華中科技大學(xué)《應(yīng)用光學(xué)》課程PPT——第十四章典型光學(xué)系統(tǒng)

1、第十四章第十四章 典型光學(xué)系統(tǒng)典型光學(xué)系統(tǒng) 眼睛放大鏡顯微鏡望遠(yuǎn)鏡攝影系統(tǒng)投影與放映系統(tǒng) 141 眼睛的結(jié)構(gòu)及其特性眼睛的結(jié)構(gòu)及其特性1. 眼睛的結(jié)構(gòu)眼睛的結(jié)構(gòu) 眼睛像個(gè)能自動(dòng)對焦、變焦、眼睛像個(gè)能自動(dòng)對焦、變焦、自動(dòng)改變光圈的照相機(jī)自動(dòng)改變光圈的照相機(jī). 眼睛通過視網(wǎng)膜上的錐狀血細(xì)胞和桿狀細(xì)胞實(shí)眼睛通過視網(wǎng)膜上的錐狀血細(xì)胞和桿狀細(xì)胞實(shí)現(xiàn)感光。對光感應(yīng)最靈敏處稱為黃斑現(xiàn)感光。對光感應(yīng)最靈敏處稱為黃斑(10.8)，中，中央有中心凹央有中心凹(0.30.2)，此處僅有錐狀細(xì)胞。，此處僅有錐狀細(xì)胞。 節(jié)點(diǎn)與中心凹的連線稱視軸。在視神經(jīng)入口處節(jié)點(diǎn)與中心凹的連線稱視軸。在視神經(jīng)入口處兩種感光細(xì)胞都沒有，

2、稱盲斑。兩種感光細(xì)胞都沒有，稱盲斑。2. 眼睛的簡化模型及視角眼睛的簡化模型及視角 物體在網(wǎng)膜上所成象的大小決定于物體在網(wǎng)膜上所成象的大小決定于物體對人眼的張角，稱之為視角。物體對人眼的張角，稱之為視角。 同一位置，不同大小的物視角不同；同一位置，不同大小的物視角不同；同一物體，不同位置視角不同；同一物體，不同位置視角不同；視網(wǎng)膜上兩個(gè)像大小的比值等于相應(yīng)的兩個(gè)視角正切的比值。視網(wǎng)膜上兩個(gè)像大小的比值等于相應(yīng)的兩個(gè)視角正切的比值。物至節(jié)點(diǎn)之間距離像至節(jié)點(diǎn)之間距離物高像高標(biāo)準(zhǔn)眼：標(biāo)準(zhǔn)眼：根據(jù)大量的測量結(jié)果，定出了眼睛的各項(xiàng)光學(xué)常數(shù)，包括角膜、水狀液、玻狀液根據(jù)大量的測量結(jié)果，定出了眼睛的各項(xiàng)光學(xué)

3、常數(shù)，包括角膜、水狀液、玻狀液和水晶體的折射率、各光學(xué)表面的曲率半徑、以及各有關(guān)距離。稱滿足這些光學(xué)常數(shù)和水晶體的折射率、各光學(xué)表面的曲率半徑、以及各有關(guān)距離。稱滿足這些光學(xué)常數(shù)值的眼睛為標(biāo)準(zhǔn)眼。值的眼睛為標(biāo)準(zhǔn)眼。 簡化眼：簡化眼：把標(biāo)準(zhǔn)眼簡化為一個(gè)折射球面的模型把標(biāo)準(zhǔn)眼簡化為一個(gè)折射球面的模型 簡化眼的主點(diǎn)在實(shí)際角膜頂點(diǎn)的后約簡化眼的主點(diǎn)在實(shí)際角膜頂點(diǎn)的后約1.35mm3. 眼睛的調(diào)節(jié)眼睛的調(diào)節(jié) 水晶體到網(wǎng)膜的距離是不變的。觀察不同距離的物體，水晶體到網(wǎng)膜的距離是不變的。觀察不同距離的物體，水晶水晶體的焦距自動(dòng)改變，使象清晰地成在網(wǎng)膜上體的焦距自動(dòng)改變，使象清晰地成在網(wǎng)膜上。眼睛對不同距離的

