应用光学(第九章)2.ppt

§9-2 空间深度感觉和双眼立体视觉 (§3-5) 眼睛在观察物体时，除了一般的物体特征外，还能够产生远近的感觉，被称为“空间深度感觉” 单眼或双眼都能产生这种感觉 单眼深度感觉来源： 1）物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近 2）物体之间的遮蔽关系和阳光的阴影来判断它们相对位置 3）对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深度感觉 4）眼睛的调节程度来判断物体的远近。 双眼观察的深度感觉除上述因素外： 5）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，据此就能判断物体的远近； 6）双眼立体视觉（简称体视） α称为“视差角” 当物点对应的视角差α等于 时，人眼刚能分辨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 人眼瞳孔之间的平均距离为b=62mm， Lmax称为立体视觉半径 §9-3 双眼观察仪器 (§3-6) 利用仪器观察物体时，必须采用双眼仪器来保持人眼的体视能力，这种仪器称为“双眼望远镜”和“双眼显微镜” 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 人眼直接观察时的视角差α眼为 假设双眼望远镜的二个入射光轴之间为距离B,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α为 若系统的视放大率Г为，则物方视角差α和像方视角差α’在不大条件下存在以下关系 §9-4 放大镜和显微镜的工作原理 (§3-2， (§9-5) 物体对眼睛的视角，不仅取决于物体的大小，还取决于该物体到眼睛的距离，距离越近视角越大 因为眼睛通过放大镜或显微镜等目视光学仪器来观察物体时，所看到的是在眼睛视网膜上的物体像的大小。 物体经放大镜成像的简图 放大镜的放大率Γ可由下式求得 由此可见，放大镜的放大率，除了和其焦距有关之外，还和眼睛离开放大镜的距离有关 二、 显微镜的工作原理 对于工作在可见光波长范围的光学显微镜 显微镜系统成像原理 显微镜和放大镜起着同样的作用 A’B’ 位于目镜的物方焦点 F2 上或在很靠近 F2 的位置上 经过物镜和目镜的两次放大，所以显微镜系统总的放大率Γ应该是物镜横向放大率β和目镜放大率Γe的乘积。 物镜的像被目镜放大，其放大率为 根据组合光组的焦距公式可知，整个显微镜的总焦距f’ 和物镜及目镜焦距之间符合以下关系： 19JA型万能工具显微镜的光学系统图。 显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距 在显微镜中，取下显微物镜和目镜后，所剩下的镜筒长度即 物镜支撑面到目镜支撑面之间的距离称为机械筒长，用tm表示。 §9-5 理想光学系统的分辨率（§8-7） 无穷远自身发光的物点，在焦平面上所成的像不是几何点，而是一个由一系列光环组成的衍射图样。 当相邻两点的间隔，正好使一个衍射图样中的爱里斑中心和另一个图样的第一暗环重合时，两个衍射图样的光强分布曲线相加而得到的合成光强分布曲线，两个极大值之间存在的一个极小值，能量约为极大值的80%。 显微系统的分辨率是以刚能分辨的两物点之间的距离来表示的，称为最小分辨距。 因U’max角一般很小，所以 这种修正是以道威(Dawas)判断为依据的。 设所使用光线的波长为550nm，上式成为 一、显微系统的线视场 其视场的大小用能看到的物方直径表示被称为物方线视场（简称为线视场） 要求视场内的照度适宜、均匀、成像清晰、没有渐晕、杂散光的干扰小 视场光阑应安放在物镜像平面处。 使用显微系统过程中，要求能方便更换物镜和目镜 同时，也要求一次调焦清晰后，在更换不同倍率的物镜或目镜时，不需要二次调焦 二、显微镜的景深 当显微镜调焦至某一物平面（称为对准平面）时，如果位于其前后的物平面仍能被观察者看清楚，则该两平面之间的距离称为显微镜的景深。 z′看起来是一个点像，它对出瞳中心的张角ε′必须不大于眼睛的极限分辨角。 根据上述要求，照明系统在设计上应满足以下两个原则： 其缺点是光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上，同 3、柯勒照明 柯勒照明系统分为远心照明和非远心照明。 取2′为分辨角的下限， 4′为上限，则在明视距离250mm处能分辨开两点之间的距离σ′为 σ′是显微镜像空间被人眼所能分辨的线距离 换算到显微镜的物方，相当于显微镜的分辨率乘以视觉放大率，得到 满足上式的放大率称为显微镜的有效放大率 线视场的大小与显微系统放大率、数值孔径NA以及结构尺寸有关 线视场是显微系统光学性能之一 物方线视场实际上就是系统的入窗。 显微系统是用来观察、分辨物体的细节