工程光學(xué)-典型光學(xué)系統(tǒng)課件

第七章典型光學(xué)系統(tǒng)

第二節(jié) 放大鏡第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)第一節(jié) 眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)目視光學(xué)系統(tǒng)第五節(jié)目鏡第七章典型光學(xué)系統(tǒng)第二節(jié) 放大鏡第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)調(diào)節(jié)肌第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)

2、角膜(Cornea)：眼球前突出的透明球面膜，r≈8mm，n≈1.38；

——主要折射成像界面(角膜—空氣)1、鞏膜：包圍眼球的白色不透明外層，D≈25mm.眼球橫切面一、眼睛(Eyes)的結(jié)構(gòu)3、前室：角膜后水晶體前的空間，充滿透明水狀液n=1.336。調(diào)節(jié)肌第一節(jié)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)2、角膜(Cornea)：調(diào)節(jié)肌5、虹膜：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(jìn)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）——校正像差調(diào)節(jié)肌5、虹膜：脈絡(luò)膜前方的8、后室：水晶體后、由視網(wǎng)膜包(3)盲斑（點(diǎn)）：視神經(jīng)的出口，無感光細(xì)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(xì)胞：對光刺激極敏感，感光（明暗視覺）錐狀細(xì)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(xì)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(diǎn)中心D≈0.25mm區(qū)域，密集感光細(xì)胞，視覺最靈敏。(3)盲斑（點(diǎn)）：視神經(jīng)的出口，無感光細(xì)胞。視網(wǎng)膜的像被輻二、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(diǎn)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(dá)150°垂直視場約達(dá)130°最清晰的視場范圍：視軸周圍6°～8°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3、簡化眼模型角膜頂點(diǎn)視網(wǎng)膜眼睛像方焦點(diǎn)與視網(wǎng)膜重合3、簡化眼模型角膜頂點(diǎn)視網(wǎng)膜眼睛像方焦點(diǎn)與視網(wǎng)膜重合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?。换?，視網(wǎng)膜上的像對眼睛光心張角（視角）的大小?！镆暯侨Q于物的大小和物距，但是物距必須在近點(diǎn)之外。視角大小超過人眼極限分辨角的物體細(xì)節(jié)，才可被分辨。★眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點(diǎn)、主點(diǎn)近似看做重合的位置。

（進(jìn)一步簡化）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(shí)，通過改變水晶體曲率達(dá)到自動調(diào)焦的過程?！锬芮逦{(diào)焦的極限距離：遠(yuǎn)點(diǎn)(farpoint)距離lr近點(diǎn)(nearpoint)距離lp遠(yuǎn)點(diǎn)lr(調(diào)節(jié)肌完全放松)近點(diǎn)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★遠(yuǎn)點(diǎn)發(fā)散度（會聚度）：★近點(diǎn)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)為對應(yīng)視度數(shù)值×100?！镞h(yuǎn)點(diǎn)發(fā)散度（會聚度）：★近點(diǎn)發(fā)散度（會聚度）：★眼睛2、非正常眼睛及其矯正1）近視眼：無窮遠(yuǎn)物點(diǎn)成像于視網(wǎng)膜之前，遠(yuǎn)點(diǎn)為有限遠(yuǎn)。加正透鏡(焦距與近點(diǎn)重合)將近點(diǎn)校正到明視距離2）遠(yuǎn)視眼：無窮遠(yuǎn)物點(diǎn)成像于視網(wǎng)膜之后；

近點(diǎn)變遠(yuǎn)，非明視距離。加負(fù)透鏡(焦距與遠(yuǎn)點(diǎn)重合)將遠(yuǎn)點(diǎn)校正到無窮遠(yuǎn)50歲之后，老花眼！Myopia/NearsightednessHyperopia/Farsightedness所配眼鏡的焦距與遠(yuǎn)點(diǎn)距離相等2、非正常眼睛及其矯正1）近視眼：無窮遠(yuǎn)物點(diǎn)成像于視網(wǎng)膜之前遠(yuǎn)點(diǎn)為-2m的近視眼，所需眼鏡的光焦度為-0.5D，即50度。光焦度近點(diǎn)在眼前1.25m處，應(yīng)配多少度的眼鏡？光焦度將近點(diǎn)校正到250mm處：遠(yuǎn)點(diǎn)為-2m的近視眼，所需眼鏡的光焦度為-0.5D，即50度手術(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(shí)，眼軸上的物點(diǎn)對應(yīng)有兩條像線，眼睛在兩個(gè)對稱主截面上的焦距不同，即遠(yuǎn)點(diǎn)距離不同。像散導(dǎo)致不同方向的線條不能同時(shí)看清。視度★眼睛的散光度：圓柱面透鏡可校正散光手術(shù)治療（4）白內(nèi)障：水晶體變?yōu)闇啙岫煌该鳌＃?）散光眼((5)斜視:水晶體位置不正或折射面曲率異常矯正應(yīng)配戴光楔

