第八章 典型光学系统 应用光学教学课件
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应用光学课件-PPT
4)若视阑为长方形或正方形,其线视场按对角线计算。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。
5)入射窗、出射窗、视阑之间得相互共轭关系。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
例:有一光学系统,透镜O1、O2得口径D1=D2=50mm,焦距 f1′= f2′=150mm,两透镜间隔为300mm,并在中间置一光 孔O3,口径D3=20mm,透镜O2右侧150mm处再置一光孔O4,口 径D4=40mm,平面物体处于透镜O1左侧150mm处。求该系统 得孔径光阑、入瞳、出瞳、视场光阑、入窗、出窗得位 置与大小。
两正薄透镜组L1与L2得焦距分别为100mm与50mm,通光口径 分别为60mm与30mm,两透镜之间得间隔为50mm,在透镜L2之 前30mm处放置直径为40mm得光阑,问 1)当物体在无穷远处时,孔径光阑为哪个？ 2)当物体在L1前方300mm处时,孔径光阑为哪个？
4、说明: 1)物体位置改变,原孔阑可能失去控制轴上点孔径角得作用,要重复上述 三个步骤确定孔阑。
工具显微镜中(β 准确)被测物得像与刻度尺相比较,可测物之长度。
物体不论处于何位 置,发出得主光线 都不随物体位置得 移动而变化;读出 刻尺面上光斑得中 心示值,即可求出 准确得象高。
三、 象方远心光路
1、 概念: 某些大地测量仪器或投影仪器中,为了消除像平面与标尺分划刻
线面不重合而引起得测量误差,在物镜得物方焦平面上加入一个光 阑作为孔径光阑,出瞳则位于像方无穷远,称为“像方远心光路”。 2、 应用:
3)物点在无限远时,各光孔像中,直径最小者即为入瞳。入瞳对应得实际 光孔即为孔径光阑。
例:有两个薄透镜L1与L2 ,焦距分别为90mm与30mm,孔径分 别为60mm与40mm,相隔50mm,在两透镜之间,离L2为 20mm处放置一直径为10mm得圆光阑,试对L1前120mm处 得轴上物点求孔阑、入瞳、出瞳得位置与大小。
典型光学系统PPT课件
• 相对孔径：D/F ’。 F ’为物镜焦距，
第67页D/共为94页入 瞳 直 径
【例题】 经纬仪望远镜满足视觉放大率，使用夹线瞄 准形式，求望远镜的瞄准精度。
近点距 (cm)
-7 -10 -14 -22 -40 -200 100 40
远点距 （cm)
200 80 40
A=R-P (屈光度)
14
107ຫໍສະໝຸດ 4.5 2.510.2 5
0
第7页/共94页
人眼的适应
眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适应。
适应可分为明适应和暗适应。前者发生在由暗 处到亮处时，适应时间大约几分钟；后者发生在 由亮处到暗处时，适应时间大约30-60分钟。
• 人眼的生理结构 • 人眼的光学结构——简约眼 • 人眼相当于照相机
第1页/共94页
第2页/共94页
简约眼
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
第3页/共94页
5.56mm 1.333 9.7 mm -16.70mm 22.26 mm 59.88D
第22页/共94页
• 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
• 视放大率是一种主观放大率，不同于前面介 绍的三种客观放大率。
第23页/共94页
放大镜的视放大率
• 当人眼直接观察物体时
通常D=250mm
• 当人眼通过放大镜观察物体时
• 视放大率
近视眼
-r
第10页/共94页
远视眼：
r
第11页/共94页
散光眼
-r -r
应用光学_08
Leabharlann 一、高斯光束的特性
普通光源：点光源均匀球面波(波面上各点振幅<强度>相同)； 激光光源：光束截面内光强分布不均匀，即波面上各点的振幅 A(r)不等，一般可以近似认为呈如下高斯分布：
A(r ) A0 e
r
2 2
w
r：光束截面半径； w：与光束截面半径有关的参数。
高斯光束：光斑无限延伸，截
2
w ) 2 (z f
2 0
2
w0
2
2 2 f w0
w ) 2 (z f
2 0
2
讨论：1) 当物方束腰离透镜很远，即：f+z>>z0时，有：
