第七章典型光學系統眼睛放大鏡顯微鏡望遠鏡攝像機投影儀第一節眼睛及其光學系統1.眼睛的結構2.標準眼和簡約眼3.眼睛的調節4.正常眼和非正常眼5.眼睛的適應

6.眼睛的立體視覺1.眼睛的結構眼睛像個能自動對焦、變焦、自動改變光圈的照相機。人眼照相機水晶體鏡頭網膜底片瞳孔光闌◆

眼睛的直徑約25mm◆物體在視網膜上成倒像◆感光最靈敏處稱為黃斑◆在盲斑處無錐狀細胞和桿狀細胞◆節點與中心凹的連線稱視軸。怎樣驗證盲斑的存在？2.標準眼和簡約眼標準眼：滿足眼睛光學常數值的眼睛。簡約眼：把標準眼簡化為一個折射球面的模型。3.眼睛的調節物體遠近變化水晶體曲率半徑變化觀察遠物觀察近物眼睛放松，半徑增大。眼睛緊張，半徑減小。遠點：眼睛所能看清的最遠點；近點：眼睛所能看清的最近點；、前為正號表示該點在眼前，負號表示該點在眼后近點距離：近點到眼睛的距離，用表示；遠點距離：遠點到眼睛的距離，用表示；明視距離:正常眼觀察物體最舒服的距離，為250mm。眼睛的調節范圍:單位：屈光度（D）1D=1m-1年齡(歲)

(m)R(D)

(m)P(D)ā

(D)10-∞0-0.071-141420-∞0

-0.100-101030-∞0-0.143-7740-∞0-0.222-4.54.550-∞

0-0.40-2.52.5602.00.5-2.00-0.51.00800.402.50.402.500.004.正常眼和非正常眼正常眼的遠點在無窮遠，像方焦點在視網膜上。近視眼的特點:

眼球偏長像方焦點在視網膜前遠點在眼前有限遠處矯正前矯正后A’AA’近視眼的矯正：鏡片的焦距，為負透鏡視度:近視眼或遠視眼的程度。（D）通常醫院和眼鏡店把1D稱為100度?！粢暥葹?1D的同學需配戴屈光度為-1D的眼鏡,也就是100度的近視眼鏡，鏡片焦距為-1m。眼鏡的屈光度（D）例1：某人的視度為-2D，調節范圍是8D,求（1）其遠點距離；（2）其近點距離；（3）佩戴100度的近視眼鏡，求該鏡的焦距；（4）帶上該近視眼鏡后，求看清的遠點距離；A’A’’A（1）（2）（3）遠視眼的特點：1.眼球偏短2.像方焦點在視網膜后3.遠點在眼后有限遠矯正前矯正后A’AA’遠視眼的矯正：例2：媽媽不能看清1m以內的物體，如想在明視距離處讀書看報，則需配戴多少度的眼鏡？其中,所以媽媽需配戴300度的遠視眼鏡。5.眼睛的適應眼睛的適應：指對各種光亮環境的適應能力。變化范圍可達絕對暗閾值：約為勒克斯。它相當于蠟燭在30公里遠處所產生的照度。

暗適應：發生在自亮處到暗處時，瞳孔自動縮小，過程較慢，極限為30分鐘；亮適應：發生在自暗處到亮處時，瞳孔自動增大，過程較快，只需要幾分鐘。錐狀細胞桿狀細胞感色（亮照明時起作用）感光（弱照明時起作用）為什么黃昏時能看清洗衣做飯而不能看清描龍繡鳳？人眼對555nm（綠光）的光最敏感。眼睛的分辨本領剛能分辨開的二個點對眼睛物方節點的張角稱為眼睛的極限分辨角。人眼的極限分辨角為60”

眼睛能分辨開兩個很靠近的點的能力稱為眼睛的分辨率，這個距離不小于0.006mm。

6.眼睛的立體視覺：辨別物體距離，區分相對遠近。雙眼體視：物體成像于雙眼中心凹的同側對應點時產生單像，否則產生雙像。注視A時，成像a1和a2,在中心凹

這時B成像為b1和b2，產生雙像

C成像為c1和c2，也產生雙像

D成像為d1和d2，產生單像

眼睛估計距離是利用眼睛轉動時肌肉的緊張程度不同。辨別相對遠近是利用兩眼視線的夾角，即立體視差角。

b為基線長，成人為65mm。L為觀察點到眼睛的距離

立體視差角

立體視差

體視銳度：人眼能覺察的最小立體視差，約10"，經訓練可以小到3"

立體視覺半徑：人眼存在立體視覺的范圍

體視閾值：

能分辨不同遠近兩點間的最小距離

例如：在100m距離上，人眼的體視閾值為要有更好的立體視覺，即增大體視圈半徑，減小體視閾值，怎樣實現？雙眼觀察時有明顯的立體視覺，因此為了在使用儀器觀察時仍能保持人眼的體視能力，必須采用雙眼儀器，如“雙目望遠鏡”，“雙目顯微鏡”。雙眼儀器左右兩個光學系統必須滿足以下條件：1.雙眼儀器左右兩個光學系統的光軸要平行。2.兩個光學系統的視放大率應該一致。3.兩個光學系統之間不應該有相對的像傾斜。第二節放大鏡放大鏡的放大率