(5)斜視:水晶體位置不正或折射面曲率異常四、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(gè)相鄰點(diǎn)的距離.★眼睛的極限分辨角：剛能分辨開的兩點(diǎn)對人眼的張角，即人眼最小的視角。★視角：物體對人眼的張角。1、概念四、眼睛的適應(yīng)能力眼睛的分辨率與視網(wǎng)膜上兩像點(diǎn)距離及視覺細(xì)胞的直徑大小有關(guān)

眼睛分辨率眼睛的分辨率與視網(wǎng)膜上兩像點(diǎn)距離及視覺細(xì)胞的直徑大小有關(guān)補(bǔ)充：根據(jù)瑞利判據(jù)計(jì)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(gè)視神經(jīng)細(xì)胞直徑，超過該距離的兩像點(diǎn)可被分辨.★通常認(rèn)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。補(bǔ)充：根據(jù)瑞利判據(jù)計(jì)算理想光學(xué)系統(tǒng)分辨率（波動性）2、人眼的六、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(shí)線對準(zhǔn)誤差±60″單線置中誤差±10″~±

20″六、眼睛的對準(zhǔn)精度★對準(zhǔn)誤差（人眼的瞄準(zhǔn)精度）★對準(zhǔn)：七、眼睛的景深

2、遠(yuǎn)景、近景平面上的物點(diǎn)——視網(wǎng)膜上的像為彌散斑對準(zhǔn)近景遠(yuǎn)景眼瞳Dp1、調(diào)焦（對準(zhǔn)）平面上的物點(diǎn)——視網(wǎng)膜上的點(diǎn)像若彌散斑可看作一像點(diǎn)，則要求其對人眼張角小于極限分辨角。七、眼睛的景深2、遠(yuǎn)景、近景平面上的物點(diǎn)——視網(wǎng)膜上的像為八、雙目立體視覺工程光學(xué)-典型光學(xué)系統(tǒng)課件ABb2a2a1b1lb1,視差角Aa1a2Aa1a2ABb2a2a1b1lb視覺基線ABb2a2a1b1lb1,視差角Aa1a2Aa1a2ABb2,視差、體視銳度視差越大，兩物體的縱向深度越大，反之越小視差：體視銳度：2,視差、體視銳度視差越大，兩物體的縱向深度越大，反之越小視3,體視半徑體視半徑：人眼能辨別遠(yuǎn)近的最大距離說明：并不是在體視半徑內(nèi)所有的情況下人眼都能產(chǎn)生立體的感覺3,體視半徑體視半徑：人眼能辨別遠(yuǎn)近的最大距離說明：并不是4,立體視覺閾人眼能夠分辨兩個(gè)點(diǎn)間的最短深度距離怎樣才能有好的立體視覺？4,立體視覺閾人眼能夠分辨兩個(gè)點(diǎn)間的最短深度距離怎樣才能有要有更好的立體視覺，即增大體視半徑，減小體視閾值，怎樣實(shí)現(xiàn)？

可以借助光學(xué)儀器增大基線長，減小體視銳度值。如利用雙簡棱鏡望遠(yuǎn)鏡

要有更好的立體視覺，即增大體視半徑，減小體視閾值，怎樣實(shí)現(xiàn)？對焦你的雙眼到圖片后面，把頂部的二點(diǎn)成像成4個(gè)點(diǎn)，然后再慢慢改變對焦距離來把中間的兩點(diǎn)重合，也就是眼中出現(xiàn)三個(gè)點(diǎn)的時(shí)候，觀察出圖片中包含的立體圖像對焦你的雙眼到圖片后面，把頂部的二點(diǎn)成像成4個(gè)點(diǎn)，然后再慢慢小結(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3、眼睛的調(diào)節(jié)——水晶體遠(yuǎn)、近點(diǎn)，調(diào)節(jié)能力，視度，近視、遠(yuǎn)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、景深7、眼睛的立體視覺小結(jié)1、眼睛的結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、水晶體、視網(wǎng)膜一、理想光學(xué)系統(tǒng)成像★兩物點(diǎn)的間距逐漸變小時(shí)，對應(yīng)像點(diǎn)的位置變化：