z
fz f z
，
w0
f 0 w f z
高斯光束的截面半径
1
高斯光束截面半径w(z)的表达式：
z w( z ) w0 1 w 2 0
2
2
表明：w(z)与光束的传播距离z、波长和w0有关，z = 0：w(0)=w0, 此即为高斯光束的束腰半径。
R(z) z
w(z)
q2 f z ( z f ) z 0 ( z f ) z
2 2 2 0
i
2 z0 f
( z f ) z
2
2 0
q0 z i
w0
2
z
于是，得：
z f
2 w0 z ( z f )
w ( z ) 代入上述成像公式，并注意w(z)=w(z)，则有：
普通光源：点光源均匀球面波(波面上各点振幅<强度>相同)； 激光光源：光束截面内光强分布不均匀，即波面上各点的振幅 A(r)不等，一般可以近似认为呈如下高斯分布：
A(r ) A0 e
r
2 2
w
r：光束截面半径； w：与光束截面半径有关的参数。
高斯光束：光斑无限延伸，截
2
w ) 2 (z f
2 0
2
w0
2
2 2 f w0
w ) 2 (z f
2 0
2
讨论：1) 当物方束腰离透镜很远，即：f+z>>z0时，有：
z
fz f z
，
w0
f 0 w f z
高斯光束的截面半径
1
高斯光束截面半径w(z)的表达式：
z w( z ) w0 1 w 2 0
2
2
表明：w(z)与光束的传播距离z、波长和w0有关，z = 0：w(0)=w0, 此即为高斯光束的束腰半径。
R(z) z
w(z)
q2 f z ( z f ) z 0 ( z f ) z
2 2 2 0
i
2 z0 f
( z f ) z
2
2 0
q0 z i
w0
2
z
于是，得：
z f
2 w0 z ( z f )
w ( z ) 代入上述成像公式，并注意w(z)=w(z)，则有：
课件工程光学-08典型光学系统.ppt
1.0
0.8
光谱光效率
为什么暗环境下能
0.6
做饭、洗衣，但不
0.4
能描龙绣凤？
0.2
2024/10/8
0.0 400 500 600 700 800
l(nm)
光谱光效率函数曲线
第七章 光度学基础
7
§8.1.5 眼睛的分辨率
眼睛刚能分辨开二个很靠近点的能力称为眼睛的分辨率。 二者成反 比
刚能分辨的二个点对眼睛物方节点的张角称为极限分辨角。
瞄准精度和前面讲到的分辨率是不是一个概念？
瞄准精度随所选取的瞄准标志而异，最高精度可达人眼分辨率的1/6到1/10。
二实线重合 60
2024/10/8
二直线端部对准 叉线对准单线
（10～20）
10
第七章 光度学基础
双线对称夹单线 （5～10）
9
§8.1.7 眼睛的立体视觉
眼睛观察空间物体时，能区别它们的相对远近而具有立体视觉。简称体视。 C
若以50％渐晕点为界来决定线视场2 y
F
2 y 2B2F
f tanW2
f h d
250 f
2 y 500h d
W F
f 眼瞳
W3W2 W1 2a 2h
眼瞳
d
2024/10/8
第七章 光度学基础
14
讨论：
逢年过节，要买放大镜孝敬老人， 该如何选择其放大倍率？
2y h
2y 1
2y 1 d
（2）与照明光谱成份有关：单色光分辨率高（眼睛有色差）； （3）与视网膜上成像位置有关，黄斑处分辨率最高。
对眼睛张角小物体的要借助望远镜或显微镜等仪器，仪器 应有适当的放大率，使能被仪器分辨的也能被眼睛分辨。
《应用光学》全套PPT48页
《应用光学》全套
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
6、律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
应用光学-场镜 景深22页PPT
能在像平面上获得清晰像并沿光轴 方向的物空间深度称为成像空间深
度(景深)
11
B1
z1
A
z2
B2
H1 H1’
D D’ H2 H2’
l’1
z’
B2’
A’
B1’
z’
-l2 -l -l1
l’ l’2
设在B1点和B2点之间的物空间各点均能在
像平面A’成清晰像：两弥散斑直径都为接收
器的分辨率z’
12
B1
z1
统的景深。
讨论: ①景深是相对的，必须有个‘分辨’标准； ②景深内成像清晰、景深外则成像模糊； ③ 景深的计算和影响因素？
10
任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且 分辨本领也不一样，因此只要像的弥散斑足够小 并能满足接受器的分辨本领，就可认为这个弥散 斑是一个点