4、。眼睛對不同距離的物體的自動(dòng)調(diào)焦的過程稱為眼睛的調(diào)節(jié)。物體的自動(dòng)調(diào)焦的過程稱為眼睛的調(diào)節(jié)。 遠(yuǎn)點(diǎn)：遠(yuǎn)點(diǎn)：眼睛自動(dòng)調(diào)焦所可能看清最遠(yuǎn)的點(diǎn)眼睛自動(dòng)調(diào)焦所可能看清最遠(yuǎn)的點(diǎn) (r) (r) 。其倒數(shù)其倒數(shù)(R)(R)是遠(yuǎn)是遠(yuǎn)點(diǎn)會聚度的屈光度數(shù)。點(diǎn)會聚度的屈光度數(shù)。近點(diǎn)：近點(diǎn)：眼睛自動(dòng)調(diào)焦所可能看清最近的點(diǎn)眼睛自動(dòng)調(diào)焦所可能看清最近的點(diǎn) (p) (p) 。其倒數(shù)其倒數(shù)(P)(P)是近點(diǎn)會聚度的屈光度數(shù)。是近點(diǎn)會聚度的屈光度數(shù)。明視距離：明視距離：正常眼最方便和最習(xí)慣的工作距離，它等于正常眼最方便和最習(xí)慣的工作距離，它等于-250mm。 整個(gè)眼睛猶如一個(gè)自動(dòng)變焦和自動(dòng)收縮光圈的照相機(jī)。整個(gè)眼睛猶如一個(gè)自動(dòng)

5、變焦和自動(dòng)收縮光圈的照相機(jī)。PRA即為眼睛的調(diào)節(jié)范圍。即為眼睛的調(diào)節(jié)范圍。下表是正常眼在不同年齡時(shí)的調(diào)節(jié)能力 4. 眼睛的缺陷及校正眼睛的缺陷及校正正常眼：正常眼：遠(yuǎn)點(diǎn)在無限遠(yuǎn)，水晶體的像方焦點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)在無限遠(yuǎn)，水晶體的像方焦點(diǎn)F在視網(wǎng)膜上。在視網(wǎng)膜上。近視眼近視眼：F在視網(wǎng)膜前，遠(yuǎn)點(diǎn)在有限遠(yuǎn)處，通常采用近視眼的在視網(wǎng)膜前，遠(yuǎn)點(diǎn)在有限遠(yuǎn)處，通常采用近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)距離所對應(yīng)的視度表示近視的程度；可戴負(fù)透鏡校正。遠(yuǎn)點(diǎn)距離所對應(yīng)的視度表示近視的程度；可戴負(fù)透鏡校正。遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼：F在視網(wǎng)膜后，遠(yuǎn)點(diǎn)為一虛像點(diǎn)，位于視網(wǎng)膜之后；在視網(wǎng)膜后，遠(yuǎn)點(diǎn)為一虛像點(diǎn)，位于視網(wǎng)膜之后；可戴正透鏡校正?？纱髡哥R校正。眼鏡片

6、的像方焦點(diǎn)正好和近視（遠(yuǎn)視）眼的遠(yuǎn)點(diǎn)重合。眼鏡片的像方焦點(diǎn)正好和近視（遠(yuǎn)視）眼的遠(yuǎn)點(diǎn)重合。散光：散光：折射面曲率異常，兩個(gè)互相垂直的方向有不同的焦距，矯折射面曲率異常，兩個(gè)互相垂直的方向有不同的焦距，矯正應(yīng)配戴柱面透鏡正應(yīng)配戴柱面透鏡 斜視：斜視：水晶體位置不正或折射面曲率異常，矯正應(yīng)配戴光楔水晶體位置不正或折射面曲率異常，矯正應(yīng)配戴光楔 作業(yè)：某年輕人的遠(yuǎn)點(diǎn)距離為-0.5m，眼睛的調(diào)節(jié)范圍為10D（視度，折光度），問，他的近點(diǎn)距離是多少？他應(yīng)配什么的合適眼睛，帶上眼鏡后，他的遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)距離各是多少？眼鏡片的像方焦點(diǎn)正好和近視（遠(yuǎn)視）眼的遠(yuǎn)點(diǎn)重合。眼鏡片的像方焦點(diǎn)正好和近視（遠(yuǎn)視）眼的遠(yuǎn)點(diǎn)重合

7、。遠(yuǎn)點(diǎn)：遠(yuǎn)點(diǎn)：眼睛自動(dòng)調(diào)焦所可能看清最遠(yuǎn)的點(diǎn)眼睛自動(dòng)調(diào)焦所可能看清最遠(yuǎn)的點(diǎn) (r) (r) 。其倒數(shù)其倒數(shù)(R)(R)是遠(yuǎn)是遠(yuǎn)點(diǎn)會聚度的屈光度數(shù)。點(diǎn)會聚度的屈光度數(shù)。近點(diǎn)：近點(diǎn)：眼睛自動(dòng)調(diào)焦所可能看清最近的點(diǎn)眼睛自動(dòng)調(diào)焦所可能看清最近的點(diǎn) (p) (p) 。其倒數(shù)其倒數(shù)(P)(P)是近點(diǎn)會聚度的屈光度數(shù)。是近點(diǎn)會聚度的屈光度數(shù)。PRA正常眼正常眼 近視眼對無限遠(yuǎn)點(diǎn)成像近視眼對無限遠(yuǎn)點(diǎn)成像近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)為近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)為-0.5m，-2D（折光度）（折光度）某年輕人的遠(yuǎn)點(diǎn)距離為某年輕人的遠(yuǎn)點(diǎn)距離為-0.5m，眼睛的調(diào)節(jié)范圍，眼睛的調(diào)節(jié)范圍為為10D（視度，折光（視度，折光度），問，他的近點(diǎn)距度），問

