應(yīng)用光學(xué)第九章第1頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院2第九章

典型光學(xué)系統(tǒng)絕大多數(shù)光學(xué)系統(tǒng)的作用都是成像，按照成像接收器的情況可將其區(qū)分為：如果系統(tǒng)后面直接用眼睛來(lái)觀察，即眼睛作為系統(tǒng)的光能接收器，則稱(chēng)其為“目視光學(xué)系統(tǒng)”，如放大鏡、顯微鏡和各類(lèi)望遠(yuǎn)系統(tǒng)；另外一類(lèi)系統(tǒng)則是以感光底片、屏幕等作為光能接收器，如各類(lèi)攝影系統(tǒng)、投影系統(tǒng)以及放映系統(tǒng)。雖然現(xiàn)代光學(xué)儀器的理論基礎(chǔ)是多方面的，但光學(xué)仍是其中的根本。借助于幾何光學(xué)，可近似描寫(xiě)光學(xué)儀器的主要性能，對(duì)于一般的應(yīng)用，這種近似描述已足夠準(zhǔn)確，因而在這種意義上來(lái)說(shuō)，光學(xué)儀器的基礎(chǔ)理論主要是幾何光學(xué)。第2頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院3直接擴(kuò)大人眼的視覺(jué)能力的光學(xué)系統(tǒng)，稱(chēng)為目視光學(xué)系統(tǒng)

§9-1人眼的光學(xué)特性

(§3-1、3-4)一、眼睛的結(jié)構(gòu)——成像光學(xué)系統(tǒng)

人眼本身相當(dāng)于攝影光學(xué)系統(tǒng)在角膜和視網(wǎng)膜之間的生物構(gòu)造均可以看作成像元。第3頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院4第九章

典型光學(xué)系統(tǒng)眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)第4頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院5人眼的構(gòu)造剖視圖第5頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院6人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜*鞏膜是眼球的第一層保護(hù)膜，白色、不透明、堅(jiān)硬；角膜*角膜是鞏膜的最前端部分，無(wú)色而透明；眼睛內(nèi)的折射主要發(fā)生在角膜上；脈絡(luò)膜*脈絡(luò)膜是眼球的第二層膜，上面有供給眼睛營(yíng)養(yǎng)的網(wǎng)狀微血管；第6頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院7人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜脈絡(luò)膜虹膜*虹膜是脈絡(luò)膜的最前端部分，含有色素細(xì)胞，決定眼的顏色；瞳孔*瞳孔是虹膜中間的小孔，隨著外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直徑在2~8mm范圍內(nèi)變化；它是人眼的孔徑光闌。第7頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院8人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜細(xì)胞，錐狀細(xì)胞直徑約5微米，長(zhǎng)約35微米；桿狀細(xì)胞直徑約2微米脈絡(luò)膜，長(zhǎng)約60微米。它們?cè)诰W(wǎng)膜上的分布式不均勻的。在黃斑中心凹處虹膜瞳孔網(wǎng)膜*網(wǎng)膜是眼球的第三層膜，上面布滿(mǎn)著感光元素，即錐狀細(xì)胞和桿狀是錐狀細(xì)胞的密集區(qū)而沒(méi)有桿狀細(xì)胞，由中心向外，逐漸相對(duì)變化；黃斑中心凹第8頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院9人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜

光脈絡(luò)膜盲斑是網(wǎng)膜上沒(méi)有感光元素的地方，不能引起光刺激。虹膜瞳孔網(wǎng)膜黃斑中心凹是人眼視覺(jué)最靈敏的地方。視神經(jīng)細(xì)胞晶狀體在虹膜后面，是由兩個(gè)不同曲率的面組成的透明體，黃斑中心凹神經(jīng)纖維盲斑大腦盲斑晶狀體第9頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院10人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜率都是不均勻的，由里層到外層逐漸減少，有利于提高脈絡(luò)膜成像質(zhì)量。晶狀體的平均折射率為1.40，其周?chē)敲珷罴『缒ね拙W(wǎng)膜似雙凸透鏡，是眼睛光學(xué)系統(tǒng)的成像元件，其密度和折射

