光学系统Word文件下载.doc
《光学系统Word文件下载.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学系统Word文件下载.doc（8页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
眼睛在观察物体时，能够产生远近的感觉，被称为“空间深度感觉”。
单眼深度感觉来源
物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近
物体之间的遮蔽关系和阳光的阴影来判断相对位置
对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深度感觉
眼睛的调节程度来判断物体的远近
双眼观察的深度感觉（除上述因素外）
物体距离越近，视轴之间的夹角越大，眼球的肌肉紧张程度不同，据此判断物体远近
（6）双目立体视觉（简称体视）
不同距离物体对应不同的视差角，无限远物点对应的视差角q∞=0。
不同距离物体视差角差异Dq称为立体视差，简称视差。
人眼能感觉到Dq的极限值Dqmin称为体视锐度，Dqmin约为10”。
节点J1和J2的连线b，称为视觉基线
目视光学仪器
扩大视角：
将细小物体放大，使像的视角大于人眼的极限分辨角
出射平行光束：
目标通过仪器后应先成像在无限远处，人眼在完全放松的自然状态下，无限远目标成像到视网膜上。
放大镜系统
（1）放大镜的视角放大率
视角放大率：
通过仪器观察物体时视网膜上的像高yi’与人眼直接观察物体时视网膜上的像高ye’之比
y'
y
A
B
A'
B'
F
F'
w’
P'
-f
f’
-x’
a’
公式导出后常见情况
1．物体位于放大镜前焦点，成像于无限远，导出放大镜和目镜的光学常数
2.把物体的像调焦在明视距离处，导出视角放大率等于垂轴放大率
3.眼睛紧靠放大镜
（2）放大镜的光束限制
单透镜低倍放大镜，瞳孔为孔径光阑，放大镜为渐晕光阑，限定了可见视场。
（3）放大镜的视场
100%渐晕50%渐晕0%渐晕
放大镜框的直径（2a’）越大，眼睛越靠近放大镜（d越小），视场就越大。
放大镜的视场常用物方线视场2y来表示，当物平面位于放大镜的物方焦点上时，像平面在无限远，50%渐晕的线视场为
（4）放大镜的物是前面光学系统所成的像，则该放大镜称为目镜。
它将物镜所成的像放大后成像在人眼的远点或明视距离。
目镜是一种小孔径、大视场、短焦距、光阑在外的光学系统，轴上点像差不大，但轴外像差很严重，需校正与视场有关的彗差、像散、场曲、畸变和倍率色差。
目镜光学参数有视场角2w’、焦距f’、相对镜目距P’/f’和工作距lF。
O1
O2
物镜镜
目镜
出瞳
物镜成像面
lF
P’
目镜的视场一般在40°
~50°
目镜的焦距一般在15~30mm
目镜后表面到眼睛的距离称为镜目距，其与目镜焦距之比为相对镜目距P’/f’=0.5~0.8;
物镜成像面到目镜前表面的距离lF称为目镜的工作距，视度调节范围为±
5D；
显微镜系统
物镜像方焦点到目镜物方焦点的距离D称为显微镜的光学筒长
机械筒长——取下物镜和目镜后，剩下的镜筒长度，即物镜面到目镜面之间的距离，
显微镜的机械筒长是固定的，各国标准不同，我国规定机械筒长为160mm
物镜为孔径光阑，又是入瞳，经目镜成的像于目镜后为出瞳。