(a)(b)(c)補(bǔ)充1：系統(tǒng)的分辨率★系統(tǒng)的分辨率：光學(xué)系統(tǒng)能分開兩個(gè)像點(diǎn)的最小距離。一、理想光學(xué)系統(tǒng)成像★兩物點(diǎn)的間距逐漸變小時(shí)，對應(yīng)像點(diǎn)的位：等亮度的兩個(gè)物點(diǎn)，其一衍射圖樣的中央極大與另一衍射圖樣的第一級極小重合時(shí)，認(rèn)為剛好能分辨這兩個(gè)物點(diǎn)。二、瑞利判據(jù)——能分辨的兩個(gè)等亮度點(diǎn)間的距離對應(yīng)于艾里斑半徑。無限遠(yuǎn)物點(diǎn)被理想光學(xué)系統(tǒng)成衍射圖案：——能分辨的二點(diǎn)間的最小角距離

第一暗環(huán)半徑對出瞳中心的張角：：等亮度的兩個(gè)物點(diǎn)，其一衍射圖樣的中央補(bǔ)充2：目視光學(xué)儀器眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點(diǎn),主點(diǎn)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：

補(bǔ)充2：目視光學(xué)儀器眼睛的光心O0：眼睛節(jié)點(diǎn),一、裸眼直接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(diǎn)之外)，

視角大小超過人眼極限分辨角的物體細(xì)節(jié)才可被分辨?！锊煌哪恳暪鈱W(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(yuǎn)鏡：觀察物位于遠(yuǎn)處或無窮遠(yuǎn)。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2、眼睛+目視光學(xué)儀器：視角可被目視光學(xué)儀器放大。1、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：第二節(jié)放大鏡（TheMagnifyingGlass）焦距以內(nèi)成放大虛像一、放大鏡的成像原理★裸眼直接觀察的視二、兩種特殊情況

★當(dāng)眼睛調(diào)焦在無限遠(yuǎn)：物體放在放大鏡的前焦點(diǎn)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：焦距以內(nèi)成放大虛像二、兩種特殊情況★當(dāng)眼睛調(diào)焦在無限遠(yuǎn)：物體放在放大鏡的前焦注意：

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(shí)用，倍率較大的放大鏡由組合透鏡組成。物像調(diào)焦在明視距離且眼睛位于像方焦點(diǎn)處：實(shí)際使用中的放大鏡：注意：物像調(diào)焦在明視距離且眼睛位于像方焦點(diǎn)處：實(shí)際使用中的放各虛線為對應(yīng)像點(diǎn)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、漸暈與光束限制各虛線為對應(yīng)像點(diǎn)P1'P'P2'1、眼瞳——孔徑光闌；放3、50%漸暈的線視場

★當(dāng)物面放在放大鏡前焦平面上時(shí)，像平面在無限遠(yuǎn)線視場為：放大鏡的倍率越大，線視場越小。3、50%漸暈的線視場★當(dāng)物面放工程光學(xué)-典型光學(xué)系統(tǒng)課件眼睛一、復(fù)習(xí)：p33★物直接對眼的張角：目鏡：放大物體經(jīng)物鏡所成的像第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)（Microscope）

物鏡：放大—實(shí)物★像對眼的張角：★物鏡的垂軸放大率：★顯微鏡視覺放大率：-L眼睛一、復(fù)習(xí)：p33★物直接對眼的張角：目鏡：放大第三節(jié)顯二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：二、顯微鏡的視覺放大率1、定義：2、令顯微鏡的組合焦距：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★

其他：共軛距（物-像面距離）、機(jī)械筒長★NA：表1：上海光儀廠—XPG偏光顯微鏡的基本參數(shù)物鏡目鏡倍率焦距眼睛三、顯微鏡的線視場孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡的物方焦平面，設(shè)直徑為D，眼睛三、顯微鏡的線視場孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡

1、線視場：2、線視場的計(jì)算：★視場光闌的大小應(yīng)與目鏡的視場角一致：★

物與視場光闌是關(guān)于物鏡的物像共軛關(guān)系：目鏡視場角確定時(shí)，線視場大小與顯微鏡的視覺放大率成反比1、線視場：2、線視場的計(jì)算：★視場光闌的大四、顯微鏡的出瞳直徑

★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（物方遠(yuǎn)心光路）。2、物鏡的數(shù)值孔徑教材推導(dǎo)過程概念有誤，可參閱韓軍等《工程光學(xué)》與放大率成反比四、顯微鏡的出瞳直徑★出瞳直徑D′：1、孔徑光闌的位置：2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表2：顯微鏡的視覺放大率、出瞳直徑，和物鏡數(shù)值孔徑

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(diǎn)經(jīng)該系統(tǒng)在像面上得到的不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)衍射像斑，其光強(qiáng)分布即為孔徑光闌的夫瑯和費(fèi)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'1五、顯微鏡的分辨率艾里斑角半徑：無2、顯微鏡的分辨率(瑞利判據(jù))——極限線距離n'S1S2S'1S'2顯微物鏡Dn一次實(shí)像面（1）剛能被分辨像點(diǎn)間距：★顯微鏡物鏡成像（小視場近軸物）：（2）剛能被分辨的物點(diǎn)間距：★提高分辨率的方法：例：電子束顯微鏡、浸液物鏡即：a減小波長、b增大物方折射率、c提高sinU的值2、顯微鏡的分辨率(瑞利判據(jù))——極限線距離n'S1S2S'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(shí)，剛好能被光學(xué)系統(tǒng)分辨。物點(diǎn)間距像點(diǎn)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)！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0.8★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、顯微鏡的分辨率與有效放大率近似:★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(xì)節(jié)，要同時(shí)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。★道威判斷：顯微鏡物空間的線距離★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工程光學(xué)-典型光學(xué)系統(tǒng)課件六、顯微鏡的景深數(shù)值孔徑越大，景深越小放大倍率越大，景深越小六、顯微鏡的景深數(shù)值孔徑越大，景深越小七、顯微鏡的物鏡低倍物鏡中倍物鏡高倍物鏡浸液物鏡復(fù)消色差物鏡平視場復(fù)消色差物鏡齊明透鏡浸液七、顯微鏡的物鏡低倍物鏡中倍物鏡高倍物鏡浸液物鏡復(fù)消色差物鏡1、浸液物鏡——NA增大n倍，增強(qiáng)物鏡的聚光本領(lǐng)PG1G2airOPG1G2oilOnnn干物鏡油浸物鏡nn1★油浸物鏡：允許更寬入射孔徑角的光線束參與成像。1、浸液物鏡——NA增大n倍，增強(qiáng)物鏡的聚光本領(lǐng)PG1G2aPG1G2oilC1nnnn0=1O1O2O32、齊明點(diǎn)在高倍顯微物鏡中的應(yīng)用P1P2★齊明點(diǎn)：(C2)使用較大的數(shù)值孔徑時(shí)，光線的孔徑角隨多次折射而被逐漸減小，并不產(chǎn)生球差或彗差，但會引起較大色差?！稞R明透鏡PG1G2oilC1nnnn0=1O1O2O32、齊明點(diǎn)在高a）透射光亮視場照明

d）反射光暗視場照明b）反射光亮視場照明c）透射光暗視場照明八、顯微鏡的照明方法照明分類——暗視場照明，進(jìn)入物鏡成像的只是由樣品散射的光線束，對比度高，可使分辨率提高。a）透射光亮視場照明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九、小結(jié)波長555nm1)瑞利判據(jù)2)道威判據(jù)：1、結(jié)構(gòu)九、小結(jié)波長555nm1)瑞利判據(jù)2)道威判據(jù)第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(Telescope)

