第六章应用光学__目视光学系统.pptx
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焦点与视网膜重合。 明视距离：正常眼最方便和最习惯的工作距离，它等于
-250mm。 人眼的最大调节范围：近点和远点所对应的视度之差
（SD近-SD远） 。范围随年龄变化如表6－1：
问：老花眼和远视是一回事吗？
三、眼睛的分辨率
眼睛的分辨率：眼睛刚能分辨的两物点在网膜 上成的两像点之间的距离。
人眼的生理结构决定这个距离至少要大于两个 神经细胞的直径。
要使光学仪器有扩大视角功能，则Γ大于1
一、放大镜的视角放大率
0
250 f
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
眼瞳为孔阑，放大镜为渐晕光阑，渐晕系数为1,0.5,0时，像方视
场角分别为：
tg1
h
a l z
tg h
l z
tg 2
h a l z
视神经细胞直径约0.003mm
一般取人眼的分辨率0.006mm
视角分辨率：眼睛刚能分辨的两物点对眼睛的张角ωmin。
在眼睛没有调节的松弛状态下，f ≈－16.68mm，可得
ωmin≈60″： 由
可得
➢提高人眼分辨率的方法：
6.2 放大镜
一、工作原理
➢ 物体对人眼的张角称为视角。 ➢ 人眼要看清物体，必须是物体对人眼的视角大
第六章 目视光学系统
目视光学系统
眼睛的特性 放大镜 显微镜系统 望远镜系统
6.1、 眼睛的结构及其特性 一、人眼的结构
相当于自动调焦 的透镜系统
人 眼——相机
水晶体——镜头:f=-17mm f′=23mm
(在调焦范围内，-f=14.2~17.1mm , f¹=18.9~22.8mm)
视网膜——底片 瞳 孔——光阑 ：2~8mm
放大镜不能满足对更细小的物体观察，考虑可以先用 一组透镜把物体放大成像到放大镜前焦面上，再通过 放大镜观察；
这样经过两级放大形成的光学系统称为显微镜系统；
靠近物体，把物体尺寸放大的透镜叫做显微物镜 靠近眼睛，用来扩大视角的放大镜叫做显微目镜。
光学筒长△：F′物 到F目之间的距离。
人眼直接观察物视角 通过显微镜观察视角
⑴、显微镜的视角放大率； ⑵、出瞳距离（镜目距）； ⑶、斜入射光照明，波长为0.55微米，求其分辨率； ⑷、物镜通光孔径； ⑸、出瞳直径； ⑹、设物高2y＝6mm，K=50％，求目镜的通光口径。
6.4 望远镜系统
主要内容： 1、工作原理； 2、视放大率； 3、分辨率及工作放大率； 4、透镜转象系统；
2.显微镜不能分辨，导致眼睛不能分辨（若用比 1000NA更高的放大率，也不可能再提高显微镜的 分辨率，即并不能使被观察物体的细节更清晰—— 受制于光学系统衍射分辨率）——无效放大。
习题2（T6）：一个显微镜物镜的垂轴放大率为-3，数值孔径为 0.1，共轭距L（物镜的物像间距）为180毫米，物镜框为孔阑，目镜 焦距为25毫米，求：
当物面放在放大镜前焦面时，像面无限远，k＝0.5时的线视场
2 y 2 f tg
2 y 500h 0 l z
注：放大镜的视场与视角放大率、放大镜 口径、观察距离有关。
6.3 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； 3、分辨率与有效放大率；
一、显微镜的成像原理及视角放大率
二、眼睛的调节
眼睛的调节：眼睛对不同距离的物体的自动调焦的过程。
视度：与网膜共轭的物面到眼睛的距离的倒数，SD＝1/l
（单位：屈光度，其中l以米为单位） 远（近）点：眼睛自动调焦所可能看清最远（近）的点， 远（近）点距离：远（近）点到眼物方主点的距离。 正常眼：眼睛的远点在无限远，近点很近，水晶体的像方
R 0.61
nsinU m ax
2、显微镜分辨率:用物面上可分辨最短距离σ表示
1）两个发光点的分辨率： 两像点能分辨的最短距离：
0.61
nsinU m ax 由物像空间不变式 nuy nuy
其中，
称为数值孔径
2）不发光物体的分辨率：
垂直照明：
NA
倾斜照明： 0.5
NA
