第十五章目視光學系統(tǒng)修改課件(放大鏡,顯微鏡,望遠鏡)

1、 153 放大鏡放大鏡一、一、放大鏡的視覺放大率放大鏡的視覺放大率 (物體經(jīng)過放大鏡所成的像對人眼的張角和人眼直接看物體物體對人眼的張角正切比值，眼瞳直徑2a，放大鏡直徑2h)250yLytg 人眼直接觀察時：人眼直接觀察時：lPyflflPytg 通過放大鏡觀察時：通過放大鏡觀察時：目視光學儀器目鏡的工作原理和目視光學儀器目鏡的工作原理和視角放大率的計算與放大鏡完視角放大率的計算與放大鏡完 全相同。全相同。y yy y-lfPF f250lPlf f250lPlf 當當l= ，或或P=f時，時，f 250y yy y-lfPF 正常眼：物在物方焦面，經(jīng)放大鏡成像在無窮遠，最后成像在視網(wǎng)膜上

2、F-f=f i 二、放大鏡光束限制圖示（眼瞳直徑2a，放大鏡直徑2h，眼瞳到放大鏡距離為 或p)zl虛像平面虛像平面 1 22a2hP場闌場闌出瞳出瞳yKD=1KD=0.5KD=0眼瞳：眼瞳：孔徑光闌，系統(tǒng)的出瞳孔徑光闌，系統(tǒng)的出瞳放大鏡框：放大鏡框：入窗，出窗，同時也入窗，出窗，同時也是漸暈光闌是漸暈光闌眼瞳是孔闌和出瞳，眼瞳經(jīng)過放大鏡向物方成的像為入瞳（將眼瞳作為物，用高斯公式和倍率公式求入瞳相對放大鏡的位置及直徑大?。┓糯箸R為入窗，漸暈光闌和出窗，充當視場光闌作用，（放大鏡不設專門視場光闌，漸暈系數(shù)為0時決定最大視場范圍）二、二、放大鏡的光束限制和視場（放大鏡的光束限制和視場（眼瞳直徑2

3、a，放大鏡直徑2h眼瞳到放大鏡距離為 或p) 時的像方半視場角度，為漸暈系數(shù)邊緣，與光軸構成的角連出瞳下邊緣和出窗上時的像方半視場角，為漸暈系數(shù)緣，與光軸構成的角度連出瞳中心和出窗上邊時的像方半視場角度，為漸暈系數(shù)邊緣，與光軸構成的角連出瞳上邊緣和出窗上0:%50:%100:2121KKKlahtglhtglahtgzzzzl鏡的視覺放大率場半角的比值就是放大場半角的正切與物方視各漸暈系數(shù)下的像方視時的物方半視場角度，為漸暈系數(shù)邊緣，與光軸構成的角連入瞳下邊緣和入窗上時的物方半視場角，為漸暈系數(shù)緣，與光軸構成的角度連入瞳中心和入窗上邊時的物方半視場角度，為漸暈系數(shù)邊緣，與光軸構成的角連入瞳上邊

4、緣和入窗上0:%50:%100:21KKK若眼瞳到放大鏡的距離用p表示物面放置在焦面上物面放置在焦面上:有有50%漸暈時線視場為漸暈時線視場為2y，放大，放大鏡的線視場與放大率、放大鏡的線視場與放大率、放大 鏡口徑、觀察距離有關。鏡口徑、觀察距離有關。tgfy22zlhy05002Phtg:5 . 0KD 2hyFPfF Ph500tgf2y2o P ah500tgf2y2o P ah500tgf2y2o Pahtg:1K1D Pahtg:0K2D 2hPyFf 2hyFPfFzlhy05002線視場線視場2y h（放大鏡直徑越大，視場大）（放大鏡直徑越大，視場大）線視場線視場2y 1/ （眼

5、瞳離放大鏡越近，視場大）（眼瞳離放大鏡越近，視場大）線視場線視場2y 1/ （放大鏡視覺放大率越小，視場大）（放大鏡視覺放大率越小，視場大）zl015.1 有一焦距為f=50mm，口徑為2h=50mm的放大鏡，眼睛到它的距離為lz=p=d=125mm，求放大鏡的視覺放大率,物方線視場及像方視場角。解：視覺放大率為： 物方線視場為： 像方視場角為： 一放大鏡焦距f=25mm ，通光孔徑2h=18mm，眼睛距放大鏡為p=50mm，像距離眼睛在明視距離250mm，漸暈系數(shù)K=50%，試求：（1）視覺放大率；（2）線視場；（3）物體的位置。一、顯微鏡的組成：一、顯微鏡的組成： 154 顯微系統(tǒng)顯微系統(tǒng)

6、顯微鏡是由物鏡、目鏡和照明系統(tǒng)三部分組成。物體經(jīng)顯微鏡的物鏡放大成像后，其像再經(jīng)目鏡放大以供人眼觀察。顯微鏡成像系統(tǒng)工作原理顯微鏡成像系統(tǒng)工作原理對顯微鏡成像的幾點分析對顯微鏡成像的幾點分析物平面應位于物鏡的物方焦點到兩倍焦物平面應位于物鏡的物方焦點到兩倍焦距之間，以實現(xiàn)物鏡的一級放大。距之間，以實現(xiàn)物鏡的一級放大。物平面應位于整個顯微鏡組合物方焦點物平面應位于整個顯微鏡組合物方焦點以內，并十分靠近物方焦點處，以使得以內，并十分靠近物方焦點處，以使得物體經(jīng)顯微鏡成像于物體經(jīng)顯微鏡成像于250mm250mm以外至以外至處。處。顯微鏡可以通過調換不同倍率的物鏡和顯微鏡可以通過調換不同倍率的物鏡和目