W’f’y目視系統的視角放大率：遠處物體經系統所成的像對眼睛張角w‘的正切與該物體直接對眼睛張角w的正切之比。第三節顯微鏡系統物體AB在物鏡前焦面稍前處，經物鏡成放大、倒立的實像A'B'，它位于目鏡前焦面或稍后處，經目鏡成放大的虛像，該像位于無窮遠或明視距離處。

顯微鏡的放大率

對正常眼，A’B’位于Fe上，顯微鏡光學筒長Δ=FO’Fe。例題：用兩個焦距都是50mm的正透鏡組成一個10倍的顯微鏡，問物鏡的倍率、目鏡的倍率以及物鏡和目鏡之間的間隔各是多少？顯微鏡的機構物鏡通過轉換器旋轉式接到鏡筒的下端面

目鏡以插入式接鏡筒的上端面

應滿足齊焦要求：調換物鏡后，不需再調焦就能看到像。物鏡調換后，像面不動，物面不動——物鏡共軛距不變（195mm)

b.物鏡像面即目鏡前焦面不動——在上端面以下10mm

處

c.機械筒長——上下端面之間的距離（160mm），有的顯微鏡機械筒長可調

d.調換物鏡（目鏡）后微調焦不可避免，故還必須有微動機構

雙目鏡筒是通過加反射棱鏡和平行平板實現的，要使兩條光路光程相同

顯微鏡與放大鏡比較的優點：①具有更大的放大率，二次放大

②人眼離物面較遠，使用方便

③物鏡和目鏡可調換，從而得到多種放大率

④具有中間實像面，可放置分劃板，用于測量（構成測微目鏡）

⑤當中間實像A’位于Fe之前時，A”為實像，可投影到屏上。也可用圖像傳感器接收實像，構成電子目鏡

望遠鏡系統

望遠鏡系統是以平行光入射，再以平行光出射的系統系統特點△=0最簡單的望遠鏡至少有兩個獨立光組，第一光組的像方焦點與第二光組的物方焦點重合開普勒望遠鏡伽利略望遠鏡開普勒望遠鏡（目鏡為正透鏡）：1.成倒像，觀察不方便2.若需成正像，則要加轉向系統。3.有實像面，可以加分劃板，可用于測量。伽利略望遠鏡（目鏡為負透鏡）：1.成正像。2.有虛像面，不可用于測量。3.放大倍數有限，一般做觀劇鏡。望遠鏡系統的視角放大率：例：用望遠鏡觀察時要鑒別5公里處200毫米的間距，應選用多大倍率的望遠鏡。顯微鏡的光束限制1.孔徑光闌低倍物鏡的孔徑光闌——為單組物鏡框本身

高倍物鏡的孔徑光闌——多組物鏡的最后一組鏡框，或在Fo’處專設孔闌2.出瞳位置

出瞳在總的像方焦點上，人眼瞳有可能與之重合，接收所有成像光。3.出瞳的大小與數值孔徑因為出瞳與整個系統的像方焦面重合，設像方孔徑角為，則有因系統滿足正弦條件

稱數值孔徑顯微鏡的景深

設

為眼睛的極限分辨角

顯微鏡的數值孔徑A越大，要求放大倍率越高，其景深越小。顯微鏡的景深是很小的，所以需要微調裝置。顯微鏡的分辨率與有效放大率1.顯微鏡的分辨率

分辨本領隨波長的減小而提高，隨數值孔徑的增大而提高。

數值孔徑大要求n大和U大，而U總是小于90度的，還有什么辦法可以提高數值孔徑？

2.顯微鏡的有效放大率

想一想：顯微鏡的放大率是否越大越好？用顯微鏡可以看清怎樣細小的細節？

如果不能被顯微鏡分辨導致眼睛不能分辨，放得再大也沒有用，稱無效放大。顯微鏡能分辨而眼睛不能分辨，稱為放大不足。

取當物面被照明時的最小分辨距為

人眼最小分辨角取2分到4分，則眼睛最小分辨距應為

按主色光波長0.00055mm計算，得

這稱為顯微鏡的有效放大率。可見數值孔徑與放大率要匹配，如最大的數值孔徑取1.5的話，顯微鏡的最高有效放大率為1500倍。顯微鏡的物鏡光學系統的主要參數是

孔徑和視場。即焦距、相對由于顯微鏡要求分辨率高，則數值孔徑A大，放大率M要與之相適應，因而物鏡的放大率也要相應匹配，并在規定機械筒長下使用（例如，160mm）。物鏡的參數標明在外殼上。隨著放大倍數由低到高，其結構也相應復雜。低倍物鏡可以用雙膠合，中倍物鏡用雙雙膠合，高倍物鏡用雙膠合＋前片，數值孔徑更大的阿貝物鏡則需要浸油。顯微鏡的目鏡相當于放大鏡，其入瞳就是物鏡的出瞳，其出瞳在Fe’稍后處，與F’重合

一般有二片(組)：朝向物方的稱向場鏡，朝向眼睛的稱接目鏡。

要有一定的放大倍率應取較小的焦距。

由于物鏡的放大倍率作用，目鏡的視場較大而相對孔徑較小，是短焦距小孔徑大視場系統。

目鏡還有兩個重要參數：

1.鏡目距——接目鏡最后一面到眼瞳（出瞳）的距離，一般要求不小于6mm

2.工作距離——目鏡第一面到目鏡前焦面（物鏡像面）的距離。顯微鏡分為光學顯微鏡和電子顯微鏡光學顯微鏡的放大倍數是2000倍，分辨率為0.1um電子顯微鏡的放大倍數是300萬倍，分辨率為0.25nm