所有光线在高斯面上仍不交于同一像点，并且不
s
t ts x x x ```?=像点（子午，弧矢）像面（子午，弧矢）
桶形畸变
枕形畸变
物
应合理选取光线进行光路计算
点列图中点的分布能够近似地代表像的能量分布
设该余弦基元的空间频率为μ，周期为p，振幅等于a，初无论是周期函数还是非周期函数，都可以把它们分解成频率、
振幅和位相不同的余弦函数（称为原函数的余弦基元）
对比传递因子，用MTFμ表示
(Phase Transfer Function) 称为位相传递函数，
Transfer Function)表示。
物面图形的对比度K为
1、作为目视系统，Ⅱ的分辨率较高
2、作为摄影系统，Ⅰ的分辨率较高
光学系统是一个空间频率低通的线性滤波器
例如: 电视摄像用的镜头，不要求高的分辨力，要求能对较低对比度的景物获得层次尽可能丰富的像，曲线Ⅰ好。
光刻用的镜头，物是对比度很高的黑白线条或图案，对像的要求主要是期望分辨力尽可能高，用曲线Ⅱ为宜。
原理：像点中心亮度值与MTF曲线的包容面积有对应关系。
在一定的截止频率范围内，只有获得较大的MTF 值才能传递较多的信息。
光学显微镜的结构与使用方法 【目的要求】 1、熟悉光学显微镜的主要构造及其性能。 2、掌握低倍镜及高倍镜的使用方法。 3、初步掌握油镜的使用方法。 4、了解光学显微镜的维护方法。 【实验原理】 光学显微镜(light microscope)是生物科学和医学研究领域常用的仪器，它在细胞生物学、组织学、病理学、微生物学及其他有关学科的教学研究工作中有着极为广泛的用途，是研究人体及其他生物机体组织和细胞结构强有力的工具。 光学显微镜简称光镜，是利用光线照明使微小物体形成放大影像的仪器。目前使用的光镜种类繁多，外形和结构差别较大，有些类型的光镜有其特殊的用途，如暗视野显微镜、荧光显微镜、相差显微镜，倒置显微镜等，但其基本的构造和工作原理是相似的。一台普通光镜主要由机械系统和光学系统两部分构成，而光学系统则主要包括光源、反光镜、聚光器、物镜和目镜等部件。 光镜是如何使微小物体放大的呢？物镜和目镜的结构虽然比较复杂，但它们的作用都是相当于一个凸透镜，由于被检标本是放在物镜下方的1～2倍焦距之间的，上方形成一倒立的放大实相，该实相正好位于目镜的下焦点（焦平面）之内，目镜进一步将它放大成一个虚像，通过调焦可使虚像落在眼睛的明视距离处，在视网膜上形成一个直立的实像。显微镜中被放大的倒立虚像与视网膜上直立的实像是相吻合的，该虚像看起来好像在离眼睛25cm处。 分辨力是光镜的主要性能指示。所谓分辨力(resolving power)也称为辨率或分辨本领，是指显微镜或人眼在25cm的明视距离处，能清楚地分辨被检物体细微结构最小间隔的能力，即分辨出标本上相互接近的两点间的最小距离的能力。据测定，人眼的分辨力约为100 μm。显微镜的分辨力由物镜的分辨力决定，物镜的分辨力就是显微镜的分辨力，而目镜与显微镜的分辨力无关。光镜的分辨力（R）（R值越小，分辨率越高）可以下式计算： 这里n为聚光镜与物镜之间介质的折射率（空气为1、油为1.5）； 为标本对物镜镜口张角的半角，sin的最大值为1； 为照明光源的波长（白光约为0.5m）。放大率或放大倍数是光镜性能的另一重要参数，一台显微镜的总放大倍数等于目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积。 一、光学显微镜的基本构造及功能 （一）机械部分 1、镜筒：为安装在光镜最上方或镜臂前方的圆筒状结构，其上端装有目镜，下端与物镜转换器相连。根据镜筒的数目，光镜可分为单筒式或双筒式两类。单筒光镜又分为直立式和倾斜式两种。而双筒式光镜的镜筒均为倾斜的。镜筒直立式光镜的目镜与物镜的中心线互成45度角，在其镜筒中装有能使光线折转45度的棱镜。
实验一显微镜的构造及使用方法 一、目的要求 1.了解显微镜的构造、性能及成像原理。 2.掌握显微镜的正确适用及维护方法。 二、实验器材 1.显微镜、纱布、绸布 2.酵母菌示教标本 三、普通光学显微镜简介 微生物的最显著的特点就是个体微小，必须借助显微镜才能观察到它们的个体形态和细胞结构。熟悉显微镜并掌握其操作技术是研究微生物不可缺少的手段。 显微镜可分为电子显微镜和光学显微镜两大类。光学显微镜包括：明视野显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、偏光显微镜、荧光显微镜、立体显微镜等。其中明视野显微镜为最常用普通光学显微镜，其它显微镜都是在此基础上发展而来的，基本结构相同，只是在某些部分作了一些改变。明视野显微镜简称显微镜。 （一）显微镜的构造 普通光学显微镜的构造可以分为机械和光学系统两大部分。 图1-1 显微镜构造 1.目镜 2.镜筒 3. 转换器 4. 物镜 5. 载物台 6. 聚光器 7. 虹彩光圈 8. 聚光镜调节钮9.反光镜10. 底座11. 镜臂12. 标本片移动钮 13. 细调焦旋钮14. 粗调焦旋钮15.电源开关16.光亮调节钮17.光源 1.机械系统： （1）镜座Base：在显微镜的底部，呈马蹄形、长方形、三角形等。 （2）镜臂Arm：连接镜座和镜筒之间的部分，呈圆弧形，作为移动显微镜时的握持部分。 （3）镜筒Tube：位于镜臂上端的空心圆筒，是光线的通道。镜筒的上端可插入接目镜，下面可与转换器相连接。镜筒的长度一般为160mm。显微镜分为直筒式和斜筒式； 有单筒式的，也有双筒式的。 （4）旋转器Nosepiece：位于镜筒下端，是一个可以旋转的圆盘。有3~4个孔，用于安