7、鏡，方便迅速地獲得顯微鏡的多種放目鏡，方便迅速地獲得顯微鏡的多種放大率。大率。 顯微鏡因為有中間實像，能實現(xiàn)對物體顯微鏡因為有中間實像，能實現(xiàn)對物體的瞄準和測量的瞄準和測量。二、顯微鏡的成像原理及視角放二、顯微鏡的成像原理及視角放大率大率111111llffx22250fmm為顯微物鏡像距為顯微物鏡物距物鏡物鏡共軛距111111)L(llllll11,ll求出顯微物鏡物像距顯微顯微250f111111fll2物22250f物1f21fff顯微2121250ffmm21ffffmm250顯微鏡是復雜的放大鏡，等效 視覺放大率和放大鏡一致顯顯 微微 鏡鏡f /250eeff2500eoFF稱為光學

8、間隔稱為光學間隔 : :物鏡的垂軸放大率，物鏡的垂軸放大率， : :目鏡的視覺放大率目鏡的視覺放大率 e或或三，顯微鏡和放大鏡的比較物鏡和目鏡兩次放大，顯微鏡具有更大的放大率，物鏡和目鏡可以置換，倍率可變 物體經(jīng)物鏡成實像在分劃板（有刻度）上，可以測量物體經(jīng)物鏡成像在目鏡物方焦點前時，它再經(jīng)目鏡成實像，可以投影進行測量 例：用兩個焦距都是例：用兩個焦距都是50mm的正透鏡組成一個的正透鏡組成一個10倍的顯倍的顯微鏡，問物鏡、目鏡的倍率及物鏡和目鏡之間的間隔？微鏡，問物鏡、目鏡的倍率及物鏡和目鏡之間的間隔？四、四、顯微鏡的光束限制顯微鏡的光束限制 1. 孔徑光闌：孔徑光闌：a. 單組低倍顯微物鏡

9、單組低倍顯微物鏡: :物鏡框是孔徑光闌；物鏡框是孔徑光闌； b. 復雜物鏡復雜物鏡: :最后一組透鏡的鏡框作為孔徑最后一組透鏡的鏡框作為孔徑光闌；或在物鏡像方焦面上設置專門孔闌光闌；或在物鏡像方焦面上設置專門孔闌 c. 測量顯微鏡測量顯微鏡:孔闌在孔闌在物鏡的象方焦面物鏡的象方焦面上，構成物方遠心光路。上，構成物方遠心光路。 普通顯微鏡：物鏡框孔徑光闌。 測量顯微鏡：物鏡像方焦面孔徑光闌 AABB-UUFeFo 若孔闌設置在物鏡像方焦面，則出若孔闌設置在物鏡像方焦面，則出瞳位于顯微系統(tǒng)后焦面上。若孔闌位瞳位于顯微系統(tǒng)后焦面上。若孔闌位置不同，與光學筒長置不同，與光學筒長相比為一小量，相比為一小

10、量，則出瞳可近似認為在目鏡像方焦面附則出瞳可近似認為在目鏡像方焦面附近一固定位置。近一固定位置。用顯微鏡觀察物體時，眼瞳用顯微鏡觀察物體時，眼瞳應與出射光瞳重合。應與出射光瞳重合。 五五. 顯微系統(tǒng)的出射光瞳直徑顯微系統(tǒng)的出射光瞳直徑D D=2a 顯微鏡應滿足正弦條件，有顯微鏡應滿足正弦條件，有 ：UnyyUnsinsinUtgfa目Ufasin目物物fyy1UnfUsinsin物NAfUnfa顯顯sinUnNAsin令令NA NA 稱為顯微鏡的數(shù)值孔徑，是表征顯微鏡特性的重要參量稱為顯微鏡的數(shù)值孔徑，是表征顯微鏡特性的重要參量NAD5002Lz=-(f1+f2)f1為顯微物鏡焦距為光學間隔f

11、2為顯微目鏡焦距五五. 顯微系統(tǒng)的出瞳距離顯微系統(tǒng)的出瞳距離lz（到目（到目鏡距離）鏡距離）六六. 顯微鏡的視場光闌和視場顯微鏡的視場光闌和視場( (分化板直徑分化板直徑 D分分) 在顯微物鏡的象平面上專門設置了在顯微物鏡的象平面上專門設置了視場光闌來限制視場。由于顯微物鏡視場光闌來限制視場。由于顯微物鏡的視場很小，而且要求象面上有均勻的視場很小，而且要求象面上有均勻的照度，故不設漸暈光闌。的照度，故不設漸暈光闌。 顯微鏡的視場以線視場，即成像物顯微鏡的視場以線視場，即成像物體的最大尺寸表示，它由視闌的大小體的最大尺寸表示，它由視闌的大小決定。物方線視場決定。物方線視場y與視闌半徑大小與視闌半

