当前位置：文档之家 › 第七章 典型光学系统

第七章 典型光学系统

  • 格式：ppt
  • 大小：518.00 KB
  • 文档页数：85

下载文档原格式

  / 85

合集下载

+第七章典型光学系统 122页PPT文档

+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

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_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？
-

光学第7章_典型光学系统

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

工程光学习题参考答案第七章 典型光学系统

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

(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='。

工程光学第七章 典型光学系统(2013总第13讲)

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。

第七章 典型的光学系统

第七章 典型的光学系统

3）老花眼：远点位于无限远处；近点则因受调节能力的限制而距眼较远。 矫正的方法佩戴凸透镜。 4） 散光： 它所产生的原因是由于水晶体的两表面不对称，造成二个主截面方向的光焦 度并不完全一致，形成了像散光束。 矫正的方法佩戴能产生像散的元件，例如：柱面镜
图 7-3
校正散光的圆柱面透镜
5、适应：眼睛对周围空间光亮情况的自动适应能力。 1）分类： 暗适应――发生在从亮处到暗处的情况 明适应（光适应）―――发生在从暗处到亮处的情况 需要说明的是：眼的适应并不能立即完成，而是需要一个过程，花费一定的 时间，这一点所有的人都应该深有体会。尤其是从亮处到暗处，这个过程更为明 显。 2）原因： 人眼之所以能适应，主要归功于瞳孔的放大或缩小的作用。 三、眼睛分辨率 1、定义：眼能够分辨靠近的二个物点的极限值。 2、公式： 一个视神经细胞的直径为： 0.003mm ， 故视神经细胞能分辨的二个像点之 间的最小距离至少应为 0.006mm 。 若将人眼作为理想的光学系统来进行考虑的话，则根据衍射理论，其极限分 辨角为：
三、 显微镜的分辨率及有效放大率 1、 分辨率：指辨别二相靠近点的极限值。 1）根据瑞利判断，能分辨的二点间的最小距离：
3.83 f ――――这是线值 D 1.22 D

若用角值表示，其分辨率为：
此公式同样适用于显微镜，那么入瞳直径
D 2 f ' sin U
1.22 2 sin u 0.61 0.61 n sin u NA
1 250 0 1 D
可见，当像成在明视距离处时，其放大率比成像在无限远时的放大率大 1。 但实际上人眼不可能紧贴人眼，即 p' 0 ，所以这两种情况下的放大率是近似相 等的。 二、 光束限制

工程光学习题解答--第七章-典型光学系统

工程光学习题解答--第七章-典型光学系统

工程光学习题解答--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∴ ml r5.0-=②PR A -= D A 8= D R 2-=∴D A R P 1082-=--=-=m P l p1.01011-=-== ③f D '=1 ∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-=' m l R1-='⑤P R A '-'= DA 8=D R 1-='DA 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 mm f 25=' mmD 18=放mm P 50='mm l P 250='-'%50=K求：① Γ ② 2y ③l 解：①f D P '-'-=Γ125501252501250-+=''-+'=f P feye92110=-+=②由%50=K 可得：18.050*2182=='='P D tg 放ωωωtg tg '=Γ ∴02.0918.0==ωtg D y tg =ω ∴mmDtg y 502.0*250===ω∴mm y 102= 方法二：18.0='ωtg Θmmtg y 45*250='='ωmml 200-='mmfe 250='mm l 2.22-=yy l l X'==='=92.22200βΘmm y 102=③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='l l =-'1125112001=--lmml 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 e25='。

第七章典型光学系统

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

工程光学第7章典型光学系统

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。

第七章典型光学系统_工程光学

第七章典型光学系统_工程光学

4）数值孔径、出瞳D’：NA＝nsinu, D'＝500NA/Г
3
5）物镜的分辨率：

a


0.61 0.61 n sin 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：
2 2 Nf ' e 5 f 'e x (mm) 1000 1000
0＝D/f '＝250/f '
250 P' ＝ 1 f' f'
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： tg '
tg

