第20次課(第八章)工程光學

第七章典型光學系統(tǒng)牛燕雄教授北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院6June2013視覺放大率為：式中，D為明視距離，250mm。第二節(jié)放大鏡一、視覺放大率（1）在實際使用中，物大致位于物方焦點處：l'=∞（2）把物像調(diào)焦到明視距離：P'

－l'=D若眼睛緊貼著放大鏡：P'=0第二節(jié)放大鏡所以，但50％漸暈時，物位于物方焦點，則視場為：第二節(jié)放大鏡

1、視場越小漸暈系數(shù)K越大←K=100%←K=50%←K=0第二節(jié)放大鏡★孔徑角為ω1漸暈系數(shù)為1?！锟讖浇菫棣?漸暈系數(shù)為零?！锟讖浇菫棣貪u暈系數(shù)為0.5。

第二節(jié)放大鏡第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡的組成：

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。第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)北航儀器光電學院一、顯微鏡的視覺放大率：第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)一、顯微鏡的視覺放大率：六、顯微鏡系統(tǒng)眼睛物鏡目鏡式中：D為250mm為明視距離；

和為物鏡、目鏡的焦距；Δ為物鏡與目鏡的焦點間隔。顯微鏡的組合焦距為：，則故可以把顯微鏡看作是組合放大鏡。各國生產(chǎn)的通用顯微鏡從物平面到像平面的距離都是相等的，大約為180mm。對于生物顯微鏡，我國規(guī)定為195mm，物鏡和目鏡的定位面的標準距離為160。

物鏡：4×、10×、40×和100×，目鏡：5×、10×和15×。第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

二、顯微鏡的線視場★線視場為：顯微鏡的線視場取決于放在目鏡前腳平面上的視場光闌徑D的大小，物體經(jīng)物鏡成像在視場光闌上?！镆晥龉怅@的大小應與目鏡的視場角一致，即第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

二、顯微鏡的線視場第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)可以看到，在選定目鏡后，顯微鏡的視放大率越大，其在物空間的線視場越小。三、顯微鏡的出瞳直徑

1、對于普通的顯微鏡，物鏡框是孔徑光闌，對于復雜的物鏡是以最后鏡組的鏡框為孔徑光闌；對于測長顯微鏡，孔徑光闌是物鏡焦平面上——遠心光路

設顯微鏡的出瞳直徑為D′，正弦條件為：第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)三、顯微鏡的出瞳直徑

★對像方孔徑角★出瞳直徑D′第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)物鏡數(shù)值孔徑，與物鏡倍率標注在物鏡框上。重要參數(shù)。四、顯微鏡的分辨率和有效放大率：1、艾里斑的的半徑為a，則

第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

當一個愛里斑的邊緣（即第一暗環(huán)）正好落在另一個愛里斑的中心時，是兩個物點分辨的極限。★按道威判斷，其分辨率為★按瑞利判斷，其分辨率為第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)所以，顯微鏡的目視衍射分辨率取決于數(shù)值孔徑NA，與目鏡無關。目鏡只是把物鏡的像放大，放大倍率再高也不能把物鏡不能分辨的物體細節(jié)看清。有效放大率：為充分利用物鏡的分辨率，使被物鏡分辨出的細節(jié)同時能被眼睛看清，滿足這一條件的放大率。若眼睛的角分辨為：2'~4'，照明波長為0.555μm，可得：第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

★則在明視距離上對應的線距離★把換算到顯微鏡的物空間，按道威判斷取

★近似寫作★設照明光的平均波長為555.0nm，得第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)滿足上式的視覺放大率稱為顯微鏡的有效放大率。為了提高數(shù)值孔徑，一般將物鏡置于油中，最大數(shù)值孔徑為1.5，有效放大率不能超過1500倍。170mm/0.17;40/0.65的物鏡。325-65010倍或15倍，25倍？第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)花粉的電子顯微鏡圖片花粉的電子顯微鏡圖片