一个光学系统是能对空间物体 成一个清晰的平面像
A
z2
B2
-l2 -l -l1
总景深 |B1B2| 前景深 |AB2| 后景深 | B1A|
H1 H1’ D D’
H2 H2’
z’
B2’
l’1
l’ l’2
A’
B1’
z’
A为对准平面，其对应的 是景像平面A’13B1z1A
z2
B2
H1 H1’
D D’ H2 H2’
l’1
z’
B2’
A’
B1’
z’
-l2 -l -l1
• 3. 景深最大情况：远景平面位于无限远
17
2. 景深的作用和控制
小景深：凸显目标、细节，营造朦胧视觉 大景深：光学遥感成像，旅游留念…
控制一：入瞳。入瞳大，景深小 控制二：焦距。焦距长，景深小 控制三：物距。物距大，景深大
度(景深)
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B1
z1
A
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H1 H1’
D D’ H2 H2’
l’1
z’
B2’
A’
B1’
z’
-l2 -l -l1
l’ l’2
设在B1点和B2点之间的物空间各点均能在
像平面A’成清晰像：两弥散斑直径都为接收
器的分辨率z’
12
B1
z1
统的景深。
讨论: ①景深是相对的，必须有个‘分辨’标准； ②景深内成像清晰、景深外则成像模糊； ③ 景深的计算和影响因素？
10
任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且 分辨本领也不一样，因此只要像的弥散斑足够小 并能满足接受器的分辨本领，就可认为这个弥散 斑是一个点
一个光学系统是能对空间物体 成一个清晰的平面像
A
z2
B2
-l2 -l -l1
总景深 |B1B2| 前景深 |AB2| 后景深 | B1A|
H1 H1’ D D’
H2 H2’
z’
B2’
l’1
l’ l’2
A’
B1’
z’
A为对准平面，其对应的 是景像平面A’13B1z1A
z2
B2
H1 H1’
D D’ H2 H2’
l’1
z’
B2’
A’
B1’
z’
-l2 -l -l1
• 3. 景深最大情况：远景平面位于无限远
17
2. 景深的作用和控制
小景深：凸显目标、细节，营造朦胧视觉 大景深：光学遥感成像，旅游留念…
控制一：入瞳。入瞳大，景深小 控制二：焦距。焦距长，景深小 控制三：物距。物距大，景深大
应用光学课件完整版
由一点A发出的光线经过光学系统后聚交或近似的聚 交在一点A′，则A为物点， A′为物点A通过光学系统 所成的像点。物与象之间的对应关系称为“共轭”。
一个物点，总是发出同心光束，与球面波相对应； 一个像点，理想情况应该由球面波对应的同心光束汇交 而成，称这种像点为完善像点。
3. 成完善象的条件 发光体每一物点发出球面波，通过光学系统后仍为
反射定律可表示为 I I ''
4. 光的折射定律
折射定律可归结为：入射光线、折射光线和投射点
的法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角正弦
之比与入射角大小无关，而与两介质性质有关。对一定 波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该比值为一
常数，等于折射光线所在介质的折射率与入射光线所在
介质折射率之比。
0 i arcsin n12 n2 2 n0
n0 ＝1
n0 sin i n1 cos ic n12 n22
5. 费马原理（光程极值原理）
1）光程— 光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。
s=n • l
均匀介质
m层均匀介质
连续变化的非均匀介质
s=n • l=c • t
m
s
波面可分为：平面波、球面波、任意曲面波。 波面法线方向即为光传播方向。
光源
光线
波面
5. 光束— 与波面对应的法线集合。
同心光束— 波面为球面，聚于一点。 发散光束— 光线在前进方向上无相交趋势。 会聚光束— 光线在前进方向上有相交趋势。
平行光束— 波面为平面。 象散光束— 波面为曲面，不聚于一点。
1. 共轴球面系统的结构参量： 各球面半径：r1 、 r2 …… rk-1 、 rk 相邻球面顶点间隔：d1 、 d2 …… dk-1 各球面间介质折射率：n1 、 n2 …… nk-1 、 nk n 、 k+1