8、，他的近點(diǎn)距離是多少？他應(yīng)配什么離是多少？他應(yīng)配什么的合適眼睛，帶上眼鏡的合適眼睛，帶上眼鏡后，他的遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)距后，他的遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn)距離各是多少？離各是多少？R=1/r= -1/0.5=-2 DP=R-A=-2-10=-12 D近點(diǎn)距離近點(diǎn)距離p=1/P=-83mm采用凹透鏡進(jìn)行校正，使凹透鏡的采用凹透鏡進(jìn)行校正，使凹透鏡的像方焦點(diǎn)與近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)一致，所像方焦點(diǎn)與近視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)一致，所以以f=-500mm校正后的近點(diǎn)：校正后的近點(diǎn)：1/(-83)-1/l=-1/5001/l=-1/83+1/500, l=-99.5mm采用采用f=-500mm的凹透鏡校正后，的凹透鏡校正后，遠(yuǎn)點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)，近點(diǎn)在遠(yuǎn)點(diǎn)

9、在無窮遠(yuǎn)，近點(diǎn)在-99.5mm處。處。正常眼正常眼 遠(yuǎn)視眼對無限遠(yuǎn)物點(diǎn)成像遠(yuǎn)視眼對無限遠(yuǎn)物點(diǎn)成像遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)成像，遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)成像，遠(yuǎn)點(diǎn)是正值遠(yuǎn)點(diǎn)是正值虛物點(diǎn)虛物點(diǎn)采用凸透鏡進(jìn)行校正，使凸透鏡的像采用凸透鏡進(jìn)行校正，使凸透鏡的像方焦點(diǎn)與遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)一致，方焦點(diǎn)與遠(yuǎn)視眼的遠(yuǎn)點(diǎn)一致，5. 極限分辨角極限分辨角 所能辨別靠近的兩個(gè)點(diǎn)的極限值稱為所能辨別靠近的兩個(gè)點(diǎn)的極限值稱為分辨率分辨率。這剛能被眼睛。這剛能被眼睛分辨開的兩個(gè)點(diǎn)對眼睛的物方節(jié)點(diǎn)所張的角度，稱為分辨開的兩個(gè)點(diǎn)對眼睛的物方節(jié)點(diǎn)所張的角度，稱為極限分辨角極限分辨角。眼睛的眼睛的分辨率和極限分辨角成反比分辨率和極限分辨角成反比。 D22.

10、1mmDmmDmm014/180*3600/000555. 022. 1 若取若取 =0.000555mm，則眼睛的極限分辨角為，則眼睛的極限分辨角為： 根據(jù)物理光學(xué)理論，根據(jù)物理光學(xué)理論，入瞳入瞳為為 D的的理想光學(xué)系統(tǒng)理想光學(xué)系統(tǒng)的極限分辨角的極限分辨角 D約等于約等于2mm，一般取眼睛的極限分辨角為，一般取眼睛的極限分辨角為1分。分。 當(dāng)當(dāng)對比度對比度一定時(shí)，一定時(shí)，亮度越大則分辨率越高亮度越大則分辨率越高；當(dāng)對比度不同時(shí)，；當(dāng)對比度不同時(shí)，對比度越大則分辨對比度越大則分辨率越高率越高。照明光的光譜成分：照明光的光譜成分：單色光的分辨率單色光的分辨率要比白光為高，并以要比白光為高，并以5

11、55納米的黃光為最高。納米的黃光為最高。網(wǎng)膜上的成像位置：網(wǎng)膜上的成像位置：成像于黃斑處時(shí)成像于黃斑處時(shí)分辨率最高。分辨率最高。入瞳入瞳DU在明視距離能夠分辨出來的最小寬度：在明視距離能夠分辨出來的最小寬度： mmLDL08. 02/250*000555. 0*22. 122. 1000L視角放大率視角放大率 目視光學(xué)儀器是幫助人眼擴(kuò)大視覺功能的，它的作用大小用目視光學(xué)儀器是幫助人眼擴(kuò)大視覺功能的，它的作用大小用視角放大率來描述。視角放大率來描述。 視網(wǎng)膜上像的大小和視角的正切成正比，因此，把同一目視網(wǎng)膜上像的大小和視角的正切成正比，因此，把同一目標(biāo)用儀器觀察的視角標(biāo)用儀器觀察的視角儀儀 和人