能改變晶狀體的表面曲率，使人眼在看遠(yuǎn)近不同的物體時(shí)，黃斑中心凹

盲斑晶狀體第10頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院11人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜角膜和晶狀體之間的空間稱(chēng)為前室；充滿(mǎn)1.336的水狀液；脈絡(luò)膜

晶狀體和網(wǎng)膜所包圍的空間稱(chēng)為后室;充滿(mǎn)1.336的玻狀體虹膜瞳孔網(wǎng)膜總能將像成在網(wǎng)膜上。

黃斑中心凹

盲斑晶狀體前室后室第11頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院12人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜

脈絡(luò)膜眼睛的像方節(jié)點(diǎn)與中心凹的連線為眼睛的視軸,

在觀察物虹膜瞳孔網(wǎng)膜

體時(shí)眼睛本能地把物體瞄準(zhǔn)在這根軸上。黃斑中心凹

盲斑晶狀體前室后室1.3761.3361.336光軸視軸第12頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院13

眼睛的視場(chǎng)很大，可達(dá)150?，但只有黃斑附近才能清晰識(shí)別，其他部分比較模糊，所以能看清物體的角度范圍為6~8?。

從光學(xué)角度看，眼睛中最主要的是：水晶體、視網(wǎng)膜和瞳孔。人眼水晶體視網(wǎng)膜瞳孔

眼睛和照相機(jī)很相似，如果對(duì)應(yīng)起來(lái)看：

????照相機(jī)鏡頭底片光闌第13頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院14第七章

典型光學(xué)系統(tǒng)第一節(jié):眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)光軸與視軸：光軸是光學(xué)上的對(duì)稱(chēng)軸；視軸是眼球光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)與黃斑中心凹的連線。兩者交角約為5°。對(duì)眼睛的光學(xué)系統(tǒng)重要的是視軸而不是光軸。眼睛的光學(xué)系統(tǒng)猶如照相機(jī)：其角膜與水晶體的組合相當(dāng)于照相機(jī)的物鏡（不同的是，它具有調(diào)節(jié)能力）；其虹膜和瞳孔相當(dāng)于照相機(jī)的可變光闌；視網(wǎng)膜相當(dāng)于照相機(jī)的感光底片；脈絡(luò)膜相當(dāng)于照相機(jī)的暗匣。成像時(shí)，來(lái)自物體的光線，經(jīng)過(guò)角膜和水晶體折射后，成像在視網(wǎng)膜上，使視覺(jué)細(xì)胞受到刺激，視網(wǎng)膜將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w電脈沖，并借助于視神經(jīng)系統(tǒng)傳至大腦的信息處理系統(tǒng)，產(chǎn)生視覺(jué)。視網(wǎng)膜上所成的像為倒像，但由于神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部作用的結(jié)果，人的感覺(jué)仍為正立的。5°脈絡(luò)膜第14頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院15人眼相當(dāng)于一架照相機(jī)，它可以自動(dòng)對(duì)目標(biāo)調(diào)焦照相機(jī)中，正立的人在底片上成倒像，人眼也是成倒像但我們感覺(jué)為什么還是正立的？這是視神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部作用的結(jié)果。第15頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院16二、眼睛的調(diào)節(jié)眼睛有兩類(lèi)調(diào)節(jié)功能：視度調(diào)節(jié)和瞳孔調(diào)節(jié)。

1．視度調(diào)節(jié)

遠(yuǎn)近不同的其他物體，物距不同，則不會(huì)成像在視網(wǎng)膜上，這樣我們就看不清。

要想看清其他的物體，人眼就要自動(dòng)地調(diào)節(jié)眼睛中水晶體的焦距，使像落在視網(wǎng)膜上。

眼睛自動(dòng)改變焦距的過(guò)程稱(chēng)為眼睛的調(diào)節(jié)。第16頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院17正常人眼在完全放松的自然狀態(tài)下，無(wú)限遠(yuǎn)目標(biāo)成像在視網(wǎng)膜上，即眼睛的像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜上。在觀察近距離物體時(shí)，人眼水晶體周?chē)∪馐湛s，使水晶體前表面半徑變小眼睛光學(xué)系統(tǒng)的焦距變短，后焦點(diǎn)前移，從而使該物體的像成在視網(wǎng)膜上。第17頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院18當(dāng)肌肉完全放松時(shí)（通過(guò)調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最遠(yuǎn)的點(diǎn)稱(chēng)為遠(yuǎn)點(diǎn)，其相應(yīng)的距離稱(chēng)為遠(yuǎn)點(diǎn)距，以r表示（米）

