1
应用光学讲稿
望远镜的放大率
D D'
ห้องสมุดไป่ตู้
1
望远镜的垂轴放大率也不随共轭面的位置变化而变 化，数值上等于视放大率的倒数
测量视放大率的方法：倍率计
应用光学讲稿
§3-4 眼睛的缺陷和目视光学仪器的视度调节
一、眼睛的缺陷和校正
1、正常人眼的焦点F’、远点和近点 正常人眼在自然状态下，无限远物体成像在网膜 上，即焦点F’与网膜重合
应用光学讲稿
望远镜的放大率 tgu ' tg ' tgu tg
望远镜的角放大率不随共轭面的位置变化而变化， 数值上等于视放大率 平行于光轴入射的光线仍然平行于光轴出射 ' y ' f目 f目 1 ' ' y f物 f物
D D'
仪
：用了仪器后目标像对人眼的张角，即像方视场角 ：人眼直接观察时目标对人眼的张角，即物方视场角
眼
仪 '
眼
应用光学讲稿
望远镜的视放大率
tg仪 tg ' tg眼 tg
y tg ' f物
' 1
根据定义有
y2 tg ' ' f目
y y2
' 1
望远镜的视放大率
对两物点的视角分辨率：
两物点在网膜上成两个像点，若两像点距离比较大， 人眼能够分辨开是两个像点，如果两像点距离小到一 定程度，人眼就有可能分辨不出是两个像点。 为什么呢？
应用光学讲稿
人眼视网膜的结构
视网膜由视神经细胞组成，分锥状细胞和杆状细胞
锥状细胞：在亮光下工作
杆状细胞：在弱光下工作
如果两像点之间的距离大于两视神经细胞，落在两 个不相邻视神经细胞上，就能分清是两个像点。
y
β物
y’ -Δ = = y f’物
Г＝
tg ω仪 tg ω眼
=
-250Δ f’物 f’目
应用光学讲稿
目镜
物镜 y’ -y
f’物
F’物
Δ
F目
-f目
ω仪
-Δ
Г＝
f’物
.
250
f’目
＝ β物
.Г
目
应用光学讲稿
物镜的垂轴放大率和目镜的视放大率分别刻在 镜管上，二者相乘，就是显微镜的视放大率。 显微镜的视放大率
y’仪
y’眼
＝
π ’ tg ω仪
π ’ tg ω眼
＝
tg ω仪 tg ω眼
Г越大，放大作用越大。 Г有正负之分， Г为正，正像， Г为负，倒像
应用光学讲稿
• 放大镜工作原理
y
ω －y’
-l
y 物体对人眼张角 tg l ymin 要求最小视角 0.0003弧度(60" ) l
F
-f=f ’
ω仪
－y’
tg ω仪 =
y
f’
tg ω眼 = 250
y
-l
=
y 250
Г＝
tg ω仪 tg ω眼
=
f’
注意：250为明视距离，物体可以移动到明视距离
应用光学讲稿
放大镜的视放大率
250 f'
如果要Γ>1，则要求透镜焦距f’<250mm
要提高放大镜的视放大率，必须减小透 镜的焦距，但对于一个简单的单正透镜，其 焦距不可能很小。
应用光学讲稿
最小视角
ymin 0.0003弧度(60" ) l
提高视角的途径： 提高y，不行。 减小物距L，但不能无限的减小，否 则， 就不能成像在视网膜上。
我们希望物体位在无限远处，因此可以 在人眼前加一个正透镜，把物体放在透 镜的物方焦点处，成像在无限远，供人 眼观察。
应用光学讲稿
远点：眼睛能看清物体的最远距离 最大调节范围＝近点视度－远点视度
应用光学讲稿
不同年龄正常人眼的调节能力 年龄 最大调节范围/视度 近点距离/mm
10 15 20 25 30 35 40 45 50
-14 -12 -10 -7.8 -7.0 -5.5 -4.5 -3.5 -2.5
70 83 100 130 140 180 220 290 400
第三章 光学仪器
目视光学仪器：和人眼配合使用的仪器
应用光学讲稿
本章主要解决的问题：
• 眼睛的构造 • 望远镜、显微镜的工作原理 • 眼睛与目视光学仪器配合的问题、眼睛缺陷 及调整 • 如何选择成像光束的位置 • 选择成像光束的原则 • 限制光束的方法
应用光学讲稿
§3-1 人眼的光学特性
• 人眼的构造
应用光学讲稿
和显微镜一样，对着物方的透 镜称为物镜，对着人眼的透镜 称为目镜。
物镜的像方焦点和目镜的物 方焦点重合。 组合系统的Δ=0，有时，将Δ=0 定义为望远镜，将Δ不等于0定 义为显微镜。
应用光学讲稿
望远镜的视放大率
y’ -ω f’物 视放大率公式