一个物点，总是发出同心光束，与球面波相对应； 一个像点，理想情况应该由球面波对应的同心光束汇交 而成，称这种像点为完善像点。
3. 成完善象的条件 发光体每一物点发出球面波，通过光学系统后仍为
反射定律可表示为 I I ''
4. 光的折射定律
折射定律可归结为：入射光线、折射光线和投射点
的法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角正弦
之比与入射角大小无关，而与两介质性质有关。对一定 波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该比值为一
常数，等于折射光线所在介质的折射率与入射光线所在
介质折射率之比。
0 i arcsin n12 n2 2 n0
n0 ＝1
n0 sin i n1 cos ic n12 n22
5. 费马原理（光程极值原理）
1）光程— 光在介质中经过的几何路程l与该介质折射率n的乘积。
s=n • l
均匀介质
m层均匀介质
连续变化的非均匀介质
s=n • l=c • t
m
s
波面可分为：平面波、球面波、任意曲面波。 波面法线方向即为光传播方向。
光源
光线
波面
5. 光束— 与波面对应的法线集合。
同心光束— 波面为球面，聚于一点。 发散光束— 光线在前进方向上无相交趋势。 会聚光束— 光线在前进方向上有相交趋势。
平行光束— 波面为平面。 象散光束— 波面为曲面，不聚于一点。
1. 共轴球面系统的结构参量： 各球面半径：r1 、 r2 …… rk-1 、 rk 相邻球面顶点间隔：d1 、 d2 …… dk-1 各球面间介质折射率：n1 、 n2 …… nk-1 、 nk n 、 k+1
应用光学课件
O1 O2
I2
θ
M β
N B
θ
应用： 应用：测距机中用双平面镜代替单个平面镜 角镜， 角镜，棱镜
应用光学讲稿
§4 - 4
棱镜和棱镜的展开
一、用棱镜代替平面镜的优缺点
棱镜： 棱镜：利用光线在介质内部的反射来改变光线方向的光学零件 优点：光能损失少 优点： 坚固耐久， 坚固耐久，不易损坏 易于安装固定 缺点： 缺点：体积重量较大 对材料要求高 受环境影响较大
y P o z 物像大小相等， 物像大小相等，形状不同 物空间右手坐标对应像空间左手坐标 x x’ z’
y’ o’
分别迎着z 坐标面时， 分别迎着 、 z ’看xy、x’y’坐标面时，当x按逆时针方向转到 看 坐标面时 按逆时针方向转到 y，x’按顺时针方向转到 ；物像这种对应关系称为“镜像” 按顺时针方向转到y’ 物像这种对应关系称为“镜像” ， 按顺时针方向转到
应用光学讲稿
三、对棱镜的要求 1、棱镜展开后应该是一块平行玻璃板 、 2、如果棱镜位于会聚光束中，光轴必须和棱 、如果棱镜位于会聚光束中， 镜的入射及出射表面相垂直。 镜的入射及出射表面相垂直。
应用光学讲稿
四、典型棱镜展开举例
B 1、直角棱镜 、 在平行光路中使用
在平行光路中只需满平第一个条件： 展开开后成平行玻璃板即 AB//AC′ 则∠ ABC = ∠ A′CB Q ∠ A′CB 是∠ ACB 折过过去的，二者相等 ∴ ∠ ABC = ∠ ACB 只要两要两角相等就能 AB//AC′，不一定 为45°， ∠ A 也不一定为直角。
应用光学讲稿
结论： 结论：
A
物像位置相对平面镜对称， 物像位置相对平面镜对称，物像 大小相等 实物成虚像，虚物成实像。 实物成虚像，虚物成实像。 D 单个平面镜对物点能成理想像， 单个平面镜对物点能成理想像， O O’
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D/f物 称为物镜的相对孔径。
为什么不直接用光束口径,而采用相对孔径来代表望远物镜的 光学特性?? 是因为相对孔径近似等于光束的孔径角2U’max. 相对孔径越大，U’max越大，象差也就越大。为了校正像差， 必须使物镜的结构复杂化。 相对孔径代表物镜复杂化的程度
3. 视场 系统所要求的视场，也就是物镜的视场
材料容易制造，特别对大口径零件更是如此
大口径的望远镜都采用反射式 反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛 反射表面磨制的要求是很高的,再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校
正的困难，反射系统在科普望远镜中应用受到限制