當(dāng)肌肉在最緊張時(shí)（通過(guò)調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最近的點(diǎn)稱(chēng)為近點(diǎn)，其相應(yīng)的距離稱(chēng)為近點(diǎn)距，以p表示（米）

正常眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)距為負(fù)的無(wú)限遠(yuǎn)，非正常眼睛（遠(yuǎn)視或近視）的遠(yuǎn)點(diǎn)距為一正/負(fù)的有限值。

這里必須指出，近點(diǎn)距離并不是明視距離

第18頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院19

后者是指正常的眼睛在正常照明（約50勒克斯）下最方便和最習(xí)慣的工作距離，它等于250mm。

它不同于人眼的近點(diǎn)距，兩者不能混淆人眼的調(diào)節(jié)能力是用遠(yuǎn)點(diǎn)距r的倒數(shù)和近點(diǎn)距p的倒數(shù)之差來(lái)描述，用A來(lái)表示，即第19頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院20A稱(chēng)為眼睛的調(diào)節(jié)范圍或調(diào)節(jié)能力。

當(dāng)人眼觀察在調(diào)解范圍內(nèi)的某一距離l處的物體時(shí)，它總能清晰地成像在視網(wǎng)膜上。如果l的單位為米，則其倒數(shù)稱(chēng)為視度，單位為屈光度如觀察眼前10米的物體，對(duì)應(yīng)的視度為

屈光度。第20頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院21近點(diǎn)距倒數(shù)稱(chēng)為近點(diǎn)視度。

在醫(yī)院和眼鏡店通常把1屈光度稱(chēng)為100度。

人眼的調(diào)節(jié)能力隨年齡的增加而變化。隨著年齡的增大，近點(diǎn)位置往遠(yuǎn)移，遠(yuǎn)點(diǎn)位置往近移，因而調(diào)節(jié)范圍減少。

遠(yuǎn)點(diǎn)距倒數(shù)稱(chēng)為遠(yuǎn)點(diǎn)視度，

第21頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院22

2．瞳孔調(diào)節(jié)（適應(yīng)特性）人眼還能在不同亮暗程度的條件下工作。這就是人眼的另一個(gè)特性，具有對(duì)周?chē)臻g光亮情況適應(yīng)的過(guò)程稱(chēng)為適應(yīng)（即為瞳孔的調(diào)節(jié)）。眼睛的虹膜可以自動(dòng)改變瞳孔的大小，以控制眼睛的進(jìn)光亮（2mm~8mm)。在設(shè)計(jì)目視光學(xué)儀器時(shí)要充分考慮與眼瞳的配合。適應(yīng)是一種當(dāng)周?chē)彰鳁l件發(fā)生變化是眼睛所產(chǎn)生的變態(tài)過(guò)程，可分為對(duì)暗適應(yīng)和對(duì)光適應(yīng)兩種，前者發(fā)生在光亮處到黑暗處的時(shí)候，后者發(fā)生在自黑暗處到光亮處的時(shí)候。

第22頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院23三、眼睛的缺陷和矯正正常眼在肌肉完全放松的自然狀態(tài)下，能夠看清楚無(wú)限遠(yuǎn)處的物體，即遠(yuǎn)點(diǎn)應(yīng)在無(wú)限遠(yuǎn)（R=0），像方焦點(diǎn)正好和視網(wǎng)膜重合F'

若不符合這一條件就是非正常眼，或稱(chēng)視力不正常

最常見(jiàn)的有近視眼和遠(yuǎn)視眼第23頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院24所謂近視眼就是其遠(yuǎn)點(diǎn)在眼睛前方有限距離處（r<0）