12、眼直接觀察的視角和人眼直接觀察的視角 眼眼 二者正二者正切之比稱為目視光學(xué)儀器的切之比稱為目視光學(xué)儀器的“視角放大率視角放大率”。眼儀tgtg 視角放大率實(shí)際表示了用儀器觀察和用人眼直接觀察時(shí)，視角放大率實(shí)際表示了用儀器觀察和用人眼直接觀察時(shí)，視網(wǎng)膜上像的大小之比，它描述了儀器放大作用的大小。視網(wǎng)膜上像的大小之比，它描述了儀器放大作用的大小。 142 放大鏡放大鏡fmm2500一、一、放大鏡的放大率放大鏡的放大率 注：注：目視光學(xué)儀器目鏡的工作原理和視角放大率的計(jì)算與放大鏡完目視光學(xué)儀器目鏡的工作原理和視角放大率的計(jì)算與放大鏡完 全相同。全相同。物物ABAB在在F F后很近處后很近處人眼瞳孔在

13、人眼瞳孔在FF或其附近或其附近直接觀察時(shí)物在直接觀察時(shí)物在明視距離處明視距離處正常眼，物在物方焦面上，成像于無窮遠(yuǎn)，則正常眼，物在物方焦面上，成像于無窮遠(yuǎn)，則 M M 僅被僅被 ff所決定。所決定。 二、二、放大鏡的光束限制和視場放大鏡的光束限制和視場 zzzlahtglhtglahtg21tgfy22zlhy05002注：注：放大鏡的視場與放大率、放大放大鏡的視場與放大率、放大 鏡口徑、觀察距離有關(guān)。當(dāng)鏡口徑、觀察距離有關(guān)。當(dāng)lz=f,2y=2h一般情況下，眼瞳為孔闌也是出瞳，放大鏡是漸暈光闌。系統(tǒng)一般情況下，眼瞳為孔闌也是出瞳，放大鏡是漸暈光闌。系統(tǒng)沒有實(shí)像面，因此沒有視場光闌。沒有實(shí)像面

14、，因此沒有視場光闌。漸暈系數(shù)漸暈系數(shù)50%的視場的視場15.1，有一焦距為，有一焦距為50mm，口徑為，口徑為50mm的放大鏡，眼睛到放大鏡的距離的放大鏡，眼睛到放大鏡的距離為為125mm，1、求放大鏡的視覺放大率和視場？、求放大鏡的視覺放大率和視場？2、當(dāng)眼睛瞳孔、當(dāng)眼睛瞳孔2a為為5mm時(shí)，線漸暈系數(shù)分別為時(shí)，線漸暈系數(shù)分別為0,50%，100%的視場分的視場分別是多少？別是多少？52500fmmmmlhyz20125*525*5005002022. 01255 . 2252 . 018. 01255 . 22521zzzlahtglhtglahtgmmtgfy1818. 0*50*222

15、11mmtgfy2020. 0*50*222mmtgfy2222. 0*50*22222線漸暈系數(shù)100%視場：線漸暈系數(shù)50%視場：線漸暈系數(shù)0視場： 143 顯微系統(tǒng)顯微系統(tǒng)一、一、顯微鏡的成像原理及視角放大率顯微鏡的成像原理及視角放大率 1111ffx22250fmm2121250ffmm21ffffmm250顯微鏡由物鏡和目鏡組成。顯微鏡由物鏡和目鏡組成。物體物體ABAB在物鏡前焦面稍前處在物鏡前焦面稍前處，經(jīng)物鏡成放大、倒立的實(shí)像，經(jīng)物鏡成放大、倒立的實(shí)像ABAB，它位于它位于目鏡前焦面或稍后處目鏡前焦面或稍后處，經(jīng)目鏡成放大的虛像，該像位于無，經(jīng)目鏡成放大的虛像，該像位于無窮遠(yuǎn)或明

16、視距離處。窮遠(yuǎn)或明視距離處。例：用兩個(gè)焦距都是例：用兩個(gè)焦距都是50mm的正透鏡組成一個(gè)的正透鏡組成一個(gè)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？21111ffx525022fmm100,21fffmmffmm25,10250顯微鏡是復(fù)雜的放大鏡顯微鏡是復(fù)雜的放大鏡 具有更大的放大率，二次放大具有更大的放大率，二次放大 人眼離物面較遠(yuǎn)，使用方便人眼離物面較遠(yuǎn)，使用方便 物鏡和目鏡可調(diào)換，從而得到多種放大率物鏡和目鏡可調(diào)換，從而得到多種放大率 具有中間實(shí)像面，可放置分劃板，用于測量（構(gòu)成測微目鏡）具有中間實(shí)像面，可放置分劃板，