§9.4 光学传递函数评价成像质量 上面介绍的几种光学系统成像质量的评价方法，都是基于把物体看作是发光点的集合，并以一点成像时的能量集中程度来表征光学系统的成像质量的。利用光学传递函数来评价光学系统的成像质量，是基于把物体看作是由各种频率的谱组成的，也就是把物体的光场分布函数展开成傅里叶级数（物函数为周期函数）或傅里叶积分（物函数为非周期函数）的形式。若把光学系统看成是线性不变的系统，那么物体经光学系统成像，可视为不降，相位要发生推移，并在某一频率处截止，即对比度为零。这种对比度的降低和相位推移是随频率不同而不同的，其函数关系我们称之为光学传递函数。由于光学传递函数既与光学系统的像差有关，又与光学系统的衍射效果有关，故用它来评价光学系统的成像质量，具有客观和可靠的优点，并能同时运用于小像差光学系统和大像差光学系统。 光学传递函数是反映物体不同频率成分的传递能力的。一般来说，高频部分是反映物体的细节传递情况，中频部分是反映物体的层次传递情况，而低频部分则是反映物体的轮廓传递情况。而表明各种频率传递情况的则是调制传递函数（MTF），因此下面来简要介绍二统传递后，其传递效果是频率不变，但其对比度下种利用调制传递函数来评价光学系统成像质量的方法。 一、利用MTF曲线来评价成像质量 所谓MTF是表示各种不同频率的正弦强度分布函数径光学系统成像后,其对比度(即振幅)的衰减程度。当某一频率的对比度下降到零时，说明该频率的光强分布已无亮度变化，即该频率被截止。这是利用光学传递函数来评价光学系统成像质量的主要方法。 设有二个光学系统（Ⅰ和Ⅱ）的设计结果，它们的MTF曲线如图9－3所示，图中的调制传递函数MTF曲线为频率n的函数。曲线Ⅰ的截止频率较曲线Ⅱ小，但曲线Ⅰ在低频部分的值较曲线Ⅱ大得多。对这二种光学系统的设计结果，我们不能轻易说哪种设计结果较好，这要根据光学系统的实际使用要求来判断。若把光学系统作为目视系统来应用，由于人眼的对比度阀值大约为0.03左右，因此MTF曲线下降到0.03时, 曲线Ⅱ的MTF值大于曲线Ⅰ, 如图9－3中的虚线所示，说明光学系统Ⅱ用作目视系统较光学系统Ⅰ有较高的分辨率。若把光学系统作为摄影系统来使用，其MTF值要大于0.1，从图9－3中可看出，曲线Ⅰ的MTF 值要大于曲线Ⅱ，即光学系统Ⅰ较光学系统Ⅱ有较高的分辨率。且光学系统Ⅰ在低频部分有较高的对比度，用光学系统Ⅰ作摄影使用时，能拍摄出层次丰富，真实感强的对比图像。所以在实际评价成像质量时，不同的使用目的，其MTF的要求是不一样的。 二、利用MTF曲线的积分值来评价成像质量 上述方法虽然能评价光学系统的成像质量，但只能反映MTF曲线上的少数几个点处的情况，而没有反映MTF曲线的整体性质。从理论上可以证明，像点的中心点亮度值等于MTF曲线所围的面积，MTF所围的面积越大，表明光学系统所传递的信息量越多，光学系统的成像质量越好，图像越清晰。因此在光学系统的接收器截止频率范围内，利用MTF 曲线所围面积的大小来评价光学系统的成像质量是非常有效的。 在一定的截止频率范围内，只有获得较大的MTF值，光学系统才能传递较多的信息。
光学显微镜的使用步骤和维护保养 一、操作步骤和注意事项 （一）正置显微镜 1、安放右手握住镜臂，左手托住镜座，使镜体保持直立。桌面要清洁、平稳，要选择临窗或光线充足的地方。单筒的一般放在左侧，距离桌边3～4厘米处。 2、清洁检查显微镜是否有毛病，是否清洁，镜身机械部分可用干净软布擦拭。透镜要用擦镜纸擦拭，如有胶或粘污，可用少量二甲苯清洁之。 3、对光镜筒升至距载物台1～2厘米处，低倍镜对准通光孔。调节光圈和反光镜，光线强时用平面镜，光线弱时用凹面镜，反光镜要用双手转动。若使用的为带有光源的显微镜，可省去次步骤，但需要调节光亮度的旋钮。 4、安装标本将玻片放在载物台上，注意有盖玻片的一面一定朝上。用弹簧夹将玻片固定，转动平台移动器的旋钮，使要观察的材料对准通光孔中央。 5、调焦调焦时，先旋转粗调焦旋钮慢慢降低镜筒，并从侧面仔细观察，直到物镜贴近玻片标本，然后左眼自目镜观察，左手旋转粗调焦旋钮抬升镜筒，直到看清标本物像时停止，再用细调焦旋钮回调清晰。操作注意：不应在高倍镜下直接调焦；镜筒下降时，应从侧面观察镜筒和标本间的间距；要了解物距的临界值。若使用双筒显微镜，如观察者双眼视度有差异，可靠视度调节圈调节。另外双筒可相对平移以适应操作者两眼间距。 6、观察若使用单筒显微镜，两眼自然张开，左眼观察标本，右眼观察记录及绘图，同时左手调节焦距，使物象清晰并移动标本视野。右手记录、绘图。镜检时应将标本按一定方向移动视野，直至整个标本观察完毕，以便不漏检，不重复。光强的调节：一般情况下，染色标本光线宜强，无色或未染色标本光线宜弱；低倍镜观察光线宜弱，高倍镜观察光线宜强。除调节反光镜或光源灯以外，虹彩光圈的调节也十分重要。 （1）低倍镜观察观察任何标本时，都必须先使用低倍镜，因为其视野大，易发现目标和确定要观察的部位。 （2）高倍镜观察从低倍镜转至高倍时，只需略微调动细调焦旋钮，即可使物像清晰。使用高倍镜时切勿使用粗调焦旋钮，否则易压碎盖玻片并损伤镜头。转动物镜转换器时，不可用手指直接推转物镜，这样容易使物镜的光轴发生偏斜，转换器螺纹受力不均匀而破坏，最后导致转换器就会报废。（3）油镜的观察先用低倍镜及高倍镜将被检物体移至视野中央后，再换油镜观察。油镜观察前，应将显微镜亮度调整至最亮，光圈完全打开。使用油镜时，先在盖玻片上滴加一滴香柏油（镜油），然后降低镜筒并从侧面仔细观察，直到油镜浸入香柏油并贴近玻片标本，然后用目镜观察，并用细调焦旋钮抬升镜筒，直到看清标本的焦段时停止并调节清晰。香柏油滴加要适量。