1.牛顿系统 一个抛物面和一块与光轴成45度的平面反射镜构成 2 格里高里系统 一个抛物面主镜和一个椭球面副镜构成
二 望远系统的放大率及工作放大率
1、望远系统的分辨率：用极限分辨角φ表示 按瑞利判断：φ＝140″/D 按道威判断：φ＝120″/D 即：入射光瞳直径D越大，极限分辨率越高。
2、视觉放大率和分辨率的关系 φ Г＝60″，Г＝60″/φ＝D/2.3 望远镜的视放大率越大，它的分辨精度就越高 3、有效放大率（正常放大率）：望远镜的正常放大率应使
第八章 典型光学系统
3、眼睛的光学参数：
标准眼： 根据大量的测量结果，定出了眼睛的各项光学常数，
包括角膜、水状液、玻状液和水晶体的折射率、各光学 表面的曲率半径、以及各有关距离。
简约眼：把标准眼简化为一个折射球面的模型
二、眼睛的调节及校正
1、眼睛的调节原理? 折射球面r的改变
远点距，肌肉完全放松时，眼睛所能看到的最远lr 近点距，肌肉最紧张时，眼睛所能看到的最近点lp
3. 一望远物镜焦距为1m，相对孔径为1：12，测出出瞳 直径为4mm，试求望远镜的放大率和目镜焦距。
三 望远镜的视场
物镜框是孔径光阑，也是入瞳 出瞳在目镜外面，与人眼重合 物镜的后焦面上可放置分划板，分划板框是视场光阑
望远镜的物方视场角 y’视场光阑半径
tan y' f0'
开普勒望远镜的视场2ω一般不超过15度
由于是无焦系统，物镜的象方焦点和目镜的物 方焦点应重合，光学间隔 ＝0
一 望远系统的结构及参数 1.结构形式
开普勒望远系统，物镜和目镜都是正透镜 筒长较长，有实像面，可加分划板测量，用于观察要
加转像系统，结构复杂。
加入棱镜转向系统的军用望远镜
伽利略望远镜的物镜是一块正透镜，目镜是一块负透 镜
系统成倒立的像
而物镜的焦距为正，目镜焦距为负时，如伽利略望远ieo f‘目<0 y’物为虚像 镜筒短：L＝f’物－f目 望远镜成正像 一般用作扩束
Kepler f‘目>0 y’物为实像 镜筒长：L ＝f’物－f’目 望远镜成倒像 望远，但需加倒像系统
物体经过两次放大，所以显微镜总的放大率 应该是物
镜放大率 和目镜放大率 2 的乘积
物镜的放大率为
x'
物镜的像再被目镜放大，其fo' 放fo大' 率为2 = 250 fe
•225f0'of'e
若把显微镜看作一个组合系统，其组合焦距为 f '＝－f '0f 'e /△，则Г＝250/f ‘
因为出瞳与整个系统的像方焦面重合，设像方 孔径角为U’ ，则有 显微镜的数值孔径：NA＝nsinU 出瞳直径D'：D'＝500NA/Г
四、显微镜的分辨率和有效放大率
放大率是否想多大就多大? 显微镜的分辨率：以能分辨的物方两点间最短距离σ来表
示 瑞利判断公式： 道威判断公式：σ＝0.85a/β＝0.5λ/NA 两者关系：瑞利分辨率标准是比较保守的，因此通常以
放大镜的视觉放大率
放大镜的放大率，除了和焦距有关外， 还和眼睛离放大镜的距离有关
讨论: 当眼睛调焦在无限远，即l'＝∞时，物体放在放
大镜的前焦点上，则有 Γ＝D/f '＝250/f ' 正常视力的眼睛一般把像调焦在明视距离D，则 P‘-l’ ＝D，此时， 这个公式适于小放大倍率（长焦距）的放大镜， 即看书用的放大镜。 若眼睛紧靠着放大镜，即P'≈0，则
tg tg '
即目镜的视场角。 一般望远物镜的视场都不大，通常不超过10~15度
4.常用物镜结构 折射式望远物镜 双胶物镜 双分离物镜 双单/单双 三分离
适合小口径望远镜
反射式望远镜物镜
优点： 重量轻 完全没有色差，各种波长的光所成像严格一致 可以在紫外到红外很大波长范围内工作 这种系统对玻璃材料在光学性能上没有特殊要求,反射镜的材料比透镜的
结构紧凑，筒长短，较为轻便，光能损失少，并且使物 体呈正立的像。但是由于没有中间实像，不能安装分划板， 因而不能用来瞄准和定位
2.视觉放大率
由于物体在无限远，同一目标对人眼的张角和对仪器的张角（即望
远镜的物方视场角）完全可以认为是相等的，同为， 通过望远镜之后，物体的像对人眼的张角就是系统的像方视场角
剩的镜筒长度。（我国规定为160mm） 常用的物镜倍率：4x、 10x、 40x和100x 常用的目镜倍率：5x、10x和15x
二、显微镜的线视场
显微镜的线视场取决于放在目镜前焦平面上的视场光阑 的大小,物体经物镜成像在视场光阑上
线视场与视觉放大率的关系： 在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，线视
四、眼睛的分辨率
要使两像点能被分辨，它们之间的距离至少要 大于两个神经细胞的直径，人眼的分辨率 0.006mm