17、用于測量（構(gòu)成測微目鏡） 當(dāng)中間實(shí)像當(dāng)中間實(shí)像A位于位于 Fe之前時(shí)，之前時(shí)，A”為實(shí)像，可投影到屏上。也可用圖為實(shí)像，可投影到屏上。也可用圖像傳感器接收實(shí)像，構(gòu)成電子目鏡像傳感器接收實(shí)像，構(gòu)成電子目鏡 應(yīng)滿足應(yīng)滿足齊焦要求齊焦要求：調(diào)換物鏡后，不需再調(diào)焦就能看到像。：調(diào)換物鏡后，不需再調(diào)焦就能看到像。a.a. 物鏡物鏡調(diào)換后，像面不動(dòng)，物面不動(dòng)調(diào)換后，像面不動(dòng)，物面不動(dòng) 物鏡共軛距不物鏡共軛距不變（變（195mm)195mm)b. b. 物鏡像面即目鏡前焦面不動(dòng)物鏡像面即目鏡前焦面不動(dòng)在上端面以下在上端面以下10mm10mm處處c. c. 機(jī)械筒長機(jī)械筒長上下端面上下端面 之間的距離（之間的

18、距離（160mm160mm），有的顯），有的顯微鏡機(jī)械筒長可調(diào)。微鏡機(jī)械筒長可調(diào)。物鏡為無窮遠(yuǎn)共軛距物鏡為無窮遠(yuǎn)共軛距 二、二、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，鏡框是孔徑光闌；單組低倍顯微物鏡，鏡框是孔徑光闌； b. 復(fù)雜物鏡一般以最后一組透鏡的鏡框作為孔徑光闌；復(fù)雜物鏡一般以最后一組透鏡的鏡框作為孔徑光闌； c. 對于測量顯微鏡，孔闌在對于測量顯微鏡，孔闌在物鏡的象方焦面上，構(gòu)成物方遠(yuǎn)心光路。物鏡的象方焦面上，構(gòu)成物方遠(yuǎn)心光路。 用顯微鏡觀察物體時(shí)，眼用顯微鏡觀察物體時(shí)，眼瞳應(yīng)與出射光瞳重合。瞳應(yīng)與出射光瞳重合。 若孔闌設(shè)置在物鏡像方焦面，

19、則出瞳位于若孔闌設(shè)置在物鏡像方焦面，則出瞳位于顯微系統(tǒng)后焦面顯微系統(tǒng)后焦面上。上。若孔闌位置不同，若孔闌位置不同，xl與光學(xué)筒長與光學(xué)筒長相比為一小量，則相比為一小量，則xz小，小，出瞳可出瞳可近似認(rèn)為在顯微系統(tǒng)像方焦面附近一固定位置。近似認(rèn)為在顯微系統(tǒng)像方焦面附近一固定位置。2. 顯微系統(tǒng)的出射光瞳直徑顯微系統(tǒng)的出射光瞳直徑 顯微鏡應(yīng)滿足正弦條件顯微鏡應(yīng)滿足正弦條件（不暈成像），有（不暈成像），有 ：UnyyUnsinsinUtgxaUxasin1xfyyUnxfUsinsinNAfUnfasinUnNAsin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

20、徑，是表征顯微鏡特性的重要參量 NAaD5002fmm250出瞳直徑出瞳直徑兩種方法兩種方法3. 顯微鏡的視場光闌和視場顯微鏡的視場光闌和視場 在顯微物鏡的象平面上設(shè)置了視場光闌來限制視場。由于顯微物在顯微物鏡的象平面上設(shè)置了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照度，故不設(shè)漸暈光闌。鏡的視場很小，而且要求象面上有均勻的照度，故不設(shè)漸暈光闌。 1120202fy顯微鏡是小視場大孔徑成像，為獲得大孔徑并保證軸上點(diǎn)成像質(zhì)顯微鏡是小視場大孔徑成像，為獲得大孔徑并保證軸上點(diǎn)成像質(zhì)量，顯微鏡線視場不超過物鏡的量，顯微鏡線視場不超過物鏡的1/20,線視場要求：線視場要求：三、顯