油镜使用完毕后一定要用擦镜纸沾取二甲苯擦去香柏油，并再用干的擦镜纸擦去多余二甲苯。 7、结束操作观察完毕，移去样品，扭转转换器，使镜头V字型偏于两旁，反光镜要竖立，降下镜筒，擦抹干净，并套上镜套。若使用的是带有光源的显微镜，需要调节亮度旋钮将光亮度调至最暗，再关闭电源按钮，以防止下次开机时瞬间过强电流烧坏光源灯。 （二）倒置显微镜倒置显微镜与正置显微镜的主要区别在于物镜位于载物台下方，这样有利于观察时在上方对样品进行一些实时操作。 倒置显微镜操作过程基本与双筒的正置显微镜相似，需注意以下几点：观察时可调节铰链式双目目镜至舒适的位置。组织培养液或水溅到载物台上、物镜上或显微镜镜架上可能会损伤设备。如果溅上后，应该立即从墙上插座拔下电源线，擦去溅出液或水。一定要轻柔转动光强调节钮，不要试图将旋钮转过终点位置。使用后一定要先将灯的强度调至最小再关电源。使用后要旋转三孔转换器，使物镜镜片置于载物台下侧，防止灰尘的沉降。 （三）实体显微镜又称体视显微镜或解剖显微镜。操作步骤基本和双筒正置显微镜类似：取用解剖镜时，移动需用双手，保持稳重。若需连镜箱搬动，应将镜箱锁好，同时镜箱的钥匙必须拔除。镜管上若有防尘罩，应取下并换上目镜及眼罩。将样品置于玻片上或蜡盘中再放到载物盘上待观察。拧开锁紧螺丝，把镜
c 2?解：由 n -得: v I =30 °有几何关系可得该店反射和折射的光线间的夹角为 6、若水面下 200mm 处有一发光点，我们在水面上能看到被该发光点照亮的范围 （圆直 径） 有多大？ 解：已知水的折射率为 1.333,。由全反射的知识知光从水中到空气中传播时临界角为： 1 Sin l m 半= =0.75，可得I m =48.59 ； tanl m =1.13389，由几何关系可得被该发光点照 n 1.333 光在水中的传播速度：V 水 3 1Q8(m/S) 2.25(m/s) 1.333 光在玻璃中的传播速度：v 玻璃 C 3 1 沁 1.818(m/s) 1.65 n 玻璃 5米的路灯（设为点光源）1.5米处，求其影子长度。 1 7 x 解：根据光的直线传播。设其影子长度为 X ,则有 可得x =0.773米 5 1.5 x 4.一针孔照相机对一物体于屏上形成一 60毫米高的像。若将屏拉远 70毫米。试求针孔到屏间的原始距离。 3?—高度为1.7米的人立于离高度为 50毫米，则像的高度为 解：根据光的直线传播，设针孔到屏间的原始距离为 X ，则有 卫_ 50 x 60 可得x =300 (毫米) x 5.有一光线以60 的入射角入射于■:'的磨光玻璃球的任一点上, 到球表面的另一点上，试求在该点反射和折射的光线间的夹角。 其折射光线继续传播 解：根据光的反射定律得反射角 I =60 °而有折射定律 n sin I nsin I 可得到折射角 90 °
亮的范围（圆直径）是2*200*1.13389=453.6（mm） 7、入射到折射率为；- ..「1二的等直角棱镜的一束会聚光束（见图1-3）,若要求在斜面上发生全反射，试求光束的最大孔径角--' 解：当会聚光入射到直角棱镜上时，对孔径角有一定的限制，超过这个限制，就不会发生全反射了。 1 由sinl m —,得临界角I m 41.26 n 得从直角边出射时，入射角i 180 l m 90 45 3.74 由折射定律■S匹丄，得U 5.68即2U 11.36 sinU n
光学传递函数的测量和像质评价 引言 光学传递函数是表征光学系统对不同空间频率的目标函数的传递性能，是评价光学系统的指标之一。它将傅里叶变换这种数学工具引入应用光学领域，从而使像质评价有了数学依据。由此人们可以把物体成像看作光能量在像平面上的再分配，也可以把光学系统看成对空间频率的低通滤波器，并通过频谱分析对光学系统的成像质量进行评价。到现在为止，光学传递函数成为了像质评价的一种主要方法。 一、实验目的 了解光学镜头传递函数的基本测量原理，掌握传递函数测量和成像品质评价的近似方法，学习抽样、平均和统计算法，熟悉光学软件的应用。 二、基本原理 光学系统在一定条件下可以近似看作线性空间中的不变系统，因此我们可以在空间频率域来讨论光学系统的响应特性。其基本的数学原理就是傅里叶变换和逆变换，即： dxdy y x i y x )](2exp[,ηξπψηξψ+-=??） （），（ （1） ηξηξπηξψψd d y x i y x )](2exp[),(),(+=?? （2） 式中),(ηξψ是),(y x ψ的傅里叶频谱，是物体所包含的空间频率),(ηξ的成分含量，低频成分表示缓慢变化的背景和大的轮廓，高频成分表示物体细节，积分范围是全空间或者是有光通过空间范围。 当物体经过光学系统后，各个不同频率的正弦信号发生两个变化：首先是调制度（或反差度）下降，其次是相位发生变化，这一综合过程可表为 ），（），（），（ηξηξψηξφH ?= （3） 式中），（ηξφ表示像的傅里叶频谱。），（ηξH 成为光学传递函数，是一个复函数，它的模为调制度传递函数（modulation transfer function, MTF ），相位部分则为相位传递函数（phase transfer function, PTF ）。显然，当H =1时，表示象和物完全一致，即成象过程完全保真，象包含了物的全部信息，没有失真,光学系统成完善象。由于光波在光学系统孔径光栏上的衍射以及象差（包括设计中的余留象差及加工、装调中的误差），信息在传递过程中不可避免要出现失真，总的来讲，空间频率越高，传递性能越差。要得到像的复振幅分布，只需要将像的傅里叶频谱作一次逆傅里叶变换即可。 在光学中，调制度定义为 min max min max I I I I m +-= (4) 式中max I 、min I 表示光强的极大值和极小值。光学系统的调制传递函数可表为给定空间频率