视觉分辨率：眼睛刚能分辨的两物点对眼睛的 张角
在眼睛没有调节的松弛状态下，f ‘≈23mm，可 得ε≈60″
五、双目立体视觉 单目视觉：不能产生立体的感觉 双目立体视觉：
对于空间一点A： • 视差角：两视轴之间夹角θA • 视觉基线：两眼节点J1和
①正常眼和反常眼： 正常眼：眼睛的远点在无限远，眼睛光学系统
的后焦点在视网膜上 反常眼：眼睛光学系统的后焦点不在视网膜上 ②近视眼 近视眼：远点位于眼前有限距离
眼睛放松时，∞远物成像在视网膜前
校正方法: 眼睛前加一凹透镜,先将无限远物体成 像于眼睛的远点上.再经过眼睛聚焦在视网膜上, 此时负透镜的焦距f’
某人在其眼前2.5m远的物看不清，说明远点由无穷远变 为-2.5m，远点折光度数为-0.4D，所以应该佩戴的眼镜 的度数为近视40度；
另一个人对在其眼前1m内的物看不清，说明近点变为1m，近点折光度数为-1D，所以应该佩戴的眼镜的度数 为远视300度。
2 已知显微镜目镜Г＝15，问它的焦距为多少？物镜β＝2.5，共轭距L=180mm，求其焦距及物方和像方截距。 问显微镜总放大率为多少，总焦距为多少？
D 和 D 分别是入瞳和出瞳直径
视觉放大率与物体位置无关,仅仅取决于望远镜系统的结构参数
Γ大，则f‘物增大，或f‘目减小 当目镜焦距一定时，视觉放大率大要求物镜焦距长，导致筒长增大。
当像方视场角一定时，放大率越大物方视场越小。
出瞳要与眼瞳匹配，当放大率大时入瞳增大导致镜筒增大
Γ可正可负，取决于f‘目的符号，望远物镜只能是正透镜 当物镜和目镜都为正焦距时，如开普勒望远镜，则放大率为负值，
与放大镜的视觉放大率公式相同，实质上与放大镜相同， 显微镜看作组合的放大镜
物镜通过转换器旋转式接到镜筒的下端面 目镜 以插入式接镜筒的上端面
双目镜筒 是通过加 反射棱镜 和平行平 板实现的
显微镜设计中的规定参数： 共轭距：显微镜物镜从物平面到像平面的距离。
（大约等于180mm） 机械筒长：把显微镜的物镜和目镜取下后，所
道威判断给出的分辨率值作为光学系统的目视衍射分辨 率，或称作理想分辨率。
六、显微镜的照明方法
生物显微镜多为透明标本，常用透射光亮视场照明。其 照明方式又分为两种，即临界照明和柯勒照明
§8.4望远镜系统
目视光学仪器的两个要求
• 扩大视角 • 出射平行光
显微镜是将近物成像于无限远，望远镜使无限 远物体成像在无限远，所以望远镜是一个无焦 系统
视度：与网膜共轭的物面到眼睛的距离的倒数，SD＝1/l
单位为折光度（或屈光度）。通常医院和眼镜店把1折光度称作100度 近点视度，P=1/ lp 远点视度，R=1/ lr
眼睛的调节范围为 对正常眼： lr ,lp?
明视距离，正常眼观察物体最舒服的距离，250mm ,
对应的视度？
2、非正常眼及其校正：
四 望远镜的物镜
物镜的光学特性主要有三个：焦距 f 物 、相对 孔径D/f 物和视场 2
1. 焦距 f物
f物
f目
或 f物 f目
物镜的焦距是目镜焦距的倍，通常首先确定目镜的焦距。 根据视放大率即可由上式求出物镜焦距。
2. 相对孔径
1D D' 或 DD'
在望远镜的光学性能中，对仪器的出瞳直径和视放大率提出 了一定要求。根据上式即可求得入瞳直径 D。
§7.3 显微镜系统
一、显微镜的视觉放大率
1、显微镜的成像
显微镜由物镜 和目镜组成
物体经显微 物镜放大成像后， 其像再经目镜放 大以供人眼观察
物体AB在物镜前焦面稍前处，经物镜成放大、倒立的实 像A'B'，它位于目镜前焦面或稍后处，经目镜成放大的虚 像，该像位于无穷远或明视距离处
2、显微镜的视觉放大率
J2的连线，以b表示 • 公式：θA＝b/L
§7.2 放大镜
一、视觉放大率
1、目视光学仪器的基本工作原理：
物体通过仪器，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
2、视觉放大率：用仪器观察物体时视网膜上的像 高y'i与用人眼直接观察物体时视网膜上的象高 y'e之比，用Г表示,Г＝y'i /y'e 设人眼后节点到网膜的距离为l'，上式又可写作
为什么不直接用光束口径,而采用相对孔径来代表望远物镜的 光学特性?? 是因为相对孔径近似等于光束的孔径角2U’max. 相对孔径越大，U’max越大，象差也就越大。为了校正像差， 必须使物镜的结构复杂化。 相对孔径代表物镜复杂化的程度
3. 视场 系统所要求的视场，也就是物镜的视场
材料容易制造，特别对大口径零件更是如此