12、徑大小y的關系為：的關系為： D分分=2y=2y物yy22物 tg500tg500tgf22yy2ee-y FoFe眼瞳眼瞳y場闌場闌顯微鏡的視場光闌及線視場顯微鏡的線視場取決于視場光闌的大小。所以，顯微鏡的線視場：七七. 顯微鏡的景深顯微鏡的景深 NAnmmNAf ndx2502顯微鏡的放大率越高，數(shù)值顯微鏡的放大率越高，數(shù)值孔徑越大，景深越小?？讖皆酱螅吧钤叫?。 八、八、顯微鏡的分辨率顯微鏡的分辨率 顯微鏡的分辨率取決于光學系統(tǒng)對光的衍顯微鏡的分辨率取決于光學系統(tǒng)對光的衍射狀況。射狀況。 根據(jù)瑞利判斷，兩個相鄰像點根據(jù)瑞利判斷，兩個相鄰像點之間的間隔等于艾里斑的半徑時，則能被之間的間隔等

13、于艾里斑的半徑時，則能被光學系統(tǒng)分辨光學系統(tǒng)分辨。顯微鏡的分辨力用所能分辨的物方最小距顯微鏡的分辨力用所能分辨的物方最小距離表示離表示NA：數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑 是光學系統(tǒng)的重要參數(shù)是光學系統(tǒng)的重要參數(shù)NAuna61. 0sin61. 00.61 / sin anuununsinsinNAUn61. 0sin222. 1數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑NA=nNA=nsinU sinU 增大增大, ,分辨率分辨率增大增大 (U(U大大, ,增增大物鏡孔徑大物鏡孔徑;n;n大大, ,浸液物鏡浸液物鏡) 減小減小, , （紫光光源）分辨率（紫光光源）分辨率增大增大 D22. 1傾斜照明：傾斜照明：NA2）不發(fā)光物體的

14、分辨率：）不發(fā)光物體的分辨率：垂直照明：垂直照明：NA5 . 0顯微鏡的有效放大率顯微鏡的有效放大率便于眼睛分辨的角距離為便于眼睛分辨的角距離為 42該角距離在眼睛的明視距離該角距離在眼睛的明視距離250mm250mm處所處所能分辨的距離能分辨的距離，可表示為：，可表示為：換算到物空間，換算到物空間， ，取，取NA5 . 0設所用照明的平均波長設所用照明的平均波長為為0.00055mm， 有有 顯微鏡的放大率取決于物鏡的分辨率或數(shù)值孔徑。當使用比有效顯微鏡的放大率取決于物鏡的分辨率或數(shù)值孔徑。當使用比有效放大率下限放大率下限(500NA)更小的放大率時，不能看清物鏡已分辨出的某些更小的放大率時

15、，不能看清物鏡已分辨出的某些細節(jié)。若用比有效放大率上限細節(jié)。若用比有效放大率上限(1000NA)更高的放大率，是無效放大，更高的放大率，是無效放大，并不能使被觀察物體的細節(jié)更清晰。并不能使被觀察物體的細節(jié)更清晰。 5001000NANA顯微物鏡的主要光學特性參數(shù)有：顯微物鏡的主要光學特性參數(shù)有：1. 放大率放大率 ：物1f 物2. 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑 NANA決定了物鏡的分辨能力決定了物鏡的分辨能力4. 工作距離：從物鏡的第一個面頂點到物面的距離。工作距離：從物鏡的第一個面頂點到物面的距離。 5. 物鏡的通光口徑：物鏡的通光口徑：UnNAsintgUlD12物鏡3. 線視場：線視場：D分分=2y

16、1=2y1九、顯微鏡的物鏡九、顯微鏡的物鏡 UnNAsin物2 2）顯微鏡物鏡的類型）顯微鏡物鏡的類型 物物鏡鏡 折射式折射式 反射式反射式 折反射式折反射式 消色差物鏡消色差物鏡 復消色差物鏡復消色差物鏡平像場（復）消色差物鏡平像場（復）消色差物鏡 顯微鏡物鏡的類型顯微鏡物鏡的類型 低倍物鏡低倍物鏡 (3-6(3-6倍倍) )中倍物鏡中倍物鏡 (8-20倍倍)高倍物鏡高倍物鏡 (40倍倍)平像場復消色差物鏡平像場復消色差物鏡反射式物鏡反射式物鏡十、顯微目鏡十、顯微目鏡主要光學特性參數(shù)有：主要光學特性參數(shù)有：1. 視覺放大率：視覺放大率：目f 25002. 目鏡的物方線視場（由視場光闌目鏡的物

17、方線視場（由視場光闌的大小決定）的大小決定） D分分=2y1=2y2=2y13. 鏡目距（或出瞳距離鏡目距（或出瞳距離p）：）：mmlZ6物4. 目鏡的通光口徑：目鏡的通光口徑： 由漸暈系數(shù)及幾何關系決定由漸暈系數(shù)及幾何關系決定常用目鏡型式：常用目鏡型式： 冉斯登目鏡冉斯登目鏡 開涅爾目鏡開涅爾目鏡 對稱式目鏡對稱式目鏡 無畸變目鏡無畸變目鏡 艾爾弗目鏡艾爾弗目鏡 一顯微物鏡的垂軸放大倍率 ，數(shù)值孔徑NA=0.1，共軛距L=180mm，物鏡框是孔徑光闌，目鏡焦距 。（1） 求顯微鏡的視覺放大率；（2） 求出射光瞳直徑；（3） 求出射光瞳距離（鏡目距）；（4） 斜入射照明時， ，求顯微鏡分辨率；

