第七章 典型光学系统
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通用显微镜物镜从物平面到像平面的距离（共轭距），不论放大 率如何都是相等的，约为180mm；对生物显微镜，我国规定为 195mm。 把物镜和目镜取下后，所剩的镜筒长度称为机械筒长，也是固定 的，有160mm、170mm、190mm 。我国以 160mm作为物 镜目镜定位面的标准距离。
二、显微镜的线视场
当物在 无限远( =0) E
1 L
4 23
D2 f 2
对大视场物镜，其视场边缘的照度要比视场中心小很多。
EM E cos4 w
表明：感光底片上的照度分布极不均匀。同一次暴光中， 可能中心过度，边缘不足。一般通过采用可变光阑（光圈 ）来控制孔径光阑的大小。使用者根据天气选择。 国标规定F数为：1，1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16， 22，32。 像面照度E′与暴光时间t的乘积为暴光量。若F提高一档，则 暴光时间增加一倍，才能保证暴光量不变。
照明聚 光镜
大孔径聚 光镜
29
折反式 聚光镜
三、对投影系统的要求 ①物面照明要尽可能均匀以保证像面照度的均匀性。 ②接收屏上的实像要有足够的亮度。 ③成像质量良好。 ④有的投影系统（光刻）对畸变有极高要求。
30
DVD/CD激光头
31
32
被测件 全息球面透镜
准直透镜 反射镜
聚焦光学点
音圈马达 分光镜
常有：电影放映机、幻灯机、测量投影仪、光刻投影系统 、多媒体投影仪、微缩胶片阅读仪等。 二、投影系统中的照明系统 由于像面的照度与放大率的平方成正比，而投影系统的放 大率一般较大，尤其在反射照明时大部分光能损失掉，因28
此，要提高像面的照度，需选用强光源照明，或增加光 源数目，增大聚光镜口径，并且让照明系统提供的光能 量全部进入成像系统。 为实现物面均匀照明，采用柯勒照明方式。测量投影仪 器采用物方远心光路以保证测量精度，故照明系统也应 采用像方远心光路与之相衔接。
+第七章典型光学系统 122页PPT文档
立体视
觉半径
L m a b x m i6 nm 2 2 m 01 6 '' 0 1 22 m 60 50 式(7-9)
★ 立体视觉半径以外的物体，人眼不能分辨其远近。 ★ 在某些情况下，观察点虽在体视半径以内，仍有可能不产生 或难于产生立体视觉。 （1）若两物体（例如线）位于两眼基线的垂直平分线上，由于 此时的像不位于视网膜的对应点，在目视点以外的点产生双 像，破坏立体视觉。此时只要把头移动一下,便可恢复立体视觉.
第二节 放大镜
一、视觉放大率
★ 人眼感觉的物体大小取决于其像在视网膜上的大小，由于 眼睛光学系统的焦距是一定的，故也取决于物体对人眼所张的 视角大小。
★ 被观察的物体细节对眼睛节点的张角大于眼睛的分辨率 60″时，眼睛才能分辨。
★ 目视光学仪器的基本工作原理：物体通过这些仪器后，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。
▲ 散光
若水晶体两表面不对称，则使细光束的两个主截面的光线不
交于一点，即两主截面的远点距也不相同，视度Rl≠R2，其差作 为人眼的散光度AST 。
ASTR1R2
式（7-3）
散光的校正——为校正散光可用柱面或双心柱面透镜。
用两正交的黑白线条图案可 以检验散光眼。由于存在像散， 不同方向的线条不能同时看清。 具 有 0.5D 的 像 散 不 足 为 奇 ， 不 必校正。
六、眼睛的景深
眼睛的景深：当眼睛调焦在某一对准平面时，眼睛不必调节 能同时看清对准平面前和后某一距离的物体,称作眼睛的景深。
远景平面
对准平面
近景平面
对准平面P上物点A在视网膜上形成点像A’，在远景平面Pl和 近景平面P2上的A1和A2在视网膜上形成弥散斑，弥散斑的大小 对应人眼的极限分辨角ε。所以A1和A2在视网膜上形成的像等 效于对准平面上ab两点在视网膜上形成的像a’b’，因节点处的
第七章典型光学系统_工程光学 ppt课件
0＝D/f '＝250/f '
＝2501 P' f' f'
第七章典型光学系统_工程光学
3
4. 关于显微镜系统：
1）组成（光学结构特点）、成像关系、
光束限制（生物显微镜和测量显微镜）
2）视觉放大率公式： ttg g' f2'05f '0 e e Г＝250/f '
3）线视场公式：
50tg0' 50tg0'
4）有效分辨率和第七工章典作型光分学系辨统_工率程光：学
6
7. 关于摄影系统：
1）组成（光学结构特点）、成像关系、
光束限制
2）摄影物镜的3个主要参数及其影响作用：
焦距f ’（像的大小）、相对孔径D/f ’（像面照度、分 辨率）和视场角2（成像的范围）
3）分辨率公式：1/N＝1/NL＋1/Nr
NL＝1/σ＝D/1.22λf ’
第七章典型光学系统_工程光学
7
4）光圈的定义及其与孔径光阑、分辨率、 像面照度、景深的关系： 光圈数：F＝f’/D， 光圈F, 光圈2a,光圈
分辨率，光圈像面照度 ，光圈 景深
5）景深公式及其影响因素：
2a, P, f’
6）摄影物镜的种类：（5种）
普通、大孔径、广角、远摄、变焦距
第七章典型光学系统_工程光学
第七章典型光学系统_工程光学
第七章 典型光学系统
1.正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征是什 么？应如何校正非正常眼？调节能力的计算 公式是什么？
2.什么是视觉放大率？表达式及其意义？它与
光学系统的角放大率有何异同？
y'i l'tg' tg' y'e l'tg tg
第七章典型光学系统_工程光学
第七章 典型光学系统
1.正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征是什 么？应如何校正非正常眼？调节能力的计算 公式是什么？
2.什么是视觉放大率？表达式及其意义？它与
光学系统的角放大率有何异同？
y'i l'tg' tg' y'e l'tg tg
-
1
3.放大镜的视觉放大率为何？（注意条件）
0＝D/f '＝250/f '
光束限制
2）视觉放大率 公tg式' ： Г＝－f
tg
'0/f
'e＝－D/D’,
Г＝1/β
3）分辨率和与视觉放大率的关系：＝140″/D ,
Г＝60″, Г＝60″/ ＝D/2.3
4）有效分辨率和工作分辨率：
-
5
7. 关于摄影系统：
1）组成（光学结构特点）、成像关系、
光束限制
2）摄影物镜的3个主要参数及其影响作用：
焦距f ’（像的大小）、相对孔径D/f ’（像面照度、分 辨率）和视场角2（成像的范围）
3）分辨率公式：1/N＝1/NL＋1/Nr
NL＝1/σ＝D/1.22λf ’
-
6
4）光圈的定义及其与孔径光阑、分辨率、 像面照度、景深的关系： 光圈数：F＝f’/D， 光圈F, 光圈2a,光圈
分辨率，光圈像面照度 ，光圈 景深
-
3
5）物镜u NA
6）显微镜的有效放大率：500NA≤Г≤1000NA
7）物镜的景深：NA,
8）视度调节： xN'fe2 5f 'e2(mm )
10001000
5. 临界照明和坷拉照明中的光瞳衔接关系？
-
1.正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征是什 么？应如何校正非正常眼？调节能力的计算 公式是什么？
2.什么是视觉放大率？表达式及其意义？它与
光学系统的角放大率有何异同？
y'i l'tg' tg' y'e l'tg tg
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1