大口径的望远镜都采用反射式 反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛 反射表面磨制的要求是很高的,再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校
正的困难，反射系统在科普望远镜中应用受到限制
1.牛顿系统 一个抛物面和一块与光轴成45度的平面反射镜构成 2 格里高里系统 一个抛物面主镜和一个椭球面副镜构成
二 望远系统的放大率及工作放大率
1、望远系统的分辨率：用极限分辨角φ表示 按瑞利判断：φ＝140″/D 按道威判断：φ＝120″/D 即：入射光瞳直径D越大，极限分辨率越高。
2、视觉放大率和分辨率的关系 φ Г＝60″，Г＝60″/φ＝D/2.3 望远镜的视放大率越大，它的分辨精度就越高 3、有效放大率（正常放大率）：望远镜的正常放大率应使
第八章 典型光学系统
3、眼睛的光学参数：
标准眼： 根据大量的测量结果，定出了眼睛的各项光学常数，
包括角膜、水状液、玻状液和水晶体的折射率、各光学 表面的曲率半径、以及各有关距离。
简约眼：把标准眼简化为一个折射球面的模型
二、眼睛的调节及校正
1、眼睛的调节原理? 折射球面r的改变
远点距，肌肉完全放松时，眼睛所能看到的最远lr 近点距，肌肉最紧张时，眼睛所能看到的最近点lp
3. 一望远物镜焦距为1m，相对孔径为1：12，测出出瞳 直径为4mm，试求望远镜的放大率和目镜焦距。
三 望远镜的视场
物镜框是孔径光阑，也是入瞳 出瞳在目镜外面，与人眼重合 物镜的后焦面上可放置分划板，分划板框是视场光阑
望远镜的物方视场角 y’视场光阑半径
tan y' f0'
开普勒望远镜的视场2ω一般不超过15度
由于是无焦系统，物镜的象方焦点和目镜的物 方焦点应重合，光学间隔 ＝0
一 望远系统的结构及参数 1.结构形式
开普勒望远系统，物镜和目镜都是正透镜 筒长较长，有实像面，可加分划板测量，用于观察要
加转像系统，结构复杂。
加入棱镜转向系统的军用望远镜
伽利略望远镜的物镜是一块正透镜，目镜是一块负透 镜
系统成倒立的像
而物镜的焦距为正，目镜焦距为负时，如伽利略望远ieo f‘目<0 y’物为虚像 镜筒短：L＝f’物－f目 望远镜成正像 一般用作扩束
Kepler f‘目>0 y’物为实像 镜筒长：L ＝f’物－f’目 望远镜成倒像 望远，但需加倒像系统
物体经过两次放大，所以显微镜总的放大率 应该是物
镜放大率 和目镜放大率 2 的乘积
物镜的放大率为
x'
物镜的像再被目镜放大，其fo' 放fo大' 率为2 = 250 fe
•225f0'of'e
若把显微镜看作一个组合系统，其组合焦距为 f '＝－f '0f 'e /△，则Г＝250/f ‘
因为出瞳与整个系统的像方焦面重合，设像方 孔径角为U’ ，则有 显微镜的数值孔径：NA＝nsinU 出瞳直径D'：D'＝500NA/Г
四、显微镜的分辨率和有效放大率
放大率是否想多大就多大? 显微镜的分辨率：以能分辨的物方两点间最短距离σ来表
示 瑞利判断公式： 道威判断公式：σ＝0.85a/β＝0.5λ/NA 两者关系：瑞利分辨率标准是比较保守的，因此通常以
放大镜的视觉放大率
放大镜的放大率，除了和焦距有关外， 还和眼睛离放大镜的距离有关
讨论: 当眼睛调焦在无限远，即l'＝∞时，物体放在放
大镜的前焦点上，则有 Γ＝D/f '＝250/f ' 正常视力的眼睛一般把像调焦在明视距离D，则 P‘-l’ ＝D，此时， 这个公式适于小放大倍率（长焦距）的放大镜， 即看书用的放大镜。 若眼睛紧靠着放大镜，即P'≈0，则
tg tg '
即目镜的视场角。 一般望远物镜的视场都不大，通常不超过10~15度
4.常用物镜结构 折射式望远物镜 双胶物镜 双分离物镜 双单/单双 三分离
适合小口径望远镜
反射式望远镜物镜
优点： 重量轻 完全没有色差，各种波长的光所成像严格一致 可以在紫外到红外很大波长范围内工作 这种系统对玻璃材料在光学性能上没有特殊要求,反射镜的材料比透镜的
结构紧凑，筒长短，较为轻便，光能损失少，并且使物 体呈正立的像。但是由于没有中间实像，不能安装分划板， 因而不能用来瞄准和定位
2.视觉放大率
由于物体在无限远，同一目标对人眼的张角和对仪器的张角（即望
远镜的物方视场角）完全可以认为是相等的，同为， 通过望远镜之后，物体的像对人眼的张角就是系统的像方视场角
剩的镜筒长度。（我国规定为160mm） 常用的物镜倍率：4x、 10x、 40x和100x 常用的目镜倍率：5x、10x和15x
