第六章：目视光学系统.ppt

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1、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人眼——相机水晶体——镜头:f=-17mmf′=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一、人眼的结构相当于自动调焦的透镜系统二、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

2、远点在无限远，近点很近，水晶体的像方焦点与视网膜重合。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。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

3、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”。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注：放大镜的视场与视角放大率、

4、放大镜口径、观察距离有关。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：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；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。一、显微镜的成像原理及视角放大率光学筒长△：F′物到F目之间

5、的距离。人眼直接观察物视角通过显微镜观察视角故显微镜可以看成一个组合放大镜当ω和ω′符号相反，观察到倒立的像可得习题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1、衍射分辨率P123二、显微镜的分辨率和有效放大率（像点中央亮斑直径）实验证明，两像点能分辨的最短距离等于中央亮斑直径：为光的波长，为像方折射率，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。2、显微镜分辨率:用物面上可分辨最短距离σ表示

6、1）两个发光点的分辨率：其中，称为数值孔径两像点能分辨的最短距离：2）不发光物体的分辨率：垂直照明：倾斜照明：NA，λ时，σ，分辨率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）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。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：把σ眼看成显微镜分辨率σ经显

7、微镜所成的像。则有设所用照明的平均波长为0.000555mm，有近似为：，取结论：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；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：⑴、显微镜的视角放大率；⑵

8、、出瞳距离（镜目距）；⑶、斜入射光照明，波长为0.55微米，求其分