3.放大镜的视觉放大率为何？（注意条件）
0＝D/f '＝250/f '
光束限制
2）视觉放大率 公tg式' ： Г＝－f
tg
'0/f
'e＝－D/D’,
Г＝1/β
3）分辨率和与视觉放大率的关系：＝140″/D ,
Г＝60″, Г＝60″/ ＝D/2.3
4）有效分辨率和工作分辨率：
-
5
7. 关于摄影系统：
1）组成（光学结构特点）、成像关系、
光束限制
2）摄影物镜的3个主要参数及其影响作用：
焦距f ’（像的大小）、相对孔径D/f ’（像面照度、分 辨率）和视场角2（成像的范围）
3）分辨率公式：1/N＝1/NL＋1/Nr
NL＝1/σ＝D/1.22λf ’
-
6
4）光圈的定义及其与孔径光阑、分辨率、 像面照度、景深的关系： 光圈数：F＝f’/D， 光圈F, 光圈2a,光圈
分辨率，光圈像面照度 ，光圈 景深
-
3
5）物镜u NA
6）显微镜的有效放大率：500NA≤Г≤1000NA
7）物镜的景深：NA,
8）视度调节： xN'fe2 5f 'e2(mm )
10001000
5. 临界照明和坷拉照明中的光瞳衔接关系？
-
光学第7章_典型光学系统
• 焦距越长，入瞳直径越大， 景深越小； • 拍摄距离越大，景深越大； • 光圈数(F数)越大，景深越大。 (光圈越小，景深越大)
镜 头
快门速度（Shutter Speed） 快门是控制曝光时间长短的装置(机械或电子)。一般 从 1/8000秒到30秒之间不等。
光圈快门及其相互关系 光圈是相机镜头中的可以改变中间孔的大小的 机械装置，快门是控制曝光时间长短的装置。 二者结合，共同控制曝光量。
将近点校正到250mm处： 光焦度
1 1 1 1 1 3.2(m 1 ) 3.2( D) f ' l ' l 1.25 0.25
即应配 320 度的眼镜。
三、眼睛的分辨率 人眼能分辨两像点间的最小距离=视神经细 胞的直径——分辨能力。 当两像点落在同一视觉细胞上时，人眼无法 分辨；但当两像点距离大于等于细胞直径时， 两像点不可能落在相邻细胞上，则眼睛可分辨
五、远心光路
显微系统用于测量尺寸时，视场光阑处常 放分划板，调焦使被测物的像与之重合。
调焦不准带来测量误差。 孔径光阑位于物镜像方焦平面上：物方远心光路
远心成像镜头
第四节
望远镜系统
望远镜是为了看清楚远处物体。
倒立像
视觉放大率：
对于开普勒望远镜：
tg ' tg f0 ' D / D' fe '
望远镜的物距几乎是无限大，实用中调节物距是无效 的．故我们可以调节物镜和目镜的间距，使物镜的像 正好落在目镜的焦平面上．
第六节 摄影系统
一、摄影物镜的光学特性 1.视场 成像范围
2.分辨率 像平面上每mm内能分辨开的线对数。 NL = 1475 D/f’ = 1475/F F = f’/D 物镜的光圈数
镜 头
快门速度（Shutter Speed） 快门是控制曝光时间长短的装置(机械或电子)。一般 从 1/8000秒到30秒之间不等。
光圈快门及其相互关系 光圈是相机镜头中的可以改变中间孔的大小的 机械装置，快门是控制曝光时间长短的装置。 二者结合，共同控制曝光量。
将近点校正到250mm处： 光焦度
1 1 1 1 1 3.2(m 1 ) 3.2( D) f ' l ' l 1.25 0.25
即应配 320 度的眼镜。
三、眼睛的分辨率 人眼能分辨两像点间的最小距离=视神经细 胞的直径——分辨能力。 当两像点落在同一视觉细胞上时，人眼无法 分辨；但当两像点距离大于等于细胞直径时， 两像点不可能落在相邻细胞上，则眼睛可分辨
五、远心光路
显微系统用于测量尺寸时，视场光阑处常 放分划板，调焦使被测物的像与之重合。
调焦不准带来测量误差。 孔径光阑位于物镜像方焦平面上：物方远心光路
远心成像镜头
第四节
望远镜系统
望远镜是为了看清楚远处物体。
倒立像
视觉放大率：
对于开普勒望远镜：
tg ' tg f0 ' D / D' fe '
望远镜的物距几乎是无限大，实用中调节物距是无效 的．故我们可以调节物镜和目镜的间距，使物镜的像 正好落在目镜的焦平面上．
第六节 摄影系统
一、摄影物镜的光学特性 1.视场 成像范围
2.分辨率 像平面上每mm内能分辨开的线对数。 NL = 1475 D/f’ = 1475/F F = f’/D 物镜的光圈数
工程光学第七章典型光学系统
•适用于长焦 距（小放大率 ）的放大镜
•当眼紧靠放大镜时 ， P′=0，则：
•常用放大镜的被率在2.5~25倍之间，若用单透镜（平 凸或双凸），通常不超过3倍。 •若放大镜的物是前面光学系统所成的像，则这样的放 大镜称为目镜。
•二、光束限制
•放大镜与眼组合构成目视光学系统，眼瞳是孔阑，又 是出瞳。放大镜框是视场光阑，又是出、入窗，同时放 大镜本身又是渐晕光阑。
•二、眼睛的调节及校正
•（一）调节 •指眼睛通过睫状肌的作用，本能地改变水晶体光焦度的大 小，以看清不同距离物体的过程。
•远点：肌肉完全放松时，眼睛能看清的最远点。 •近点：肌肉处于最紧张状态时，能看清的最近点。 •近点和远点到眼睛物方主点的距离，称为远点距离和近点 距离。则眼的调节能力为：
•远
•近
点距
点距
•R为远点视度，P为近点视度离 ，单位为屈离光度（D）=1/m。Biblioteka •医学上， 1D=100度。
•随着年龄增大，肌肉调节能力下降，调节范围减小。
•（二）眼的缺陷及校正
•眼睛的远点在无限远或眼光学系统的后焦点在视网膜上，称 为正常眼。
•正常眼观察近物时，物体距眼最适宜的距离是250mm，称 为明视距离M。
•①角膜和巩膜 •眼球被一层坚韧的膜所包围，前面凸出的透明部分称为角 膜，其余为巩膜，光线首先经过角膜。 •②前室 •角膜后充满透明液体的空间。 •③虹膜和瞳孔 •前室的后壁为虹膜，中间的圆孔为瞳孔，其直径能随外界 景物亮暗程度的变化而本能的改变大小，以调节进入眼睛 的光能量，是孔径光阑。 •④水晶体 •在虹膜之后，它是由多层折射率不同的薄膜构成的，可看 成一个双凸透镜，水晶体周围睫状肌的紧张和松弛能使其 表面的曲率半径发生改变，从而使不同距离的物体都能清 晰成像在网膜上。 •⑤后室 •水晶体后面的空间，充满着胶状透明液体。
工程光学习题参考答案第七章 典型光学系统
第七章 典型光学系统1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求： （1）远点距离； （2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距； （4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离； （5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。
解： ① 21-==rl R )/1(m ∴ m l r 5.0-=②P R A -= D A 8= D R 2-= ∴D A R P 1082-=--=-=m P l p 1.01011-=-== ③fD '=1∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-='m l R1-=' ⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-='D A R P 9-=-'='m l P11.091-=-=' 2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。