這是由于眼球太長(zhǎng)，像方焦點(diǎn)位于視網(wǎng)膜的前面所致。因此，只有眼前有限距離處的物體才能成像在視網(wǎng)膜上。對(duì)應(yīng)著負(fù)視度，配上適當(dāng)?shù)呢?fù)光焦度眼鏡后，即可使無(wú)限遠(yuǎn)物體成像于眼睛的遠(yuǎn)點(diǎn)上，然后再經(jīng)眼睛成像于網(wǎng)膜上，因而眼鏡矯正了眼睛的缺陷。第24頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院25所謂遠(yuǎn)視眼就是其遠(yuǎn)點(diǎn)在眼睛之后（r>0），這是由于眼球偏短，像方焦點(diǎn)位于視網(wǎng)膜的之后所致。因此，射入眼睛的光束只有是會(huì)聚時(shí)，才能正好聚焦在視網(wǎng)膜上。對(duì)應(yīng)著正視度，需以正透鏡來(lái)使其遠(yuǎn)點(diǎn)恢復(fù)到無(wú)限遠(yuǎn)。

第25頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院26近視眼或遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)視度可通過(guò)儀器來(lái)測(cè)得，知道此值后即可求得所需眼鏡的焦距。例如：有一近視眼，通過(guò)驗(yàn)光得知其遠(yuǎn)點(diǎn)視度為-2個(gè)屈光度（眼鏡行業(yè)稱(chēng)近視200度）則其遠(yuǎn)點(diǎn)距r=-0.5m，需配焦距為-500mm的近視眼鏡。第26頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院27空氣中：意義：表示光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光束會(huì)聚（或發(fā)散）的本領(lǐng)。f

’或f越小，Ф越大。Φ則稱(chēng)為光學(xué)系統(tǒng)的光焦度。定義：第27頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院28光焦度的單位用來(lái)表示，它是在空氣中焦距為1m的光學(xué)系統(tǒng)的光焦度。也叫屈光度，D。例：f’=2米，Φ

＝1/f’=0.5D

f’=－200mm,

Φ

＝1/f’=－5D

f

’=－500mm200度的近視鏡，光焦度為－2D，其焦距為第28頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院29第29頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院30四、眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）所謂人眼的分辨能力指的是成像在中央凹區(qū)時(shí)的分辨能力。

眼睛能分辨出兩個(gè)非常近的點(diǎn)的能力稱(chēng)為眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）人眼的分辨率一般用極限分辨角來(lái)表示。人眼的分辨率是眼睛的重要光學(xué)特性，同時(shí)也是目視光學(xué)儀器設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一。用其它觀測(cè)設(shè)備（如照相機(jī)、CCD等）替代人眼時(shí)也可據(jù)此作為參考。第30頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院31人眼剛能將兩點(diǎn)分開(kāi)的視角稱(chēng)為眼睛的極限分辨角人眼分辨率與極限分辨角成反比關(guān)系眼睛在看物空間兩點(diǎn)時(shí)，這兩點(diǎn)對(duì)眼睛物方節(jié)點(diǎn)的張角成為兩點(diǎn)間的角距離或稱(chēng)為視角第31頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院32在良好的照明條件下，一般認(rèn)為

ε=60”=1’

認(rèn)為人眼的極限分辨角為1′。在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)就必須考慮眼睛的分辨率。第32頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院33經(jīng)常需要將一條直線重合到另一條直線，但是，要使兩條直線完全重合是不可能的眼睛雖具有發(fā)現(xiàn)一個(gè)平面上兩根平行直線的不重合能力，但也有一定的限度這個(gè)不重合限度的極限值稱(chēng)為人眼的瞄準(zhǔn)精度。人眼的瞄準(zhǔn)精度一般用角度值來(lái)表示第33頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院34即兩線寬的幾何中心線對(duì)人眼的張角小于某一角度值α?xí)r，雖然還存在著不重合，但眼睛已經(jīng)認(rèn)為是完全重合的，這時(shí)α角度值即為人眼瞄準(zhǔn)精度。人眼對(duì)于線條的變形或兩條線錯(cuò)開(kāi)造成的外形變化或比較兩條線寬的變化具有很高的靈敏度。人眼通過(guò)兩物的比較發(fā)現(xiàn)它們外形變化的能力比分辨它們要強(qiáng)得多。

第34頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院35形成對(duì)眼睛瞄準(zhǔn)有利的條件。瞄準(zhǔn)精度和分辨率是兩個(gè)概念。又有一定的聯(lián)系，經(jīng)驗(yàn)證明，人眼的最高瞄準(zhǔn)精度約為分辨率的1/6至1/10。1、兩實(shí)線瞄準(zhǔn)±60"