实验八 数字式光学传递函数的测量和像质评价实验 1．实验目的 了解光学镜头传递函数测量的基本原理； 掌握传递函数测量和成像品质评价的近似方法； 学习抽样、平均和统计算法。 2. 基本原理 光学传递函数（Optical transfer function, OTF ）表征光学系统对不同空间频率目标的传递性能，广泛用于对系统成像质量的评价。 傅里叶光学证明了光学成像过程可以近似作为线形空间中的不变系统来处理，从而可以在频域中讨论光学系统的响应特性。任何二维物体ψo (x , y )都可以分解成一系列x 方向和y 方向的不同空间频率(f x ,f y )简谐函数(物理上表示正弦光栅)的线性叠加： o o (,)(,)exp 2(),(1)x y x y x y x y f f i f x f y df df ψπ∞∞ -∞-∞??= Φ+???? 式中Φo (f x ,f y )为ψo (x , y )的傅里叶谱，它正是物体所包含的空间频率(f x ,f y )的成分含量，其中低频成分表示缓慢变化的背景和大的物体轮廓，高频成分则表征物体的细节。 当该物体经过光学系统后，各个不同频率的正弦信号发生两个变化：首先是调制度（或反差度）下降，其次是相位发生变化，这一综合过程可表为 i o (,)(,)(,),(2)x y x y x y f f H f f f f Φ=?Φ 式中Φi (f x ,f y )表示像的傅里叶谱。H (f x ,f y )称为光学传递函数，是一个复函数，它的模为调制度传递函数（modulation transfer function, MTF ），相位部分则为相位传递函数（phase transfer function, PTF ）。显然，当H =1时，表示像和物完全一致，即成像过程完全保真，像包含了物的全部信息，没有失真,光学系统成完善像。 由于光波在光学系统孔径光栏上的衍射以及像差（包括设计中的余留像差及加工、装调中的误差），信息在传递过程中不可避免要出现失真，总的来讲，空间频率越高，传递性能越差。 对像的傅里叶谱Φi (f x ,f y )再作一次逆变换，就得到像的复振幅分布：
第七章典型光学系统及其像质评价 一、选择题 1、在用照相机拍摄景物时，要获得较大的景深，应该（） A、增大照相系统的入瞳直径 B.、将对准平面置于无穷远处 C、.选用长焦距镜头 D.、增大光圈数 2、对于照相系统，正确的陈述是（） A、焦距变大，可使像增大 B、光圈变大，可使像面照度增大 C、光圈变大，可使像面照度不均匀程度变大 D、相对孔径决定了照相系统的分辨率 3、照相系统的三个重要参数是（） A、视场角、分辨率和焦距 B、视场角、相对孔径和焦距 C、视场角、数值孔径和焦距 D、视场角、相对孔径和分辨率 4、拍摄人像艺术照，为突出主要人物，使背景模糊，应选用（） A、大焦距、小F数和小对准距离 B、大焦距、大F数和小对准距离 C、大焦距、大F数和大对准距离 D、小焦距、小F数和小对准距离 二、填空 1、人眼的物方焦距要比像方焦距（）；若某人的远点距离为眼后1m，则需要佩戴（）度的老花镜，其焦距为（）mm。 2、望远镜系统的光学结构特点是（）和（）。使用伽利略望远镜观察物体时，孔径光阑是（）,视场光阑是（）。由于该系统的入窗与物面不重合，所以观察大视场时一般存在（）现象。 3、摄影物镜的三个重要参数是（）、（）和（）。其中（）影响像面的照度和分辨率。对摄影系统而言，焦距越长，景深越（）；入瞳直径越大，景深越();拍摄距离越远，景深越（）。 4、在变焦距光学系统中，对像面移动进行补偿的方法主要有机械补偿法和（）两种。机械补偿法中，焦距的变化是通过（）来实现的，其变倍比为（）。 三、简答题 1、显微系统的组成和工作原理 2、摄影（照相）系统组成与成像原理
四、计算题 1、有一个显微镜系统，物镜的放大率为-25×，目镜的倍率为10×（均按薄透镜），物镜的共轭距为195mm。求; (1）系统的等效焦距和总倍率； (2）物体的位置； (3）物镜和目镜的焦距； (4）光学筒长； (5）物镜和目镜的间距； 2、一开普勒望远镜，物镜焦距f0ˊ=200mm，目镜焦距f eˊ=25mm,物方视场角2ω=80，渐晕系数K=50%，为了使目镜通光口径D=23.7mm，在物镜后焦面上放一场镜，试求： （1）场镜焦距； （2）若该场镜试平面在前的平凸薄透镜，折射率n=1.5，求其球面的曲率。
实验三-普通光学显微镜的使用方法及细菌的革兰氏染色法
实验三普通光学显微镜的使用及细菌的简单染色、革兰氏染色法 生科15.2 周罡201500181104 【实验目的】 1.复习光学显微镜的结构、各部分的功能和使用方法。 2.学习并掌握油镜的原理和使用方法。 3.掌握利用显微镜观察不同微生物的基本技能，了解球菌、杆菌、放线菌、酵母、真菌在光学显微镜下的基本形态特征。 4.学习并掌握微生物的制片及简单染色的基本要求。 5.学习并掌握革兰氏染色法。 6.了解革兰氏染色原理。 7.巩固显微镜操作技术及无菌操作技术。【实验原理】 （一）普通显微镜的基本原理 1.基本原理 现代普通光学显 微镜利用目镜和物镜 两组透镜系统来昂达 成像，故又称为复式显 微镜。它们包括机械部
