应用光学目视光学系统讲稿.ppt
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1、应用光学目视光学系统课件第一页,讲稿共二十九页哦第十四章第十四章 目视光学系统目视光学系统14.1 眼睛的结构及其特性眼睛的结构及其特性1、眼睛的结构、眼睛的结构:2、眼睛的调节、眼睛的调节 水晶体到网膜的水晶体到网膜的距离是不变距离是不变的。观察不同距离的物体,水晶体的的。观察不同距离的物体,水晶体的焦距焦距自自动改变,使象清晰地成在网膜上。眼睛对不同距离的物体的动改变,使象清晰地成在网膜上。眼睛对不同距离的物体的自动调焦自动调焦的过程称的过程称为眼睛的调节。为眼睛的调节。远点远点:眼睛自动调焦所可能看清最远的点;:眼睛自动调焦所可能看清最远的点;近点近点:眼睛自动调焦所可能看清最近的点;:
2、眼睛自动调焦所可能看清最近的点;明视距离明视距离:正常眼最方便和最习惯的工作距离,它等于:正常眼最方便和最习惯的工作距离,它等于-250mm。明视距离;明视距离;视角;视角;极限分辨角;极限分辨角;视角放大率。视角放大率。第二页,讲稿共二十九页哦3、眼睛的视角眼睛的视角视角视角:物体在网膜上所成象的大小决定于物体对物体在网膜上所成象的大小决定于物体对人眼的人眼的张角张角。同一位置,不同大小的物视角不同;同一位置,不同大小的物视角不同;同一物体,不同位置视角不同;同一物体,不同位置视角不同;4、眼睛的缺陷及校正、眼睛的缺陷及校正正常眼:远点在无限远,水晶体的像方焦点正常眼:远点在无限远,水晶体的
3、像方焦点F在视网膜上。在视网膜上。近视眼:近视眼:F在视网膜前,戴负透镜校正。在视网膜前,戴负透镜校正。远视眼:远视眼:F在视网膜后,戴正透镜校正。在视网膜后,戴正透镜校正。视度视度:非正常眼远点距离的倒数,非正常眼远点距离的倒数,R1/r (单位:折光度(单位:折光度)视网膜上两个视网膜上两个像大小的比值像大小的比值等于相应的等于相应的两个视角正切的比值两个视角正切的比值。眼镜片的像方焦点正好和非正常眼的远点重合。眼镜片的像方焦点正好和非正常眼的远点重合。第三页,讲稿共二十九页哦5、极限分辨角、极限分辨角分分 辨辨 率率:所能辨别靠近的两个点的极限值。所能辨别靠近的两个点的极限值。极限分辨角
4、极限分辨角:刚能被眼睛分辨开的两个点对眼睛的刚能被眼睛分辨开的两个点对眼睛的物方节点物方节点所张的角度。所张的角度。分辨率分辨率 和和 极限分辨角极限分辨角 成成 反比反比。D22.1mmDmmDmm014526626/00055.022.1 由衍射理论:由衍射理论:若取若取=0.00055mm,则眼睛的极限分辨角为,则眼睛的极限分辨角为:6、视角放大率、视角放大率 目视光学仪器是帮助人眼扩大视觉功能的,它的作用大小用视角放大率来描述目视光学仪器是帮助人眼扩大视觉功能的,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,把同一目标用仪器视网膜上像的大小和视角的正切成正比
5、,因此,把同一目标用仪器观察的视角观察的视角仪仪 和人眼直接观察的视角和人眼直接观察的视角 眼眼 二者二者正切之比正切之比称为目视光学仪称为目视光学仪器的器的“视角放大率视角放大率”。眼仪tgtg 视角放大率实际表示了用仪器观察和用人眼直接观察时,视网膜上像的视角放大率实际表示了用仪器观察和用人眼直接观察时,视网膜上像的大小之比,它描述了仪器放大作用的大小。大小之比,它描述了仪器放大作用的大小。第四页,讲稿共二十九页哦 14.2 放大镜放大镜fmm2500一、放大镜的放大率一、放大镜的放大率 视角放大率视角放大率 注:注:目视光学仪器目镜的工作原理和目视光学仪器目镜的工作原理和视角放大率视角放
6、大率的计算与放大镜完的计算与放大镜完 全相同。全相同。第五页,讲稿共二十九页哦二、放大镜的光束限制和视场二、放大镜的光束限制和视场 zzzlahtglhtglahtg21tgfy22zlhy05002注:注:放大镜的视场与放大镜的视场与视角放大率视角放大率、放大放大镜口径镜口径、观察距离观察距离有关。有关。眼瞳为孔阑,放大镜为渐晕光阑,渐晕系数为零处限定眼瞳为孔阑,放大镜为渐晕光阑,渐晕系数为零处限定最大视场最大视场。第六页,讲稿共二十九页哦14.3 显微系统显微系统主要内容:主要内容:1、显微镜的成像原理及显微镜的成像原理及视角放大率视角放大率;2、孔径光阑与、孔径光阑与出瞳直径、景深出瞳直
7、径、景深;3、分辨率分辨率与与有效放大率有效放大率;4、显微物镜与目镜显微物镜与目镜;5、显微镜的照明系统。、显微镜的照明系统。第七页,讲稿共二十九页哦一、一、显微镜的成像原理及显微镜的成像原理及视角放大率视角放大率 1111ffx22250fmm2121250ffmm21ffffmm250第八页,讲稿共二十九页哦习题习题1:用两个焦距都是:用两个焦距都是50mm的正透镜组成一个的正透镜组成一个10倍的显微镜,问物镜倍的显微镜,问物镜、目镜的倍率及物镜和目镜之间的间隔?、目镜的倍率及物镜和目镜之间的间隔?第九页,讲稿共二十九页哦二、二、显微镜的光束限制显微镜的光束限制 1 1、孔径光阑:、孔径