Г＝250/f ' 3）线视场公式：
250 e f '0 f ' e
500tg ' 500tg ' 2y e
1）系统的基本要求（像差、照明）
2）主要光学参数（4个：
D ） f ' 2 ' f'
3）其照明系统的衔接条件（2条）
8
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？
l ' tg ' tg ' y' e l ' tg tg y'i
1
3.放大镜的视觉放大率为何？（注意条件）
5. 临界照明和坷拉照明中的光瞳衔接关系？
4
6. 关于望远系统（开普勒）：

工程光学习题解答--第七章-典型光学系统

工程光学习题解答--第七章-典型光学系统
已知 灯丝面积1.2×1.2
灯丝到物面的距离100mm临界照明
求: 和通光孔径.
解:
∴
∴
6．为看清4km处相隔150mm的两个点（设 ），若用开普勒望远镜观察，则：
（1）求开普勒望远镜的工作放大倍率；
（2）若筒长 ，求物镜和目镜的焦距；
（3）物镜框是孔径光阑，求出射光瞳距离；
（4）为满足工作放大率的要求，求物镜的通光孔径；
④
15．一透镜焦距 ，如在其前边放置一个 的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。）
解： ,求得：
答：组合后的焦距是-180mm。基点位置如图所示。
其光路图如下所示：
16．已知， 的双凸透镜，置于空气中。物A位于第一球面前 处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像B位于第一球面前 ，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n。（）
解：
14．开普勒望远镜的筒长255mm， ， ， ，无渐晕，
（1）求物镜和目镜的焦距；
（2）目镜的通光孔径和出瞳距；
（3）在物镜焦面处放一场镜，其焦距为 ，求新的出瞳距和目镜的通光孔径；
（4）目镜的视度调节在 （屈光度），求目镜的移动量。
① 解得
②
由三角形相似得：
有大三角形相似得：
③
物镜经场镜成像
经目镜成像
(5)
(6)
(7)望远系统光路图如下：
18.思考题
1、用一具已正常调节的望远镜，用来观察地面上的建筑物，怎样调节镜筒的长
度？
答：一具已正常调节的望远镜是用来观察极远的问题的。对物镜而言，物距
接近无穷远，其像距就是物镜的焦距；而对于目镜而言，目镜的物距就是它的焦
距，目镜的像距为无穷远。所以此时筒长等于两透镜的焦距之和。当用它观察地

第七章 典型光学系统

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

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。

典型光学系统_工程光学

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）：

几何光学_第七章_典型光学系统

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

工程光学习题解答第七章_典型光学系统

工程光学习题解答第七章_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='。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

