应用光学第七章讲稿.ppt
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1、应用光学第七章第一页,讲稿共四十三页哦双眼观察的深度感觉除上述因素外:双眼观察的深度感觉除上述因素外:5 5)物体的距离越近,视轴之间的夹角越大,这种感觉)物体的距离越近,视轴之间的夹角越大,这种感觉使眼球发生转动的肌肉紧张程度就不同,据此就能判使眼球发生转动的肌肉紧张程度就不同,据此就能判断物体的远近;断物体的远近;6 6)双眼立体视觉(简称体视)双眼立体视觉(简称体视)称为称为“视差角视差角”BABAa2b2a1b1Aa1a2第二页,讲稿共四十三页哦其极限值其极限值 称为称为“体视锐度体视锐度”当当A、B两点距离不等时,两点距离不等时,或或产生了远近的感觉产生了远近的感觉 被称为双眼立体视
2、觉被称为双眼立体视觉 ABABb2a2a1b1lbABABb2a2a1b1约为约为10”,有可能达到,有可能达到5”或或3”第三页,讲稿共四十三页哦当物点对应的视角差当物点对应的视角差等于等于 时,人眼刚能分辨时,人眼刚能分辨出它和无限远物点之间的距离差别出它和无限远物点之间的距离差别即反映了人眼可能分辨出物点远近的最大距离即反映了人眼可能分辨出物点远近的最大距离人眼瞳孔之间的平均距离为人眼瞳孔之间的平均距离为b=62mm,Lmax称称为立体立体视觉半径半径第四页,讲稿共四十三页哦 双眼观察仪器双眼观察仪器 利用仪器观察物体时,必须采用双眼仪器来利用仪器观察物体时,必须采用双眼仪器来保持人眼的
3、体视能力,这种仪器称为保持人眼的体视能力,这种仪器称为“双眼双眼望远镜望远镜”和和“双眼显微镜双眼显微镜”利用体视仪器可以提高人眼的体视能力利用体视仪器可以提高人眼的体视能力双眼仪器的体视放大率双眼仪器的体视放大率人眼直接观察时的视角差人眼直接观察时的视角差 眼眼为为BABA A-B第五页,讲稿共四十三页哦假设双眼望远镜的二个入射光轴之间为距离假设双眼望远镜的二个入射光轴之间为距离B B,称为该仪器的基线长,则同称为该仪器的基线长,则同一物体对仪器的二入射瞳孔所构成的视角差一物体对仪器的二入射瞳孔所构成的视角差为为若系统的视放大率若系统的视放大率为,则物方视角差为,则物方视角差和像方视角和像方
4、视角差差在不大条件下存在以下关系在不大条件下存在以下关系第六页,讲稿共四十三页哦第二节第二节 放大镜放大镜物体物体对眼睛的眼睛的视角,角,不不仅取决于物体的大小取决于物体的大小,还取决于取决于该物体物体到眼睛的距离到眼睛的距离,距离越近,距离越近视角越大角越大在近在近处观察察细小物体其小物体其视角角小于小于人眼极限分辨角人眼极限分辨角就需要借助放大镜或显微镜将其放大,使就需要借助放大镜或显微镜将其放大,使像的视角像的视角大于大于人眼的极限分辨角人眼的极限分辨角 扩大视角是目视光学仪器的第一个扩大视角是目视光学仪器的第一个要求要求一、放大镜的工作原理一、放大镜的工作原理人眼在人眼在观察物体察物体
5、时完全放松的自然状完全放松的自然状态,即无限,即无限远目目标成像到成像到视网膜上网膜上在利用在利用仪器器观察察时,目,目标通通过仪器后器后应成像在无限成像在无限远处,即要求,即要求仪器器出射平行光束出射平行光束 对目视光学仪器的第二个要求对目视光学仪器的第二个要求第七页,讲稿共四十三页哦 因为眼睛通过因为眼睛通过放大镜放大镜或或显微镜显微镜等目视光学仪器来观察物体时,所看到的是等目视光学仪器来观察物体时,所看到的是在眼在眼睛视网膜上的物体像的大小睛视网膜上的物体像的大小。放大镜的放大率应为:放大镜的放大率应为:通过通过放大镜放大镜观察物体时,观察物体时,物体像的视角物体像的视角正切正切与与人眼
