《工程光学第七章典型光学系统(2013总第13讲).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程光学第七章典型光学系统(2013总第13讲).ppt（71页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第七章第七章 典型光学系统典型光学系统上篇上篇 几何光学与光学设计几何光学与光学设计石家庄铁道大学石家庄铁道大学.机械工程学院机械工程学院测控系测控系.刘希太刘希太总第总第13讲讲第一页，编辑于星期一：十三点三十六分。复习上一章内容复习上一章内容第六章第六章光线的光路计算及像差理论光线的光路计算及像差理论第一节第一节概述概述像差产生原因：像差产生原因：孔径：入射光线孔径不同，成像位置也不同。孔径：入射光线孔径不同，成像位置也不同。视场：不同视场成像倍率不同，子午、弧矢面成像性质也不同。视场：不同视场成像倍率不同，子午、弧矢面成像性质也不同。像差计算的谱线选择原则：像差计算的谱线选择原则：主要取
2、决于光能接收器的光谱特性。主要取决于光能接收器的光谱特性。定义：实际光学系统物点对应的像与高斯光学理想状况的偏差。定义：实际光学系统物点对应的像与高斯光学理想状况的偏差。几何像差几何像差球差：球差：轴上点宽光束轴上点宽光束彗差：彗差：轴外点宽光束轴外点宽光束像散像散场曲场曲畸变畸变位置色差位置色差(轴向色差：波长不同会聚点不同轴向色差：波长不同会聚点不同)倍率色差倍率色差(垂轴色差：垂轴色差：波长不同放大率不同波长不同放大率不同)单色光像差单色光像差白光像差白光像差使像模糊使像模糊使像变形使像变形物理光学：物理光学：波象差波象差(实际波面与理想球面波的偏差实际波面与理想球面波的偏差)。轴外点细
3、光束轴外点细光束像差种类像差种类第二页，编辑于星期一：十三点三十六分。第二节第二节光线的光路计算光线的光路计算子午面子午面近轴光线近轴光线轴上点轴上点(1条条)过入瞳边缘过入瞳边缘(第一近轴光线第一近轴光线)轴外点轴外点(5个视场个视场)主光线主光线(第二近轴光线第二近轴光线)远轴光线远轴光线轴上点轴上点轴外点轴外点所选特征光线所选特征光线计算依据计算依据(1条条)过入瞳边缘过入瞳边缘(11个视场个视场)，上、主、下光线，上、主、下光线高斯光学高斯光学校对公式校对公式过渡公式过渡公式实际光路实际光路校对公式校对公式过渡公式过渡公式(含折射、含折射、反射平面反射平面)实际光路实际光路轴外点主光轴
4、外点主光线细光束线细光束主光线主光线子午面子午面弧矢面弧矢面计算结果计算结果球差球差彗差彗差位置色差位置色差倍率色差倍率色差像散像散场曲场曲畸变畸变轴外点轴外点球差球差轴外点波像差轴外点波像差轴上点波像差轴上点波像差垂轴像差垂轴像差波色差波色差色差色差、球色差、球色差对对有有特特征征意意义义的的光光线线进进行行光光路路计计算算，比比较较理理想想光光学学系系统统成成像像情情况况与与实实际际光光线成像特性，研究不同视场的物点对应不同孔径和不同色光的像差值。线成像特性，研究不同视场的物点对应不同孔径和不同色光的像差值。第三页，编辑于星期一：十三点三十六分。单色几何像差总结单色几何像差总结球差球差孔径
5、函数孔径函数对称性对称性圆形的弥散斑圆形的弥散斑轴向轴向垂轴垂轴轴上点、宽光束成像轴上点、宽光束成像的非同心性的非同心性正、负透镜组合正、负透镜组合某带的球差为零某带的球差为零利用齐明点特性利用齐明点特性轴外点小视场宽光束轴外点小视场宽光束成像失去对称性成像失去对称性孔径和视场函数孔径和视场函数彗星状的弥散斑彗星状的弥散斑子午子午弧矢弧矢光阑位于球心处光阑位于球心处利用齐明点特性利用齐明点特性孔径函数孔径函数(可等晕成像可等晕成像)彗星状的弥散斑彗星状的弥散斑正弦差正弦差彗差彗差减小透镜的孔径减小透镜的孔径采用对称式结构采用对称式结构轴外点宽光束成像失轴外点宽光束成像失去对称性去对称性像散像散
6、轴外点子午、弧矢轴外点子午、弧矢像点轴向不重合像点轴向不重合宽光束宽光束细光束细光束单折射面：单折射面：光阑位于球心处光阑位于球心处利用齐明点特性利用齐明点特性孔径和视场函数孔径和视场函数子午、弧矢焦线子午、弧矢焦线像差种类像差种类产生原因产生原因计算方法计算方法校正方法校正方法种类种类性质性质/表现表现场曲场曲子午子午弧矢弧矢同一视场不同孔径光同一视场不同孔径光线对交点在沿轴方向线对交点在沿轴方向与高斯像面偏离与高斯像面偏离视场函数视场函数有像散时子午、有像散时子午、弧矢像面不重合弧矢像面不重合类球差校正类球差校正畸变畸变主光线的光路偏离主光线的光路偏离正、负正、负视场函数视场函数光阑居中对