eye已知：放大镜 mm f 25=' mm D 18=放 mm P 50=' mm l P 250='-'%50=K求：① Γ ② 2y ③l 解：①fDP '-'-=Γ1 25501252501250-+=''-+'=f P f 92110=-+=②由%50=K 可得： 18.050*2182=='='P D tg 放ω ωωtg tg '=Γ ∴02.0918.0==ωtg Dytg =ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二：18.0='ωtg mm tg y 45*250='='ω mm l 200-=' mm fe 250='mm l 2.22-= yy l l X '==='=92.22200β mm y 102=③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='f l l '=-'11125112001=--l mm l 22.22-=3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e 25='。
(整理)第七章典型光学系统
第七章 典型光学系统1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求： （1）远点距离； （2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距； （4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离； （5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。
解： ① 21-==rl R )/1(m ∴ m l r 5.0-=②P R A -= D A 8= D R 2-= ∴D A R P 1082-=--=-= m P l p 1.01011-=-==③f D '=1∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-='m l R1-='⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-='D A R P 9-=-'=' m l P11.091-=-=' 2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。
已知：放大镜 mmf 25='mmD 18=放 mm P 50='mm l P 250='-'%50=K求：① Γ ② 2y ③l 解：①f DP '-'-=Γ1 25501252501250-+=''-+'=f P f 92110=-+=②由%50=K 可得： 18.050*2182=='='P D tg 放ω ωωtg tg '=Γ ∴02.0918.0==ωtgeyeDytg =ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二：18.0='ωtg mm tg y 45*250='='ωmml 200-='mm fe 250='mm l 2.22-=yy l l X'==='=92.22200β mm y 102=③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='f ll'=-'11125112001=--l mm l 22.22-=3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x 3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e 25='。
工程光学习题参考答案第七章 典型光学系统
第七章 典型光学系统1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求： （1）远点距离； （2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距； （4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离； （5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。
解： ① 21-==rl R )/1(m ∴ m l r 5.0-=②P R A -= D A 8= D R 2-= ∴D A R P 1082-=--=-=m P l p 1.01011-=-== ③fD '=1∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-='m l R1-=' ⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-='D A R P 9-=-'='m l P11.091-=-=' 2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。
eye已知：放大镜 mm f 25=' mm D 18=放 mm P 50=' mm l P 250='-'%50=K求：① Γ ② 2y ③l 解：①fDP '-'-=Γ1 25501252501250-+=''-+'=f P f 92110=-+=②由%50=K 可得： 18.050*2182=='='P D tg 放ω ωωtg tg '=Γ ∴02.0918.0==ωtg Dytg =ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二：18.0='ωtg mm tg y 45*250='='ω mm l 200-=' mm fe 250='mm l 2.22-= yy l l X '==='=92.22200β mm y 102=③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='f l l '=-'11125112001=--l mm l 22.22-=3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e 25='。
工程光学第七章 典型光学系统(2013总第13讲)
第八节
波像差
从物点发出的波面经理想光学系统后，其出射波面应是球面，而实际 波面与其存在一定偏差。当实际波面与理想波面在出瞳处相切时，两波面 间的光程差即波像差。 波像差也是孔径的函数，几何像差越大波像差也越大。对轴上物点， 单色光的波像差与球差有如下关系：
n' W 2
0
Um
'
L du
'
'2
波像差越小系统的成像质量也越好。瑞利判断法认为，光学系统
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，在计算球差的基础上，只需计算一条“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。
第五节
像散和场曲
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 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 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。 像散的校正：使某一视场（一般是0.7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 （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。 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。 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。像散和场曲同 时矫正的匹兹伐条件：将镜头使用的单镜片数，加在各单镜片的折射率乘以焦点 距离的积的倒数上，它的和最好等于零，这个和叫做匹兹伐和数。