2、兩實(shí)線端部瞄準(zhǔn)±10~20

"3、雙線平分或?qū)ΨQ(chēng)瞄準(zhǔn)±5~10"

4、虛線壓測(cè)件輪廓邊緣±20~30"

第35頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院36第36頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院37第37頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院38第38頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院39

§9-2放大鏡和顯微鏡的工作原理

(§3-2，(§9-5)物體對(duì)眼睛的視角，不僅取決于物體的大小，還取決于該物體到眼睛的距離，距離越近視角越大在近處觀察細(xì)小物體其視角小于人眼極限分辨角就需要借助放大鏡或顯微鏡將其放大，使像的視角大于人眼的極限分辨角

—

擴(kuò)大視角是目視光學(xué)儀器的第一個(gè)要求一、放大鏡的工作原理人眼在觀察物體時(shí)完全放松的自然狀態(tài)，即無(wú)限遠(yuǎn)目標(biāo)成像到視網(wǎng)膜上在利用儀器觀察時(shí)，目標(biāo)通過(guò)儀器后應(yīng)成像在無(wú)限遠(yuǎn)處，即要求儀器出射平行光束—

對(duì)目視光學(xué)儀器的第二個(gè)要求第39頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院40總結(jié)：目視光學(xué)儀器的兩大要求：①擴(kuò)大視角②出射光為平行光第40頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院41

因?yàn)檠劬νㄟ^(guò)放大鏡或顯微鏡等目視光學(xué)儀器來(lái)觀察物體時(shí)，所看到的是在眼睛視網(wǎng)膜上的物體像的大小。放大鏡的放大率應(yīng)為：通過(guò)放大鏡觀察物體時(shí)，物體像的視角ω’正切與人眼直接觀察該物體時(shí)的視角ω正切之比。這種放大率稱(chēng)為視角放大率或視覺(jué)放大率。用字母Γ表示放大鏡的放大率與眼睛一起使用的目視光學(xué)儀器，其放大作用不能由橫向放大率來(lái)表征。第41頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院42

物體經(jīng)放大鏡成像的簡(jiǎn)圖y'yABA'B'FF'ω’P'-ff’-x’a’虛像A′B′對(duì)眼睛所張的視角的正切為眼睛直接去觀察物體時(shí)，是將其放在明視距離250mm處。此時(shí)物體對(duì)人眼張角的正切為第42頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院43放大鏡的放大率?？捎上率角蟮脤M向放大率代入上式得第43頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院44由此可見(jiàn)，放大鏡的放大率，除了和其焦距有關(guān)之外，還和眼睛離開(kāi)放大鏡的距離有關(guān)在實(shí)際使用過(guò)程中，眼瞳大致位于放大鏡的像方焦點(diǎn)的附近放大鏡的放大率僅由放大鏡的焦距f′所決定，焦距越大則放大率越小。

上式分母中的a′相對(duì)于x′而言，是一個(gè)很小的值，可以略去。放大鏡放大率的公式，通常采用以下形式第44頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院45二、

顯微鏡的工作原理對(duì)于工作在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的光學(xué)顯微鏡按用途區(qū)分，使用量較大的有三種：工具顯微鏡（主要應(yīng)用于精密機(jī)構(gòu)制造工業(yè)等方面進(jìn)行精密測(cè)量）；生物顯微鏡（主要應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等方面）；金相顯微鏡（主要應(yīng)用于冶金和機(jī)械制造工業(yè)，觀察研究金相組織結(jié)構(gòu)）。顯微鏡是人眼的輔助工具，顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)由物鏡和目鏡兩個(gè)部分組成。第45頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院46

顯微鏡系統(tǒng)成像原理顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用

物鏡目鏡F1F1’F2BAA’B’A”B”第46頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院47

物鏡目鏡F1F1’F2BAA’B’A”B”

A’B’

位于目鏡的物方焦點(diǎn)F2上或在很靠近F2

的位置上

此像在經(jīng)目鏡放大為虛像A”B”后供眼睛觀察。這說(shuō)明目鏡與放大鏡的作用一樣。

第47頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院48

經(jīng)過(guò)物鏡和目鏡的兩次放大，所以顯微鏡系統(tǒng)總的放大率Γ應(yīng)該是物鏡橫向放大率β和目鏡放大率Γe的乘積。物體被物鏡成的像A’B’