6、直接观察该物体时人眼直接观察该物体时的视角的视角正切正切之比之比。这种放大率称为这种放大率称为视角放大率视角放大率。用字母用字母 表示表示放大镜的放大镜的放大率放大率与眼睛一起使用的目视光学仪器,其放大作用与眼睛一起使用的目视光学仪器,其放大作用不能不能由由横向放大率横向放大率来表征。来表征。第八页,讲稿共四十三页哦物体物体经放大放大镜成像的成像的简图 yyABABFFP-ff-xa虚像虚像AB 对眼睛所眼睛所张的的视角的正切角的正切为眼睛直接去眼睛直接去观察物体察物体时,是将其放在明,是将其放在明视距离距离250mm处。此。此时物体物体对人眼人眼张角的正切角的正切为第九页,讲稿共四十三页哦放
7、大放大镜的放大率的放大率可由下式求得可由下式求得将横向放大率将横向放大率代入上式得代入上式得第十页,讲稿共四十三页哦由此可由此可见,放大,放大镜的放大率,除了和其焦距有关之外,的放大率,除了和其焦距有关之外,还和眼和眼睛离开放大睛离开放大镜的距离有关的距离有关在在实际使用使用过程中,程中,眼瞳大致位于放大眼瞳大致位于放大镜的像方焦点的的像方焦点的附近附近 放大放大镜的放大率的放大率仅由放大由放大镜的焦距的焦距f 所决定,焦距越大所决定,焦距越大则放大率越小。放大率越小。上式分母中的上式分母中的a相相对于于x而言,是一个很小的而言,是一个很小的值,可以略去。,可以略去。放大放大镜放大率的公式,通
8、常采用以下形式放大率的公式,通常采用以下形式第十一页,讲稿共四十三页哦第三节第三节 显微镜系统显微镜系统对于工作在于工作在可可见光光波波长范范围的光学的光学显微微镜按用途区分按用途区分,使用量,使用量较大的有大的有三种三种:工具工具显微微镜(主要(主要应用于精密机构制造工用于精密机构制造工业等方面等方面进行精密行精密测量);量);生物生物显微微镜(主要(主要应用于生物学、医学、用于生物学、医学、农学等方面);学等方面);金相金相显微微镜(主要(主要应用于冶金和机械制造工用于冶金和机械制造工业,观察研究金察研究金相相组织结构)。构)。显微微镜是人眼的是人眼的辅助工具,助工具,显微微镜的的光学系光
9、学系统由由物物镜和目和目镜两个部两个部分分组成。成。第十二页,讲稿共四十三页哦显微镜系统成像原理显微镜系统成像原理显微微镜和放大和放大镜起着起着同同样的作用的作用物镜物镜目镜目镜F1F1F2BAABA”B”第十三页,讲稿共四十三页哦物镜物镜目镜目镜F1F1F2BAABA”B”AB 位于目位于目镜的物方焦点的物方焦点 F2 上或上或在很靠近在很靠近 F2 的位置上的位置上 此像在此像在经目目镜放大放大为虚像虚像A”B”后供眼睛后供眼睛观察。察。这说明目明目镜与放与放大大镜的作用一的作用一样。第十四页,讲稿共四十三页哦经过物物镜和目和目镜的两次放大,所以的两次放大,所以显微微镜系系统总的放大率的放
10、大率应该是是物物镜横向放大率横向放大率和和目目镜放大率放大率e的乘的乘积。物体被物体被物物镜成的像成的像A B 位于位于目目镜的物方焦点上或附近,此像相的物方焦点上或附近,此像相对于于物物镜像方焦点的距离像方焦点的距离为(物(物镜和目和目镜的光学的光学间隔),隔),在在在在显显微微微微镜镜系系系系统统中称中称中称中称为为光学筒光学筒光学筒光学筒长长设物物镜的焦距的焦距为f1,则物物镜的放大率的放大率为第十五页,讲稿共四十三页哦物物镜的像被目的像被目镜放大,其放大率放大,其放大率为式中:式中:f2 为目目镜的焦距。由此,的焦距。由此,显微微镜系系统的的总放大率放大率为可可见显微微镜系系统的放大率