分和光学部分两部分。机械部分包括镜座、镜臂、镜筒、载物台、物镜转换器、粗调节螺旋、细调节螺旋、标本夹等。光学部分包括接目镜、接物镜、反光镜、光圈（虹采）、聚光镜（集光器）等。 显微镜的放大效能（分辨率）是由所用光波长短和物镜数值口径决定，缩短使用的光波波长或增加数值口径可以提高分辨率，可见光的光波幅度比较窄，紫外光波长短可以提高分辨率，但不能用肉眼直接观察。所以利用减小光波长来提高光学显微镜分辨率是有限的，提高数值口径是提高分辨率的理想措施。要增加数值口径，可以提高介质折射率，当空气为介质时折射率为1，而香柏油的折射率为1.51，和载片玻璃的折射率（1.52）相近，这样光线可以不发生折射而直接通过载片、香柏油进入物镜，从而提高分辨率。显微镜总的放大倍数是目镜和物镜放大倍数的 乘积，而物镜的放大倍数越高，分辨率越高。 2.油镜微生物学使用的显微镜的物镜通 常有低倍镜（10×）、高倍镜（40×）和油镜（100×），油镜是三者中放大倍数最大的，油镜的焦距和工作距离最短，油镜与其他物镜不同的是载玻片与
第六章像差与成像质量评价 在几何光学中，我们从理想光学系统的观点讨论了光学系统的成像原理。但是，实际光学系统只在近轴区才具有理想光学系统的性质，即只有当孔径和视场很小的情况下才能成完善像，而这样的光学系统实际应用意义不大。
第一节:概述 通过前面的学习，我们了解到：除平面反射镜外，其他的光学系统都不能成完善像，即系统存在像差。像差是指实际光学系统的成像与理想光学系统成像之间的差异。实践和理论都可证明要完全消除像差也是不能的。 但是从另一方面看，由于人眼和其他光接收器本身都具有一定的缺陷，所以也就没有必要把光学系统的像差完全消除。实际上，只要把影响像质的几个主要像差减小到某种容限范围内,即接收器不能察觉时，就可认为光学系统得到了满意的成像效果。 像差，透镜或反射镜所呈的像与原物面貌并非完全相同的现象。造成球面像差的原因：是由于一点光源发散的光线被分聚在不同的点上的缘故。
理想光学系统 ＊如果通过光学系统后仍然是同心光束，则在会聚点成像：完善像点。＊物面上所有点发出的光束都在像方成完善像点：则系统成完善像。＊不考虑像差的成像关系即是理想光学系统。 完善成像的物理条件由于物点发出的是球面波，而其完善像点由会聚的球面波形成，而球面波面之间的光程是相等的，所以，完善成像的物理条件是：物点和像点之间所有光线的传播等光程。
完善成像的条件是苛刻的 在实际工程中，满足等光程、满足完善成像条件是很困难的。数学推导得出光学透镜表面是一个4次曲线方程，将该曲线绕光轴旋转得到卵形曲面。它的加工是十分困难的。 在非完善成像的情况下，成像光束不再是同心光束，得到的像点为一个弥散斑。
波前像差与视觉质量关系的研究进展（作者:___________单位: ___________邮编: ___________） 【关键词】波前像差视觉质量研究进展 像差在物理光学上已不是一个新概念,近几年来随着角膜屈光手术的推广,由其引发的术后夜间视力下降、对比敏感度下降、眩光等一系列问题将像差与屈光手术牢牢地联系在一起,将这一物理光学的基本概念带入了一个新舞台,波前像差检查技术的出现为准分子激光角膜屈光手术后的视觉质量评价提供了一个客观的方法，现将像差、视觉质量有关内容及他们的关系综述如下。 1 像差概念和波前像差概述 实际工作中光学系统所成的像与近轴光学(Paraxial Optics，高斯光学)所获得的结果不同，有一定的偏离，光学成像相对近轴成像的偏离称像差。光的传播是以波的形式振荡向前的，一个点光源发出的光波是以球面波的形式向周围扩散，假设该点发出的光波在某一时刻停滞不前，所有光点形成的一个波面，就像战场阵地上士兵组成的阵，因此称为波阵面(wavefront)，直译为波前。当该球面波向周围扩散传播没有遇到人和不均匀的阻力时，其波面即为理想波面，是以理想像点为中心的一个球面;而实际上该球面波向周围扩散传播时将
受到介质中不均匀的阻力，其波面应为实际波面，是以非理想像点为中心的一个波面，理想波面与实际波面之间的光程差(optical path difference,opd)即称为波阵面像差(wavefront aberration)，直译为波前像差[1]。 根据人体生理学，对于人眼系统，其像差主要来源于其光学系统的缺陷：角膜和晶状体的表面不理想，其表面曲度存在局部偏差;角膜与晶状体、玻璃体不同轴;角膜和晶状体以及玻璃体的内含物质不均匀，使折射率有局部偏差。各种光通过人眼的折射率不同，不可避免地产生色差。研究显示各种像差对人的视觉质量都具有重要的影响，在正常人眼的像差中，球差和色差是影响视网膜成像的重要因素。而像散和彗差等轴外像差居于次要地位[2]。在瞳孔小于3 mm时，人眼的像差主要是离焦、散光、彗差、球差等常规的像差，当瞳孔增大超过7.3 mm时，影响人眼的视觉质量和视网膜分辨率的主要原因是非常规像差[3]。单色像差和瞳孔的大小(即调节作用)有明显相关性，随调节程度加强像差明显升高，而且对于PRK、LASIK术后大瞳孔(7 mm)患者像差明显高于小瞳孔(3 mm)的患者[4]。这些结构上的偏差使得经过偏差部位的光线偏离理想光路，以至物体上一点在视网膜的对应点上不是一个理想的像点，而是一个发散的光斑，其结果是整个视网膜像对比下降，视觉模糊。实践证明，基于几何光学原理对人眼光学系统特性的传统评价方法存在很大的局限性。 2 视觉质量 目前公认的评价视觉质量的指标包括视力、对比敏感度检查和主