18、（5） 求物鏡通光孔徑； （6）設物高2y=6mm，漸暈系數(shù)K=50%，求目鏡的通光孔徑。 解： 出瞳直徑例：一個顯微鏡物鏡的垂軸放大倍率為例：一個顯微鏡物鏡的垂軸放大倍率為-3-3倍，數(shù)值孔徑為倍，數(shù)值孔徑為0.20.2，共軛，共軛距距L L為為180180毫米，物鏡框為孔闌，目鏡焦距為毫米，物鏡框為孔闌，目鏡焦距為3030毫米，求毫米，求顯微鏡的視覺放大率顯微鏡的視覺放大率物鏡焦距物鏡焦距物鏡的物象距物鏡的物象距出瞳直徑出瞳直徑出瞳距離（鏡目距）出瞳距離（鏡目距）斜入射光照明，波長為斜入射光照明，波長為0.550.55微米，求其分辨率微米，求其分辨率物鏡通光孔徑物鏡通光孔徑系統(tǒng)的總焦距系統(tǒng)

19、的總焦距 253302502物顯111111fll為顯微物鏡像距為顯微物鏡物距物鏡物鏡共軛距111111)L(llllll解：解：顯微鏡的視覺放大率顯微鏡的視覺放大率物鏡焦距，（物鏡焦距，（3）物鏡物像距）物鏡物像距11,1,fll求出顯微物鏡物像距物1f例：一個顯微鏡物鏡的垂軸放大倍率為例：一個顯微鏡物鏡的垂軸放大倍率為-3倍，數(shù)值孔徑為倍，數(shù)值孔徑為0.2，共軛距，共軛距L為為180毫米，物鏡框為孔闌，目鏡焦距為毫米，物鏡框為孔闌，目鏡焦距為30毫毫米，求米，求顯微鏡的視覺放大率顯微鏡的視覺放大率物鏡焦距物鏡焦距物鏡的物象距物鏡的物象距出瞳直徑出瞳直徑出瞳距離（鏡目距）出瞳距離（鏡目距）斜

20、入射光照明，波長為斜入射光照明，波長為0.55微米，求其分辨率微米，求其分辨率物鏡通光孔徑物鏡通光孔徑系統(tǒng)的總焦距系統(tǒng)的總焦距NAD500出瞳直徑出瞳直徑出瞳距離（鏡目距）出瞳距離（鏡目距） Lz=-(f1+f2) f1為顯微物鏡焦距 2 為光學間隔 f2為顯微目鏡焦距例：一個顯微鏡物鏡的垂軸放大倍率為例：一個顯微鏡物鏡的垂軸放大倍率為-3倍，數(shù)值孔徑為倍，數(shù)值孔徑為0.2，共軛距共軛距L為為180毫米，物鏡框為孔闌，目鏡焦距為毫米，物鏡框為孔闌，目鏡焦距為30毫米，求毫米，求顯微鏡的視覺放大率顯微鏡的視覺放大率物鏡焦距物鏡焦距物鏡的物象距物鏡的物象距出瞳直徑出瞳直徑出瞳距離（鏡目距）出瞳距離

21、（鏡目距）斜入射光照明，波長為斜入射光照明，波長為0.55微米，求其分辨率微米，求其分辨率物鏡通光孔徑物鏡通光孔徑系統(tǒng)的總焦距系統(tǒng)的總焦距NA5 . 0斜入射光照明，波長為斜入射光照明，波長為0.55微米，求其分辨率微米，求其分辨率物鏡通光孔徑物鏡通光孔徑w系統(tǒng)的總焦距系統(tǒng)的總焦距UnNAsintgUlD12物鏡21fff十一、顯微鏡的照明方法：十一、顯微鏡的照明方法： 顯微鏡對照明的要求：有足夠的亮度；照明均勻；有一定的孔徑角，且與物鏡相配合；有一定大小的照明范圍（視場）。常用的照明方法：透射光亮視場照明；反射光亮視場照明；透射光暗視場照明；反射光暗視場照明。其中，第一種照明方法應用較多，照

22、明方式分為兩種：臨界照明和柯勒照明（像方遠心） 。1）臨界照明：）臨界照明：a）特點：）特點： 光源經(jīng)過聚光鏡所成之像與物平面重合光源經(jīng)過聚光鏡所成之像與物平面重合 相當于物平面上置光源相當于物平面上置光源b）光路圖：）光路圖：c）缺點：光源燈絲經(jīng)過聚光鏡成像在物面）缺點：光源燈絲經(jīng)過聚光鏡成像在物面上上,光源表面亮度不均勻或明顯表現(xiàn)出燈絲的光源表面亮度不均勻或明顯表現(xiàn)出燈絲的結構，影響顯微鏡的觀察效果。結構，影響顯微鏡的觀察效果。多用于投影物體面積較小的情況。 光源表面亮度的不均勻性影響觀察效果。 光源燈絲光源燈絲d）要求：）要求： 聚光鏡應有與顯微物鏡相同或稍大的聚光鏡應有與顯微物鏡相同或