第二节 光线的光路计算
对有特征意义的光线进行光路计算，比较理想光学系统成像情况与实际光 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。
工程光学第七章典型光学系统
D 500N Am m
NA=nsinu称为显微物镜的数值孔径，与物镜的垂轴放大 率一起，刻在物镜的镜框上，是一重要光学参数。
工程光学第七章典型光学系统
20
四、显微镜的分辨率和有效放大率
分辨率受孔径光阑的影响，点源形成的像为一个衍射斑， 称为艾里斑，集中83.78%的能量，代表中心位置。 根据瑞利判断，两个相邻像点之间的间隔等于艾里斑的半 径时，则能被光学系统分辨。设艾里斑半径为a。则：
器观察物体时视网膜上的像高与用人眼直接观察物体时
视网膜上的像高之比；或通过目视光学系统观察物体时，
其像对眼睛张角的正切与直接看物体对眼张角的正切之
比。即：
工程光学第yy七ei章典型tt光gg学ww系统
12
对放大镜，人眼直接观察时，一般把物体直接放在明
视距离上，D=250mm,则：
tgw y 250
19
三、显微镜的出瞳直径
普通显微镜，物镜框是孔径光阑。 复杂物镜，其最后镜组的镜框为孔径光阑。 测量用显微镜，物镜像方焦平面上设置专门的孔径光阑， 经目镜所成的像为出瞳（直径为D‘）。 则有： n ysinun ysinu nsinuyn sinu y n sinu fo
又 sin u tg u D 2fe nsinuD 500m m
为0.65,机械筒长170mm，物镜对玻璃厚度d=0.17mm的玻璃盖板
校正像差的。
工程光学第七章典型光学系统
22
五、显微镜的景深
当眼通过显微镜调焦于某一平面（对准平面）时，在对准平面前和 后一定范围内的物体也能清晰成像，此距离即为显微镜的景深。 一种为不考虑眼睛调节能力时显微镜本身的景深，为几何景深；另 一种为考虑眼睛调节能力带来的景深，为调节景深。
NA=nsinu称为显微物镜的数值孔径，与物镜的垂轴放大 率一起，刻在物镜的镜框上，是一重要光学参数。
工程光学第七章典型光学系统
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四、显微镜的分辨率和有效放大率
分辨率受孔径光阑的影响，点源形成的像为一个衍射斑， 称为艾里斑，集中83.78%的能量，代表中心位置。 根据瑞利判断，两个相邻像点之间的间隔等于艾里斑的半 径时，则能被光学系统分辨。设艾里斑半径为a。则：
器观察物体时视网膜上的像高与用人眼直接观察物体时
视网膜上的像高之比；或通过目视光学系统观察物体时，
其像对眼睛张角的正切与直接看物体对眼张角的正切之
比。即：
工程光学第yy七ei章典型tt光gg学ww系统
12
对放大镜，人眼直接观察时，一般把物体直接放在明
视距离上，D=250mm,则：
tgw y 250
19
三、显微镜的出瞳直径
普通显微镜，物镜框是孔径光阑。 复杂物镜，其最后镜组的镜框为孔径光阑。 测量用显微镜，物镜像方焦平面上设置专门的孔径光阑， 经目镜所成的像为出瞳（直径为D‘）。 则有： n ysinun ysinu nsinuyn sinu y n sinu fo
又 sin u tg u D 2fe nsinuD 500m m
为0.65,机械筒长170mm，物镜对玻璃厚度d=0.17mm的玻璃盖板
校正像差的。
工程光学第七章典型光学系统
22
五、显微镜的景深
当眼通过显微镜调焦于某一平面（对准平面）时，在对准平面前和 后一定范围内的物体也能清晰成像，此距离即为显微镜的景深。 一种为不考虑眼睛调节能力时显微镜本身的景深，为几何景深；另 一种为考虑眼睛调节能力带来的景深，为调节景深。
第七章典型光学系统
11
§7.2 放大镜
一、视觉放大率
人眼感觉物体的大小取决于其像在视网膜上的大小，当光 学系统的焦距一定时，也取决于物对人眼的张角的大小。
物对人眼的视角取决于距离，二者之间成反比。 目视光学仪器，可以扩大人眼的视觉能力；其像对人眼的
张角大于人眼直接观察时物对眼的张角。 视觉放大率：用仪器观察物体时，视网膜上的像高y'i与人眼
②物镜的外壳要求保证经物镜所成的实像面有固定的位置。 ③目镜的物方焦平面与物镜的像面重合。
三、显微镜的光束限制：
（1）孔径光阑： 对于单组低倍物镜，物镜框就是孔径光阑； 对于多组复杂物镜，最后一组的镜框作为孔径光阑； 或专门设置孔径光阑（在像方焦平面上）。
* 观察者的眼瞳一般应与出瞳（孔径光阑经目镜的像)重合。
感光元件框是视场光阑，它决定了像空间的成像范围。
当感光元件尺寸一定时，物镜的视场角取决于焦距的大小。
物在无穷远时， 物在有限远时：
tgm axym ax/2f
y
ym ax
/
ym ax 2f
x
所以，焦距与视场成反比。
32
(2) 分辨率: 摄影系统的分辨率取决于物镜的分辨率和接收器的分辨率。 分辨率是以像平面上单位长度能分辨的线对数来表示。 设，物镜的分辨率为NL，接收器的分辨率为Nr,则， N 1 1 NL Nr
EM Ecos4
所以，可用可变光阑作为孔径光阑控制相对孔径的大小，
以改善像面的照度。
3.摄影物镜的景深：
1
由此可见：焦距越长，景深越小；
对准距离越远，景深越大。2
选用的光圈F越大，景深越大。
2a 2a
f f
P2
/ DP
P2
/ DP
§7.2 放大镜
一、视觉放大率
人眼感觉物体的大小取决于其像在视网膜上的大小，当光 学系统的焦距一定时，也取决于物对人眼的张角的大小。
物对人眼的视角取决于距离，二者之间成反比。 目视光学仪器，可以扩大人眼的视觉能力；其像对人眼的
张角大于人眼直接观察时物对眼的张角。 视觉放大率：用仪器观察物体时，视网膜上的像高y'i与人眼
②物镜的外壳要求保证经物镜所成的实像面有固定的位置。 ③目镜的物方焦平面与物镜的像面重合。
三、显微镜的光束限制：
（1）孔径光阑： 对于单组低倍物镜，物镜框就是孔径光阑； 对于多组复杂物镜，最后一组的镜框作为孔径光阑； 或专门设置孔径光阑（在像方焦平面上）。
* 观察者的眼瞳一般应与出瞳（孔径光阑经目镜的像)重合。
感光元件框是视场光阑，它决定了像空间的成像范围。
当感光元件尺寸一定时，物镜的视场角取决于焦距的大小。
物在无穷远时， 物在有限远时：
tgm axym ax/2f
y
ym ax
/
ym ax 2f
x
所以，焦距与视场成反比。
32
(2) 分辨率: 摄影系统的分辨率取决于物镜的分辨率和接收器的分辨率。 分辨率是以像平面上单位长度能分辨的线对数来表示。 设，物镜的分辨率为NL，接收器的分辨率为Nr,则， N 1 1 NL Nr
EM Ecos4
所以，可用可变光阑作为孔径光阑控制相对孔径的大小，
以改善像面的照度。
3.摄影物镜的景深：
1
由此可见：焦距越长，景深越小；
对准距离越远，景深越大。2
选用的光圈F越大，景深越大。
2a 2a
f f
P2
/ DP
P2
/ DP
工程光学 典型光学系统PPT课件
眼睛及其光学系统
放大镜 显微镜系统 望远镜系统
目视 光学系统
目镜
第一节 眼睛及其光学系统
一、眼睛(Eyes)的结构
调节肌
1、巩膜：包围眼球的白色 不透明外层，D≈25mm.