11、与的放大率与光学筒光学筒长成正比成正比,和,和物物镜及目及目镜的焦距成的焦距成反比反比。式中有式中有负号负号,即当显微镜系统具有正物镜和正目镜时(常,即当显微镜系统具有正物镜和正目镜时(常用这种结构),则整个显微镜系统给出用这种结构),则整个显微镜系统给出倒像倒像。第十六页,讲稿共四十三页哦根据根据组合光合光组的焦距公式可知,整个的焦距公式可知,整个显微微镜的的总焦距焦距f 和物和物镜及及目目镜焦距之焦距之间符合以下关系:符合以下关系:将其代入上式中,则有将其代入上式中,则有它与放大镜公式具有它与放大镜公式具有完全相同完全相同的形式。显微镜的形式。显微镜系统实质上就是一个系统实质上就是一个复杂
12、化了的放大镜复杂化了的放大镜第十七页,讲稿共四十三页哦在显微镜系统中存在着在显微镜系统中存在着中间像中间像,故可以在物镜,故可以在物镜的的实像平面上实像平面上放置分划板,对被观察物体进行测放置分划板,对被观察物体进行测量,并且在该处还可以量,并且在该处还可以设置视场光阑以消除设置视场光阑以消除渐渐晕现象晕现象。精密测量用的显微系统精密测量用的显微系统与与一般观察显微镜一般观察显微镜有一定有一定的的区别区别。为后面讨论的内容叙述方便,有必要对为后面讨论的内容叙述方便,有必要对测量显测量显微系统微系统有一个初步的概念。有一个初步的概念。第十八页,讲稿共四十三页哦19JA型万能工具型万能工具显微微镜
13、的光的光学系学系统图。照明光源照明光源集光镜集光镜滤色片滤色片可变光阑可变光阑平面反射镜平面反射镜聚光镜聚光镜保护玻璃保护玻璃工作台工作台物镜物镜工件工件光阑(孔径光阑)光阑(孔径光阑)斯密特棱镜斯密特棱镜保护玻璃保护玻璃分划板分划板目镜测角分划板测角分划板测角光源测角光源滤色片滤色片读读数数显显微微镜镜 可变光阑位于聚光镜的可变光阑位于聚光镜的物方焦平面上物方焦平面上孔径光阑位于物镜的像方孔径光阑位于物镜的像方焦平面上(形成了什么光组焦平面上(形成了什么光组?)?)物镜有四种放大倍率:物镜有四种放大倍率:1x、1.5 x、3 x和和5 x;目;目镜的放大率为镜的放大率为10 x 第十九页,讲
14、稿共四十三页哦显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距在在显微微镜中,取下中,取下显微物微物镜和目和目镜后,所剩下的后,所剩下的镜筒筒长度度即即物镜支撑面到目镜支撑面之间的距离称物镜支撑面到目镜支撑面之间的距离称为为机械筒长机械筒长,用用tm表示。表示。对于一台显微镜来说,机械筒长是固定的机械筒长各国标准对于一台显微镜来说,机械筒长是固定的机械筒长各国标准是不同的,有是不同的,有160mm,170mm和和190mm 等。等。我国规定机械筒长为我国规定机械筒长为160mm。物平面光学系统第一个物镜的球面顶点的距离称物平面光学系统第一个物镜的球面顶点的距离称为为“工作距工作距”第二十页,讲稿共四十
15、三页哦理想光学系统的分辨率(补充)理想光学系统的分辨率(补充)无无穷远自身自身发光的物点,在焦平面上所成的像不是几何点,光的物点,在焦平面上所成的像不是几何点,而是一个由一系列光而是一个由一系列光环组成的衍射成的衍射图样。其图样的光环能量分布曲线其图样的光环能量分布曲线见图所示。见图所示。中央亮斑称为中央亮斑称为爱里斑爱里斑其上集中了总能量的其上集中了总能量的83.78%接着是第一级暗环然后是第一级亮环,其能量是总能接着是第一级暗环然后是第一级亮环,其能量是总能量的量的7.22%;第二十一页,讲稿共四十三页哦 因为光环的能量主要集中在因为光环的能量主要集中在爱里斑爱里斑上,所上,所以可以把它看
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