物体经物镜成像于系统中央，存在中间实像面。
中间实像经目镜成像于250mm工作距。
在中间实像面处设立视场光阑。
视场光阑经物镜成像于前为入窗即物面，经目镜成像面即出窗。
计算时默认中间实像面处于目镜焦平面上，后平行光出射的公式。
（1）显微镜系统总的放大率G是物镜横向放大率β1和目镜视觉放大率Ge的乘积。
负号说明由正物镜和正目镜构成的显微镜系统成倒像。
由于
显微镜与放大镜的视觉放大率公式完全相同。
显微镜系统实质上是一个复杂化了的放大镜
如果目镜将像成在明视距离，则
（2）显微镜系统的出瞳D’=-2f’NA（NA=nsinU，f’为整个系统的像方焦距）显微镜的出瞳一般小于眼瞳直径
（3）显微镜系统的视场
显微镜系统存在中间实像，故可在物镜的实像平面上设置视场光阑并消除渐晕现象。
2y=500tanw’/G
原始线视场2y=D/β1（D为视场光阑的直径）
更换物镜或目镜的倍率时，显微镜物方线视场的大小也随之改变。
使用显微镜时，要求一次调焦清晰后，在更换不同倍率的物镜或目镜时，不需要二次调焦，即视场中心物象位置关系不发生变动。
更换物镜并能保持成像清晰是采用不同倍率物镜的物像共轭距加上主面之间的距离相等的方法来实现的，被称为齐焦。
（4）显微镜系统的数值孔径NA=nsinU
显微镜的分辨率取决于工作波长和物镜的数值孔径。
分辨率是能被分辨开的两个物点（或像点）之间的最小距离，瑞利指出是能分辨的两个等亮度点间的距离对应艾里斑的半径R。
R为物镜像面（中间实像面）上能分辨的两点间的最小距离，对应物面上显微镜刚能分辨的两物点的距离为0.5λ/NA。
显微镜的分辨率取决于物镜，与目镜无关。
目镜的放大率再高，人眼也看不到物镜没能分辨的物体细节。
（5）显微镜的景深
显微镜的数值孔径越大，要求的放大倍率越高，景深越小。
（6）显微镜物镜
显微镜物镜是小视场大孔径的光学镜头，主要参数有放大率、数值孔径、线视场
光学筒长一定，物镜放大率b1越大，物镜工作距越小
NA影响分辨率，是主要性能指标
像方视场2y’为定值时，高倍物镜视场小
根据像差校正情况分为
普通显微镜为消色差显微物镜，需要校正球差、正弦差和位置色差。
专业显微镜为复消色差显微物镜，除校正球差、正弦差和位置色差外，还要校正二级光谱，选用特种玻璃和萤石作为透镜材料。
平场消色差显微物镜
平场复消色差显微物镜
折反射显微物镜
（7）显微镜的照明系统
临界照明——光源通过聚光镜成像在物面上或其附近的照明方式，但不满足光孔转接原则，即照明系统的出瞳（窗）与显微镜系统的入瞳或入窗不重合
柯拉照明——光源通过集光镜（柯拉镜）成像在照明系统的视场光阑上，再经聚光镜所成的像与显微镜的入瞳位置重合，调节视场光阑的大小，可使出射光束的发散角U等于显微物镜的物方孔径角，满足物镜数值孔径的要求，也就是“窗对瞳”。
照明系统的孔径光阑紧贴集光镜，经聚光镜成像于标本处，即照明系统的出射光瞳与显微镜的物面重合，故照明系统的孔径光阑起到了均匀照明和限制显微镜视场（入射窗）的作用，也就是“瞳对窗”。
照明系统类似显微镜系统，光源经集光镜，形成中央实像面，设立视场光阑。
经后面聚光镜形成的出窗，对应显微镜的入瞳即物镜。
照明系统的入瞳即集光镜附近，经聚光镜成像形成出瞳对应显微镜的入窗即物面。
望远镜系统
望远系统——使入射的平行光束仍能保持平行出射的光学系统，f‘=¥
，故又称无焦系统.