23、稍大的NANA 聚光鏡前放置的可變光闌為聚光鏡的孔闌聚光鏡前放置的可變光闌為聚光鏡的孔闌 改變孔闌大小，可改變進入物鏡光束的孔徑改變孔闌大小，可改變進入物鏡光束的孔徑角，使之與物鏡的角，使之與物鏡的NANA相適應相適應, ,聚光鏡物方焦點與顯微物鏡像聚光鏡物方焦點與顯微物鏡像方焦點共軛方焦點共軛 瞳瞳 瞳，視場瞳，視場 視場視場2）柯拉照明：）柯拉照明：a）特點：光源燈絲經(jīng)前置物鏡）特點：光源燈絲經(jīng)前置物鏡即柯拉鏡即柯拉鏡成像到聚光鏡物方焦面上成像到聚光鏡物方焦面上,再經(jīng)聚光鏡成像到像方無窮遠再經(jīng)聚光鏡成像到像方無窮遠,與物鏡的像方焦面設置的孔闌成到物與物鏡的像方焦面設置的孔闌成到物方無窮遠的

24、像共軛方無窮遠的像共軛.光源像成在物鏡入瞳面上。光源像成在物鏡入瞳面上。 ( (前置物鏡即柯拉鏡前置物鏡即柯拉鏡的孔闌經(jīng)聚光鏡成像在顯微物鏡的物面上的孔闌經(jīng)聚光鏡成像在顯微物鏡的物面上 ) ) b）光路圖：）光路圖：c）優(yōu)點：可消除臨界照明物平面上光照度不均勻的特點。）優(yōu)點：可消除臨界照明物平面上光照度不均勻的特點。窗對瞳，瞳對窗窗對瞳，瞳對窗d）要求：）要求： 光源通燈絲過前置鏡光源通燈絲過前置鏡( (或柯拉鏡或柯拉鏡)L)L成像在聚光鏡前可變光闌成像在聚光鏡前可變光闌J J2 2( (聚光鏡物方焦點上聚光鏡物方焦點上) )，聚光鏡再把此光源像再次成在顯微物鏡的入，聚光鏡再把此光源像再次成在

25、顯微物鏡的入瞳上瞳上( (無窮遠無窮遠) )；顯微物鏡的孔闌在顯微物鏡像方焦面處；顯微物鏡的孔闌在顯微物鏡像方焦面處, ,在緊靠在緊靠L L后面后面設另一可變光闌設另一可變光闌J J1 1，具有均勻的亮度，被聚光鏡成像在物面上。調節(jié)，具有均勻的亮度，被聚光鏡成像在物面上。調節(jié)J J2 2 ，可使之與不同數(shù)值孔徑的物鏡相匹配；，可使之與不同數(shù)值孔徑的物鏡相匹配；調節(jié)調節(jié)J J1 1 ，可改變物平面上的照明范圍，使之能與不同倍率物鏡的視場，可改變物平面上的照明范圍，使之能與不同倍率物鏡的視場相適應。相適應。 視場視場 瞳，瞳瞳，瞳 視場視場2. 非透明物體的照明系統(tǒng)：非透明物體的照明系統(tǒng)： 不透明

26、物體利用側面自然光或不透明物體利用側面自然光或側面加小燈泡進行照明，靠物體側面加小燈泡進行照明，靠物體的反射光或散射光進入物鏡成像。的反射光或散射光進入物鏡成像。另外，利用物鏡本身兼作聚光鏡。另外，利用物鏡本身兼作聚光鏡。光源經(jīng)半透半反鏡和顯微物鏡照光源經(jīng)半透半反鏡和顯微物鏡照明物體，物體的反射光再經(jīng)物鏡明物體，物體的反射光再經(jīng)物鏡和半透半反鏡成像。和半透半反鏡成像。3. 暗場照明：暗場照明： 利用特殊的照明系統(tǒng)實現(xiàn)傾斜照射試樣，主要的照明光線利用特殊的照明系統(tǒng)實現(xiàn)傾斜照射試樣，主要的照明光線不能進入物鏡視場，而能夠進入物鏡成像的只是試樣表面的不能進入物鏡視場，而能夠進入物鏡成像的只是試樣表面

27、的微粒所散射或衍射的光線。微粒所散射或衍射的光線。15.3 已知顯微鏡目鏡 ，問焦距為多少？物鏡 ，共軛距L=180mm，求其焦距及物、像方截距。試問顯微鏡的總放大率為多少？總焦距為多少？與放大鏡相比，有什么相同和不同處。解:顯微鏡的總放大率為： 目鏡焦距： 物鏡焦距： 顯微鏡的總焦距為： 15.4顯微鏡目鏡 ，物鏡 ，NA=0.1，物鏡共軛距為180mm，物鏡框為孔徑光闌。（1）求出射光瞳的位置及大小。（2）設物體2y=8mm的微小物體，允許邊緣視場攔光50%，求物鏡和目鏡的通光口徑。解：（1） =25 =-120-25=-145 =21.3mm D=60 0.1 2=12mm （2） 15