重合，，光學(xué)間隔Δ=0★垂軸放大率：★角放大率：一、折射望遠(yuǎn)鏡（復(fù)習(xí)：p32第二章）★無焦系統(tǒng)：第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)(Telescope)二、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺放大率★開普勒望遠(yuǎn)鏡成像原理圖二、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺放大率★開普勒望遠(yuǎn)鏡成像原理圖軍用望遠(yuǎn)鏡棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)★開普勒望遠(yuǎn)鏡：，成倒立像，可加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)?！镔だ酝h(yuǎn)鏡：，成正立像。無中間實(shí)像，不能通過加分劃板實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)或定位。軍用望遠(yuǎn)鏡★開普勒望遠(yuǎn)鏡：，成倒立像，可加轉(zhuǎn)三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及工作放大率1、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率取：，，得：（2）根據(jù)道威判斷：（1）根據(jù)瑞利判斷：

極限分辨角物鏡或入瞳直徑越大，則望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角越小，即分辨率越高。三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及工作放大率1、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率?。豪?計(jì)算物鏡直徑分別為：D=5.0cm、50cm的望遠(yuǎn)鏡,對可見光平均波長555nm的最小分辨角。解：當(dāng)D=50cm時(shí)，若:一個(gè)望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角,要充分利用眼睛的分辨本領(lǐng)，望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)取何值？當(dāng)D=5.0cm時(shí)例.計(jì)算物鏡直徑分別為：D=5.0cm、50cm的望遠(yuǎn)鏡2、視覺放大率和分辨率的關(guān)系

★望遠(yuǎn)鏡的工作放大率：

——望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角經(jīng)視覺放大后，要滿足人眼的極限分辨角的要求?！锶搜鄣臉O限分辨角：1′=60″望遠(yuǎn)鏡的極限分辨角：——望遠(yuǎn)鏡的有效放大率（最?。弑堵实耐h(yuǎn)鏡必須增大物鏡的直徑。2、視覺放大率和分辨率的關(guān)系1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：開普勒望遠(yuǎn)鏡、伽利略望遠(yuǎn)鏡2、視覺放大率：3、分辨率：4、分辨率與視覺放大率：

光學(xué)系統(tǒng)的分辨率與放大率的乘積等于眼睛的分辨率。四、小結(jié)道威判斷：瑞利判斷：★工作放大率：★有效放大率：1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：開普勒望遠(yuǎn)鏡、伽利略望遠(yuǎn)鏡四、小結(jié)道威判斷：瑞焦距以內(nèi)成放大虛像第五節(jié)目鏡焦距以內(nèi)成放大虛像第五節(jié)目鏡眼睛顯微鏡孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡的物方焦平面眼睛顯微鏡孔徑光闌視場光闌——視場光闌位于目鏡的物方焦平面望遠(yuǎn)系統(tǒng)★開普勒望遠(yuǎn)鏡成像原理圖望遠(yuǎn)系統(tǒng)★開普勒望遠(yuǎn)鏡成像原理圖

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。3、相對鏡目距：1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)22、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′是像空間頂點(diǎn)到出瞳的距離1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：目鏡第一面頂點(diǎn)到物方焦平面的軸向距離3、相對鏡目距：2、鏡目距p′1、視場：

目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外面的光學(xué)系統(tǒng)，軸上點(diǎn)像差不大。

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2目鏡

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)21、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)23、相對鏡目距：1、視場：

