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1、第六章 目視光學(xué)系統(tǒng),目視光學(xué)系統(tǒng),眼睛的特性,放大鏡,顯微鏡系統(tǒng),望遠鏡系統(tǒng),6.1、 眼睛的結(jié)構(gòu)及其特性,人 眼相機 水晶體鏡頭:f=-17mm f=23mm (在調(diào)焦范圍內(nèi)，-f=14.217.1mm , f=18.922.8mm) 視網(wǎng)膜底片 瞳 孔光闌 ：28mm,一、人眼的結(jié)構(gòu),相當(dāng)于自動調(diào)焦的透鏡系統(tǒng),二、眼睛的調(diào)節(jié)眼睛的調(diào)節(jié)：眼睛對不同距離的物體的自動調(diào)焦的過程。 視度：與網(wǎng)膜共軛的物面到眼睛的距離的倒數(shù)，SD1/l （單位：屈光度，其中l(wèi)以米為單位）遠（近）點：眼睛自動調(diào)焦所可能看清最遠（近）的點，遠（近）點距離：遠（近）點到眼物方主點的距離。正常眼：眼睛的遠點在無限遠，近點

2、很近，水晶體的像方焦點與視網(wǎng)膜重合。明視距離：正常眼最方便和最習(xí)慣的工作距離，它等于 -250mm。人眼的最大調(diào)節(jié)范圍：近點和遠點所對應(yīng)的視度之差（SD近-SD遠） 。范圍隨年齡變化如表61：問：老花眼和遠視是一回事嗎？,三、眼睛的分辨率眼睛的分辨率：眼睛剛能分辨的兩物點在網(wǎng)膜上成的兩像點之間的距離。人眼的生理結(jié)構(gòu)決定這個距離至少要大于兩個神經(jīng)細(xì)胞的直徑。,視神經(jīng)細(xì)胞直徑約0.003mm一般取人眼的分辨率0.006mm視角分辨率：眼睛剛能分辨的兩物點對眼睛的張角min。 在眼睛沒有調(diào)節(jié)的松弛狀態(tài)下，f 16.68mm，可得min60： 由 可得,提高人眼分辨率的方法：,6.2 放大鏡 一、工作

3、原理物體對人眼的張角稱為視角。人眼要看清物體，必須是物體對人眼的視角大于人眼分辨率。,二、視（角）放大率,目視光學(xué)儀器是幫助人眼擴大視角功能的，它的作用大小用視（角）放大率來描述。,視網(wǎng)膜上像的大小和視角的正切成正比，因此，把同一目標(biāo)用儀器觀察的視角儀 ()和人眼直接觀察的視角 眼 ()二者正切之比稱為目視光學(xué)儀器的“視角放大率”。,要使光學(xué)儀器有擴大視角功能，則大于1,一、放大鏡的視角放大率,注：目視光學(xué)儀器目鏡的工作原理和視角放大率的計算與放大鏡完 全相同。,二、放大鏡的光束限制和視場,注：放大鏡的視場與視角放大率、放大鏡口徑、觀察距離有關(guān)。,眼瞳為孔闌，放大鏡為漸暈光闌，漸暈系數(shù)為1,0

4、.5,0時，像方視場角分別為：,當(dāng)物面放在放大鏡前焦面時，像面無限遠，k0.5時的線視場,6.3 顯微系統(tǒng),主要內(nèi)容：1、顯微鏡的成像原理及視角放大率 ；2、孔徑光闌與出瞳直徑；3、分辨率與有效放大率；,放大鏡不能滿足對更細(xì)小的物體觀察，考慮可以先用一組透鏡把物體放大成像到放大鏡前焦面上，再通過放大鏡觀察；這樣經(jīng)過兩級放大形成的光學(xué)系統(tǒng)稱為顯微鏡系統(tǒng)；靠近物體，把物體尺寸放大的透鏡叫做顯微物鏡 靠近眼睛，用來擴大視角的放大鏡叫做顯微目鏡。,一、顯微鏡的成像原理及視角放大率,光學(xué)筒長：F物 到F目之間的距離。,人眼直接觀察物視角,通過顯微鏡觀察視角,故顯微鏡可以看成一個組合放大鏡,當(dāng)和符號相反，