位于目鏡的物方焦點(diǎn)上或附近，此像相對(duì)于物鏡像方焦點(diǎn)的距離為Δ（物鏡和目鏡的光學(xué)間隔），在顯微鏡系統(tǒng)中稱(chēng)為光學(xué)筒長(zhǎng)設(shè)物鏡的焦距為f1′,則物鏡的放大率為第48頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院49物鏡的像被目鏡放大，其放大率為式中：f2'

為目鏡的焦距。由此，顯微鏡系統(tǒng)的總放大率為可見(jiàn)顯微鏡系統(tǒng)的放大率與光學(xué)筒長(zhǎng)Δ成正比，和物鏡及目鏡的焦距成反比。式中有負(fù)號(hào)，即當(dāng)顯微鏡系統(tǒng)具有正物鏡和正目鏡時(shí)（常用這種結(jié)構(gòu)），則整個(gè)顯微鏡系統(tǒng)給出倒像。

第49頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院50根據(jù)組合光組的焦距公式可知，整個(gè)顯微鏡的總焦距f’和物鏡及目鏡焦距之間符合以下關(guān)系：將其代入上式中，則有它與放大鏡公式具有完全相同的形式。顯微鏡系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)復(fù)雜化了的放大鏡第50頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院511、顯微鏡物鏡物平面到像平面的距離稱(chēng)為共軛距2、在顯微鏡中，取下顯微物鏡和目鏡后，所剩下的鏡筒長(zhǎng)度即物鏡支撐面到目鏡支撐面之間的距離稱(chēng)為機(jī)械筒長(zhǎng)，用tm表示。

對(duì)于一臺(tái)顯微鏡來(lái)說(shuō)，機(jī)械筒長(zhǎng)是固定的機(jī)械筒長(zhǎng)各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)是不同的，有160mm，170mm和190mm等。我國(guó)規(guī)定機(jī)械筒長(zhǎng)為160mm。3、物平面光學(xué)系統(tǒng)第一個(gè)物鏡的球面頂點(diǎn)的距離稱(chēng)為“工作距”幾個(gè)常見(jiàn)概念：4、物鏡像方焦點(diǎn)到目鏡物方焦點(diǎn)的距離為Δ，在顯微

鏡系統(tǒng)中稱(chēng)為光學(xué)筒長(zhǎng)第51頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院52第52頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院53第53頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院54第54頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§9-3理想光學(xué)系統(tǒng)的分辨率（§8-7）無(wú)窮遠(yuǎn)自身發(fā)光的物點(diǎn)，在焦平面上所成的像不是幾何點(diǎn)，而是一個(gè)由一系列光環(huán)組成的衍射圖樣。其圖樣的光環(huán)能量分布曲線見(jiàn)圖所示。中央亮斑稱(chēng)為愛(ài)里斑其上集中了總能量的83.78%接著是第一級(jí)暗環(huán)然后是第一級(jí)亮環(huán)，其能量是總能量的7.22%；第55頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

因?yàn)楣猸h(huán)的能量主要集中在愛(ài)里斑上，所以可以把它看作理想系統(tǒng)的點(diǎn)像；當(dāng)兩個(gè)獨(dú)立的光強(qiáng)度相等的發(fā)光點(diǎn)逐漸靠近時(shí)，其在系統(tǒng)像面上的愛(ài)里斑也逐漸靠近，并開(kāi)始有重疊的部分。這就引出光學(xué)系統(tǒng)對(duì)相鄰兩物點(diǎn)的分辨問(wèn)題。第56頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院57當(dāng)相鄰兩點(diǎn)的間隔，正好使一個(gè)衍射圖樣中的愛(ài)里斑中心和另一個(gè)圖樣的第一暗環(huán)重合時(shí)，兩個(gè)衍射圖樣的光強(qiáng)分布曲線相加而得到的合成光強(qiáng)分布曲線，兩個(gè)極大值之間存在的一個(gè)極小值，能量約為極大值的80%。10.8R瑞利指出：這種合成的衍射圖樣還是可以看出是由兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)構(gòu)成的。第57頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院5810.8R從圖中可看出，兩個(gè)愛(ài)里斑的中心距正好是愛(ài)里斑的半徑。瑞利就以愛(ài)里斑半徑作為光學(xué)系統(tǒng)能對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)兩點(diǎn)的像分辨得開(kāi)的最小距離稱(chēng)之為瑞利判據(jù)；按此判據(jù)，即可確定光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。第58頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院59按照夫瑯和費(fèi)衍射理論，無(wú)限遠(yuǎn)的發(fā)光點(diǎn)在望遠(yuǎn)系統(tǒng)焦平面上所形成的衍射圖樣，其中央亮斑的半徑為式中，λ—波長(zhǎng)，

