第七章 典型光学系统

ϕ ×Γ = ε
五、眼睛的对准精度
对准形式 对准和分辨是两个不同的概念，分辨是指 眼睛能区分开两个点或点线之间的线距离 或角距离的能力。而对准是指在垂直于视 轴方向上的重合或置中过程。对准误差
六、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。 远景和近景到人眼的距离
' '
7.3 显微镜系统
一、显微镜的视觉放大率 1.成像与光束限制：
显微镜原F
2.视觉放大率 tgω ' (250mm)∆ Γ= =− = βΓe ' ' tgω f0 fe 若把显微镜看作一个组合系统，其组合焦距 f ' = − f 0' f e' / ∆，则Γ = 250 / f ' 为 显微镜设计中的规定参数： 共轭距：显微镜物镜从物平面到像平面的距离。 机械筒长：把显微镜的物镜和目镜取下后，所 剩的镜筒长度。（我国规定为160mm）
常用的物镜倍率： 常用的目镜倍率： 二、显微镜的线视场 500tgω ' 500tgω ' （1）公式 2 y = =
βΓe
Γ
线视场与视觉放大率的关系：显微镜的视觉 放大率越大，其在线空间的线视场越小 三、显微镜的出瞳直径 显微镜的数值孔径NA=nsinu 显微镜的出瞳孔径D'=500NA/Γ
四、显微镜的分辨率和有效放大率 1.显微镜的分辨率 以能分辨的物方两点间最短距离σ来描 述 瑞利判断公式 道威判断公式 两者关系：瑞利标准比较保守，通常 以道威判断给出的分辨率值作为目视 衍射分辨率，或称理想分辨率。
'
tg ω = h / P , tg ω = ( h + a ) / P
因放大镜用于观察近距离小物体，故放大镜的 视场通常用物方线视场2y表示，如图7-10。
当物面放在放大镜前焦平面上时，像平面 在无限远，则线视场为（50%渐晕）
2 y = 2 f tan ω , 500h 2y = mm ' Γ0 P
7.4 望远镜系统
一、望远镜的结构及参数
1.视觉放大率
f tgω ' 1 Γ= = γ , Γ = − = − D D' , Γ = tgω f β
' 0 ' e
视觉放大率：与物体的位置无关 出瞳大小：4mm左右 出瞳距：10mm左右 2.其它形式的望远系统： 加入棱镜转像系统的军用望远镜： 伽利略望远镜：
人眼两瞳孔间的平均距离b=62mm，则 立体视觉半径
Lmax = b / ∆θ min = 62 × 206265 / 10 ≈ 1200
''
立体视觉阈
∆Lmin = 8 ×10 L (m)
2 −4
通过双目光学系统来增大基线b或增大 体视锐度△θmin，则可以增大体视半径 和减少立体视觉误差。
7.2 放大镜
P= 1
PD p D p + Pε
, P2 =
PD p D p − Pε
2
远、近景深分别为 Pε Pε ∆1 = P − P = , ∆ 2 = P2 − P = 1 D p + Pε D p − Pε
2
若眼睛调节在无限远，P=∞，则远、近 景距离为
P ∞ = + Dp / ε 1 P2 ∞ = − D p / ε
二、分辨率等
变焦物镜
7.7、投影系统
7.8 现代光学系统
激光光学系统 傅立叶变换光学系统 扫描光学系统 光纤光学系统
7.9 光学系统的外形尺寸计算
一、转像系统和场景 1.转像系统的作用和实现方法 转像系统分为棱镜式转像系统和透镜 式转像系统。 应用双透镜转像系统能大大改善整个 系统的像差校正。
人眼观察时，一般把物体放 在明视距离上，D=250mm
则： ω = y D tan
f −l D Γ= ' '× ' P −l f
' '
放大镜视角放大 率不是常数，取 决于观察条件P' 和l'
下面两种特殊情况是非常重要的： 1）当眼睛调焦在无限远，即l'=∞时，物 体在放大镜的前焦点上。
Γ0 = D
f
'Байду номын сангаас
= 250
f
'
2）正常视力的眼睛一般把物象调焦在明 视距离D，则
P − D 250 P P − l = D, Γ = 1 − = ' +1− ' ' f f f
' ' ' '
3）若眼睛紧靠着放大镜，即P'≈0，则
250 Γ = ' +1 f
单透镜不能校正像差，倍率较大的放大 镜由组合透镜组成。若放大镜的物是前 面光学系统所成的像，则把这种放大镜 称作目镜。
2.场镜 在具有转像系统的光学系统中，为了使 通过物镜后的轴外斜光束折向转像系统 以减少转像系统的横向尺寸，在物镜的 像平面和转像系统的物平面处往往加入 一块透镜，此透镜称为场镜。