5、觀察到倒立的像,可得,習(xí)題1：用兩個焦距都是50mm的正透鏡組成一個10倍的顯微鏡，問物鏡、目鏡的倍率及物鏡和目鏡之間的間隔？,解：由公式,其中,代入上式可得,1、衍射分辨率P123,二、顯微鏡的分辨率和有效放大率,（像點中央亮斑直徑）,實驗證明，兩像點能分辨的最短距離等于中央亮斑直徑：,為光的波長， 為像方折射率， 為光束最大像方孔徑角,由于衍射像有一定大小，如果兩個像點距離太小，就無法分辨，把兩個衍射像間所能分辨的最小間隔稱為衍射分辨率。,2、顯微鏡分辨率:用物面上可分辨最短距離表示,1）兩個發(fā)光點的分辨率：,其中， 稱為數(shù)值孔徑,兩像點能分辨的最短距離：,2）不發(fā)光物體的分辨率：,垂直照

6、明：,傾斜照明：,NA ， 時， ，分辨率,提高顯微鏡分辨率的途徑：1）增大數(shù)值孔徑 NA，即增大孔徑角或物方折射率n，（采用浸液物鏡）2）縮短工作波長；（采用紫光光源）,顯微鏡分辨率表征了顯微鏡能分辨近距物體細(xì)微結(jié)構(gòu)能力顯微鏡分辨率主要取決于NA，與目鏡無關(guān)，目鏡放大率再大也無法把物鏡不能分辨的細(xì)節(jié)看清。,3、有效放大率（要使顯微鏡分辨的細(xì)節(jié)能被人眼所分辨）,便于眼睛分辨的角距離為,該角距離在眼睛的明視距離250mm處所對應(yīng)的線距離眼，可表示為：,把眼看成顯微鏡分辨率經(jīng)顯微鏡所成的像。則有,設(shè)所用照明的平均波長為0.000555mm， 有,近似為：,，取,結(jié)論：1.顯微鏡能分辨而眼睛不能分辨

7、（當(dāng)使用比 500NA更小的放大率時，不能看清物鏡已分辨出的某些細(xì)節(jié)受制于人眼分辨率）放大不足；2.顯微鏡不能分辨，導(dǎo)致眼睛不能分辨（若用比1000NA更高的放大率，也不可能再提高顯微鏡的分辨率，即并不能使被觀察物體的細(xì)節(jié)更清晰受制于光學(xué)系統(tǒng)衍射分辨率）無效放大。,習(xí)題2（T6）：一個顯微鏡物鏡的垂軸放大率為-3，數(shù)值孔徑為0.1，共軛距L（物鏡的物像間距）為180毫米，物鏡框為孔闌，目鏡焦距為25毫米，求： 、顯微鏡的視角放大率； 、出瞳距離（鏡目距）； 、斜入射光照明，波長為0.55微米，求其分辨率； 、物鏡通光孔徑； 、出瞳直徑； 、設(shè)物高2y6mm，K=50，求目鏡的通光口徑。,6.4

8、 望遠鏡系統(tǒng),主要內(nèi)容：1、工作原理；2、視放大率；3、分辨率及工作放大率；4、透鏡轉(zhuǎn)象系統(tǒng)；,一、工作原理目視光學(xué)儀器的兩個要求擴大視角出射平行光顯微鏡是將近物成像于無限遠，望遠鏡使無限遠物體成像在無限遠，所以望遠鏡是一個無焦系統(tǒng)由于是無焦系統(tǒng)，物鏡的像方焦點和目鏡的物方焦點重合，光學(xué)筒長0,望遠鏡有兩種基本型式：伽利略望遠鏡、開普勒望遠鏡。,開普勒望遠系統(tǒng)，物鏡和目鏡都是正透鏡，中間有實像面，可在實像處加分劃板測量。,問：伽利略望遠鏡能否放置分劃板？答：由于伽利略望遠鏡沒有中間實像，不能安裝分劃板。也不能用來瞄準(zhǔn)和定位。,伽利略望遠鏡的物鏡是一塊正透鏡，目鏡是一塊負(fù)透鏡。,二、視放大率,由