21、微鏡的分辨率和有效放大率三、顯微鏡的分辨率和有效放大率1. 分辨率（用分辨距離分辨率（用分辨距離表示）表示）1）兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)的分辨率：）兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)的分辨率：NAUn61. 0sin222. 12）不發(fā)光物體的分辨率：）不發(fā)光物體的分辨率：NANA5 . 0垂直照明：垂直照明：傾斜照明：傾斜照明：NA NA ， 時(shí)，時(shí)， ，分辨率，分辨率（浸液物鏡，紫光光源）（浸液物鏡，紫光光源）UnNAsinD22. 1-l-lUlDsin2Ulllsin222. 1入瞳入瞳DU2. 有效放大率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250mm

22、250mm處所能分辨的距離處所能分辨的距離，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(shè)所用照明的平均波長為設(shè)所用照明的平均波長為0.00055mm， 有有近似為：近似為：顯微鏡的放大率取決于物鏡的分辨率或數(shù)值孔徑。顯微鏡的放大率取決于物鏡的分辨率或數(shù)值孔徑。當(dāng)使用比有效放大率下限當(dāng)使用比有效放大率下限(500NA)更小的放大率時(shí)，顯微鏡能分辨而眼更小的放大率時(shí)，顯微鏡能分辨而眼睛不能分辨，放大不足。睛不能分辨，放大不足。若用比有效放大率上限若用比有效放大率上限(1000NA)更高的放大率，是無效放大，眼鏡可更高的放大率，是無效放大，眼鏡可以分辨更小，而不能被顯

23、微鏡分辨。以分辨更小，而不能被顯微鏡分辨。00029. 0)60*180/(14. 3180/*)60/1 ( 1對應(yīng)的弧度對應(yīng)的弧度主要光學(xué)特性參數(shù)有：主要光學(xué)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：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(gè)面頂點(diǎn)到物面的距離。工作距離：從物鏡的第一個(gè)面頂點(diǎn)到物面的距離。 5. 物鏡的通光口徑：物鏡的通光口徑：UnNAsintgUlD 23. 線視場：線視場：四、顯微物鏡四、顯微物鏡UnNAsin1120202fy顯微物鏡顯微物鏡 小視場大孔徑光學(xué)系統(tǒng)小視場大孔徑光學(xué)系統(tǒng)，也稱，也稱小像

24、差系統(tǒng)小像差系統(tǒng)，主要，主要考慮與孔徑有關(guān)的象差：考慮與孔徑有關(guān)的象差：球差，正弦差，位置色差球差，正弦差，位置色差；顯微物鏡的基本類型：顯微物鏡的基本類型： 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(shù)值孔徑更大的阿貝物鏡則需要浸油。前片，數(shù)值孔徑更大的阿貝物鏡則需要浸油。 100.25物鏡200.4物鏡400.65復(fù)消色差物鏡 600.8物鏡1001.3浸水物鏡500.6折反射UV物鏡五、顯微目鏡五、顯微目鏡主要光學(xué)特性參數(shù)有：主要光學(xué)特性參數(shù)有：1. 視覺放大率：視覺放大率：目f 25002. 目鏡的線視場（

25、由視場光闌的大小決定）目鏡的線視場（由視場光闌的大小決定）3. 鏡目距（出瞳距離）：鏡目距（出瞳距離）：mmlZ64. 目鏡的通光口徑：目鏡的通光口徑： 由漸暈系數(shù)及幾何關(guān)系決定由漸暈系數(shù)及幾何關(guān)系決定 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，是短短焦距小孔徑大視場系統(tǒng)焦距小孔徑大視場系統(tǒng)。主要考慮軸外像差，特別是主要考慮軸外像差，特別是倍率像差，彗差，象散和場曲、畸變倍率像差，彗差，象散和場曲、畸變；例：已知一個(gè)顯微鏡物鏡的垂軸放大倍率為例：已知一個(gè)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

26、，共，共軛距軛距L L為為180180毫米，物鏡框?yàn)榭钻@，目鏡焦距為毫米，物鏡框?yàn)榭钻@，目鏡焦距為3030毫米，求毫米，求顯微鏡的視覺放大率；物鏡焦距；物鏡的物象距顯微鏡的視覺放大率；物鏡焦距；物鏡的物象距出瞳直徑；出瞳距離（鏡目距）出瞳直徑；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；系統(tǒng)的總焦距物鏡通光孔徑；系統(tǒng)的總焦距 -l-l1 1l l1 1 -l-l2 2-f-f目目出瞳的其他方法出瞳的其他方法求孔闌的像求孔闌的像-l-l1 1l l1 1 -l-l2 2-f-f目目物鏡通光孔徑的其他方法物鏡通光孔徑的其他