tg仪 tg眼
F’物 F目
ω’
－f目
应用光学讲稿
50 倍 天 文 望 远 镜 拍 摄 的 月 球 照
应用光学讲稿
Hubble Space Telescope, 重 11.5 吨, 主透镜半径2.4 米。
应用光学讲稿
早期的宇宙 The deepest space so far, taken by HST (Hubble Space Telescope)
盲点实验
应用光学讲稿
视觉的产生
外界的光线进入人眼 成像在视网膜上，产生视神经脉冲 通过视神经传向大脑，经过高级的中枢神经 活动，形成视觉 物理过程，生理过程，心理过程
应用光学讲稿
人眼的光学特性
视轴：黄斑中心与眼睛光学系统的像方节点连线 人眼视场：观察范围可达150º 头不动，能看清视轴中心6º －8º
应用光学讲稿
• 显微镜的工作原理
显微镜就是一个复杂化的放大镜 y tg仪 放大镜的视角 f'
提高放大镜的视放大率的途径： 减小焦距，刚才分析，可能性不大。 增大物高。 可以设想先将物体通过一个透镜放大成像， 然后再通过放大镜放大，由人眼观察。 这就是显微镜的原理
应用光学讲稿
应用光学讲稿
放大100倍后的鱼胚胎照片 显微镜下的硅藻
被观察物体首先要成像在视网膜上，而且对 人眼的张角大于人眼的视角分辨率时，才能被看清。
对各类目视光学仪器的共同要求
1、成像在无限远 正常人眼在自然状态下，无限远物体成像在视网膜上
应用光学讲稿
2、增大视角
直接观察： 用仪器观察：
-y’眼=π ’ tg ω眼
-y’仪=π ’ tg ω仪
应用光学讲稿
用仪器观察视网膜上的像高和人眼直接观察视网膜上 的像高之比表示了仪器的放大作用，称为视放大率， 用Г 表示。 Г＝
应用光学讲稿
望远镜的类型
开卜勒望远镜：物镜和目镜的焦距均为正 Г<0，成倒像 通常须加倒像系统 体积较长
系统中存在实像， 可安装分划板，进 行测量和瞄准 军用光学仪器
应用光学讲稿
望远镜的类型
伽里略望远镜：物镜焦距为正，目镜焦距为负 Г>0，成正像 不须加倒像系统 体积较短。
系统中不存在实像， 不能安装分划板，无 法进行测量和瞄准 常用于观察。
角膜，前室和水晶体 相当于镜头部分。
应用光学讲稿
视网膜：视神经细胞和神经纤维，相当于感光底片 黄斑：视网膜上视觉最灵敏的地方 这两项相当于感光部分 虹膜：水晶体前面 的薄膜，中心有一 圆孔，成为瞳孔， 随着入射光能量的 多少，瞳孔直径可 放大或缩小。 相当于可变光阑
应用光学讲稿
盲点：视神经纤维的 出口，没有感光细胞， 不产生视觉
F’
• 近视眼看不清无限远目标，看到的最远距离（远 点）是有限的，这个距离是近视眼视网膜的物方 共轭面；眼睛依靠调节只能看清远点以内的物体
应用光学讲稿
• 近视程度用远点距离对应的视度表示
比如远点距离在眼睛前方0.5m，对应的视度
SD=1/(-0.5)= -2 医学上眼镜度数与视度相对应，数量上的关系为 1 视度＝100゜
应用光学讲稿
显微镜下的雪花
应用光学讲稿
• 显微镜的工作原理
目镜
物镜
y’ -y
f’物
F’物
Δ
F目
-f目
ω仪
显微镜由两组透镜组成，对着物体的透 镜称为物镜，对着人眼的透镜称为目镜。
应用光学讲稿
目镜
物镜
y’ -y
f’物
F’物
Δ
F目
-f目
ω仪
tg ω眼 =
y 250
tg ω仪 =
y’ f’目
=
-Δ
f’物 f’目
F’
应用光学讲稿
正常人眼观察近距离物体时，依靠人眼视度调节 可以将F’点前移，使像成在网膜上 人眼能看清的最远距离称为远点，远点是人眼自 然状态下与网膜像相共轭的物平面位置
人眼依靠调节能看清的最近距离称为近点
应用光学讲稿
2、近视眼的特点 • 近视眼的像方焦点在视网膜前方，无限远物不能 成像在网膜上
应用光学讲稿
5、远视眼的校正
F’
远点
采用正透镜，焦距等于远点距离
应用光学讲稿 PRK－ 准分子激光角膜切削
术
=193nm far
ultraviolet laser LASIK－准分子激光 原位角膜磨镶术
' min
应用光学讲稿
对线的分辨率：分辨率可以提高到10’’
在很多仪器中需要瞄准， 瞄准的方式有
对线的分辨率称为对准 精度，右图的对准精度 都是10”