典型光学系统.ppt

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1、典型光学系统目视光学系统眼睛的特性放大镜摄/投影系统摄影系统显微镜系统望远镜系统投影系统光学系统主要有望远系统、显微系统和照相系统；讨论：1、光学系统的光学特性；2、横/轴向尺寸的计算方法。第十四章目视光学系统14.1眼睛的结构及其特性1、眼睛的结构:2、眼睛的调节水晶体到网膜的距离是不变的。观察不同距离的物体，水晶体的焦距自动改变，使象清晰地成在网膜上。眼睛对不同距离的物体的自动调焦的过程称为眼睛的调节。远点：眼睛自动调焦所可能看清最远的点；近点：眼睛自动调焦所可能看清最近的点；明视距离：正常眼最方便和最习惯的工作距离，它等于-250mm。明视距离；视角；极限分辨角；视角放大率。3、眼睛的

2、视角视角:物体在网膜上所成象的大小决定于物体对人眼的张角。同一位置，不同大小的物视角不同；同一物体，不同位置视角不同；4、眼睛的缺陷及校正正常眼：远点在无限远，水晶体的像方焦点F′在视网膜上。近视眼：F′在视网膜前，戴负透镜校正。远视眼：F′在视网膜后，戴正透镜校正。视度：非正常眼远点距离的倒数，R＝1/r（单位：折光度）视网膜上两个像大小的比值等于相应的两个视角正切的比值。眼镜片的像方焦点正好和非正常眼的远点重合。5、极限分辨角分辨率:所能辨别靠近的两个点的极限值。极限分辨角:刚能被眼睛分辨开的两个点对眼睛的物方节点所张的角度。分辨率和极限分辨角成反比。由衍射理论：若取λ=0.00055m

3、m，则眼睛的极限分辨角为：6、视角放大率Γ目视光学仪器是帮助人眼扩大视觉功能的，它的作用大小用视角放大率来描述。视网膜上像的大小和视角的正切成正比，因此，把同一目标用仪器观察的视角ω仪和人眼直接观察的视角ω眼二者正切之比称为目视光学仪器的“视角放大率”。视角放大率实际表示了用仪器观察和用人眼直接观察时，视网膜上像的大小之比，它描述了仪器放大作用的大小。14.2放大镜一、放大镜的放大率—视角放大率注：目视光学仪器目镜的工作原理和视角放大率的计算与放大镜完全相同。二、放大镜的光束限制和视场注：放大镜的视场与视角放大率、放大镜口径、观察距离有关。眼瞳为孔阑，放大镜为渐晕光阑，渐晕系数为零处限定最大

4、视场。14.3显微系统主要内容：1、显微镜的成像原理及视角放大率；2、孔径光阑与出瞳直径、景深；3、分辨率与有效放大率；4、显微物镜与目镜；5、显微镜的照明系统。一、显微镜的成像原理及视角放大率习题1：用两个焦距都是50mm的正透镜组成一个10倍的显微镜，问物镜、目镜的倍率及物镜和目镜之间的间隔？二、显微镜的光束限制1、孔径光阑：a.单组低倍显微物镜，镜框是孔径光阑；b.复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作为孔径光阑；c.对于测量显微镜，孔阑在物镜的象方焦面上，构成物方远心光路。用显微镜观察体时，眼瞳应与出射光瞳重合。若孔阑设置在物镜像方焦面，则出瞳位于显微系统后焦面上。若孔阑位置不同，与光学

5、筒长Δ相比为一小量，则出瞳可近似认为在目镜像方焦面附近一固定位置。2、显微系统的出射光瞳直径显微镜应满足正弦条件，有：令NA称为显微镜的数值孔径，是表征显微镜特性的重要参量。3、显微镜的视场光阑和视场在显微物镜的象平面上设置了视场光阑来限制视场。由于显微物镜的视场很小，而且要求象面上有均匀的照度，故不设渐晕光阑。显微镜的视场以线视场，即成像物体的最大尺寸表示，它由视阑的大小决定。线视场y与视阑大小y′的关系为：4、显微镜的景深显微镜的放大率越高，数值孔径越大，景深越小。三、显微镜的分辨率和有效放大率1、分辨率（用分辨距离σ表示）1）两个发光点的分辨率：2）不发光物体的分辨率：垂直照明：倾斜照

6、明：NA，λ时，σ，分辨率（浸液物镜，紫光光源）2、有效放大率便于眼睛分辨的角距离为该角距离在眼睛的明视距离250mm处所能分辨的距离σ′，可表示为：换算到物空间，，取设所用照明的平均波长为0.00055mm，有近似为：显微镜的放大率取决于物镜的分辨率或数值孔径。当使用比有效放大率下限(500NA)更小的放大率时，不能看清物镜已分辨出的某些细节。若用比有效放大率上限(1000NA)更高的放大率，是无效放大，并不能使被观察物体的细节更清晰。四、显微物镜主要光学特性参数有：1、放大率：2、数值孔径NA：NA决定了物镜的分辨能力；4、工作距离：从物镜的第一个面顶点到物面的距离；物镜放大率越高，工作

7、距离越短。5.物镜的通光口径：显微物镜的基本类型：消色差物镜、复消色差物镜、平视场物镜、折反式物镜。五、显微目镜主要光学特性参数有：1、视觉放大率：2、目镜的线视场（由视场光阑的大小决定）3、镜目距（出瞳距离）：4、目镜的通光口径：由渐晕系数及几何关系决定。习题2：一个显微镜物镜的垂轴放大倍率为-3倍，数值孔径为0.2，共轭距L为180毫米，物镜框为孔阑，目镜焦距为30毫米，求：⑴、显微镜的视觉放大率；⑵、物