第五节光学系统像差实验 一、引言 如果成像系统是理想光学系统, 则同一物点发出的所有光线通过系统以后, 应该聚焦在理想像面上的同一点, 且高度同理想像高一致。但实际光学系统成像不可能完全符合理想, 物点光线通过光学系统后在像空间形成具有复杂几何结构的像散光束, 该像散光束的位置和结构通常用几何像差来描述。 二、实验目的 掌握各种几何像差产生的条件及其基本规律，观察各种像差现象。 三、基本原理 光学系统所成实际像与理想像的差异称为像差，只有在近轴区且以单色光所成像之像才是完善的（此时视场趋近于0，孔径趋近于0）。但实际的光学系统均需对有一定大小的物体以一定的宽光束进行成像，故此时的像已不具备理想成像的条件及特性，即像并不完善。可见，像差是由球面本身的特性所决定的，即使透镜的折射率非常均匀，球面加工的非常完美，像差仍会存在。 几何像差主要有七种：球差、彗差、像散、场曲、畸变、位置色差及倍率色差。前五种为单色像差，后二种为色差。 1.球差 轴上点发出的同心光束经光学系统后，不再是同心光束，不同入射高度的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点（理想像点）有不同程度的偏离，这种偏离 δ'）。如图1-1所示。 称为轴向球差，简称球差（L 图1-1 轴上点球差 2．慧差 彗差是轴外像差之一，它体现的是轴外物点发出的宽光束经系统成像后的失对称情况，彗差既与孔径相关又与视场相关。若系统存在较大彗差，则将导致轴外像点成为彗星状的弥散斑，影响轴外像点的清晰程度。如图1-2所示。
图1-2 慧差 3.像散 像散用偏离光轴较大的物点发出的邻近主光线的细光束经光学系统后，其子午焦线与弧矢焦线间的轴向距离表示： ts t s x x x '''=- 式中，t x ',s x '分别表示子午焦线至理想像面的距离及弧矢焦线会得到不同形状的物至理想像面的距离，如图1-3所示。 图1-3 像散 当系统存在像散时，不同的像面位置会得到不同形状的物点像。若光学系统对直线成像，由于像散的存在其成像质量与直线的方向有关。例如，若直线在子午面内其子午像是弥散的，而弧矢像是清晰的；若直线在弧矢面内，其弧矢像是弥散的而子午像是清晰的；若直线既不在子午面内也不在弧矢面内，则其子午像和弧矢像均不清晰，故而影响轴外像点的成像清晰度。 4.场曲 使垂直光轴的物平面成曲面像的象差称为场曲。如图1-4所示。 子午细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的子午场曲；弧矢细光束的交点沿光轴方向到高斯像面的距离称为细光束的弧矢场曲。而且即使像散消失了（即子午像面与弧矢像面相重合），则场曲依旧存在（像面是弯曲的）。 场曲是视场的函数，随着视场的变化而变化。当系统存在较大场曲时，就不
光学系统像差测量实验 RLE-ME01 实 验 讲 义 版本：2012 发布日期：2012年8月
前言 实际光学系统与理想光学系统成像的差异称为像差。光学系统成像的差异是《工程光学》课程重要章节，也是教学的难点章节，针对此知识点的教学实验产品匮乏。RealLight?开发的像差测量实验采用专门设计的像差镜头，像差现象清晰；涉及知识点紧贴像差理论的重点容，是学生掌握像差理论的非常理想的教学实验系统。
目录 1．光学系统像差的计算机模拟 1.1.引言---------------------------------------------1 1.2.实验目的-----------------------------------------1 1.3.实验原理-----------------------------------------1 1.4.实验仪器-----------------------------------------4 1.5.实验步骤-----------------------------------------4 1.6.思考题-------------------------------------------5 2. 平行光管的调节使用及位置色差的测量 2.1.引言---------------------------------------------6 2.2.实验目的-----------------------------------------6 2.3.实验原理-----------------------------------------6 2.4.实验仪器-----------------------------------------7 2.5.实验步骤-----------------------------------------8 2.6.实验数据处理-------------------------------------9 2.7.思考题-------------------------------------------9 3. 星点法观测光学系统单色像差 3.1.引言---------------------------------------------10 3.2.实验目的-----------------------------------------10 3.3.实验原理-----------------------------------------10