二、显微镜的线视场
显微镜的线视场取决于放在目镜前焦平面上的视场光阑 的大小,物体经物镜成像在视场光阑上
线视场与视觉放大率的关系： 在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，线视
四、眼睛的分辨率
要使两像点能被分辨，它们之间的距离至少要 大于两个神经细胞的直径，人眼的分辨率 0.006mm
视觉分辨率：眼睛刚能分辨的两物点对眼睛的 张角
在眼睛没有调节的松弛状态下，f ‘≈23mm，可 得ε≈60″
五、双目立体视觉 单目视觉：不能产生立体的感觉 双目立体视觉：
对于空间一点A： • 视差角：两视轴之间夹角θA • 视觉基线：两眼节点J1和
①正常眼和反常眼： 正常眼：眼睛的远点在无限远，眼睛光学系统
的后焦点在视网膜上 反常眼：眼睛光学系统的后焦点不在视网膜上 ②近视眼 近视眼：远点位于眼前有限距离
眼睛放松时，∞远物成像在视网膜前
校正方法: 眼睛前加一凹透镜,先将无限远物体成 像于眼睛的远点上.再经过眼睛聚焦在视网膜上, 此时负透镜的焦距f’
某人在其眼前2.5m远的物看不清，说明远点由无穷远变 为-2.5m，远点折光度数为-0.4D，所以应该佩戴的眼镜 的度数为近视40度；
另一个人对在其眼前1m内的物看不清，说明近点变为1m，近点折光度数为-1D，所以应该佩戴的眼镜的度数 为远视300度。
2 已知显微镜目镜Г＝15，问它的焦距为多少？物镜β＝2.5，共轭距L=180mm，求其焦距及物方和像方截距。 问显微镜总放大率为多少，总焦距为多少？
D 和 D 分别是入瞳和出瞳直径
视觉放大率与物体位置无关,仅仅取决于望远镜系统的结构参数
Γ大，则f‘物增大，或f‘目减小 当目镜焦距一定时，视觉放大率大要求物镜焦距长，导致筒长增大。
当像方视场角一定时，放大率越大物方视场越小。
出瞳要与眼瞳匹配，当放大率大时入瞳增大导致镜筒增大
Γ可正可负，取决于f‘目的符号，望远物镜只能是正透镜 当物镜和目镜都为正焦距时，如开普勒望远镜，则放大率为负值，
与放大镜的视觉放大率公式相同，实质上与放大镜相同， 显微镜看作组合的放大镜
物镜通过转换器旋转式接到镜筒的下端面 目镜 以插入式接镜筒的上端面
双目镜筒 是通过加 反射棱镜 和平行平 板实现的
显微镜设计中的规定参数： 共轭距：显微镜物镜从物平面到像平面的距离。
（大约等于180mm） 机械筒长：把显微镜的物镜和目镜取下后，所
道威判断给出的分辨率值作为光学系统的目视衍射分辨 率，或称作理想分辨率。
六、显微镜的照明方法
生物显微镜多为透明标本，常用透射光亮视场照明。其 照明方式又分为两种，即临界照明和柯勒照明
§8.4望远镜系统
目视光学仪器的两个要求
• 扩大视角 • 出射平行光
显微镜是将近物成像于无限远，望远镜使无限 远物体成像在无限远，所以望远镜是一个无焦 系统
视度：与网膜共轭的物面到眼睛的距离的倒数，SD＝1/l
单位为折光度（或屈光度）。通常医院和眼镜店把1折光度称作100度 近点视度，P=1/ lp 远点视度，R=1/ lr
眼睛的调节范围为 对正常眼： lr ,lp?
明视距离，正常眼观察物体最舒服的距离，250mm ,
对应的视度？
2、非正常眼及其校正：
四 望远镜的物镜
物镜的光学特性主要有三个：焦距 f 物 、相对 孔径D/f 物和视场 2
1. 焦距 f物
f物
f目
或 f物 f目
物镜的焦距是目镜焦距的倍，通常首先确定目镜的焦距。 根据视放大率即可由上式求出物镜焦距。
2. 相对孔径
1D D' 或 DD'
在望远镜的光学性能中，对仪器的出瞳直径和视放大率提出 了一定要求。根据上式即可求得入瞳直径 D。
§7.3 显微镜系统
一、显微镜的视觉放大率
1、显微镜的成像
显微镜由物镜 和目镜组成
物体经显微 物镜放大成像后， 其像再经目镜放 大以供人眼观察
物体AB在物镜前焦面稍前处，经物镜成放大、倒立的实 像A'B'，它位于目镜前焦面或稍后处，经目镜成放大的虚 像，该像位于无穷远或明视距离处
2、显微镜的视觉放大率
J2的连线，以b表示 • 公式：θA＝b/L
§7.2 放大镜
一、视觉放大率
1、目视光学仪器的基本工作原理：
物体通过仪器，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
2、视觉放大率：用仪器观察物体时视网膜上的像 高y'i与用人眼直接观察物体时视网膜上的象高 y'e之比，用Г表示,Г＝y'i /y'e 设人眼后节点到网膜的距离为l'，上式又可写作