作业
1，2，7 一学生配戴500度的近视眼镜，求其近视眼 镜的焦距，以及学生裸眼所能看清的最远 距离？ 显微镜的物镜焦距为10mm，目镜距离为 30mm，两镜间距为200mm，求该显微镜 的视角放大率？ 摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分 别决定系统的什么性质？
三、常用目镜形式：惠更斯目镜；冉斯登目 镜及其他类型的目镜
7.6 摄影系统
一、视场 1.影响因素：焦距、接收器尺寸 2.像的大小与焦距的关系 常用摄影系统介绍 当接收器尺寸一定时，物镜的焦距越短， 则其视场角越大；焦距越长，视场角越小。 相应的称为广角物镜和远摄物镜。 普通相机标准镜头焦距为50mm
二、望远镜系统的分辨率及工作放大率
a 0.61λ 1.望远系统的分辨率：ϕ = ' = ' ' ' f 0 n sin u f 0 按瑞利判断：ϕ = 140 / D
''
按道威判断：ϕ = 120 / D
''
即入射光瞳直接D越大，极限分辨率越高。 2.视觉放大率和分辨率的关系
ϕΓ = 60 , Γ = 60 / ϕ = D / 2.3
四、眼睛的分辨率 视网膜上的最小鉴别距离至少等于两个视 神经细胞的直径，即0.006mm。 眼睛能够分辨的最靠近两相邻点的能力称 为眼睛的分辨能力。 物体对人眼的张角称作视角，人眼能分辨 的物点间最小视角称作视角鉴别率ε 0.006 tgε = × 206265'' f' 设计目视光学仪器应注意的问题
六、显微镜的照明方法 1）透射光亮视场照明 2）反射光亮视场照明 3）透射光暗视场照明 4）反射光暗视场照明 生物显微镜多为透明标本，常用透射光亮视 场照明。其照明方式又分两种， 即临界照明和科勒照明。 七、显微镜的物镜 1.基本参数β，NA；2.较像差的考虑：小视 场，大孔径；3.几种典型物镜的结构型式
第七章 典型光学 系统
南京林业大学
2009-8-3
一、眼睛及其光学系统 （一）眼睛的结构
（二）眼睛的调节及校正
眼睛的调节能力度量： 1 1 = r , = P远点和近点的发散度 lr lp （或会聚度），单位为屈光度（D） D）
− 1 1 − = R−P = A lr l p
在阅读时，或眼睛通过目视光学仪器观测物 像时，为了工作舒适，习惯上把物或像置于 明视距离处。
近视眼
远视眼
通常用R表示近视眼或远视眼的程度，称作视 度，单位为折射度，一般一折射度称作100度。
校正像散
当眼睛的折光系统各个部位的折光能力不一 致时，使得从被观察物体不同方向射来的光 线不能同时清晰成像在视网膜上，称作散光 眼。 对近视散光眼和远视散光眼分别用凹柱面透 镜和凸柱面透镜校正。
三、眼睛——辐射接收器 眼睛的适应能力（动态范围）： 适应分为明适应和暗适应。 当由暗处进入亮处时，瞳孔自动缩小； 反之，瞳孔自动增大。 适应要有个过程，最长可达30min。
二、光束限制和线视场
放大镜与眼睛组合构成目视光学系统。眼瞳 是孔径光阑，又是出瞳。放大镜框是视场光 阑，又是出、入射窗，同时放大镜本身又是 渐晕光阑。图7-9
当渐晕系数 K = 100 %, 50 %, 0时， 像方视场角分别为
' ' ' 2
tg ω = ( h − a ) / P
' 1 ' '
七、双目立体视觉
单眼观察空间物体是不能产生立体视觉的。 当用双目观察物体时，同一物体在左右两眼 中分别产生一个像，这两个像在视网膜上的 分布只有适合几何上某些条件时才可以产生 单一视觉。
不同距离的物体对应不同的视角差，其 差异△θ称为“立体视差”，简称视差 。 △θ视差大，人眼感觉两物体的纵向深 度大； △θ视差小，人眼感觉两物体的纵向深 度小。 △θmin称为视角锐度；大约为10''，经训 练可达5''至3''。 图7-7不同距离的物体对应的视角差。
2.有效放大率： 原则：眼睛容易分辨的角距离为2'~4' 公式：500NA≤Γ≤1000NA 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。
250nε 2 ∆1 = ΓNA
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三、望远镜的视场
3.有效放大率：满足分辨率要求的最小视觉 分辨率 4.工作放大率：Γ = D 5.瞄准误差：（对仪器的精度要求） 使用压线瞄准， 使用双压线或叉线瞄准