人眼的结构
• 人眼的生理结构 • 人眼的光学结构－简约眼 人眼的光学结构－ • 人眼相当于照相机
人眼的结构
巩膜 脉络膜 网膜
角膜
虹彩 前室 水晶体 黄斑 盲点 后室
视轴
简约眼
眼睛简化成一个折射球面的模型， 眼睛简化成一个折射球面的模型，即简约眼
折射面的曲率半径 像方介质的折射率 网膜的曲率半径 物方焦距 像方焦距 光焦度
• 有效放大率是对设计显微镜提出的技术 要求 • 有效放大率的确定原则： 有效放大率的确定原则： 被显微镜分辨的细节经显微镜放大后 也要能被人眼所分辨。 也要能被人眼所分辨
tgω ' 0.0725 / D 0.0725 Γ= = = NA ≈ 250 NA tgϖ σ /D 0.61λ
取人眼观察2’~ 4’时 取人眼观察 时 Γ = 500 NA ~ 1000 NA
例题： 例题：如果要求读数显微镜的瞄准精 度为0.001mm 求显微镜的放大率。 0.001mm， 度为0.001mm，求显微镜的放大率。
• 解 人眼直接观察 人眼直接观察0.001mm的物体所对应 的物体所对应 的视角为 0.001 −6
tgω e = 250 = 4 × 10
人眼的视角分辨力为60〃，因此要求显 因此要求显 人眼的视角分辨力为 微镜的视放大率为 tgω ' tg 60"
放大镜的视放大率
• 当人眼直接观察物体时
y y tgϖ = = l D
• 当人眼通过放大镜观察物体时
y' f '−l ' y tgω ' = × = P '−l ' P '−l ' f '
• 视放大率
tgω ' f '−l ' D Γ= = ⋅ tgϖ P '−l ' f '
一般有
tgω ' f '−l ' D ⋅ Γ= = tgϖ P '−l ' f '
显微镜的视放大率（ 显微镜的视放大率（二）
• 显微镜为两次放大，放大率为两次放大的乘积 显微镜为两次放大，
tgω ' y ' f '目 β ⋅ y f '目 D Γ= = = =β⋅ = β ⋅ Γ目 tgϖ y D y D f '目 x' ∆ =− β =− f '物 f '物
D Γ目 = f '目
人眼的调节
调节： 调节：眼睛通过睫状肌作用改变光焦度的大小 以看清不同距离物体的过程称为调节。 以看清不同距离物体的过程称为调节。 远点：眼睛能看清的最远点称为远点， 远点：眼睛能看清的最远点称为远点，用r表示 近点：眼睛能看清的最近点称为近点， 近点：眼睛能看清的最近点称为近点，用p表示 调节范围： 调节范围：调节范围A表示为远点距和近点距的 倒数之差 1 1 A= − = R− p r p A、R、P的单位是屈光度（D）， D = 1m 。 、 、 的单位是屈光度 的单位是屈光度（ ） 1
放大镜的光束限制图
放大镜的像方视场角
K=1.0
tgω '1 = (h − a ') / P '
K=0.5
tgω ' = h / P '
tgω '2 = (h + a ') / P '
K=0
提高放大镜放大率的可能性
• 一般说 ， 我们将 Γ = 250 f ' 确定为 一般说， 放大镜的视放大率。 放大镜的视放大率。 • 放大率取决于焦距，与焦距成反比。 放大率取决于焦距，与焦距成反比。 当单透镜的焦距不能减小时， 当单透镜的焦距不能减小时，放大率 受到限制，于是，有了显微镜。 受到限制，于是，有了显微镜。
人眼的瞄准精度
• 人眼认为标志对目标重合而实际未 重合的最大误差 。 • 瞄准精度与分辨力成正比 ， 但不等 瞄准精度与分辨力成正比， 于分辨力。 于分辨力。
分辩力和瞄准精度
两个不同的概念
• 分辨力是对静止的两个点的分辨能力 分辨力是对静止 静止的两个点的分辨能力 • 瞄准精度是对两个相对运动点重合的判断。 瞄准精度是对两个相对运动点重合的判断。 相对运动点重合的判断 • 两个概念又是相互联系的， 高的瞄准精度 两个概念又是相互联系的 ， 不仅取决于高的分辩力， 不仅取决于高的分辩力，同时也取决合适的 ε 瞄准方式。 瞄准方式。一般有
α=
其中K >1， 其中 >1，与瞄准方式有关
K
人眼的屈光度误差及其校正
•正常人眼完全放松时，眼睛的远点在无限 正常人眼完全放松时， 正常人眼完全放松时 则称其为正常眼，反之， 远 ， 则称其为正常眼 ， 反之 ， 称为非正常 非正常眼主要有以下三种类型： 眼。非正常眼主要有以下三种类型： • 近视眼：远点距为负值，有限远 近视眼：远点距为负值， • 远视眼 远点距为正值，有限远 远视眼：远点距为正值 远点距为正值， • 散光眼： 两个垂直子午面的远点距不 同
提高显微镜分辨力的可能性