7、称式光阑居中对称式结构：结构：单个薄透镜组：单个薄透镜组：光阑与其重合光阑与其重合像的形状失真像的形状失真第四页，编辑于星期一：十三点三十六分。第三节第三节 轴上点的球差轴上点的球差三、球差的性质和校正：三、球差的性质和校正：正、负透镜组合正、负透镜组合利用消球差系统使某带的球差为零利用消球差系统使某带的球差为零利用齐明点的特性利用齐明点的特性一、球差的定义一、球差的定义垂轴球差垂轴球差：光束在高斯像面不是会聚于一个像点，而是一圆形的弥散斑。：光束在高斯像面不是会聚于一个像点，而是一圆形的弥散斑。(轴向轴向)球差球差：轴上物点发出的同心、宽光束经光学系统后不再是同心光束。：轴上物点发出的同心、
8、宽光束经光学系统后不再是同心光束。二、球差性质：二、球差性质：u球差是入射高度球差是入射高度h h1 1或孔径角或孔径角U U1 1的函数；的函数；u球差具有对称性；球差具有对称性；u球差反映轴上点的像差，与视球差反映轴上点的像差，与视场角无关。场角无关。第五页，编辑于星期一：十三点三十六分。垂直光轴平面的垂直光轴平面的轴上点轴上点垂直光轴平面的垂直光轴平面的近轴点近轴点成成点点像像无球差无球差满足正弦条件满足正弦条件无正弦差无正弦差物体位于有限远时物体位于有限远时物体位于无限远时物体位于无限远时正正弦弦条条件件等等晕晕条条件件有较小球差有较小球差可完善成像可完善成像不晕成像不晕成像无正弦差无
9、正弦差满足等晕条件满足等晕条件成成弥弥散散斑斑同成像缺陷同成像缺陷等晕成像等晕成像不满足等晕条件时不满足等晕条件时两式之差为正弦差两式之差为正弦差轴外点小视场宽光束的像差轴外点小视场宽光束的像差正弦差正弦差相对彗差为正弦差相对彗差为正弦差轴外点任意视场宽光束的像差轴外点任意视场宽光束的像差彗差彗差第四节第四节正弦差和彗差正弦差和彗差第六页，编辑于星期一：十三点三十六分。正弦差和彗差都是表示轴外物点宽光束经光学系统成像后失去对称性。正弦差和彗差都是表示轴外物点宽光束经光学系统成像后失去对称性。正弦差仅适用于小视场，而彗差可用于任何视场。正弦差仅适用于小视场，而彗差可用于任何视场。计算正弦差时，在
10、计算球差的基础上，只需计算一条计算正弦差时，在计算球差的基础上，只需计算一条“第二近轴光线第二近轴光线”；彗差必须对每一视场计算相对主光线对称入射的上、下两条光线。；彗差必须对每一视场计算相对主光线对称入射的上、下两条光线。2、正弦差和彗差区别、正弦差和彗差区别1 1、等晕条件：、等晕条件：实际光学系统对轴上点消差后仍有剩余球差存在，不能成完善像。若实际光学系统对轴上点消差后仍有剩余球差存在，不能成完善像。若剩余球差不大，可认为像质是好的。如果轴上点与近轴点成像缺陷相同，剩余球差不大，可认为像质是好的。如果轴上点与近轴点成像缺陷相同，二者有相同的球差值，且轴外光束不失对称，称为等晕现象。二者有
11、相同的球差值，且轴外光束不失对称，称为等晕现象。第七页，编辑于星期一：十三点三十六分。第五节第五节 像散和场曲像散和场曲 像散的校正像散的校正：使某一视场（一般是：使某一视场（一般是0.70.7视场）的像散值为零，但其它视场仍视场）的像散值为零，但其它视场仍有剩余像差存在。对单个折射，没有正弦差的物点位置（齐明点）和光阑位置有剩余像差存在。对单个折射，没有正弦差的物点位置（齐明点）和光阑位置（光阑在球心）也不存在像散。消像散系统一般由正、负透镜适当组合而成。（光阑在球心）也不存在像散。消像散系统一般由正、负透镜适当组合而成。一、像散一、像散：用子午细光束焦点和弧矢细光束焦点投影到光轴上的间距表
12、示：用子午细光束焦点和弧矢细光束焦点投影到光轴上的间距表示 轴外点发出的宽光束经单个折射球面存在彗差。若将光阑缩到无限小，则入轴外点发出的宽光束经单个折射球面存在彗差。若将光阑缩到无限小，则入射光线为无限细光束，此时出射光线交于一点，彗差不存在，但存在像散和场曲。射光线为无限细光束，此时出射光线交于一点，彗差不存在，但存在像散和场曲。存在像散时，平面物在像方会形成子午像面和弧矢像面，均为对称于光轴的存在像散时，平面物在像方会形成子午像面和弧矢像面，均为对称于光轴的旋转曲面，相切于理想像面与光轴的交点。无像散时，子午像面和弧矢像面重合。旋转曲面，相切于理想像面与光轴的交点。无像散时，子午像面和弧