28、.7 一顯微鏡物鏡焦距為4mm，中間像成在物鏡第二個焦點后160mm處，如果目鏡為20倍，試求顯微鏡的總放大率。解：物鏡的放大率為： 顯微鏡的總放大率為： 例題:一顯微物鏡的垂軸放大倍率 ，數(shù)值孔徑NA=0.1，共軛距L=180mm，物鏡框是孔徑光闌，目鏡焦距。（1） 求顯微鏡的視覺放大率；（2） 求出射光瞳直徑；（3） 求出射光瞳距離（鏡目距）；（4） 斜入射照明時，求顯微鏡分辨率；（5） 求物鏡通光孔徑； （6） 設物高2y=6mm，漸暈系數(shù)K=50%，求目鏡的通光孔徑。例題:一顯微物鏡的垂軸放大倍率 ，數(shù)值孔徑NA=0.1，共軛距L=180mm，物鏡框是孔徑光闌，目鏡焦距。（1） 求顯微

29、鏡的視覺放大率；（2） 求出射光瞳直徑；（3） 求出射光瞳距離（鏡目距）；（4） 斜入射照明時，求顯微鏡分辨率；（5） 求物鏡通光孔徑； （6） 設物高2y=6mm，漸暈系數(shù)K=50%，求目鏡的通光孔徑。直徑例題:一顯微物鏡的垂軸放大倍率 ，數(shù)值孔徑NA=0.1，共軛距L=180mm，物鏡框是孔徑光闌，目鏡焦距。（1） 求顯微鏡的視覺放大率；（2） 求出射光瞳直徑；（3） 求出射光瞳距離（鏡目距）；（4） 斜入射照明時，求顯微鏡分辨率；（5） 求物鏡通光孔徑； （6） 設物高2y=6mm，漸暈系數(shù)K=50%，求目鏡的通光孔徑。欲分辨0.000725mm的微小物體，使用波長 ，斜入射照明，問：（

30、1） 顯微鏡的視覺放大率最小應多大？（2） 數(shù)值孔徑應取多少適合？解： 此題需與人眼配合考慮 15.7 望遠鏡系統(tǒng)望遠鏡系統(tǒng) 望遠鏡的組成：由物鏡和目鏡組成。 物鏡的像方焦點與目鏡的物方焦點重合，光學間隙=0。開普勒望遠鏡開普勒望遠鏡01efDfD 伽利略望遠鏡伽利略望遠鏡望遠系統(tǒng)的視覺放大率為：所以，視覺放大率僅取決于結構參數(shù)。目鏡焦距大于6mm，故手持望遠鏡一般不超過8倍。1）觀察2）瞄準、測量3）平行光束的擴束、縮束4）改變光束發(fā)散角5）改變組合系統(tǒng)的焦距望望 遠遠 鏡的作用鏡的作用一、工作原理及光學特性參數(shù)一、工作原理及光學特性參數(shù)光學參數(shù)：光學參數(shù)： f f1 1、f f2 2、D/

31、 D/ f f1 1、2 2、2 2、D D、DD D D物物、 D D目目、 l lZ Z 2121212ffffff二、視覺放大率二、視覺放大率21fftgtgtgtg眼儀 tgftgf212122fDfDDD三、分辨率及工作放大率三、分辨率及工作放大率望遠鏡的分辨率用極限望遠鏡的分辨率用極限分辨角來表示分辨角來表示 ， =0.555m的光線，由瑞利判據(jù)：mmDD01422. 1 若設人眼的分辨率為若設人眼的分辨率為 60 06 3 . 201406mmDmmD D與與成反比，與分成反比，與分辨率成正比辨率成正比以上求得的視覺放大率是滿足分辨率要求的最小視覺放大率，稱之為以上求得的視覺放大

32、率是滿足分辨率要求的最小視覺放大率，稱之為正常放大率。正常放大率。 有效放大率和工作放大率有效放大率和工作放大率 有效放大率有效放大率是指望遠系統(tǒng)的分辨角經(jīng)放大后也是指望遠系統(tǒng)的分辨角經(jīng)放大后也恰能被人眼極限分辨角的放大率，即望遠系統(tǒng)恰能被人眼極限分辨角的放大率，即望遠系統(tǒng)的分辨率與人眼分辨率相匹配的放大率的分辨率與人眼分辨率相匹配的放大率。 =60/=D/2.3工作放大率工作放大率是指滿足人眼極限分辨率是指滿足人眼極限分辨率2323倍時倍時的放大率的放大率.相對孔徑相對孔徑：D/f 。 f 為物鏡焦距，為物鏡焦距， D為為入瞳直徑入瞳直徑四、望遠鏡光束限制和視場：四、望遠鏡光束限制和視場：

33、（1）對于開普勒望遠系統(tǒng)： 物鏡框是孔徑光闌，也是入瞳；物鏡經(jīng)過目鏡成的像是出瞳，在目鏡以外，與人眼重合；一般不設漸暈，有漸暈的話由目鏡口徑不夠大造成，目鏡框是漸暈光闌，一般可以設有50的漸暈。物鏡后焦面可放置分劃板，其框為視場光闌，分劃板經(jīng)過物鏡向物空間成像，成像到物方無窮遠為入窗，往像空間經(jīng)目鏡成像為出窗。開普勒望遠鏡開普勒望遠鏡21ffDDtgtg1fytg1）2） 筒長：筒長： L= f f1 1+ f+ f2 23） 出瞳距（鏡目距）出瞳距（鏡目距）lz zLlz2111fllzz物方視場角滿足：式中：y為視場光闌（分劃板）的半徑。 y=tg f1開普勒望遠鏡的視場一般不超過15，觀