27、方法UnNAsintgUlD 2f的其他方法的其他方法fmm250六、顯微鏡的照明系統(tǒng)六、顯微鏡的照明系統(tǒng)1. 透明物體：利用照明系統(tǒng)發(fā)出的光線直接照射到物體上，經(jīng)過透透明物體：利用照明系統(tǒng)發(fā)出的光線直接照射到物體上，經(jīng)過透射后，進(jìn)入顯微鏡成像。射后，進(jìn)入顯微鏡成像。1）臨界照明：）臨界照明：a）特點(diǎn)：）特點(diǎn)： 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(dāng)于物平面上置光源相當(dāng)于物平面上置光源b）光路圖：）光路圖：c）缺點(diǎn)：光源表面亮度不均勻或明顯表現(xiàn)出燈絲的結(jié)構(gòu)，影響）缺點(diǎn)：光源表面亮度不均勻或明顯表現(xiàn)出燈絲的結(jié)構(gòu)，影響顯微鏡的觀察效果。顯微鏡的觀察效果。d）要求

28、：）要求： 聚光鏡應(yīng)有與顯微物鏡相同或稍大的聚光鏡應(yīng)有與顯微物鏡相同或稍大的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(jìn)入物鏡光束的孔徑角，使之與改變孔闌大小，可改變進(jìn)入物鏡光束的孔徑角，使之與物鏡的物鏡的NANA相適應(yīng)相適應(yīng) 瞳瞳 瞳，視場瞳，視場 視場視場2）柯拉照明：）柯拉照明：a）特點(diǎn)：把）特點(diǎn)：把光源像成在物鏡入瞳面上。光源像成在物鏡入瞳面上。 b）光路圖：）光路圖：c）優(yōu)點(diǎn)：可消除臨界照明物平面上光照度不均勻的特點(diǎn)。）優(yōu)點(diǎn)：可消除臨界照明物平面上光照度不均勻的特點(diǎn)。d）要求：）要求： 光源通過前置鏡光源通過前置鏡L L成

29、像在聚光鏡前可變光闌成像在聚光鏡前可變光闌J J2 2上，聚光鏡再上，聚光鏡再把此光源像再次成在物鏡的入瞳上；在緊靠把此光源像再次成在物鏡的入瞳上；在緊靠L L后面設(shè)另一可變光闌后面設(shè)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(diào)節(jié)具有均勻的亮度，被聚光鏡成像在物面上。調(diào)節(jié)J J2 2 ，可使之與不同數(shù)，可使之與不同數(shù)值孔徑的物鏡相匹配；調(diào)節(jié)值孔徑的物鏡相匹配；調(diào)節(jié)J J1 1 ，可改變物平面上的照明范圍，使之能，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(yīng)。與不同倍率物鏡的視場相適應(yīng)。 視場視場 瞳，瞳瞳，瞳 視場視場作業(yè)作業(yè)15.315.3：已知顯微目鏡為

30、：已知顯微目鏡為15X15X，問焦距是多少？物鏡，問焦距是多少？物鏡共軛距共軛距L=175mmL=175mm，求其焦距、物、象方截距。顯微鏡的總放大率，總，求其焦距、物、象方截距。顯微鏡的總放大率，總焦距是多少？與放大鏡相比，有什么不同處和相同處焦距是多少？與放大鏡相比，有什么不同處和相同處X5 . 2物計(jì)算過程參考前面的例題計(jì)算過程參考前面的例題 l=-50，l=125, f1=250/7=35.7mm都是放大鏡，能夠?qū)崿F(xiàn)視角的放大，視角放大率計(jì)算方法也一樣。都是放大鏡，能夠?qū)崿F(xiàn)視角的放大，視角放大率計(jì)算方法也一樣。 具有更大的放大率，二次放大具有更大的放大率，二次放大 人眼離物面較遠(yuǎn)，使用

31、方便人眼離物面較遠(yuǎn)，使用方便 物鏡和目鏡可調(diào)換，從而得到多種放大率物鏡和目鏡可調(diào)換，從而得到多種放大率 具有中間實(shí)像面，可放置分劃板，用于測量（構(gòu)成測微目鏡）具有中間實(shí)像面，可放置分劃板，用于測量（構(gòu)成測微目鏡） 當(dāng)中間實(shí)像當(dāng)中間實(shí)像A位于位于 Fe之前時(shí)，之前時(shí)，A”為實(shí)像，可投影到屏上。也可為實(shí)像，可投影到屏上。也可用圖像傳感器接收實(shí)像，構(gòu)成電子目鏡用圖像傳感器接收實(shí)像，構(gòu)成電子目鏡 X5 .3721mmf7 . 6/2505 . 2/ 11ll物17511ll111111fll 144 望遠(yuǎn)系統(tǒng)望遠(yuǎn)系統(tǒng)一、工作原理及光學(xué)特性參數(shù)一、工作原理及光學(xué)特性參數(shù)2121212ffffff望遠(yuǎn)鏡由