U′max—光束的最大像方孔徑角。第59頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院60顯微系統(tǒng)的分辨率是以剛能分辨的兩物點(diǎn)之間的最短距離σ來(lái)表示的，稱(chēng)為最小分辨距?？讖焦怅@（出瞳）P1’P2’z-UmaxRθ1U’maxA’-σ將R帶入得：σ即為顯微鏡物鏡最短能分辨的距離，即顯微鏡的分辨率第60頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院61結(jié)論：顯微鏡的分辨本領(lǐng)取決于2個(gè)因素

1、所用的光波波長(zhǎng)

2、物鏡的數(shù)值孔徑。第61頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院62上式的得出是假設(shè)物點(diǎn)本身發(fā)光，并且兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)是獨(dú)立的（即非相干光源）。這種情況與實(shí)際情況不相符。若考慮部分相干情況，被照明物點(diǎn)所產(chǎn)生的衍射圖樣，在滿(mǎn)足瑞利判據(jù)時(shí)，上式中的系數(shù)一般要加以修正。這種修正是以道威(Dawas)判斷為依據(jù)的。

道威判斷：兩個(gè)相鄰像點(diǎn)之間的兩衍射斑中心距為0.85中央亮斑半徑時(shí)，則能被光學(xué)系統(tǒng)分辨，此時(shí)：第62頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院63便于眼睛分辨的角距離為2′~4′。上面，我們討論的是對(duì)于顯微鏡的物鏡而言，兩個(gè)物點(diǎn)要成功的被物鏡所分辨，兩點(diǎn)之間的最小距離為σ，但是顯微鏡作為目視光學(xué)儀器，還必須滿(mǎn)足人眼觀察的需求，即最小能分辨的距離σ成在分劃板的實(shí)像σ′通過(guò)目鏡之后對(duì)人眼的張角要大于人眼的極限分辨角，才能夠成功的為人眼所分辨；人眼的極限分辨角通常情況下是1′，但是人眼作為觀察用，長(zhǎng)期處于極限分辨角較易疲勞，所以一般情況下顯微鏡在使用的時(shí)候第63頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院64設(shè)所使用光線的波長(zhǎng)為550nm，上式成為取2′為分辨角的下限，4′為上限，則在明視距離250mm處能分辨開(kāi)兩點(diǎn)之間的距離σ′為σ′是顯微鏡像空間被人眼所能分辨的線距離換算到顯微鏡的物方，相當(dāng)于顯微鏡的分辨率乘以視覺(jué)放大率，得到滿(mǎn)足上式的放大率稱(chēng)為顯微鏡的有效放大率第64頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院65時(shí)，能夠被物鏡衍射分辨的2個(gè)點(diǎn)也恰好能被人眼所分辨。結(jié)論：顯微鏡的視覺(jué)放大率滿(mǎn)足關(guān)系式若：放大不足。顯微鏡能分辨，但是眼睛不能分辨。若：無(wú)效放大。不能被顯微鏡分辨，也不能被眼睛分辨。第65頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院66第66頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院67170mm/0.17;40/0.65物鏡放大率為40倍，數(shù)值孔徑為0.65；適合于機(jī)械筒長(zhǎng)170mm,物鏡是對(duì)玻璃厚度為d=0.17mm的玻璃蓋板校正像差的。第67頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院68隨著放大倍數(shù)由低到高，其結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜。低倍物鏡可以用雙膠合，中倍物鏡用雙雙膠合，高倍物鏡用雙膠合＋前片，數(shù)值孔徑更大的阿貝物鏡則需要浸油。第68頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院69§9-4顯微鏡的光束限制（§5-3）系統(tǒng)中成像光束的口徑由物鏡框限制，物鏡框即為孔徑光闌，限制了參與成像的光束寬度。位于目鏡物方焦平面上的圓孔光闌或分劃鏡框限制了系統(tǒng)的成像范圍，為系統(tǒng)的視場(chǎng)光闌，限制了顯微鏡的成像范圍第69頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院70線視場(chǎng)：在顯微鏡中，成像范圍不用視場(chǎng)角表示，而直接用成像物體的最大尺寸表示，即線視場(chǎng)。一般顯微鏡的視場(chǎng)光闌為20mm，它就決定了顯微鏡的線視場(chǎng)為：一、顯微鏡的視場(chǎng)如：一個(gè)40倍的顯微物鏡的最大線視場(chǎng)為0.5mm第70頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院71二、顯微鏡的數(shù)值孔徑