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—空气)
眼球横切面
3、前室：角膜后水晶体前的空间，充满透明水状液n =1.336。
1、调焦（对准）平面上的物点——视网膜上的点像
2、远景、近景平面上的物点——视网膜上的像为弥散斑
若弥散斑可看作一像点， 则要求其对人眼张角小于极限分辨角。
八、双目立体视觉
1,视差角
A
A
A
B
l
B
a1
a2 b2a2源自b1 a1b视觉基线
2,视差、体视锐度
视差：
视差越大，两物体的纵向 深度越大，反之越小
二、瑞利判据 ：等亮度的两个物点，其一衍射图样的中央 极大与另一衍射图样的第一级极小重合时，认 为刚好能分辨这两个物点。
——能分辨的两个等亮度点间的距离对应于艾里斑半径。
无限远物点被理想光学系统成衍射图案： 第一暗环半径对出瞳中心的张角：
=1.22 / D,入瞳直径D的函数
——能分辨的二点间的最小角距离
2、眼睛+目视光学仪器：视角可被目视光学仪器放大。 观察物体所需分辨率×目视光学仪器的放大率=眼睛分辨率
★ 不同的目视光学仪器，通常选择的物距为： 1）放大镜、显微镜：观察物位于明视距离附近； 2）望远镜：观察物位于远处或无穷远。
第二节 放大镜 （The Magnifying Glass）
一、放大镜的成像原理
工程光学第7章典型光学系统
物体位于明视距离处对人眼的张角放大镜的工作原理250mm,r=−两块密接透镜构成的放大镜显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距。
各国生产的通用显微物镜的共轭距离大约为190mm 左右。
我国适用于远视眼的视度调节适用于近视眼的视度调节F eF F eF满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像——物镜共轭距不变加反射棱镜、平行平板镜的焦面上，然后通过目镜成像在无限远供人眼观察。
无限筒长显微镜：被观察物体通过物镜以后，成在无限远，在物镜的后面，另有一固定不变的镜筒透镜(我国规定焦距250mm)，再把像成在目镜的焦面上。
7.3 望远镜§7.3.1 望远镜的工作原理望远镜系统的结构望远镜中的轴外光束走向'tan 'o y f ω=−视角放大率：'tan 'f ω望远镜系统中平行于光轴的光线(a)开普勒望远镜系统和(b)伽利略望远镜系统(a)(b)两类望远镜系统中的轴外光束走向开普勒式望远系统加入场镜的系统=1:2.8照相镜头可变光圈孔径光阑探测器视场光阑−UU′聚光镜显微物镜光源物面孔径光阑孔径光阑可变，调节进入显微物镜的能量，调节入射至显微物镜的光束孔径角，与显微物镜的数值孔径相匹配。
其缺点是光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上。
双目望远镜系统望远镜系统简化出瞳距望远镜系统简化'30mmD D =Γ=''tan 8mmo y f ω=−='5mmD =光阑位置D 物D 分D 目l z '01.22d λ=艾里斑Airy disk2)实验系统相同，所用光波波长愈短则艾里斑愈小；U ′刚能分辩的两个像点min0.15≈角距离时人眼还2mm视觉细胞的直径，约5μm U′显微物镜的分辨率'σβσ=显微镜的几何景深2''x u δ≈Δ⋅弥散斑。
第七章 典型的光学系统
显然，从公式中见， Γ 是一个变量，它随着 p' （放大镜与人眼距离）和 l ' （虚像 与放大镜的距离）的变化而变化。 讨论：1）当 l ' = ∞ 时，即物放于透镜前焦点上时，从上式有： Γ =
D = 250 / f ' f'
2）但是实际上由于人眼观察物体最佳距离为明视距离，250 毫米处，故
为了舒适起见，一般将放大镜所成的虚像成像于明视距离处，而不是无穷远。
图 7—10
显微镜成像原理
在整个成像过程中，目镜起到了一个放大镜的作用，所以它对物体所起的放 大是一个视觉放大，而物镜所起的则是一个垂轴放大作用。显然整个显微镜的视 觉放大率既与物镜的垂轴放大率有关，也与目镜的视觉放大率有关。
Γ = β o ⋅ Γe x'1 250∆ 250 ∆ =− ⇒Γ=− = f 'o f 'o f 'o f 'e f'
∆ L = ∆θ L2 b
c 1 d
c 2 d
1
2
体视半径
可见， ∆L 与 L 及视差有关，随着它们取值的不同，有不同的 ∆L 值。
§7－2
一、视觉放大倍率
放大镜
P' y'
ω'
y F' -l' f'
图 7-8 1、定义：
放大镜成像原理
通过放大镜观察物体时，其像对眼睛所张角度的正切，与眼直接看物体时对 眼所张角度的正切之比。
a
c
) )
δ =( ~
1 6
)
d
b
对准形式
1 )ε 10
)
A C
图 7—5
1 1 ' J C 1 ' A 1 ' B
第七章 典型光学系统
适应是指眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程 度；是通过瞳孔的自动增大或缩小完成的。
明适应：由暗处到亮处 暗适应：由亮处到暗处
三、眼睛的调节及校正
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。 视度：眼睛的调节程度。若视网膜在物空间的共轭面离开
眼睛的距离为l（以米为单位），则l 的倒数称为视度，用 SD表示 1 SD l 正常人眼，在没有调节的自然状态下，无限远物体的像正 好成在视网膜上，即远点在无限远，此时视度为
L L2 / b
（7-10）
将b 62m m, min 10" 0.00005 代入上式, 得 L 8 104 L2
（7-11）
若通过双目光学系统来增大基线b或减少 Δθmin，则可以增大体视半径和减少立体 视觉误差。
第二节 放大镜
一、 视觉放大率
目视光学仪器的基本工作原理：使物体通过这 些仪器后，其像对人眼的张角大于直接观察 物体时对人眼的张角。
A b L
（7-8）
立体视差：不同距离的物体 对应不同的视差角， 其差 异 称为立体视差。 体视锐度：人眼能感觉到 的极限值 min 称为体视锐 度
人眼能分辨远近的最大距离
Lmax b
min
62mm 20265/ 10" 1200
（7-9）
Lmax称作立体视觉半径 立体视觉阈：双眼能分辨两点间的最 短深度距离。
第七章
典型光学系统
第一节 眼睛及其光学系统