13、矢像面重合。场曲的校正通常是对细光束而言，方法与球差校正方法类似。像散和场曲的校正通常是对细光束而言，方法与球差校正方法类似。像散和场曲场曲同同时矫正的时矫正的匹兹伐匹兹伐条件：将镜头使用的单镜片数，加在各单镜片的折射率乘以焦点条件：将镜头使用的单镜片数，加在各单镜片的折射率乘以焦点距离的积的倒数上，它的和最好等于零，这个和叫做距离的积的倒数上，它的和最好等于零，这个和叫做匹兹伐匹兹伐和数。和数。二、场曲二、场曲：垂直于光轴的物平面经光学系统后成像在以光轴为对称的弯曲表面。：垂直于光轴的物平面经光学系统后成像在以光轴为对称的弯曲表面。第八页，编辑于星期一：十三点三十六分。第六节第六节第六节第六
14、节 畸变畸变畸变畸变 畸畸变变是是垂垂轴轴像像差差，它它只只改改变变轴轴外外物物点点在在理理想想像像面面上上成成像像位位置置，不不影影响像的清晰度。满足以下两个条件的光学系统可以消除畸变：响像的清晰度。满足以下两个条件的光学系统可以消除畸变：光阑位置的正弦条件：光阑位置的正弦条件：角放大率满足正切条件：角放大率满足正切条件：主光线和高斯像面交点的高度不等于理想像高，其差异即主光线和高斯像面交点的高度不等于理想像高，其差异即畸变畸变。对称式光学系统当放大率为对称式光学系统当放大率为-1时，畸变自动消除。时，畸变自动消除。对对于于单单个个薄薄透透镜镜或或薄薄透透镜镜组组，当当光光阑阑与与其其重重合
15、合时时，主主光光线线通通过过光光阑阑中心，故不产生畸变。中心，故不产生畸变。第九页，编辑于星期一：十三点三十六分。第七节第七节 色差色差 白色物点不能形成白色像点，而成彩色像斑的成像误差。白色物点不能形成白色像点，而成彩色像斑的成像误差。位位置置色色差差(又又称称纵纵向向色色差差)：各各色色光光所所成成的的像像位位置置就就不不同同。按按色色光光的的波波长长由由短到长，它们的像点离开透镜由近到远地排列在光轴上。短到长，它们的像点离开透镜由近到远地排列在光轴上。横横向向色色差差(又又称称倍倍率率色色差差)：由由轴轴外外物物点点不不同同色色光光的的垂垂轴轴放放大大率率不不等等引引起。起。色色差差的的
16、校校正正：单单透透镜镜不不能能校校正正色色差差，单单正正透透镜镜具具有有负负色色差差，单单负负透透镜镜具具有有正正色色差差，色色差差的的大大小小与与光光焦焦度度成成正正比比，与与阿阿贝贝数数成成反反比比，与与结结构构形形状状无无关关，故故消消色色差差的的光学系统需由正负透镜组成。光学系统需由正负透镜组成。第十页，编辑于星期一：十三点三十六分。第八节第八节 波像差波像差 从从物物点点发发出出的的波波面面经经理理想想光光学学系系统统后后，其其出出射射波波面面应应是是球球面面，而而实实际际波波面面与与其其存存在在一一定定偏偏差差。当当实实际际波波面面与与理理想想波波面面在在出出瞳瞳处处相相切切时时，
17、两两波波面面间间的的光程差即波像差。光程差即波像差。波波像像差差也也是是孔孔径径的的函函数数，几几何何像像差差越越大大波波像像差差也也越越大大。对对轴轴上上物物点点，单单色光的波像差与球差有如下关系：色光的波像差与球差有如下关系：波波像像差差越越小小系系统统的的成成像像质质量量也也越越好好。瑞瑞利利判判断断法法认认为为，光光学学系系统统的的最最大大波波像像差差小小于于四四分分之之一一波波长长时时，其其成成像像可可认认为为是是完完善善的的，显显微微镜镜和和望望远镜的成像质量即按此要求设计。远镜的成像质量即按此要求设计。第十一页，编辑于星期一：十三点三十六分。本章主要内容本章主要内容 眼睛及其光学
18、系统眼睛及其光学系统 放大镜放大镜 显微镜系统显微镜系统 望远镜系统望远镜系统 目镜目镜 投影系统投影系统 变焦距光学系统变焦距光学系统 光学系统的外形尺寸计算光学系统的外形尺寸计算 第七章典型光学系统第七章典型光学系统第十二页，编辑于星期一：十三点三十六分。掌握正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法。掌握正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法。视觉放大率的概念、表达式及其意义，与光学系统角放大率的异同点。视觉放大率的概念、表达式及其意义，与光学系统角放大率的异同点。了解放大镜、显微镜系统、望远系统和摄影等系统组成、成像关系、照明方式、了解放大镜、显微镜系统、望
19、远系统和摄影等系统组成、成像关系、照明方式、光束限制、视觉放大率公式、分辨率、景深等。光束限制、视觉放大率公式、分辨率、景深等。基本要求基本要求第十三页，编辑于星期一：十三点三十六分。第一节眼睛及其光学系统第一节眼睛及其光学系统 一、眼睛的结构与功能一、眼睛的结构与功能 1.1.结结构构：眼眼睛睛结结构构包包括括角角膜膜、前前室室(水水状状液液)、水水晶晶体体和和后后室室(玻玻璃璃体体)、视网膜、瞳孔、黄斑、脉络膜、巩膜、黄斑和盲点。、视网膜、瞳孔、黄斑、脉络膜、巩膜、黄斑和盲点。2.2.眼睛的成像眼睛的成像 人人眼眼的的结结构构类类似似一一个个摄摄影影系系统统，角角膜膜相相当当于于一一个个凸