物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合，光学间隔D=0。
开普勒望远镜是有两个正光焦度的物镜和目镜组成的，光线经物镜成像于中间实像面，并设立视场光阑，又经目镜出射，成倒像。
物镜为孔径光阑也是入瞳，经目镜成像为出瞳和人眼衔接。
中间实像面成像后的出窗、入窗为无穷远。
可以用来测量和瞄准。
筒长为两焦距之和，较长。
伽利略望远镜是有正光焦度的物镜和负光焦度的目镜组成的，光线经物镜聚合未成像前经目镜又分散出射，成正像。
未和瞳孔衔接时，物镜为孔径光阑和入瞳，经目镜成像为出瞳落在物镜和目镜之间。
系统无中间实像面，没有设立视场光阑。
而且出瞳没有和眼瞳衔接，光线到达眼瞳时渐晕现象严重，无法用来测量。
和瞳孔衔接时，眼瞳作为孔径光阑和出瞳，瞳孔经物镜和目镜成放大的虚像为入瞳，位于出瞳之后。
物镜框为视场光阑和入窗，经目镜成像为出窗，位于物镜和目镜之间。
筒长为两焦距之差，较短。
F2
F1‘
-w
w‘
f1¢
-f2
物镜（孔径光阑）
视场光阑
（1）望远系统的放大率与物像位置无关，仅决定于物镜与目镜的焦距之比，对于任意的物、像位置，放大率为常数。
角放大率等于视觉放大率，为β的倒数，也等于D（入瞳）/D’（出瞳）。
（2）望远镜系统的分辨率
分辨率是以远处能分辨的两点对望远物镜（入瞳）中心的张角j来表示，称为极限分辨角。
在望远物镜的分辨率用极限分辨角。
把艾里斑半径转换为极限分辨角。
用极限分辨角表示，后转化为物镜通光孔径
原弧度转化为角度的分，3.14弧度为180度，1弧度约为57度，206265秒。
以60“作为人眼的极限分辨角，为使望远物镜所分辨的细节也能被人眼所分辨，望远系统的最小视觉放大率（正常放大率）应为
（3）望远镜系统的视场
开普勒系统tanw=y’/f1’（y’为中间实像面高，f1’为物镜焦距）。
（4）望远镜系统的渐晕
望远镜系统一般无渐晕，但若目镜或转像系统尺寸小，可以成为渐晕光阑。
开普勒望远镜入窗和物面重合，则光线都可通过视场光阑，目镜为渐晕光阑。
目镜口径如果足够大，开普勒望远镜将没有渐晕现象。
伽利略望远镜入窗（物镜）不与物面重合，使得轴外光束产生渐晕。
（5）望远镜转像系统
开普勒望远镜系统内安放透镜转像系统，得到正像并使系统加长。
透镜转像系统的物面是物镜的像方焦平面，转像系统的像面是目镜的物方焦平面，增加了光学长度。
在物镜的像平面上增设一块正透镜称为场镜，像面与场镜主平面重合，放大率为1。
照相机
（1）照相机的视场
视场
物体位于无限远时
物体位于有限远时
（y’为感光元件对角线长度的1/2）
感光元件尺寸一定时，物镜的焦距越短，视场角越大（广角物镜）；
焦距越长，视场角越小（远摄物镜）。
（2）照相机的相对孔径D/f’
相对孔径决定了像面照度和物镜的分辨率s
F数的刻线分度方法是按每一刻度值对应的像面照度依次减半。
D/f’
1:
1.4
2
2.8
4
5.6
8
11
16
F/#
（3）照相机的分辨率s
实际应用中，摄影物镜的分辨率是以像面上每毫米内能分辨开的线对数NL表示
摄影系统的分辨率N应是物镜的分辨率NL和感光元件的分辨率Nr的综合，有经验公式
（4）照相机的景深
2a为入瞳直径，P为对准平面的距离。
若用眼睛在明视距离L处观察所拍图像，z’对人眼的张角为
焦距越长、入瞳直径越大（F数越小），对准平面越近，景深越小。
使用相机拍摄时，选定焦距（视场）后，选用光圈数越大（孔径光阑越小），则景深越大。
（5）照相机的物镜
属大视场、大相对孔径的光学系统，需要同时校正轴上点像差和轴外点像差。
常用有普通摄影物镜 天塞物镜
大孔径摄影物镜 双高斯物镜
广角摄影物镜 鲁沙尔-32型
远摄物镜 远摄天塞物镜
变焦距物镜 替代定焦距物镜
投影系统
由照明系统、被投影物面、投影物面、投影接受屏组成。
显微镜系统的分辨率
用艾里斑半径表示，后转化为显微镜数值孔径NA
眼睛的分辨角转化为弧度，57度为3240分，即1弧度。
1分为0.00029弧度。
升级会员 