8、光阑:a.单组低倍显微物镜,镜框是孔径光阑;单组低倍显微物镜,镜框是孔径光阑;b.复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作为孔径光阑;复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作为孔径光阑;c.对于测量显微镜,孔阑在对于测量显微镜,孔阑在物镜的象方焦面上,构成物方远心光路。物镜的象方焦面上,构成物方远心光路。用显微镜观察体时,眼瞳应与出射光瞳重合。用显微镜观察体时,眼瞳应与出射光瞳重合。若孔阑设置在物镜像方焦面,则出瞳位于显微系统后焦面上。若孔阑位置若孔阑设置在物镜像方焦面,则出瞳位于显微系统后焦面上。若孔阑位置不同,与光学筒长不同,与光学筒长相比为一小量,则出瞳可近似认为在目镜像方焦面附近一固相比为一小量,
9、则出瞳可近似认为在目镜像方焦面附近一固定位置。定位置。第十页,讲稿共二十九页哦2、显微系统的显微系统的出射光瞳直径出射光瞳直径 显微镜应满足正弦条件,有显微镜应满足正弦条件,有:UnyyUnsinsinUtgfa目Ufasin目物物fyy1UnfUsinsin物NAfUnfa显显sinUnNAsin令令NA NA 称为显微镜的称为显微镜的数值孔径数值孔径,是表征显微镜特性的重要参量。,是表征显微镜特性的重要参量。NAD500第十一页,讲稿共二十九页哦3、显微镜的视场光阑和视场显微镜的视场光阑和视场 在显微物镜的象平面上设置了视场光阑来限制视场。由于显微物镜的视在显微物镜的象平面上设置了视场光阑
10、来限制视场。由于显微物镜的视场很小,而且要求象面上有均匀的照度,故不设渐晕光阑。场很小,而且要求象面上有均匀的照度,故不设渐晕光阑。显微镜的视场以线视场,即成像物体的最大尺寸表示,它由视阑的大小决定。线显微镜的视场以线视场,即成像物体的最大尺寸表示,它由视阑的大小决定。线视场视场y与视阑大小与视阑大小y的关系为:的关系为:物yy224、显微镜的显微镜的景深景深 显微镜的放大率越高,数值孔径越大,景深越小。显微镜的放大率越高,数值孔径越大,景深越小。NAnmmNAf ndx2502第十二页,讲稿共二十九页哦三、显微镜的三、显微镜的分辨率分辨率和和有效放大率有效放大率1、分辨率分辨率(用分辨距离(
11、用分辨距离表示)表示)1)两个发光点的分辨率:)两个发光点的分辨率:NAUn61.0sin222.12)不发光物体的分辨率:)不发光物体的分辨率:NANA5.0垂直照明:垂直照明:倾斜照明:倾斜照明:NA NA ,时,时,分辨率,分辨率(浸液物镜,紫光光源)(浸液物镜,紫光光源)第十三页,讲稿共二十九页哦2、有效放大率有效放大率便于眼睛分辨的角距离为便于眼睛分辨的角距离为 42该角距离在眼睛的明视距离该角距离在眼睛的明视距离250mm250mm处所能分辨的距离处所能分辨的距离,可表示为:,可表示为:换算到物空间,换算到物空间,取,取NA5.0设所用照明的平均波长为设所用照明的平均波长为0.00
12、055mm,有有近似为:近似为:显微镜的放大率显微镜的放大率取决于取决于物镜的分辨率或数值孔径物镜的分辨率或数值孔径。当使用比有效放大率下限。当使用比有效放大率下限(500NA)更小的放大率时,不能看清物镜已分辨出的某些细节。若用比有效放大更小的放大率时,不能看清物镜已分辨出的某些细节。若用比有效放大率上限率上限(1000NA)更高的放大率,是无效放大,并不能使被观察物体的细节更更高的放大率,是无效放大,并不能使被观察物体的细节更清晰。清晰。第十四页,讲稿共二十九页哦四、显微物镜四、显微物镜主要光学特性参数有:主要光学特性参数有:1、放大率放大率 :物1f 物2、数值孔径数值孔径NANA:NA
13、NA决定了物镜的分辨能力;决定了物镜的分辨能力;4、工作距离:从物镜的第一个面顶点到物面的距离;工作距离:从物镜的第一个面顶点到物面的距离;物镜放大率越高,工作距离越短。物镜放大率越高,工作距离越短。5.物镜的通光口径:物镜的通光口径:UnNAsintgUlD 2显微物镜的基本类型:消色差物镜、复消色差物镜、显微物镜的基本类型:消色差物镜、复消色差物镜、平视场物镜、折反式物镜。平视场物镜、折反式物镜。第十五页,讲稿共二十九页哦五、显微目镜五、显微目镜主要光学特性参数有:主要光学特性参数有:1、视觉放大率视觉放大率:目f 25002、目镜的线视场(由视场光阑的大小决定)、目镜的线视场(由视场光阑
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