第二节 放大镜 第三节 显微镜系统 第四节 望远镜系统 第五节 目镜 第六节 摄影系统 第七节 投影系统
第一节 眼睛及其光学系统
一、眼睛的结构——成像光学系统
工程光学第七章 典型光学系统
调节肌
★ 调节肌作用改变水晶体曲率(焦距)，不同距离物均成像于视网膜。
9、视网膜(Retina)：后室内壁、连接脉络膜的一薄膜，由神经 细胞和神经纤维构成。 调节 ——感光和成像的位置。 肌
(1) 辐射接收器 杆状细胞：对光刺激极敏感， 感光（明暗视觉） 锥状细胞：感色（色视觉） (2) 黄斑(Macula)：视网膜中部、黄色椭圆形区域。 中心凹：黄斑点中心D ≈0.25mm区域，密集感光细胞， 视觉最灵敏。 (3) 盲斑（点）：视神经的出口，无感光细胞。视网膜的像被 传输至大脑形成视觉。
★ 两物点的间距逐渐变小时，对应像点的位置变化： (a) (b) (c)
★系统的分辨率：光学系统能分开两个像点的最小距离。
二、瑞利判据 ：等亮度的两个物点，其一衍射图样的中央 极大与另一衍射图样的第一级极小重合时， 认为刚好能分辨这两个物点。
——能分辨的两个等亮度点间的距离对应于艾里斑半径。
无限远物点被理想光学系统成衍射图案：
第一暗环半径对出瞳中心的张角：
=1.22 / D, 入瞳直径D的函数
——能分辨的二点间的最小角距离
0.555 m
=140 / D, D(mm)
补充 2：目视光学仪器
一、裸眼直接成像：
★ 视角ω ：
ye y tan l l0
y
眼睛的光心O0：眼睛节点, 主点近似看做重合的位置
4、物体经眼睛成像于视网膜 ★ 眼睛的光心O0：眼睛节点、主点近似看做重合的位置。 （进一步简化）
★ 视角ω ：
y y1 tan l l0
y1
1 (
y 2 2 (
O0
l
l0
y2
y1
★ 人眼对物体大小的感觉，取决于像在视网膜上的大小； 或，视网膜上的像对眼睛光心张角（视角）的大小。 ★ 视角取决于物的大小和物距，但是物距必须在近点之外。
★ 调节肌作用改变水晶体曲率(焦距)，不同距离物均成像于视网膜。
9、视网膜(Retina)：后室内壁、连接脉络膜的一薄膜，由神经 细胞和神经纤维构成。 调节 ——感光和成像的位置。 肌
(1) 辐射接收器 杆状细胞：对光刺激极敏感， 感光（明暗视觉） 锥状细胞：感色（色视觉） (2) 黄斑(Macula)：视网膜中部、黄色椭圆形区域。 中心凹：黄斑点中心D ≈0.25mm区域，密集感光细胞， 视觉最灵敏。 (3) 盲斑（点）：视神经的出口，无感光细胞。视网膜的像被 传输至大脑形成视觉。
★ 两物点的间距逐渐变小时，对应像点的位置变化： (a) (b) (c)
★系统的分辨率：光学系统能分开两个像点的最小距离。
二、瑞利判据 ：等亮度的两个物点，其一衍射图样的中央 极大与另一衍射图样的第一级极小重合时， 认为刚好能分辨这两个物点。
——能分辨的两个等亮度点间的距离对应于艾里斑半径。
无限远物点被理想光学系统成衍射图案：
第一暗环半径对出瞳中心的张角：
=1.22 / D, 入瞳直径D的函数
——能分辨的二点间的最小角距离
0.555 m
=140 / D, D(mm)
补充 2：目视光学仪器
一、裸眼直接成像：
★ 视角ω ：
ye y tan l l0
y
眼睛的光心O0：眼睛节点, 主点近似看做重合的位置
4、物体经眼睛成像于视网膜 ★ 眼睛的光心O0：眼睛节点、主点近似看做重合的位置。 （进一步简化）
★ 视角ω ：
y y1 tan l l0
y1
1 (
y 2 2 (
O0
l
l0
y2
y1
★ 人眼对物体大小的感觉，取决于像在视网膜上的大小； 或，视网膜上的像对眼睛光心张角（视角）的大小。 ★ 视角取决于物的大小和物距，但是物距必须在近点之外。
典型光学系统_工程光学
焦距f ’（像的大小）、相对孔径D/f ’ （像面照度、分辨率）和视场角2（成像的范围）
3）分辨率公式：1/N＝1/NL＋1/Nr
NL＝1/σ＝D/1.22λf ’
精品课件
6
4）光圈的定义及其与孔径光阑、分辨率、 像面照度、景深的关系： 光圈数：F＝f’/D， 光圈F, 光圈
2a,光圈分辨率，光圈像面照度 ，光圈 景深
精品课件
2
4. 关于显微镜系统：
1）组成（光学结构特点）、成像关系、 光束限制（生物显微镜和测量显微镜）
2）视觉放大率公式： 3）线视场公式Г：＝250/ f'ttg g' f2'05f '0 e e 4）数值孔径、出瞳D’：50NtAg0＝'nsi5nu0,tg0 D'＝500NA/Г
2y e
第七章 典型光学系统
1.正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征是什么？应如何校正非正常眼？调节能 力的计算公式是什么？
2.什么是视觉放大率？表达式及其意义？它与光学系统的角放大率有何异同？
精品课件
y'i l'tg' tg' y'e l'tg tg
1
＝2501 P' f' f'
3.放大镜的视觉放大率为何？（注意条件） 0＝D/f '＝250/f ཆ.61
nsinu NA
6）显微镜的有效放大率：500NA≤Г≤1000NA
7）物镜的景深：NA,
8）视度调节： xN'fe2 5f 'e2(mm )
10001000
5. 临界照明和坷拉照明中的光瞳衔接关系？
精品课件
4
6. 关于望远系统（开普勒）：
3）分辨率公式：1/N＝1/NL＋1/Nr
NL＝1/σ＝D/1.22λf ’
精品课件
6
4）光圈的定义及其与孔径光阑、分辨率、 像面照度、景深的关系： 光圈数：F＝f’/D， 光圈F, 光圈
2a,光圈分辨率，光圈像面照度 ，光圈 景深
精品课件
2
4. 关于显微镜系统：
1）组成（光学结构特点）、成像关系、 光束限制（生物显微镜和测量显微镜）
2）视觉放大率公式： 3）线视场公式Г：＝250/ f'ttg g' f2'05f '0 e e 4）数值孔径、出瞳D’：50NtAg0＝'nsi5nu0,tg0 D'＝500NA/Г
2y e
第七章 典型光学系统
1.正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征是什么？应如何校正非正常眼？调节能 力的计算公式是什么？
2.什么是视觉放大率？表达式及其意义？它与光学系统的角放大率有何异同？
精品课件
y'i l'tg' tg' y'e l'tg tg
1
＝2501 P' f' f'
