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第三章 光学仪器 目视仪器 §1 眼睛 §2 照相机 照相机的光学原理就是利用会聚透镜形成实像。如图所示，将拍摄物体成像在照相胶片上，照相机主要有以下几部分： 为了尽可能拍摄较广阔的外界景物，镜头必须有较广阔的视场，通常照相机的视场角为50?~60?，某些特殊的广角镜头可达120?。 镜头的结构种类很多，可是就整体而言，仍然是一个会聚透镜系统，焦距是镜头的一个重要参数，在相同物距的条件下，物镜的焦距愈大所成的像也愈大，所以，物镜的焦距决定了拍摄时物像的整个比例。 物镜的孔径D与焦距 f 的比值称为相对孔径，它决定成像面的照度和景深。 由于大部分镜头的孔径总比焦距小，所以通常采用 1:f/D 来表示，如1:1.4, 1:2.0, 1:2.8等。 对于一定亮度的物体，物镜所成像的光照度与相对孔径 D/f 的平方成正比。所以相对孔径为 1:2.0 的物镜，其像面上的光照度比相对孔径为 1:2.8 的物镜的光照度高一倍。 虽然理论上只有与胶片共轭的平面上的景物才能清晰成像于胶片上，但人眼或接收器对像的清晰度的分辨本领有限，就存在一定的物距范围内的物点所成的像都认为是清晰的，这一定的物距范围称为景深。景深与光圈、焦距和物距有关。如光圈直径越小，景深越大；焦距越短，景深越大；被摄景物越远，景深越大。 数码相机与传统照相机的主要差别是像的接收方式不同。数码相机是将镜头聚焦的影像投射在光电转换器芯片CCD（电荷耦合半导体器件）上，CCD将景物的光信号转化成电信号；然后将数据传输到模拟电子信号处理器上，转换成电脑能识别的数码信号，通过数码压缩处理后储存在闪烁式电子芯片上，最后经过各种运算转换为图像的数码文件，供后期处理使用。 §3 显微镜 我们能不能看清一个物体，视角的大小十分重要。如图所示，物体两端AB对眼睛（光心）的所成的张角称为视角，视角放大率就是目视光学仪器的一个重要指标。 放大镜、显微镜和望远镜等都可以放大视角。但是，简单的放大镜的放大率太小，最多10~20倍，甚至不能满足观察一般生物切片的要求。为了提高放大率，必须采用组合放大镜?显微镜。 * 眼睛的主要部分是晶状体，它的曲率通过睫状肌来调节。 正常视力的眼睛，当睫状肌完全松弛的时候，无穷远处的物体成像在视网膜上。为了观察较近的物体，睫状肌压缩晶状体，使它的曲率增大，焦距缩短，因而眼睛有调焦的能力。 眼睛睫状肌完全松弛和最紧张时所能清晰看到的点，分别称为调焦范围的远点和近点。一般人眼对相距25cm处的物体看得是最舒适的，这个距离称为明视距离。 人眼的结构非常复杂，为了讨论问题的简便，常把人眼简化为一个单球面折射系统，如图所示。 简化眼 n = 1.33 n = 1.0 R =5.56 R =9.7mm n = 1.33 n = 1.0 R =5.56 R =9.7mm 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 5.56mm 1.333 9.7 mm -16.70mm 22.26 mm 59.88D 简化眼 眼睛简化成一个折射球面的模型，即简化眼 (a) 近视眼的矫正 (b) 远视眼的矫正 对于近视眼，当睫状肌完全松弛时，无穷远处的物体成像在视网膜之前，它的远点在有限远的位置。矫正的方法是戴凹透镜的眼镜，凹透镜的作用是将无穷远处的物体先成一虚像在近视眼的远点处，然后由晶状体成像在视网膜上，如图(a)所示。 对于远视眼，无穷远处的物体成像在视网膜之后，它的近点一般离眼较近。矫正的方法是戴凸透镜的眼镜，凸透镜的作用是近点以内一定范围的物体先成一虚像在近点处，然后由晶状体成像在视网膜上，如图(b)所示。 照相机原理图 感光 材料 快门 镜头 光圈 (1) 照相物镜，俗称镜头，它使物体产生清晰的像。 (2) 光圈，它是在镜头中的可变孔径光阑，控制成像的光照度和改变空间成像的景深。 (3) 快门，用它的打开时间的长短来控制照射在感光材料上的光通量，以形成清晰的像。 感光 材料 快门 镜头 光圈 感光 材料 快门 镜头 光圈 快门是控制光线进入物镜时间长短的一种装置，一般安装在镜头组中间。快门打开后，光线才能照射到胶片上，称为曝光。照相时，曝光时间与光圈大小恰当地配合使用。 感光 材料 快门 镜头 光圈 感光 材料 快门 镜头 光圈 视角的变化 U1 U2 A A B B A? A? B? B? 为了看清物体细节，可以把物体移近眼睛，以增大视角，但这移近有一个限度，若要进一步看清，需借助光学仪器。 显微镜外形图 物镜 目镜 显微镜的构造比较复杂，可分成两组，一组为物镜，另一组为目镜。 在放大镜（目镜）前面加一个焦距极短的会聚透镜，称为物镜。 显微镜的