20、凸凹凹镜镜，前前室室亦亦如如此此，水水晶晶体体相相当当于于一一个个双双凸凸镜镜。物物点点在在视视网网膜膜上上形形成成一一个个倒倒立立的的实实像像，但这一倒像的感觉经神经系统的作用，给人以正像的视觉。但这一倒像的感觉经神经系统的作用，给人以正像的视觉。眼睛的物方和像方焦距不相等：眼睛的物方和像方焦距不相等：f=-17.1mm f=22.8mm f=-17.1mm f=22.8mm 在调焦范围内，在调焦范围内，-f=14.2-f=14.217.1mm f=18.9 17.1mm f=18.9 22.8mm22.8mm第十四页，编辑于星期一：十三点三十六分。第十五页，编辑于星期一：十三点三十六分。第
21、十六页，编辑于星期一：十三点三十六分。几点说明：几点说明：（1 1）眼轴和视轴）眼轴和视轴眼轴眼轴(光轴光轴)：眼睛各成像元件曲面中心的连线。：眼睛各成像元件曲面中心的连线。视轴：眼睛的视轴：眼睛的“中心凹中心凹”处与晶状体像方节点的连线。处与晶状体像方节点的连线。p人眼的视场可达人眼的视场可达150,150,但只有视轴附近但只有视轴附近6-8 6-8 的区域能成清晰像的区域能成清晰像;p当眼睛注视物体时，物体被自动瞄准在视轴上。当眼睛注视物体时，物体被自动瞄准在视轴上。第十七页，编辑于星期一：十三点三十六分。眼睛的调节方法：调节肌肉眼睛的调节方法：调节肌肉晶状体曲率晶状体曲率焦距焦距第十八页
22、，编辑于星期一：十三点三十六分。虹虹膜膜起起着着孔孔径径光光阑阑的的作作用用，自自动动调调节节进进入入人人眼眼的的光光能能，它它有有一一定定范范围围（=2=2 8mm8mm）若若外外界界光光很很强强，使使=2mm=2mm时时仍仍然然使使人人无无法法适适应应，就就很很容容易易使使视视网网膜膜造造成成伤害。伤害。直直视视太太阳阳或或正正视视激激光光束束能能在在视视网网膜膜上上烧烧成成一一盲盲斑斑，使使人人在在观观看看任任何何景景象时，总有一块或数块区域是黑斑。象时，总有一块或数块区域是黑斑。3.3.眼睛的光学参数眼睛的光学参数 介质折射率：介质折射率：n=1.3333n=1.3333 折射面半径：
23、折射面半径：r r1 1=5.77mm=5.77mm 物方焦距：物方焦距：f-17mmf-17mm 像方焦距：像方焦距：f f23mm23mm 光焦度：光焦度：D=58.48(1/m)D=58.48(1/m)网膜半径：网膜半径：r r2 2=9.7mm=9.7mm第十九页，编辑于星期一：十三点三十六分。二、眼睛的调节及校正二、眼睛的调节及校正 远远点点和和近近点点：眼眼睛睛自自动动调调焦焦可可能能看看清清的的最最远远的的点点称称为为远远点点，所所能能看看清清的的最最近近的的点点称称为为近近点点。远远点点（近近点点）到到眼眼睛睛物物方方主主点点的的距距离离称称为为远远点点（近近点点）距离。距离。
24、1 1、眼睛的调节眼睛的调节：眼睛成像系统对任意距离的物体自动调焦的过程。：眼睛成像系统对任意距离的物体自动调焦的过程。2 2、眼睛的调节能力眼睛的调节能力：f f的变化范围是的变化范围是18mm18mm23mm23mm。眼睛的调节能力表示能清晰调焦的极限距离范围。眼睛的调节能力表示能清晰调焦的极限距离范围。其中，其中，l lr r、l lp p分别为远点距离和近点距离；分别为远点距离和近点距离；R R1 1l lr r，1 1l lp p为为远远点点和和近近点点的的发发散散度度（或或会会聚聚度度）；单单位位为为折折光光度度（或称屈光度）。（或称屈光度）。第二十页，编辑于星期一：十三点三十六分
25、。p调节能力随年龄增大而减少调节能力随年龄增大而减少年龄年龄10102020303040405050606070708080-7-7-10-10-14-14-22-22-40-40-200-200100100404020020080804040141410107 74.54.52.52.51 10.250.250 0p明明视视距距离离：在在阅阅读读时时，或或眼眼睛睛通通过过目目视视光光学学仪仪器器观观测测物物像像时时，为为了了工工作作舒舒适适，习习惯惯上上把把物物或或像像置置于于眼眼前前250mm250mm处处，称称作作明明视视距距离。离。第二十一页，编辑于星期一：十三点三十六分。3 3、非正