3.放大镜的视觉放大率为何？（注意条件） 0＝D/f '＝250/f ཆ.61
nsinu NA
6）显微镜的有效放大率：500NA≤Г≤1000NA
7）物镜的景深：NA,
8）视度调节： xN'fe2 5f 'e2(mm )
10001000
5. 临界照明和坷拉照明中的光瞳衔接关系？
精品课件
4
6. 关于望远系统（开普勒）：
几何光学_第七章_典型光学系统
(调节肌完全放松)
近点lp
(调节肌最大收缩，曲率半径最小)
幼年 青中年 老年
∞ ∞ +200→+40cm
-7～-8cm -14 →-40cm （ 明视距离-25cm） 约-200cm
★ 远点发散度（会聚度）： R 1 lr ★ 近点发散度（会聚度）： P 1 lp
眼睛的视度
1 1 RP A ★ 眼睛的调节能力： lr lp
放大镜的倍率越大，线视场越小。
第三节 显微镜系统（Microscope）
一、复习：p33
物镜：放大—实物 目镜：放大 物体经物镜所成的像
眼睛
Fo
Fe
f o、f e
-L
y f o y f o f o
★物镜的垂轴放大率：
o
★像对眼的张角：tan
3、 视场(角度) 水平视场约达160° 垂直视场约达130°
最清晰的视场范围：视轴周围6°～8°
3、简化眼模型
眼睛像方焦点与视网膜重合
角膜顶点 r1
O
F
r2
H H
视网膜
F
眼睛的基点位置：
f
f
1 ）主点距角膜顶点O：H： 1.3mm， ： 1.6mm H 2）焦距：f 14 ~ 17mm（距H），f 18 ~ 23mm（距H ） 4 3）空气n0 1；角膜n 1.38；前室n1 。 3 4）半径：r折 r1 5.7mm，r视 r2 9.8mm
H H
2）远视眼：无穷远物点成像于视网膜之后； 近点变远，非明视距离。
Hyperopia/ Farsightedness
H H
加正透镜 (焦距与远点重合) 将远点校正到无穷远
近点lp
(调节肌最大收缩，曲率半径最小)
幼年 青中年 老年
∞ ∞ +200→+40cm
-7～-8cm -14 →-40cm （ 明视距离-25cm） 约-200cm
★ 远点发散度（会聚度）： R 1 lr ★ 近点发散度（会聚度）： P 1 lp
眼睛的视度
1 1 RP A ★ 眼睛的调节能力： lr lp
放大镜的倍率越大，线视场越小。
第三节 显微镜系统（Microscope）
一、复习：p33
物镜：放大—实物 目镜：放大 物体经物镜所成的像
眼睛
Fo
Fe
f o、f e
-L
y f o y f o f o
★物镜的垂轴放大率：
o
★像对眼的张角：tan
3、 视场(角度) 水平视场约达160° 垂直视场约达130°
最清晰的视场范围：视轴周围6°～8°
3、简化眼模型
眼睛像方焦点与视网膜重合
角膜顶点 r1
O
F
r2
H H
视网膜
F
眼睛的基点位置：
f
f
1 ）主点距角膜顶点O：H： 1.3mm， ： 1.6mm H 2）焦距：f 14 ~ 17mm（距H），f 18 ~ 23mm（距H ） 4 3）空气n0 1；角膜n 1.38；前室n1 。 3 4）半径：r折 r1 5.7mm，r视 r2 9.8mm
H H
2）远视眼：无穷远物点成像于视网膜之后； 近点变远，非明视距离。
Hyperopia/ Farsightedness
H H
加正透镜 (焦距与远点重合) 将远点校正到无穷远
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通过仪器后对人眼的视角必须大于人眼的视觉分辨率1‘。
60 60 D 2.3
140 D
D
即为满足分辨率要求的最小视觉放大率，称为有效放大率（
正常）。为看起来舒服常取Γ的2~3倍，称为工作放大率1。4
三、望远镜的视场
开普勒望远镜的物镜框是孔径光阑，也是入瞳；出瞳在目镜 外面，与人眼重合。目镜框是渐晕光阑，一般允许有50%的 渐晕。物镜的后焦面上放置分划板，为视场光阑。
的线视场越小。
3
三、显微镜的出瞳直径
普通显微镜，物镜框是孔径光阑。复杂物镜，其最后镜组的镜框为 孔径光阑。测量用显微镜，物镜像方焦平面上设置专门的孔径光阑， 经目镜所成的像为出瞳（直径为D‘）。则有：
ny sin u nysin u
n sin u ynsin u y nsin u fo
二、摄影物镜的类型
摄影物镜属于大视场、大相对孔径的光学系统，为了获得 较好的像质，要校正轴上点像差，又要校正轴外点像差。
25
普通摄 影物镜
长焦距 摄影物
镜
变焦距 摄影物
镜
26
天塞 物镜
广角 物镜
望远镜的物镜f0‘>0,目镜有两种：fe‘>0为开普勒望远镜。
放大率：
fe'
fo'
fo' fe'
开普勒 望远镜
10
其视觉放大率为：
tg仪 tg眼
tg(像方视场角) tg眼 (物方视场角)
f0 fe
D D
手持望远镜的放大率不超过10倍，大地测量望远镜大约 为30倍，天文望远镜更高。 开普勒望远镜成倒像，需加入转像系统成正像。转像系
2w，即： tgw tgw
一般可达40°~50°，广角目镜可达60°~80°，双目仪 器不超过75°。 二、镜目距
指目镜后表面的顶点到出瞳的距离（P′）。相对镜目距 是其与目镜焦距之比。
16
由牛顿公式得：P lF
fe2
fo
fe
P lF
fe
因此，相对镜目距： P lF 1
把σ‘换算到物空间，按道威判断取σ值，则：
2 250 0.00029mm 0.5 g 4 250 0.00029mm
NA
设λ=555nm，得：
523NA 1046NA 近似 得到500NA 1000NA
一般最大的NA为1.5,则有效放大率 最大不超过1500倍。
分辨率受孔径光阑的影响，点源形成的像为一个衍射斑，
称为艾里斑，集中83.78%的能量，代表中心位置。
根据瑞利判断，两个相邻像点之间的间隔等于艾里斑的半
径时，则能被光学系统分辨。设艾里斑半径为a。则：
a 0.61
显微镜的分辨率以能分n辨 s的in物u方两点间最短距离σ来表
示，即：
a 0.61 0.61 nsin u NA
六、显微镜的照明方式
①透射光亮视场照明。光通过透明物体产生亮视场。 ②反射光亮视场照明。对不透明的物体，从上面照射产生漫射或规 则的反射形成亮视场。 ③透射光暗视场照明。倾斜入射的照明光束在物体旁侧向通过，光 束通过物体结构的衍射、折射和反射，射向物镜，形成物体的像， 则获得暗视场。 ④反射光暗视场照明。在旁侧入射到物体上的照明光束经反射后在 物镜侧向通过，若无缺陷的放射镜作为物体，得到一均匀暗视场7 。