➢显微镜分辨率表征了显微镜能分辨近距物体细微结构能力 ➢显微镜分辨率主要取决于NA，与目镜无关，目镜放大率再大也无 法把物镜不能分辨的细节看清。
100 50
2
1、衍射分辨率P123 二、显微镜的分辨率和有效放大率Βιβλιοθήκη Baidu
2R 1.22 （像点中央亮斑直径）
nsinU m ax
为光的波长， n为像方折射率， U m ax 为光束最大像方孔径角 由于衍射像有一定大小，如果两个像点距离太小，就无法 分辨，把两个衍射像间所能分辨的最小间隔称为衍射分辨率。 实验证明，两像点能分辨的最短距离等于中央亮斑直径：
➢提高显微镜分辨率的途径： 1）增大数值孔径 NA，即增大孔径角或物方折射率n， （采用浸液物镜） 2）缩短工作波长λ；（采用紫光光源）
NA ，λ 时， σ ，分辨率
3、有效放大率（要使显微镜分辨的细节能被人眼所分辨）
便于眼睛分辨的角距离为 2 ~ 4
该角距离在眼睛的明视距离250mm处所对应的线距离σ眼，可表示为：
2 0.00029 眼 4 0.00029 即
250
把σ眼看成显微镜分辨率σ经显微镜所成的像。则有
眼 ，取
0.5
NA
设所用照明的平均波长为0.000555mm， 有
523NA 1046NA
近似为：
结论：
1.显微镜能分辨而眼睛不能分辨（当使用比 500NA更小的放大率时，不能看清物镜已分辨出 的某些细节——受制于人眼分辨率）——放大不 足；
tg y
250
tg y
f目
物＝
y y
f物
又
f f物 f目
可得
250 f
故显微镜可以看成一个组合放大镜
当ω和ω′符号相反， 观察到倒立的像
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？
解：由公式
其中
代入上式可得
物＝－
f物
于人眼分辨率。
二、视（角）放大率Γ 目视光学仪器是帮助人眼扩大视角功能的，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 (ω′)和人眼直接观察的视角 ω眼 (ω)二 者正切之比称为目视光学仪器的“视角放大率”。
tg仪 tg tg眼 tg
-250mm。 人眼的最大调节范围：近点和远点所对应的视度之差
（SD近-SD远） 。范围随年龄变化如表6－1：
问：老花眼和远视是一回事吗？
三、眼睛的分辨率
眼睛的分辨率：眼睛刚能分辨的两物点在网膜 上成的两像点之间的距离。
人眼的生理结构决定这个距离至少要大于两个 神经细胞的直径。
要使光学仪器有扩大视角功能，则Γ大于1
一、放大镜的视角放大率
0
250 f
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
眼瞳为孔阑，放大镜为渐晕光阑，渐晕系数为1,0.5,0时，像方视
场角分别为：
tg1
h
a l z
tg h
l z
tg 2
h a l z
视神经细胞直径约0.003mm
一般取人眼的分辨率0.006mm
视角分辨率：眼睛刚能分辨的两物点对眼睛的张角ωmin。
在眼睛没有调节的松弛状态下，f ≈－16.68mm，可得
ωmin≈60″： 由
可得
➢提高人眼分辨率的方法：
6.2 放大镜
一、工作原理
➢ 物体对人眼的张角称为视角。 ➢ 人眼要看清物体，必须是物体对人眼的视角大
第六章 目视光学系统
目视光学系统
眼睛的特性 放大镜 显微镜系统 望远镜系统
6.1、 眼睛的结构及其特性 一、人眼的结构
相当于自动调焦 的透镜系统
人 眼——相机
水晶体——镜头:f=-17mm f′=23mm
(在调焦范围内，-f=14.2~17.1mm , f¹=18.9~22.8mm)
视网膜——底片 瞳 孔——光阑 ：2~8mm
放大镜不能满足对更细小的物体观察，考虑可以先用 一组透镜把物体放大成像到放大镜前焦面上，再通过 放大镜观察；
这样经过两级放大形成的光学系统称为显微镜系统；
靠近物体，把物体尺寸放大的透镜叫做显微物镜 靠近眼睛，用来扩大视角的放大镜叫做显微目镜。
光学筒长△：F′物 到F目之间的距离。