光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距

f′、相對鏡目距p′/f′和工作距l(xiāng)2

4、工作距l(xiāng)2：3、相對鏡目距：1、視場：

4、工作距：3、相對鏡目距：2、鏡目距p′：1、視場：光學(xué)參數(shù)：視場角2ω′、焦距f′、相對鏡目距p1、惠更斯目鏡和冉斯登目鏡惠更斯目鏡由兩塊平凸透鏡組成，其間隔為d。場鏡所產(chǎn)生的軸外差很大，很難予以補(bǔ)償。所以該目鏡結(jié)構(gòu)不宜在視場光闌平面上設(shè)置分劃板，因此惠更斯目鏡不宜用在測量儀器中。場鏡接目鏡物鏡像面視場光闌接目鏡物方焦面出射光瞳（眼瞳）d場鏡接目鏡視場光闌接目鏡物方焦面出射光瞳（眼瞳）d1、惠更斯目鏡和冉斯登目鏡惠更斯目鏡由兩塊平凸透鏡組成，其間冉斯登目鏡由兩塊凸面相對的平凸透鏡組成，其間隔d小于惠更斯目鏡兩透鏡的間距。在成像質(zhì)量上，由于冉斯登目鏡的間隔小，所以冉斯登目鏡的場曲小于惠斯登目鏡的場曲。場鏡視場光闌（物鏡像平面目鏡前焦面）出瞳（眼瞳）接目鏡d接目鏡dd冉斯登目鏡由兩塊凸面相對的平凸透鏡組成，其間隔d小于惠更斯目2、凱涅爾目鏡凱涅爾目鏡可認(rèn)為是冉斯登的接目鏡改成雙膠合鏡組而得到的。改成雙膠合透鏡就能在校正彗差和像散的同時(shí)，校正好倍率色差。3、對稱式目鏡對稱式目鏡是應(yīng)用非常廣泛的中等視場目鏡。它由兩個(gè)雙膠合鏡組構(gòu)成。2、凱涅爾目鏡凱涅爾目鏡可認(rèn)為是冉斯登的接目鏡改成雙膠合鏡組4、無畸變目鏡無畸變目鏡是由一個(gè)平凸的接目鏡和一組三膠合的透鏡組構(gòu)成的。出瞳這種目鏡的鏡目距很大，所以在有相同的鏡目距時(shí)，無畸變目鏡的設(shè)計(jì)焦距可以選得小一些，使結(jié)構(gòu)更加緊湊一些。這種特點(diǎn)非常適用于大地測量儀器和軍用儀器。4、無畸變目鏡無畸變目鏡是由一個(gè)平凸的接目鏡和一組三膠合的透5、廣角目鏡廣角目鏡是為適應(yīng)大視場系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。由于視場角增大，場曲也隨之增大。為了保證像差的要求，目鏡的結(jié)構(gòu)必須復(fù)雜化，或在系統(tǒng)中加入負(fù)光焦度的透鏡；或增加正透鏡組的數(shù)目，是光焦度分散。下圖是兩種視場在60°以上的廣角目鏡，接目鏡用兩塊透鏡代替。I型出瞳I(xiàn)I型出瞳5、廣角目鏡廣角目鏡是為適應(yīng)大視場系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。由于視場角增LAA1A2U/BB2B1孔徑光闌視場光闌鏡頭、可變光闌、感光底片/暗盒第六節(jié)：攝影系統(tǒng)LAA1A2U/BB2B1孔徑光闌視場光闌鏡頭、可一、攝影物鏡的光學(xué)特性1、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(shí)，像的大小為在拍攝近處物體時(shí)，像的大小為

(3)當(dāng)接收器的尺寸一定時(shí)，物鏡的焦距越短，則其視場角越大；焦距越長，視場角越小。相應(yīng)地稱作為廣角物鏡和遠(yuǎn)攝物鏡。一、攝影物鏡的光學(xué)特性2、分辨率

（1）影響因素：物鏡的分辨率和接收器的分辨率.（2）意義：像平面上每毫米能分開線的對數(shù).（3）公式（經(jīng)驗(yàn)公式）3、像面照度討論（1）當(dāng)物體在無限遠(yuǎn)時(shí)，（2）對大視場物鏡有：2、分辨率3、像面照度三、攝影物鏡的景深結(jié)論：1，焦距f’’越長,景深越小

2，入瞳直徑越大，景深越小

3，拍攝距離p越大，景深越大三、攝影物鏡的景深結(jié)論：1，焦距f’’越長,景深越小工程光學(xué)-典型光學(xué)系統(tǒng)課件工程光學(xué)-典型光學(xué)系統(tǒng)課件工程光學(xué)-典型光學(xué)系統(tǒng)課件工程光學(xué)-典型光學(xué)系統(tǒng)課件工程光學(xué)-典型光學(xué)系統(tǒng)課件§7-9光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述一、對光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求1、光學(xué)系統(tǒng)的基本特性

光學(xué)系統(tǒng)的基本特性有：數(shù)值孔徑或相對孔徑；線視場或視場角；系統(tǒng)的放大率或焦距。此外還有與這些基本特性有關(guān)的一些特性參數(shù)，如光瞳的大小和位置、后工作距離、共軛距等。2、系統(tǒng)的外形尺寸

系統(tǒng)的外形尺寸，即系統(tǒng)的橫向尺寸和縱向尺寸。在設(shè)計(jì)多光組的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，外形尺寸計(jì)算以及各光組之間光瞳的銜接都是很重要的?！?-9光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述一、對光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求3、成像質(zhì)量