26、常眼及其校正、非正常眼及其校正 正常眼和反常眼正常眼和反常眼 正常眼正常眼：眼睛的远点在无限远，眼睛光学系统的后焦点在视网膜上。：眼睛的远点在无限远，眼睛光学系统的后焦点在视网膜上。反常眼反常眼：眼睛光学系统的后焦点不在视网膜上。：眼睛光学系统的后焦点不在视网膜上。近视眼和远视眼（老花眼）近视眼和远视眼（老花眼）近视近视(远视远视)眼眼：远点位于眼前：远点位于眼前(眼后眼后)有限距离有限距离 散光散光：散光度：散光度ASTAST：ASTASTR R1 1R R2 2 视度视度：远点距离：远点距离l lr r（单位为（单位为m m）的倒数表示近视眼或远视眼的程度，称）的倒数表示近视眼或远视眼的程
27、度，称为视度，单位为折光度（或屈光度）。通常医院和眼镜店把一折光度称作为视度，单位为折光度（或屈光度）。通常医院和眼镜店把一折光度称作100100度。度。第二十二页，编辑于星期一：十三点三十六分。焦点在网膜后，眼球偏短，远点在眼后有限远.矫正应配戴负透镜 焦点在网膜前，眼球偏长，远点在眼前有限远.矫正应配戴正透镜 近视眼 远视眼 散光斜视 折射面曲率异常，两个互相垂直的方向有不同的焦距.矫正应配戴圆柱面或双心圆柱面透镜水晶体位置不正或折射面曲率异常 矫正应配戴光楔 第二十三页，编辑于星期一：十三点三十六分。三、眼睛的辐射接收作用三、眼睛的辐射接收作用 视网膜视网膜：由锥状细胞和杆状细胞组成，两
28、种细胞各有不同的任务；：由锥状细胞和杆状细胞组成，两种细胞各有不同的任务；杆状细胞杆状细胞：对光刺激极敏感，但完全不感色；：对光刺激极敏感，但完全不感色；锥状细胞锥状细胞：感光能力差，但它们能对各色光有不同的感受。：感光能力差，但它们能对各色光有不同的感受。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。明明适适应应和和暗暗适适应应：由由暗暗处处进进入入亮亮处处，瞳瞳孔孔自自动动缩缩小小；由由亮亮处处进进入入暗暗处处，瞳瞳孔孔自自动动放放大。大。四、眼睛的分辨率四、眼睛的分辨率 1 1、眼眼的的分分辨辨能能力力：眼眼能能够够分分辨辨最最靠靠近近两两相相邻
29、邻点点的的能能力力称称为为眼眼的的分分辨辨能能力力，或视觉敏锐度。或视觉敏锐度。2 2、视角、视角：物体对人眼的张角称作视角。：物体对人眼的张角称作视角。第二十四页，编辑于星期一：十三点三十六分。3 3、视角鉴别率、视角鉴别率：良良好好照照明明时时，人人睛睛能能分分辨辨的的物物点点间间最最小小视视角角称称为为视视角角鉴鉴别别率率。在在眼眼睛没有调节的松弛状态下，睛没有调节的松弛状态下，f f23mm23mm，可得：，可得：60 60（相邻两视神经细胞对物点张角）（相邻两视神经细胞对物点张角）若若把把眼眼睛睛看看作作理理想想光光学学系系统统，则则由由140140D(DD(D为为入入瞳瞳),),当
30、当D D2mm2mm时时，7070，当瞳孔直径增大时，眼睛光学系统的像差增大，分辨能力随之减少。，当瞳孔直径增大时，眼睛光学系统的像差增大，分辨能力随之减少。由由于于眼眼睛睛具具有有较较大大色色差差，视视角角分分辨辨随随光光谱谱而而异异，连连续续光光谱谱中中间间部部分分的视角鉴别率高于红光和紫光部分的鉴别率。的视角鉴别率高于红光和紫光部分的鉴别率。4、视角敏锐度、视角敏锐度：视角敏锐度：视角敏锐度第二十五页，编辑于星期一：十三点三十六分。五、眼睛的对准精度五、眼睛的对准精度 对准：对准：判断一个平面上一条直线与另一条直线是否重合的能力。判断一个平面上一条直线与另一条直线是否重合的能力。对准形式
31、及其对准误差对准形式及其对准误差：对准是指是垂直于视场方向上的重合或置中过程。：对准是指是垂直于视场方向上的重合或置中过程。对准后，偏离置中或重合的线距离或角距离称为对准精度。对准后，偏离置中或重合的线距离或角距离称为对准精度。人眼的瞄准精度比分辨本领高；分辨本领越高，瞄准精度越高。对准精度人眼的瞄准精度比分辨本领高；分辨本领越高，瞄准精度越高。对准精度随所取的标志而异。随所取的标志而异。30至6010至20105第二十六页，编辑于星期一：十三点三十六分。六、眼睛的景深六、眼睛的景深 定定义义：当当眼眼睛睛调调焦焦在在某某一一对对准准平平面面时时，不不必必调调节节能能同同时时看看清清对对准准平