34、察時，眼瞳必須位于出瞳處，才能觀察到全視場。0/tgyf（2）對于伽利略望遠系統(tǒng)：考慮眼瞳，眼瞳為孔闌，出瞳，眼瞳經(jīng)過目鏡和物鏡成兩次像后，在物空間的像為入瞳，物鏡為入窗和漸暈光闌。物鏡經(jīng)過目鏡成的像為出窗，見圖（要用高斯公式及倍率公式求各物像的位置和大小 ） lzlz出窗出窗(場闌、入窗）場闌、入窗）-Li-Li(L)DPyy l孔闌孔闌 lzlz出窗出窗(場闌、入窗）場闌、入窗）-Li-Li(L)DPyy l孔闌孔闌伽俐略望遠鏡伽俐略望遠鏡一般以人眼的瞳孔作為孔徑光闌，又是出瞳；物鏡框為視場光闌，又是入射窗。沒有設置專門視場光闌，物鏡是漸暈光闌和入窗，充當視場光闌作用，因此，對大視場有漸暈

35、現(xiàn)象。當視場有50%漸暈時，其視場角為：22 ()zDtgLl 式中：L為機械筒長；lz2為眼睛到目鏡的距離。所以，伽利略望遠鏡的視覺放大率越高，視場越小。故伽利略望遠鏡的視覺放大率一般不大，僅用于劇場、體育場使用。注意：開普勒望遠鏡成倒像，需加轉像裝置，如轉像棱鏡； 伽利略望遠鏡成正像，但無法安裝分劃板，應用較少。2. 伽利略望遠鏡伽利略望遠鏡五、望遠物鏡五、望遠物鏡主要光學參數(shù)：主要光學參數(shù)： D/ D/ ff、ff、2 2 這些特性參數(shù)決定了望遠鏡的分辨率，像的主觀亮度，這些特性參數(shù)決定了望遠鏡的分辨率，像的主觀亮度，和系統(tǒng)的外形尺寸。和系統(tǒng)的外形尺寸。六六: 望遠望遠目鏡目鏡一、目鏡的

36、作用：一、目鏡的作用： 目鏡的作用類似于放大鏡，把物鏡所成的像放大在人眼的遠點或明視距離上以供人眼觀察。二、目鏡的主要光學參數(shù)：二、目鏡的主要光學參數(shù)： 目鏡是一種小孔徑、大視場、短焦距、光闌在外的光學系統(tǒng)。其軸上像差不大，結構復雜時，較易校正像差。1、目鏡的視場角：、目鏡的視場角： tgtg2、鏡目距：、鏡目距： l lZ Z 6mm 6mm3、目鏡的通光口徑、目鏡的通光口徑(沒有漸暈時沒有漸暈時) tglDDz2出瞳目4、目鏡的工作距：物鏡像面到目鏡前表面的長度、目鏡的工作距：物鏡像面到目鏡前表面的長度5、視度調節(jié)范圍：、視度調節(jié)范圍：一個折光度對應的調焦量一個折光度對應的調焦量 ：100

37、022fx通常，視度的調節(jié)范圍為通常，視度的調節(jié)范圍為5 5折光度，則目鏡的調節(jié)深度為折光度，則目鏡的調節(jié)深度為5x5x。目鏡的工作距至少應大于目鏡的工作距至少應大于5x 5x 。 （1）目鏡的視場：一般在4050，廣角目鏡達6080。（2）鏡目距：表示出瞳到目鏡后表面的距離。 相對鏡目距：鏡目距與目鏡焦距之比。（3）工作距l(xiāng)F：目鏡第一面的頂點到其物方焦平面的距離(物鏡像面到目鏡前表物鏡像面到目鏡前表面的長度面的長度)。 一般工作距應大于視度調節(jié)的深度（適應近視、遠視要求），視度調節(jié)范圍在5D。（4）視度調節(jié)移動量：251000efxmm光學儀器中目鏡的視度調節(jié)1000f51000fNx2e

38、2e 1000fx2e 三、常用的目鏡：三、常用的目鏡： 常用的目鏡有：常用的目鏡有： 惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱涅爾目鏡、 對稱式目鏡、無畸變目鏡、廣角目鏡等。對稱式目鏡、無畸變目鏡、廣角目鏡等?；莞鼓跨R惠更斯目鏡六、透鏡轉像系統(tǒng)六、透鏡轉像系統(tǒng)212112ffffyyfyfytgtg設置轉象系統(tǒng)的望遠鏡可以得到正立的象，放大率擴大設置轉象系統(tǒng)的望遠鏡可以得到正立的象，放大率擴大倍倍。 透鏡轉像系統(tǒng)透鏡轉像系統(tǒng)單透鏡組轉像單透鏡組轉像雙透鏡組轉像雙透鏡組轉像棱鏡轉像系統(tǒng)棱鏡轉像系統(tǒng)七、七、望遠鏡中的輔助系統(tǒng)場鏡望遠鏡中的輔助系統(tǒng)場鏡1、孔闌經(jīng)場鏡成一次像