9、于物體在無限遠，同一目標(biāo)對人眼的張角和對儀器的張角（即望遠鏡的物方視場角）完全可以認(rèn)為是相等的，同為， 通過望遠鏡之后，物體的像對人眼的張角就是系統(tǒng)的像方視場角,1、D 為望遠鏡的入瞳直徑 ；D 為望遠鏡的出瞳直徑 ； 2、望遠鏡的視覺放大率取決于望遠系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（焦距）。,問：望遠鏡的物鏡能否用負(fù)透鏡？,望遠鏡系統(tǒng)的特點：P148 1.可正可負(fù)，0,、同號，物像方向相同（伽利略望遠鏡） 0,、異號，物像方向相反（開普勒望遠鏡） 2.目鏡焦距不能太小，因此要提高放大率，必須加長物鏡焦距； 3.出瞳與人眼眼瞳直徑相匹配，為了得到高倍率，要加大物鏡口徑。,三、分辨率及工作放大率,1、望遠鏡的分辨率：

10、以剛能分辨的兩發(fā)光點對望遠鏡的張角表示。,取0.000555mm,則,問題：為什么天文望遠鏡物鏡口徑一般做得很大？,分辨率只與入瞳口徑（物鏡口徑）有關(guān)，入瞳越大， 越 小，分辨率越高,若設(shè)人眼的分辨率為 60，則,3、工作放大率：是正常放大率的23倍。,2、有效放大率：滿足人眼分辨率要求的最小視角放大率。,四、透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)（開普勒望遠鏡成倒像，要獲得正像，中間要加倒像系統(tǒng)）,轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的垂直放大率一般在1/2 -3 之間，,1）位置：在物鏡的像方焦面和目鏡的物方焦面之間加入一垂軸放大率為負(fù)的透鏡組。,2）加入倒像系統(tǒng)后視角放大率,選用的最多，實現(xiàn)倒像。,3）倒像系統(tǒng)的放置及垂軸放大率,通常采用兩

11、個完全相同的透鏡組成倒像系統(tǒng)。,F1,F2,y,-y,一般由兩個透鏡組組成，并使第一個透鏡組的物方焦面和物鏡的像方焦面重合；第二個透鏡組的像方焦面與目鏡的物方焦面重合。,4）倒像系統(tǒng)斜光束漸暈 當(dāng)斜光束的對稱軸線主光線和光軸的交點在兩透鏡中間時，斜光束的寬度最大。,F1,F2,y,-y,6.4 視度調(diào)節(jié),一、眼睛的缺陷及校正,正常眼：遠點在無限遠，水晶體的像方焦點F在視網(wǎng)膜上。,近視眼：F在視網(wǎng)膜前，戴負(fù)透鏡校正。,遠視眼：F在視網(wǎng)膜后，戴正透鏡校正。,遠點的倒數(shù)表示近視或遠視的程度，稱視度。1D100度。校正鏡片焦距例如：近視200度，表示SD=-2，遠點距離 鏡片焦距：,眼鏡片的像方焦點正好和非正常眼的遠點重合。,二、儀器的視度調(diào)節(jié)以開普勒望遠鏡為例：對近視眼：目鏡應(yīng)向物鏡方移動，物鏡的像點落在目鏡物方焦點之內(nèi)，經(jīng)目鏡后形成一視度為負(fù)的虛像。若此虛像位于近視眼遠點，則通過人眼，成像于視網(wǎng)膜上。對遠視眼：目鏡應(yīng)向遠離物鏡方移動，物鏡的像點落在目鏡物方焦點之外，經(jīng)目鏡后形成一視度為正的實像。若此實像位于遠視眼遠點，則通過人眼，成像于視網(wǎng)膜上。對于伽里略望遠鏡，近視或遠視視度調(diào)節(jié)時，目鏡該如何移動？,物鏡,目鏡,F目,y,y,-x,x,F目,視度調(diào)節(jié)值和目鏡調(diào)節(jié)量之間的關(guān)系,設(shè)儀器的視度調(diào)節(jié)值為SD，則通過儀器的像距應(yīng)為,F目,