32、物鏡和目鏡組成，光學(xué)筒長望遠(yuǎn)鏡由物鏡和目鏡組成，光學(xué)筒長=0=0；系統(tǒng)焦距無限大；系統(tǒng)焦距無限大；橫向放大率與物體位置無關(guān)。橫向放大率與物體位置無關(guān)。伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡開普勒望遠(yuǎn)鏡開普勒望遠(yuǎn)鏡21ffL開普勒望遠(yuǎn)鏡開普勒望遠(yuǎn)鏡：物鏡和目鏡都為正透鏡，產(chǎn)生倒立物鏡和目鏡都為正透鏡，產(chǎn)生倒立虛像虛像 。筒長較長，有實(shí)像面，可加分劃板測量，用于觀察要筒長較長，有實(shí)像面，可加分劃板測量，用于觀察要加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。加轉(zhuǎn)像系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡：正透鏡為物鏡，負(fù)透鏡為目鏡：正透鏡為物鏡，負(fù)透鏡為目鏡,產(chǎn)生正產(chǎn)生正立虛像。立虛像。筒長較短，無實(shí)像面，不能用于測量。筒長較短，無實(shí)

33、像面，不能用于測量。二、視覺放大率二、視覺放大率21fftgtgtgtg眼儀 tgftgf212122fDfDDD21ff三、分辨率及工作放大率三、分辨率及工作放大率望遠(yuǎn)鏡的分辨率用極限分辨望遠(yuǎn)鏡的分辨率用極限分辨角來表示角來表示 ：mmD014 若設(shè)人眼的分辨率為若設(shè)人眼的分辨率為 60 06 3 . 201406mmDmmD D與與成反比，與視角放大率分成反比，與視角放大率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。 工作放大率：是正常放大率的工作放大率：是正常放大率的

34、1.52倍倍DD1. 開普勒望遠(yuǎn)鏡開普勒望遠(yuǎn)鏡 出瞳距（鏡目距）出瞳距（鏡目距）lz zLlz2111fllzz四、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光束限制四、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光束限制 物鏡框?yàn)橥h(yuǎn)鏡系統(tǒng)的孔闌物鏡框?yàn)橥h(yuǎn)鏡系統(tǒng)的孔闌。當(dāng)出瞳大于眼瞳時(shí)，眼瞳為孔闌，當(dāng)出瞳小于眼當(dāng)出瞳大于眼瞳時(shí)，眼瞳為孔闌，當(dāng)出瞳小于眼瞳時(shí)物鏡框?yàn)榭钻@瞳時(shí)物鏡框?yàn)榭钻@目鏡如攔光則為漸暈光闌目鏡如攔光則為漸暈光闌/ 1fytg視場角視場角視場光闌直徑視場光闌直徑tgfDF21目鏡為漸暈光闌允許存在目鏡為漸暈光闌允許存在50%以下的漸暈以下的漸暈可以使用透鏡及棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)成正立實(shí)像可以使用透鏡及棱鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)成正立實(shí)像可以有較大的視覺放大率

35、，視場角不超過可以有較大的視覺放大率，視場角不超過1012開目漸暈，物鏡孔闌開目漸暈，物鏡孔闌 出瞳大小出瞳大小zzllDD2. 伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡眼瞳為孔闌，出瞳眼瞳為孔闌，出瞳物鏡為漸暈光闌，有漸暈，物鏡為漸暈光闌，有漸暈，它在系統(tǒng)像方的像（出射窗它在系統(tǒng)像方的像（出射窗）位于物鏡與目鏡之間某處）位于物鏡與目鏡之間某處產(chǎn)生正立虛像產(chǎn)生正立虛像) (22zlLDtg50%漸暈系統(tǒng)漸暈系統(tǒng) 的視場角的視場角2zl出射光瞳到目鏡后主面的距離。出射光瞳到目鏡后主面的距離。若要求較大的視場，伽利略望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率不能太大，一般是若要求較大的視場，伽利略望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率不能太大，一般是6X-8X五、望遠(yuǎn)物鏡五、望遠(yuǎn)物鏡主要光學(xué)參數(shù)：主要光學(xué)參數(shù)： 相對孔徑相對孔徑 D/ D/ ff 入瞳直徑入瞳直徑D，焦距，焦距ff 視場角視場角2 2 這些特性參數(shù)決定了望遠(yuǎn)鏡的分辨率，像的主觀亮度，