发布时间:2011-06-15 荧光显微镜使用方法和荧光显微镜操作规程 荧光显微镜是光学显微镜中的一种。 关键字： 荧光显微镜使用方法 荧光显微镜操作规程 荧光显微镜使用 荧光显微镜使用方法和荧光显微镜操作规程 1. 用窗帘遮蔽光线，关闭房间内的灯光，除去显微镜的防尘罩，确保显微镜灯室通风良好、无遮盖。装上汞灯灯箱，并转动灯箱卡圈上的拨杆，将灯箱与镜臂连接。 2. 将汞灯灯箱的电源插头插入荧光电源箱后的插座，再将荧光电源箱的插头插入220V外接电源。 3. 打开电源开关，电压表显示出电源电压，如电源电压波动不大于额定电压值的±5%，即可按下启动开关点燃汞灯，如因天气太冷或电压不稳定等原因，一次启动未点燃汞灯，可以多揿动几次。待超高压汞灯弧光达到稳定状态并达到最大发光效率，即可开始工作。 4. 灯泡的调中： （1）任选一块标本放在载物台上. （2）转动镜臂上的聚光镜旋钮使聚光镜移出光路，转动滤色片组转换手轮，将紫光（Ｖ）或蓝光（Ｂ）或绿光（Ｇ）激发滤色片组转入光路，并将10×荧光物镜转入光路。 （3）调节粗微调手轮，将标本像调焦清晰。 （4）前后推动垂直照明器右边的聚光镜调焦推杆，使视场光栏成像清晰，转动视场光栏拨杆将视场光栏收小，调节视场光栏调中螺钉使视场光栏居中，然后再将视场光栏开至最大。
（5）转动镜臂上的聚光镜旋钮使聚光镜移入光路，前后调节灯箱上的聚光镜拨杆，使汞灯的弧光在视场内成像清晰。 （6）调整灯箱上的灯泡水平调节螺钉和垂直调节螺钉，使汞灯的弧光居中。 （7）调整反光镜水平调节螺钉和垂直调节螺钉，使光源的反射像与汞灯的弧光分开。 （8）转动聚光镜旋钮把聚光镜移出光路，此时视场照明均匀。 5. 荧光观察： （1）将荧光染色标本放到载物台上。 （2）将10×平场物镜或40×荧光物镜转入光路，调节载物台纵横移动手轮，将标本移入光路。 （3）转动滤光片转换拨轮，将荧光染色标本所需要的激发滤光片组转入光路。激发滤光片组编号刻在滤片组转换拨轮上。 滤光片选择正确与否，是荧光显微镜能否得到正确应用的关键。选用滤光片时，必须遵守斯托克斯定律：激发滤光片的透射波长＜双色束分离器的透射波长＜阻断滤光片的透射波长。 由于激发滤光片、双色束分离器和阻断滤光片，出厂时已按其用途和本身的光学特性进行了严格的组合匹配，在观察和摄影时，只需选择滤光片组即可。
消色差双胶合透镜设计 设计性实验 一、实验目的 掌握zemax光学设计软件的使用，能进行光学器件的设计和仿真，理解各种光学设计的基本分析原理，了解像差的基本概念、意义。 二、实验内容 设计一个校正球差的消色差双胶合镜，作为望远镜物镜。孔径D=10 cm，c1=0.002957 cm-1，c2=-0.020184 cm-1，c3=-0.00771 cm-1。厚度t1=1.9 cm，t2=1.3 cm。玻璃选择：第一透镜选BaK1 （1.5725、57.55），第一透镜选BaSF2 （1.66446、35.83）。如图所示。 三、实验仪器 计算机、光学系统设计软件Zemax。 四、实验原理 几何光学设计主要采用光线追迹法（Ray tracing）来分析光线在光学系统中的传输路径。通过光线追迹法可以确定系统的一些基本参数，如焦距、光阑，入射光瞳、出射光瞳、入射窗、出射窗等。通过光线追迹法还可以分析系统像差。 五、实验步骤 步骤一：创建设计 建立新文件，并保存。 步骤二：系统参数设置 1 将单位设置为毫米，将入射光瞳直径设置为100毫米。方法：System-General。如下图。
2 对计算视场进行设计，设置了两个视场（0度和3度），本系统中视场的影响不大，因为物处于无穷远。方法：System-Fields。如下图。 步骤三：面输入 输入三个面，如图所示。插入光学面的方法为：Edit-Insert Surface或Edit-Insert After。
编辑好透镜数据之后可以查看透镜的光学结构，方法为：Analysis-Layout-2D Layout。 步骤四：系统参数计算 计算系统数据的方法：Report-System Data。结果一般如下图所示。我们记录几个数据：EFL、BFL、入瞳直径、出瞳位置与直径。 计算光线追迹数据的方法：Analysis-Calculations-Ray trace。我们只查看近轴光线数据，一般如下图所示。
光学传递函数的测量和评价 引言 光学传递函数是表征光学系统对不同空间频率的目标函数的传递性能，是评价光学系统的指标之一。它将傅里叶变换这种数学工具引入应用光学领域，从而使像质评价有了数学依据。由此人们可以把物体成像看作光能量在像平面上的再分配，也可以把光学系统看成对空间频率的低通滤波器，并通过频谱分析对光学系统的成像质量进行评价。到现在为止，光学传递函数成为了像质评价的一种主要方法。 一、实验目的 了解光学镜头传递函数的基本测量原理，掌握传递函数测量和成像品质评价的近似方法，学习抽样、平均和统计算法，熟悉光学软件的应用。 二、基本原理 光学系统在一定条件下可以近似看作线性空间中的不变系统，因此我们可以在空间频 率域来讨论光学系统的响应特性。其基本的数学原理就是傅里叶变换和逆变换，即： dxdy y x i y x )](2exp[,ηξπψηξψ+-=??） （） ，（ （1） ηξηξπηξψψd d y x i y x )](2exp[),(),(+=?? （2） 式中),(ηξψ是),(y x ψ的傅里叶频谱，是物体所包含的空间频率),(ηξ的成分含量，低频成分表示缓慢变化的背景和大的轮廓，高频成分表示物体细节，积分范围是全空间或者是有光 通过空间范围。 当物体经过光学系统后，各个不同频率的正弦信号发生两个变化：首先是调制度（或反差度）下降，其次是相位发生变化，这一综合过程可表为 ），（），（），（ηξηξψηξφH ?= （3） 式中），（ηξφ表示像的傅里叶频谱。），（ηξH 成为光学传递函数，是一个复函数， 它的模为调制度传递函数（modulation transfer function, MTF ），相位部分则为相位传递函数（phase transfer function, PTF ）。显然，当H =1时，表示象和物完全一致，即成象过程完全保真，象包含了物的全部信息，没有失真,光学系统成完善象。由于光波在光学系统孔径光栏上的衍射以及象差（包括设计中的余留象差及加工、装调中的误差），信息在传递过程中不可避免要出现失真，总的来讲，空间频率越高，传递性能越差。要得到像的复振幅分布，只需要将像的傅里叶频谱作一次逆傅里叶变换即可。 在光学中，调制度定义为 min max min max I I I I m +-= (4) 式中max I 、min I 表示光强的极大值和极小值。光学系统的调制传递函数可表为给定空间频率