伽利略 望远镜
13
二、望远系统的分辨率及工作放大率
望远镜的分辨率用极限分辨角φ表示，
按瑞利判断：
按道威判断有：
a f0
0.61
f0n
sin
u
像空间n
1,sin u
D 2
f0
140 D
120
D
取 555nm
因望远镜是目视光学仪器，受人眼分辨率限制，即两个物点
若按道威判断两相邻衍射斑中心距为0.85a时，能被分
辨开，即：
目镜的理
0.85a 0.5 NA
想分辨率
5
距离为σ的两个点不仅被物镜分辨，且通过显微镜放大， 能被眼区分开，设眼的分辨角距离为2‘~4’。 则在明视距离上对应的线距离σ‘为：
22500.00029mm 42500.00029mm
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§7-6 摄影系统
摄影系统是把平面或空间物体成像于感光元件接收面上的 光学系统，由摄影物镜和感光元件组成。 包括：照相机、电影摄像机、显微摄影系统、照相制版仪 等。 一、摄影物镜的光学特性 特性参数：焦距、相对孔径、视场角。
决定成 像大小
决定像 面照度
决定成 像范围
（一）视场
视场的大小由物镜的焦距和接收器的尺寸决定。
柯勒镜的孔阑 物镜的视阑
柯勒镜的视阑 物镜的孔阑
柯勒照明是“窗对瞳，瞳对窗”的光管，调节光阑2有利于 减少有害的散射光。调节1减少有害的杂散光，提高对比度。
9
§7-4 望远镜系统
望远镜系统是一种能把远距离物体的张角放大，便于进行观察和瞄 准的目视光学仪器。
一、工作原理
使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。其物镜的像方焦点 和目镜的物方焦点重合。即光学间隔Δ=0，是无焦系统。
显微镜的有 效放大率
显微镜上标明170mm/0.17;40/0.65。表示放大率为40，数值孔径
为0.65,机械筒长170mm，物镜对玻璃厚度d=0.17mm的玻璃盖板
校正像差的。
6
五、显微镜的景深
当眼通过显微镜调焦于某一平面（对准平面）时，在对准平面前和 后一定范围内的物体也能清晰成像，此距离即为显微镜的景深。 一种为不考虑眼睛调节能力时显微镜本身的景深，为几何景深；另 一种为考虑眼睛调节能力带来的景深，为调节景深。
其视场角达40°，相对镜目距达0.7，适用于测量仪器。
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艾尔弗 目镜
其视场角达70°，相对镜目距达0.7，是最常用的一种广角 目镜。
惠更斯 目镜
其视场角达40°~50°，相对镜目距达0.33，焦距不小于 15mm。
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长出瞳 目镜
其视场角达50°，用于军用仪器。 目镜的种类较多，设计时在满足光学特性要求时，兼顾 成像质量和结构的简单化。
通用显微镜物镜从物平面到像平面的距离（共轭距），不论放大 率如何都是相等的，约为180mm；对生物显微镜，我国规定为 195mm。 把物镜和目镜取下后，所剩的镜筒长度称为机械筒长，也是固定 的，有160mm、170mm、190mm 。我国以 160mm作为物 镜目镜定位面的标准距离。
二、显微镜的线视场
双组透镜 转像系统
当整个系统较细长，轴外光线的很大部分将不能通过转像 系统和目镜，可在中间实像面上或其附近加一适当光焦度 的正透镜，把轴外光线压低以通过整个系统，这样不必增 加后面光学元件的口径。这种透镜称为场镜，对系统的光 焦度和放大率和像的位置几乎不产生影响。
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场镜的 作用
fe‘<0为伽利略望远镜，但因其没有中间实像，不能设置 用来瞄准和定位的分划板，且放大率小，应用较少。
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四、常用目镜的型式
冉斯登 目镜
其视场角达30°~40°，相对镜目距达0.3，适用于测量显 微镜和测量望远镜。
开涅尔 目镜
其视场角达40°~50°，相对镜目距达0.5，结构简单，像 质较好。
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对称式 目镜
其视场角达40°~42°，相对镜目距达0.75，适用于军用观 察和瞄准仪器。
无畸变 目镜
因此，望远镜的物方视场角ω满足：
tg y
f0
分划板 半径
其2ω一般不超过15°，人眼观察时，必须满足光瞳相衔接，
才能看到望远镜的全视场。
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§7-5 目镜
目镜的作用与放大镜类似，把物镜成的像放大在人眼的 远点或明视距离。其光学参数有：焦距、视场角、相对 镜目距、工作距。
一、视场
目镜的视场取决于望远镜的视觉放大率和物方视场角
物体经物镜后成像在视场光阑（直径为D）上，则其线视场为：
2y D
视场光阑的大小 应与目镜的视场 角一致：
D fe
2 fetgw 250 e
D
500tgw e
2 y 500tgw
e
500tgw
表明：在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，其在物空间
§7-3 显微镜系统
放大镜较低的放大率不能满足人们对近距离物体的极 微小细节进行观察，须用显微镜这种更高放大率的组 合光学系统。 显微镜的目镜和物镜都是会聚透镜（组），两者的间 隔比它们各自的焦距大得多。 成像原理：物AB位于物方焦点外测附近，经物镜成一 放大、倒立的实象A'B'于目镜物方焦面上或物方焦面 内侧附近，再经目镜成放大虚象A"B"于眼视距离甚至 无限远处。
又Q sin u tgu D 2 fe
nsin u D 500mm
D 500NA mm
NA=nsinu称为显微物镜的数值孔径，与物镜的垂轴放大
率一起，刻在物镜的镜框上，是一重要光学参数。
视场光阑
出瞳
孔径光阑
D’
-u
-u’
物镜
F目
目镜
4
四、显微镜的分辨率和有效放大率
L sin2 U
1 L
4
D2 f 2
2 P
P
2
当物在 无限远( =0) E
1 L
4 24
D2 f 2