成像質(zhì)量的要求和光學(xué)系統(tǒng)的用途有關(guān)。不同的光學(xué)系統(tǒng)按其用途可提出不同的成像質(zhì)量要求。對于望遠(yuǎn)系統(tǒng)和一般的顯微鏡只要求中心視場有較好的成像質(zhì)量；對于照相物鏡要求整個(gè)視場都要有較好的成像質(zhì)量。4、儀器的使用條件在對光學(xué)系統(tǒng)提出使用要求時(shí)，一定要考慮在技術(shù)上和物理上實(shí)現(xiàn)的可能性。如生物顯微鏡的放大率Г要滿足500NA≤Г≤1000NA條件，望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率一定要把望遠(yuǎn)系統(tǒng)的極限分辨率和眼睛的極限分辨率一起來考慮。3、成像質(zhì)量二、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)評價(jià)依據(jù)：性能和成像質(zhì)量系統(tǒng)的復(fù)雜程度。價(jià)值工程原理：V（價(jià)值）＝F（功能）/C（成本）器件優(yōu)化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，光學(xué)零件冷加工優(yōu)化二、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)評價(jià)依據(jù)：三、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程

所謂光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是根據(jù)使用條件，來決定滿足使用要求的各種數(shù)據(jù)，即決定光學(xué)系統(tǒng)的性能參數(shù)、外形尺寸和各光組的結(jié)構(gòu)等。因此我們可以把光學(xué)設(shè)計(jì)過程分為4個(gè)階段：外形尺寸計(jì)算初始結(jié)構(gòu)計(jì)算像差校正和平衡像質(zhì)評價(jià)三、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程所謂光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是根據(jù)使用條件，來決1、外形尺寸計(jì)算在這個(gè)階段里要設(shè)計(jì)擬定出光學(xué)系統(tǒng)原理圖，確定基本光學(xué)特性，使?jié)M足給定的技術(shù)要求，即確定放大倍率或焦距、線視場或角視視場、數(shù)值孔徑或相對孔徑、共軛距、后工作距離光闌位置和外形尺寸等。因此，常把這個(gè)階段稱為外形尺寸計(jì)算。一般都按理想光學(xué)系統(tǒng)的理論和計(jì)算公式進(jìn)行外形尺寸計(jì)算。在計(jì)算時(shí)一定要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)，以防止在機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)上無法實(shí)現(xiàn)。每項(xiàng)性能的確定一定要合理，過高要求會使設(shè)計(jì)結(jié)果復(fù)雜造成浪費(fèi)，過低要求會使設(shè)計(jì)不符合要求，因此這一步驟慎重行事。1、外形尺寸計(jì)算2、初始結(jié)構(gòu)的計(jì)算和選擇1）根據(jù)初級像差理論求解初始結(jié)構(gòu)

這種求解初始結(jié)構(gòu)的方法就是根據(jù)外形尺寸計(jì)算得到的基本特性，利用初級像差理論來求解滿足成像質(zhì)量要求的初始結(jié)構(gòu)。2）從已有的資料中選擇初始結(jié)構(gòu)這是一種比較實(shí)用又容易獲得成功的方法。因此它被很多光學(xué)設(shè)計(jì)者廣泛采用。但其要求設(shè)計(jì)者對光學(xué)理論有深刻了解，并有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才能從類型繁多的結(jié)構(gòu)中挑選出簡單而又合乎要求的初始結(jié)構(gòu)。初始結(jié)構(gòu)的選擇是透鏡設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，選型是否合適關(guān)系到以后的設(shè)計(jì)是否成功。一個(gè)不好的初始結(jié)構(gòu)，再好的自動設(shè)計(jì)程序和有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者也無法使設(shè)計(jì)獲得成功。

2、初始結(jié)構(gòu)的計(jì)算和選擇3、像差校正和平衡初始結(jié)構(gòu)選好后，要在計(jì)算機(jī)上用光學(xué)計(jì)算程序進(jìn)行光路計(jì)算，算出全部像差及各種像差曲線。從像差數(shù)據(jù)分析就可以找出主要是哪些像差影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，從而找出改進(jìn)的辦法，開始進(jìn)行像差校正。像差分析及平衡是一個(gè)反復(fù)進(jìn)行的過程，直到滿足成像質(zhì)量要求