• 提高显微镜分辨率的另一途径就是用电 子束来代替光。 子束来代替光。根据德布罗意的物质波 理论，运动的电子具有波动性， 理论，运动的电子具有波动性，而且速 度越快，它的“波长”就越短。 度越快，它的“波长”就越短。 • 电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。 电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。 20世纪最重要的发明之一 由于电子的速度可以加到很高， 由于电子的速度可以加到很高，电子显 微镜的分辨率可以达到纳米级（ 微镜的分辨率可以达到纳米级（10-9m）。
∆ D D D Γ=− × =− = ′ ′ ′ ′ f 物 f目 f 物 ⋅ f目 ∆ f '显
• 显微镜实质上就是一个组合的放大镜
对显微镜成像的几点分析
• 物平面应位于物镜的物方焦点到两倍焦 距之间，以实现物镜的一级放大。 距之间，以实现物镜的一级放大。 • 物平面应位于整个显微镜组合物方焦点 以内，并十分靠近物方焦点处， 以内，并十分靠近物方焦点处，以使得 物体经显微镜成像于250mm以外至∞ 250mm以外至 物体经显微镜成像于250mm以外至∞处。 • 显微镜可以通过调换不同倍率的物镜和 目镜， 目镜，方便迅速地获得显微镜的多种放 大率。 大率。 • 显微镜因为有中间实像 ， 能实现对物体 显微镜因为有中间实像， 的瞄准和测量。 的瞄准和测量
显微镜的分辨力
• 显微镜的分辨力取决于光学系统对光的衍 射状况。 根据瑞利判断， 射状况。 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， 间的间隔等于艾里斑的半径时，则能被光 学系统分辨。 a = 0.61λ / n 'sin u ' • 显微镜的分辨力用所能分辨的物方最小距 离表示 a 0.61λ 0.61λ n' sin u '
显微镜的视放大率（ 显微镜的视放大率（一）
• 人眼直接观察物体
y y tgϖ = = l D
• 人眼观察显微镜的像
y' β ⋅ y − x ' f '物 ⋅ y − ∆ f '物 ⋅ y y tgω ' = = = = = f '目 f '目 f '目 f '目 f '显
• 显微镜的视放大率
tgω ' y f '显 D Γ= = = tgϖ y D f '显
D Γ= f'
D Γ= f'
D Γ=− l
当 l' = ∞ 时 当 P' = f ' 时 当 P' = 0 时
放大镜的光束限制
• • • • 放大镜与人眼组合成一个组合系统 孔径光阑： 孔径光阑：人眼瞳孔 视场光阑： 视场光阑：放大镜 视场光阑与物（像面）不重合， 视场光阑与物（像面）不重合，必产生 渐晕
第七章 典型光学系统
• • • • • 眼睛及其光学系统 放大镜 显微系统 望远系统 投影系统和照相系统
第一节 眼睛及其光学系统
•眼睛是一个完整的成像光学系统， 同时 眼睛是一个完整的成像光学系统， 眼睛是一个完整的成像光学系统 又是目视光学系统的接收器， 又是目视光学系统的接收器 ， 可以看成 是整个光学系统的一个组成部分。 是整个光学系统的一个组成部分。 •一、眼睛结构 一 •二、人眼的调节和适应 二 •三、人眼的分辨率和瞄准精度 三 •四、人眼的屈光度误差及其校正 四
5.56mm 1.333 9.7 mm -16.70mm 22.26 mm 59.88D
பைடு நூலகம்约眼
R =5.56 R =9.7 n=1.0 n=1.33
人眼与照相机
眼睛如同一只自动变焦和自动 改变光圈大小的照相机。 改变光圈大小的照相机 。 从光学角 度看， 度看 ， 眼睛中三个最重要的部分是 水晶体、 瞳孔和网膜， 水晶体 、 瞳孔和网膜 ， 它们分别对 应与照相机中的镜头、 光阑和底片。 应与照相机中的镜头 、 光阑和底片 。
近视眼
-r
远视眼： 远视眼
r
散光眼
第一子午面
-r 第二子午面 -r
第二节 放大镜
• • • • 放大镜概述 放大镜的工作原理 放大镜的视放大率 放大镜的光束限制
放大镜概述
• 放大镜又称助视镜，当被观察物体 放大镜又称助视镜， 的细节对眼睛的张角小于最小分辩 角（1’）时，眼睛便无法分辩其细 ） 节，只能借助于目视光学仪器将其 放大后再去观察。 放大后再去观察。由此引入视觉放
大率。
放大镜的工作原理图
视觉放大率
• 定义：通过目视光学仪器观察物体时， 定义：通过目视光学仪器观察物体时， 其像对眼睛张角的正切与直接看物体时 物体对眼睛张角的正切之比 tgω ' Γ= tgϖ • 视放大率是一种主观放大率，不同于前 视放大率是一种主观放大率， 面介绍的三种客观放大率。 面介绍的三种客观放大率。