镜头的主要参数及对成像质量有什么影响 中国网络摄像机专业网（内参资料） 镜头分不同类型，但即使对于同一类型的镜头，其成像质量也有着很大的差异，这主要是由于材质、加工精度和镜片结构的不同等因素造成的，同时也导致不同档次的镜头价格从几百元到几万元的巨大差异。比较著名的如四片三组式天塞镜头、六片四组式双高斯镜头。对于镜头设计及生产厂家，一般用光学传递函数OTF（Optical Transfer Function）来综合评价镜头成像质量，光学系统传递的是亮度沿空间分布的信息，光学系统在传递被摄景物信息时，被传递之各空间频率的正弦波信号，其调制度和位相在成实际像时的变化，均为空间频率的函数，此函数称为光学传递函数。OTF一般由调制传递函数MTF（Modulation Transfer Function）与位相传递函数PTF（Phase Transfer Function ）两部分组成。 像差是影响图像质量的重要方面，常见的像差有如下六种： ·球差：由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模糊圈），则此光学系统的成像误差称为球差。 ·慧差：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若在理想像平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，则此光学系统的成像误差称为慧差。
·像散：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则此光学系统的成像误差称为像散。 ·场曲：垂直于主轴的平面物体经光学系统所结成的清晰影像，若不在一垂直于主轴的像平面内，而在一以主轴为对称的弯曲表面上，即最佳像面为一曲面，则此光学系统的成像误差称为场曲。当调焦至画面中央处的影像清晰时，画面四周的影像模糊；而当调焦至画面四周处的影像清晰时，画面中央处的影像又开始模糊。
一、zemax的spot diagram的看图方式说明 光学设计程序zemax中有个很常用的评测光学系统质量的分析工具－spot diagram，中文翻译就是点图，借助它可以形象的对光学系统成像进行很好的描述。这里写下本人对spot diagram的体会和认识。可以通过多种方式在zemax中显示点图，方式一：直接点击在屏幕菜单工具栏中的“Spt”按钮；方式二：选择菜单Analysis-Spot Diagrams-Standard。 点图的原理是显示光学系统在IMA面上的成像。换句话说，它就是通过计算，把一系列物方的点通过光学系统以后，成像在IMA 面上的情况给实际绘制出来。 为了表现方便，它可以选择一系列预定的模板形式，具体来说，比如一个在轴上的点，从无限远成像到IMA面上，zemax就模拟在无限远有若干个发光点，这些点平行射入入瞳，然后经过光学系统，最后成像在IMA面上。显然如果光学系统是完美的光学系统，那么这些点成像点为一个理想的点。 但对于实际的光学系统，就会成像为一个弥散斑。那么这个弥散斑在IMA面上的像，就是Spot Diagram。同理，在非轴上点，也可以参照主光线的角度和位置，形成一系列的发光点，经过入瞳最后成像在IMA面上最后也形成一个弥散斑。 如何通过spot diagram看光学设计的质量，简单说，这个弥散斑越小越好。如果你发现弥散斑足够小，满足你对光学系统最小弥散斑的要求（spot diagram的单位是微米）那么你的光学系统就完全可以
进行实际的加工了。换句话说，就是你的光学系统已经可以设计完成了。 如何才知道你的光学系统足够的好？这里有个参考，就是airy 斑的参考。airy斑是物理光学的一个概念。它指出在形成的弥散斑直径在 2.44*F*(主波长)以内的时候，该光学系统可以认为是理想（完美）光学系统。这样当你在spot diagram图中，在setting菜单中，设置显示airy斑。然后发现你的点图完全都在airy斑环之内，你就可以认为你的光学系统设计已经完美。 但实际上，很少有光学系统，可以满足符合airy斑直径的要求。那么说明你的光学系统有像差。究竟是哪种像差在起主要作用？主要的像差有，球差，慧差，像散，场曲，畸变。 这些像差在spot diagram上的表现各不相同。但由于一个光学系统通常是各种像差的混合。因此需要你对spot diagram的形状进行判断。确认是主要是哪种像差，然后通过修改玻璃，或者曲率以及光阑的位置等加以调整。 在spot diagram中还有几个参数可以参考，RMS RADIUS，均平方根半径是一个重要的半径参数，它是弥散斑各个点坐标，参考中心点，进行的坐标平方和后，除以点数量，然后开方的值，这个值的半径可以反映一个典型的弥散斑的大小，但它不是全部弥散斑的直径，全部弥散斑的直径是GEO RADIUS。RMS RADIUS是重要的反映弥散质量的参数，它和在优化中，MF的值极大的吻合。(就是说MF的某个视场最后值就是RMS的半径)