32、平面面前前和和平面后某一距离的物体，称眼睛的景深。平面后某一距离的物体，称眼睛的景深。眼睛调焦在无限远时眼睛调焦在无限远时第二十七页，编辑于星期一：十三点三十六分。七、双目立体视觉七、双目立体视觉 单单目目视视觉觉：单单眼眼观观察察空空间间物物体体不不能能产产生生立立体体视视觉觉。人人们们往往往往据据经经验验，在在大大脑中把一个熟悉的物体的平面像想象成一个空间物体。脑中把一个熟悉的物体的平面像想象成一个空间物体。用用单单眼眼判判读读物物体体的的远远近近，是是利利用用眼眼睛睛的的调调节节变变化化所所产产生生的的感感觉觉。因因水水晶晶体体的的曲曲率变化很小，故判读极为粗略。一般单目判读距离不超过率
33、变化很小，故判读极为粗略。一般单目判读距离不超过5m5m。双双目目立立体体视视觉觉：同同一一物物体体在在左左右右两两眼眼中中分分别别产产生生一一个个像像，这这两两个个像像在在视视网网膜膜上上的的分分布布只只有有适适合合某某些些几几何何条条件件时时才才可可以以产产生生单单一一视视觉觉，即即两两眼眼的的视视觉觉汇汇合合到到大大脑脑中成为一个像，这种印象是出自心理和生理的。中成为一个像，这种印象是出自心理和生理的。第二十八页，编辑于星期一：十三点三十六分。视差角视差角：两视轴间夹角：两视轴间夹角 。视觉基线视觉基线：两眼节点连线，长度为：两眼节点连线，长度为b b。图图7-6 7-6 双目观察物体双
34、目观察物体图图7-7 7-7 双目立体视角双目立体视角视视差差：不不同同距距离离物物体体对对应应不不同同视视场场角角，其其差异称立体视差差异称立体视差 。体体视视锐锐度度：人人眼眼能能分分辨辨的的极极限限视视差差 。大约为大约为1010”，经训练可达，经训练可达5 5”到到3 3”。立体视觉半径：立体视觉半径：人眼能分辨最大距离。人眼能分辨最大距离。立体视觉阈：立体视觉阈：双眼能分辨最短深度距离。双眼能分辨最短深度距离。第二十九页，编辑于星期一：十三点三十六分。第二节放大镜第二节放大镜1 1、目视光学仪器的基本工作原理目视光学仪器的基本工作原理：物体通过仪器，其像对人眼的张角大：物体通过仪器，
35、其像对人眼的张角大于人眼直接观察物体时对人眼的张角。于人眼直接观察物体时对人眼的张角。一、视觉放大率一、视觉放大率2 2、视觉放大率视觉放大率：用仪器观察物体时视网膜上的像高：用仪器观察物体时视网膜上的像高 与用人眼直接与用人眼直接观察物体时视网膜上的像高观察物体时视网膜上的像高 之比，用之比，用 表示：表示：第三十页，编辑于星期一：十三点三十六分。二、放大镜成像原理和视觉放大率二、放大镜成像原理和视觉放大率眼瞳眼瞳图图7-8放大镜成像原理放大镜成像原理第三十一页，编辑于星期一：十三点三十六分。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：由垂轴放大倍率公式：由垂轴放大倍率公式：裸
36、眼直接观察时，物置于明视距离处，视角：裸眼直接观察时，物置于明视距离处，视角：眼瞳眼瞳第三十二页，编辑于星期一：十三点三十六分。两种特殊情况两种特殊情况 正常视力的眼睛一般调焦在明视距离，即虚像位于眼前正常视力的眼睛一般调焦在明视距离，即虚像位于眼前250mm250mm处：处：若眼睛紧靠着放大镜：若眼睛紧靠着放大镜：说明：说明：焦距一般用毫米作单位，常用放大镜倍率焦距一般用毫米作单位，常用放大镜倍率:2.5:2.525。原则上焦距越短放大倍率越高原则上焦距越短放大倍率越高,但因受限于像差单透镜放大率不超过但因受限于像差单透镜放大率不超过3。倍率较大的放大镜由组合透镜组成。倍率较大的放大镜由组合
37、透镜组成。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第三十三页，编辑于星期一：十三点三十六分。虚像平面虚像平面场阑场阑出瞳出瞳KD=1KD=0.5KD=0孔径光阑孔径光阑：眼睛瞳孔：眼睛瞳孔视场光阑视场光阑：放大镜框：放大镜框渐晕光阑渐晕光阑：放大镜本身：放大镜本身渐晕与视场角渐晕与视场角三、光束限制和线视场三、光束限制和线视场渐晕系数分别为渐晕系数分别为100100%、5050%和和0%0%时像方视场角：时像方视场角：图图7-9放大镜的光束限制放大镜的光束限制第三十四页，编辑于星期一：十三点三十六分。眼瞳眼瞳放大镜的视场通常用线视场放大镜的视场通
38、常用线视场2y2y表示。表示。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。对对50%50%渐晕的线视场：渐晕的线视场：放大镜倍率越大，其线视场越小。放大镜倍率越大，其线视场越小。图图7-10放大镜的视场角放大镜的视场角第三十五页，编辑于星期一：十三点三十六分。为了观察微小物体的具体细节，常用显微镜。显微镜是由两片正透镜组成，即物镜为了观察微小物体的具体细节，常用显微镜。显微镜是由两片正透镜组成，即物镜和目镜。和目镜。显微镜实质上是一组合放大镜。物镜将物成放大的实像，此实像再经显微镜实质上是一组合放大镜。物镜将物成放大的实像，此实像再经目镜成放大的