39、：、孔闌經(jīng)場鏡成一次像：場fll111物fl11l2、出瞳為上述像再經(jīng)目鏡成的像：、出瞳為上述像再經(jīng)目鏡成的像：目fllzz111目fldllz11zl已知已知 ，求，求 或已知或已知 求求 場f zlzl場f 3、場鏡一般用單透鏡，若不需校正畸變時，都采用平凸透鏡。、場鏡一般用單透鏡，若不需校正畸變時，都采用平凸透鏡。)(1(/121 nf場22111, 01rr2r場鏡是一個正透鏡組，將其放置在物鏡的焦面場鏡是一個正透鏡組，將其放置在物鏡的焦面上，可以在不改變系統(tǒng)放大率的前提下，改變上，可以在不改變系統(tǒng)放大率的前提下，改變軸外光束的走向，降低其在目鏡上的高度，或軸外光束的走向，降低其在目鏡

40、上的高度，或讓更多的光線通過系統(tǒng)，讓更多的光線通過系統(tǒng)， 場鏡場鏡物鏡物鏡目鏡目鏡八、望遠系統(tǒng)的外形尺寸計算八、望遠系統(tǒng)的外形尺寸計算已知筒長已知筒長L、，求開普勒望遠鏡外形尺寸。，求開普勒望遠鏡外形尺寸。例：計算一個開普勒望遠鏡的外形尺寸，筒長例：計算一個開普勒望遠鏡的外形尺寸，筒長L=250mm，視覺放大率，視覺放大率=-24，物，物方視場角方視場角2 =148，出瞳直徑，出瞳直徑D= 2mm，入瞳，孔闌與物鏡重合，求，入瞳，孔闌與物鏡重合，求（1 1）物鏡和目鏡的焦距（）物鏡和目鏡的焦距（2 2）入瞳和出瞳的大?。ǎ┤胪统鐾拇笮。? 3）分劃板（視場光闌）的直徑）分劃板（視場光闌）的

41、直徑（4 4）像方視場角（）像方視場角（5 5）出瞳距離（）出瞳距離（6 6）不考慮漸暈，目鏡的直徑）不考慮漸暈，目鏡的直徑（7 7）視度調節(jié)為正負）視度調節(jié)為正負5 5屈光度時，目鏡移動的距離屈光度時，目鏡移動的距離15.8 一望遠物鏡焦距為1m，相對孔徑1:12，測得出射光瞳直徑為4mm，試求望遠鏡的放大率 和目鏡的焦距。望遠鏡的視放大率為：目鏡的焦距為： = 48mm15.9 擬制一個 望遠鏡，已有一焦距為150mm的物鏡，問組成開普勒和伽利略望遠鏡時，目鏡的焦距應為多少？筒長（物鏡到目鏡的焦距）各為多少？解：組成開普勒型望遠鏡時目鏡的焦距為：筒長為：組成伽利略型望遠鏡時，目鏡的焦距為：

42、筒長為：15.11 為看清10km處相隔100mm的兩個物點，（1）望遠鏡至少選用多少倍數(shù)（正常放大率）？（2）筒長465mm時，求物鏡和目鏡的焦距。（3）為了滿足正常放大率的要求，保證人眼的分辨率（1=60=0.00029弧度=0.0003弧度），物鏡的直徑應為多少？（4）物方視場 2度，求像方視場，在10km處能看清多大范圍？在不攔光的情況下，目鏡的 口徑應為多少？(5)如果視度調節(jié) 折光度，目鏡應移動多少距離？解：（1）10km處相隔100mm的兩個物點對系統(tǒng)的張角為：則望遠鏡的放大率為：選用開普勒型望遠鏡15.11 為看清10km處相隔100mm的兩個物點，（1）望遠鏡至少選用多少倍數(shù)

43、（正常放大率）？（2）筒長465mm時，求物鏡和目鏡的焦距。（3）為了滿足正常放大率的要求，保證人眼的分辨率（1=60=0.00029弧度=0.0003弧度），物鏡的直徑應為多少？（4）物方視場2度 ，求像方視場，在10km處能看清多大范圍？在不攔光的情況下，目鏡的 口徑應為多少？(5)如果視度調節(jié) 折光度，目鏡應移動多少距離（2）由題意：物鏡的焦距為450mm，目鏡的焦距為15mm15.11 為看清10km處相隔100mm的兩個物點，（1）望遠鏡至少選用多少倍數(shù)（正常放大率）？（2）筒長465mm時，求物鏡和目鏡的焦距。（3）為了滿足正常放大率的要求，保證人眼的分辨率（1=60=0.00029弧度=0.0003弧度），物鏡的直徑應為多少？（4）物方視場 2度，求像方視場，在10km處能看清多大范圍？在不攔光的情況下，目鏡的 口徑應為多少？ （5）如果視度調節(jié) 折光度，目鏡應移動多少距離（3）對于正常放大率有：（4）（5） 目鏡移動的距離：例題：為看清4km處相隔150mm的兩個點（設 ），若用開普勒望遠鏡觀察，則：