎn)鏡的最大視場（漸暈系數(shù)K＝0）

§7.5

目鏡

目鏡的作用：把物鏡所成的像放大在人眼的遠(yuǎn)點或明視距離供人眼觀察目鏡主要光學(xué)參數(shù)：視場角2ω'，鏡目距P'/f'e，工作距離lF目鏡的視場：tgω'＝Гtgω鏡目距：1、鏡目距：出瞳到目鏡后表面的距離，相對鏡目距是其與目鏡焦距之比。2、公式：P'＝l'F＋f'e/Г

3、工作距l(xiāng)F定義：目鏡第一面的頂點到物方焦平面的距離4、視度調(diào)節(jié)：公式：惠更斯目鏡結(jié)構(gòu)：

冉斯登目鏡：

其他類型的目鏡（結(jié)構(gòu)與參數(shù)）1、凱涅爾目鏡：

無畸變目鏡：

長出瞳目鏡：§7.6

攝影系統(tǒng)攝影系統(tǒng)由攝影物鏡和觀光元件組成。通常把攝影物鏡和感光膠片、電子光學(xué)變像管或電視攝像管等接收器件組成的光學(xué)系統(tǒng)稱作攝影光學(xué)系統(tǒng)，其中包括照相機、電視攝像機、CCD攝像機等。攝影物鏡的光學(xué)特性焦距f'、相對孔徑D/f'和視場角2w1.視場：①影響因素：焦距、接收器尺寸②像的大小與焦距的關(guān)系：在拍攝遠(yuǎn)處物體時，像的大小為y'＝－f'tgw在拍攝近處物體時，像的大小為y'＝y(tǒng)β＝y(tǒng)f'/x分辨率：①影響因素：物鏡的分辨率和接收器的分辨率②分辨率的度量：③公式（經(jīng)驗公式）：1/N＝1/NL＋1/Nr按瑞利準(zhǔn)則，物鏡的理論分辨率為NL＝1/σ＝D/1.22λf'取λ＝0.555mm,則NL＝1475D/f'＝1475/F④光圈數(shù)：F＝f'￠/D⑤評價攝影物鏡的最佳方法：利用光學(xué)傳遞函數(shù)（OTF）攝影物鏡的景深公式：

討論：f’與Δ的關(guān)系：焦距越長，景深越小。2a與Δ的關(guān)系：入瞳直徑越大，景深越小。P與Δ的關(guān)系：拍攝距離越大，景深越大。F與Δ的關(guān)系：光圈數(shù)越大，景深越大。攝影物鏡的類型

像差的校正要求：既要矯正軸上點像差又要矯正軸外點像差攝影物鏡的分類：5種普通攝影物鏡、大孔徑攝影物鏡、廣角攝影物鏡、遠(yuǎn)攝物鏡和變焦距物鏡。

基本類型介紹（結(jié)構(gòu)和參數(shù)）：普通攝影物鏡

大相對孔徑攝影物鏡

廣角攝影物鏡