39、虚像，供人眼观察。目镜成放大的虚像，供人眼观察。第三节第三节 显微镜系统显微镜系统 第三十六页，编辑于星期一：十三点三十六分。一、显微镜的视觉放大率一、显微镜的视觉放大率图图2-32显微镜系统显微镜系统物体在明视距离处：物体在明视距离处：物镜垂轴放大率与目镜视觉放大率的积。物镜垂轴放大率与目镜视觉放大率的积。第三十七页，编辑于星期一：十三点三十六分。一、显微镜的视觉放大率一、显微镜的视觉放大率显微镜组合系统其焦距：显微镜组合系统其焦距：等于放大镜眼睛调焦在无限远时的视觉放等于放大镜眼睛调焦在无限远时的视觉放大率，说明显微镜是组合的放大镜。大率，说明显微镜是组合的放大镜。图图7-11显微镜成像原
40、理显微镜成像原理第三十八页，编辑于星期一：十三点三十六分。通用显微镜其共轭距和通用显微镜其共轭距和机械筒长机械筒长是固定的。共轭距大约为是固定的。共轭距大约为180mm180mm。生物显微。生物显微镜在我国为镜在我国为195mm195mm。机械筒长为。机械筒长为160mm160mm、170mm170mm和和190mm190mm等，我国为等，我国为160mm160mm。物镜和目镜可根据倍率要求而更换。物镜和目镜可根据倍率要求而更换。机械筒长机械筒长：把显微镜的物镜和目镜取下后，所剩的镜筒长度。：把显微镜的物镜和目镜取下后，所剩的镜筒长度。显微镜共轭距显微镜共轭距：物平面到像平面距离。：物平面到像
41、平面距离。显微镜设计中的规定参数：显微镜设计中的规定参数：常用的物镜倍率常用的物镜倍率：4 4x x、10 10 x x、40 40 x x和和100100 x x常用的目镜倍率常用的目镜倍率：5 5x x、1010 x x和和1515x x二、显微镜的线视场二、显微镜的线视场 目镜一定目镜一定()()时，视觉放大率越大，物空间的线视场越小。时，视觉放大率越大，物空间的线视场越小。第三十九页，编辑于星期一：十三点三十六分。三、显微镜的出瞳直径三、显微镜的出瞳直径 显微镜物镜是多片镜组，在其像方焦面上，设置孔径光阑，该光阑经目镜系统显微镜物镜是多片镜组，在其像方焦面上，设置孔径光阑，该光阑经目镜
42、系统所成的像即为显微镜的出瞳。所成的像即为显微镜的出瞳。显微镜的数值孔径：显微镜的数值孔径：NANAnsinunsinu 出瞳直径出瞳直径DD：DD500NA/500NA/四、显微镜的分辨率和有效放大率四、显微镜的分辨率和有效放大率 显微镜的分辨率：以能分辨的物方两点间最短距离显微镜的分辨率：以能分辨的物方两点间最短距离来表示。由瑞利来表示。由瑞利判断公式：判断公式：第四十页，编辑于星期一：十三点三十六分。道威判断公式：道威判断公式：0.85a/0.85a/0.5/NA0.5/NA 理想分辨率：瑞利分辨率标准是比较保守的，因此通常以道威判断给出的分理想分辨率：瑞利分辨率标准是比较保守的，因此通
43、常以道威判断给出的分辨率值作为光学系统的目视衍射分辨率，或称作理想分辨率。辨率值作为光学系统的目视衍射分辨率，或称作理想分辨率。有效放大率：满足下式的视觉放大率有效放大率：满足下式的视觉放大率 公式：公式：500NA1000NA500NA1000NA五、显微镜的景深五、显微镜的景深 定义：人眼通过显微镜调焦在某一平面（对准平面）上时，在对准平定义：人眼通过显微镜调焦在某一平面（对准平面）上时，在对准平面前和后一定范围内物体也能清晰成像，能清晰成像的远、近物平面之间面前和后一定范围内物体也能清晰成像，能清晰成像的远、近物平面之间的距离称作显微镜的景深。的距离称作显微镜的景深。第四十一页，编辑于星
44、期一：十三点三十六分。a a）透射光亮视场照明）透射光亮视场照明d d）反射光暗视场照明）反射光暗视场照明b b）反射光亮视场照明）反射光亮视场照明c c）透射光暗视场照明）透射光暗视场照明六、显微镜的照明方法六、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束，对比度高，可使分辨率提暗视场照明，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。高。第四十二页，编辑于星期一：十三点三十六分。生物显微镜多为透明标本，常用透射光亮视场照明。其照明方式又分为两生物显微镜多为透明标本，常用透射光亮视场照明。其照明方式又分为两种，即临界照明和柯勒