人眼直接观察物视角 通过显微镜观察视角
⑴、显微镜的视角放大率； ⑵、出瞳距离（镜目距）； ⑶、斜入射光照明，波长为0.55微米，求其分辨率； ⑷、物镜通光孔径； ⑸、出瞳直径； ⑹、设物高2y＝6mm，K=50％，求目镜的通光口径。
6.4 望远镜系统
主要内容： 1、工作原理； 2、视放大率； 3、分辨率及工作放大率； 4、透镜转象系统；
2.显微镜不能分辨，导致眼睛不能分辨（若用比 1000NA更高的放大率，也不可能再提高显微镜的 分辨率，即并不能使被观察物体的细节更清晰—— 受制于光学系统衍射分辨率）——无效放大。
习题2（T6）：一个显微镜物镜的垂轴放大率为-3，数值孔径为 0.1，共轭距L（物镜的物像间距）为180毫米，物镜框为孔阑，目镜 焦距为25毫米，求：
当物面放在放大镜前焦面时，像面无限远，k＝0.5时的线视场
2 y 2 f tg
2 y 500h 0 l z
注：放大镜的视场与视角放大率、放大镜 口径、观察距离有关。
6.3 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； 3、分辨率与有效放大率；
一、显微镜的成像原理及视角放大率
二、眼睛的调节
眼睛的调节：眼睛对不同距离的物体的自动调焦的过程。
视度：与网膜共轭的物面到眼睛的距离的倒数，SD＝1/l
（单位：屈光度，其中l以米为单位） 远（近）点：眼睛自动调焦所可能看清最远（近）的点， 远（近）点距离：远（近）点到眼物方主点的距离。 正常眼：眼睛的远点在无限远，近点很近，水晶体的像方
R 0.61
nsinU m ax
2、显微镜分辨率:用物面上可分辨最短距离σ表示
1）两个发光点的分辨率： 两像点能分辨的最短距离：
0.61
nsinU m ax 由物像空间不变式 nuy nuy
其中，
称为数值孔径
2）不发光物体的分辨率：
垂直照明：
NA
倾斜照明： 0.5
NA
➢显微镜分辨率表征了显微镜能分辨近距物体细微结构能力 ➢显微镜分辨率主要取决于NA，与目镜无关，目镜放大率再大也无 法把物镜不能分辨的细节看清。
100 50
2
1、衍射分辨率P123 二、显微镜的分辨率和有效放大率Βιβλιοθήκη Baidu
2R 1.22 （像点中央亮斑直径）
nsinU m ax
为光的波长， n为像方折射率， U m ax 为光束最大像方孔径角 由于衍射像有一定大小，如果两个像点距离太小，就无法 分辨，把两个衍射像间所能分辨的最小间隔称为衍射分辨率。 实验证明，两像点能分辨的最短距离等于中央亮斑直径：
➢提高显微镜分辨率的途径： 1）增大数值孔径 NA，即增大孔径角或物方折射率n， （采用浸液物镜） 2）缩短工作波长λ；（采用紫光光源）
NA ，λ 时， σ ，分辨率
3、有效放大率（要使显微镜分辨的细节能被人眼所分辨）
便于眼睛分辨的角距离为 2 ~ 4
该角距离在眼睛的明视距离250mm处所对应的线距离σ眼，可表示为：
2 0.00029 眼 4 0.00029 即
250
把σ眼看成显微镜分辨率σ经显微镜所成的像。则有
眼 ，取
0.5
NA
设所用照明的平均波长为0.000555mm， 有
523NA 1046NA
近似为：
结论：
1.显微镜能分辨而眼睛不能分辨（当使用比 500NA更小的放大率时，不能看清物镜已分辨出 的某些细节——受制于人眼分辨率）——放大不 足；
tg y
250
tg y
f目
物＝
y y
f物
又
f f物 f目
可得
250 f
故显微镜可以看成一个组合放大镜
当ω和ω′符号相反， 观察到倒立的像
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？
解：由公式
其中
代入上式可得
物＝－
f物
于人眼分辨率。
二、视（角）放大率Γ 目视光学仪器是帮助人眼扩大视角功能的，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 (ω′)和人眼直接观察的视角 ω眼 (ω)二 者正切之比称为目视光学仪器的“视角放大率”。
tg仪 tg tg眼 tg