顯微鏡物鏡成像光束的大小，一般用軸上點(diǎn)光束與光軸夾角u表示。但一般情況下數(shù)值孔徑同樣表征了進(jìn)入系統(tǒng)光能量的多少，所以，顯微鏡的成像光束的大小一般用數(shù)值孔徑NA來(lái)表示。經(jīng)過(guò)推導(dǎo)，顯微鏡的數(shù)值孔徑和放大率Γ之間存在下述關(guān)系：第71頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院72例1、怎樣表示顯微物鏡成像光束大小和成像范圍的大小？一般觀察用顯微鏡的孔徑光闌放在何處？測(cè)量用顯微鏡孔徑光闌放在何處？答：顯微鏡成像光束的大小用物體對(duì)顯微鏡所張的孔徑角u表示，顯微鏡成像范圍的大小用線視場(chǎng)表示，一般觀察用的顯微鏡孔徑光闌放在顯微鏡物鏡上，測(cè)量用顯微鏡的孔徑光闌放在物鏡像方焦平面上。第72頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院73例：200倍的顯微鏡的目鏡焦距為25mm，分劃板的直徑為20mm，求顯微鏡的線視場(chǎng)等于多少？如果出瞳直徑D′＝1mm，顯微鏡物鏡的共軛距離為195mm，求顯微鏡的數(shù)值孔徑為多少？物鏡的通光口徑為多少？

∴

∴顯微鏡的線視場(chǎng)

解：

又∵分劃板即視場(chǎng)光闌的直徑為20mm第73頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院74數(shù)值孔徑

∴且

聯(lián)立兩式得：

∵∴物鏡得通光口徑：第74頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院75第75頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院76第76頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院77第77頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院78§9-5望遠(yuǎn)系統(tǒng)（§3-3、§9-1、§9-2）一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的成像原理物鏡的像方焦點(diǎn)應(yīng)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光學(xué)間隔△=0。

望遠(yuǎn)鏡是用來(lái)觀察無(wú)限遠(yuǎn)目標(biāo)的儀器。特點(diǎn)：平行光入射，平行光出射。第78頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院79由于物體位于無(wú)限遠(yuǎn)，所以物體對(duì)望遠(yuǎn)鏡的張角ω可以近似等于物體對(duì)人眼的張角ω眼，物體經(jīng)過(guò)儀器之后對(duì)眼睛的張角ω儀即為圖中所標(biāo)注的ω′。望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺(jué)放大率Γ：根據(jù)定義：∴第79頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院80結(jié)論：1、視覺(jué)放大率Γ在數(shù)值上等于物鏡焦距與目鏡焦距之比2、?？烧韶?fù)，與物鏡和目鏡的焦距有關(guān)。采用正光焦度目鏡的望遠(yuǎn)鏡稱(chēng)為開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡，視覺(jué)放大率為負(fù)值，加棱鏡或透鏡倒像系統(tǒng)，使像正立，適合軍用。采用負(fù)光焦度目鏡的系統(tǒng)稱(chēng)為伽利略望遠(yuǎn)鏡，一般放大倍數(shù)比較低。第80頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院81第81頁(yè)，課件共90頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7/23/2023南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院82二、望遠(yuǎn)系統(tǒng)成像光束的選擇在如圖所示的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)中：孔徑光闌即為望遠(yuǎn)