45、照明。种，即临界照明和柯勒照明。临界照明：将光源的像经过临界照明：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。第四十三页，编辑于星期一：十三点三十六分。柯勒照明：将光源的像经过柯勒照明：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；柯勒照明是柯勒照明是“窗对瞳、瞳对窗窗对瞳、瞳对窗”；第四十四页，编辑于星期一：十三点三十六分。七、显微镜的物镜七、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
46、齐明透镜齐明透镜 浸液浸液 第四十五页，编辑于星期一：十三点三十六分。望远镜的组成望远镜的组成：物镜、目镜及光路转折和转像用的反射棱镜等。：物镜、目镜及光路转折和转像用的反射棱镜等。第四节第四节 望远镜系统望远镜系统特点特点：物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔=0=0；系统的焦点、主点都在无穷远处，属于无焦系统；系统的焦点、主点都在无穷远处，属于无焦系统；系统的总长为第一光组的像方焦距与第二光组的物方焦距的和。系统的总长为第一光组的像方焦距与第二光组的物方焦距的和。一、望远镜结构一、望远镜结构开普勒开普勒(Kepler)望远镜望远镜：物镜、
47、目镜皆为凸镜即：物镜、目镜皆为凸镜即，。二、分类二、分类伽利略伽利略(Calileo)望远镜望远镜:物镜为凸镜，目镜为凹镜即物镜为凸镜，目镜为凹镜即，。1、折射式、折射式：用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：第四十六页，编辑于星期一：十三点三十六分。1 1、开普勒望远镜、开普勒望远镜图图7-17开普勒望远镜成像原理开普勒望远镜成像原理望远镜的视觉放大率：望远镜的视觉放大率：望望远远镜镜的的视视觉觉放放大大率率与与物物体体位位置置无无关关。欲欲增增大大视视觉觉放放大大率率，必必须须增增大大物物镜的焦距或减少目镜的焦距，但目镜的焦距不得小于镜的焦距或减少目镜的焦
48、距，但目镜的焦距不得小于6mm6mm。第四十七页，编辑于星期一：十三点三十六分。KeplerKepler望望远远镜镜成成倒倒像像，常常用用一一个个透透镜镜或或棱棱镜镜转转像像系系统统进进行行转转像像。同同时时可可以以在在物物镜镜和和目目镜镜中中间间成成实实像像的的焦焦平平面面位位置置放放置置分分划划板板进进行行瞄瞄准准或或测测量量。常常见见的的有有棱镜双筒望远镜，因它镜简短、视野大，携带方便，常用于军事和野外考察。棱镜双筒望远镜，因它镜简短、视野大，携带方便，常用于军事和野外考察。第四十八页，编辑于星期一：十三点三十六分。2、伽利略望远镜、伽利略望远镜图图7-19伽利略望远镜伽利略望远镜 Ca
49、lileoCalileo望望远远镜镜成成正正立立像像，无无需需进进行行转转像像，但但因因其其在在物物、目目镜镜之之间间不不存存在在实实像像，故不能安装分划板，应用较少。倒置后可用于门镜。故不能安装分划板，应用较少。倒置后可用于门镜。第四十九页，编辑于星期一：十三点三十六分。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组因单透镜物镜色差和球差都相当严重，折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜，以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一作物镜，以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成，可块火石玻
50、璃制成的凹透镜组成，可使红蓝两色的影像聚在同一焦点上以使红蓝两色的影像聚在同一焦点上以消除位置色消除位置色差。差。这类镜头影像外围仍有一个很淡紫色的光晕。这类镜头影像外围仍有一个很淡紫色的光晕。口径小于口径小于8 8厘米的双透镜物镜可将两块透镜胶合在一起，称厘米的双透镜物镜可将两块透镜胶合在一起，称双胶合物镜双胶合物镜，留有一定间隙未胶合的称留有一定间隙未胶合的称双分离物镜双分离物镜。第五十页，编辑于星期一：十三点三十六分。由于折射望远镜的成像质量比反射望远镜好，视场大，使用方便，易由于折射望远镜的成像质量比反射望远镜好，视场大，使用方便，易于维护，中小型天文望远镜及许多专用仪器多采用折射系统