五、顯微鏡的景深

1、顯微鏡的景深——按牛頓公式可得★牛頓公式第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

五、顯微鏡的景深

1、顯微鏡的景深——按牛頓公式可得第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

★因在使用顯微鏡時，眼睛靠近系統(tǒng)的后焦點，故值很小，有，顯微鏡的景深可簡化為

★同樣適于目鏡和放大鏡第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

★當物像調(diào)焦在明視距離時，★像彌散圓直徑★對應物的大小第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)六、顯微鏡的物鏡

第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)數(shù)值孔徑NA：分辨本領，景深線視場2y：焦距f′工作距l(xiāng)：β

越大，l越?。ㄉ镲@微鏡：0.2mm）放大率β寫在鏡筒上。放大率和數(shù)值孔徑的數(shù)值已經(jīng)標準化。（1）光學特性放大率100X63X40X10X3X數(shù)值孔徑0.250.850.650.250.106、顯微鏡的物鏡低倍物鏡中倍物鏡高倍物鏡浸液物鏡復消色差物鏡平視場復消色差物鏡

第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)（2）基本類型：小視場、大孔徑—軸上點像差校正為主，兼顧軸外點視場像差。齊明透鏡增加孔徑角齊明透鏡；浸液螢石球差色差正弦差倍率色差：目鏡二級光譜校正（位置色差）：螢石倍率色差：目鏡場曲：彎月厚透鏡

七、顯微鏡的照明方法第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

顯微鏡對照明的要求：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）1、透射光亮視場照明顯微鏡的照明方法

4、反射光暗視場照明2、反射光亮視場照明3、透射光暗視場照明七、顯微鏡的照明方法（一）照明分類第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)4、反射光暗視場照明第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)1、臨界照明臨界照明

（二）亮視場的照明方式★將光源的像經(jīng)過“聚光鏡”投影物面上；★缺點是光源的不均勻性會影響顯微鏡的觀察效果；第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)2、柯勒照明柯勒照明

視場光闌★將光源的像經(jīng)過“柯勒鏡”投射在入瞳上；第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)七、顯微鏡的物鏡低倍物鏡中倍物鏡高倍物鏡浸液物鏡復消色差物鏡平視場復消色差物鏡

第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡的物鏡的放大率在2.5-100倍范圍。例題1：

一個放大鏡的焦距為25mm，通光孔徑為18mm，眼睛距放大鏡為50mm，經(jīng)放大鏡所成的像位于明視距離250mm處，漸暈系數(shù)為50%，試求：

（1）視覺放大率

（2）線視場（3）物體的位置例題2：測量顯微鏡目鏡的視覺放大率，物鏡的倍率，物高

，數(shù)值孔徑NA=0.1495，設物鏡的物面到像面間的距離為180m。（1）畫出光路圖

（2）求物鏡的焦距

（3）不發(fā)生漸暈時物鏡的通光口徑需要多大（4）顯微鏡的孔徑光闌應為多大（5）不發(fā)生漸暈時目鏡的通光口徑需要多大解：（1）根據(jù)題中所給使用條件，由公式，得（2）根據(jù)視覺放大率的定義，由K=50%時的成像關系可得得，代入公式，得：當人眼直接觀察物時，，所以（3）將代入公式

解：（1）由解得

代入公式得（2）由NA=nsinU=0.1495，得U=8.59°物鏡的通光口徑：

1′--（3）設孔徑光闌直徑為D，由三角關系，得（4）設主光線在目鏡上的投影高度是，由三角形關系，其中解得出瞳大小故不發(fā)生漸暈時目鏡的通光口徑

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Δ=0。開普勒望遠鏡一、一般特性第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)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)。目鏡焦距一般不小于6mm，故手持望遠鏡一般不超過12倍。第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)望遠鏡：放大遠處物體的張角，使人眼能看清角距更小的細節(jié)哈勃望遠鏡總長度：12.8m直徑：4.27m總重量：11噸太空服役15年；測定宇宙年齡證實星系中央黑洞的存在發(fā)現(xiàn)年輕恒星周圍孕育行星的塵埃盤；拍攝彗星撞擊木星的照片確認宇宙中存在暗能量。

哈勃望遠鏡NASA計劃派機器人上太空修理哈勃望遠鏡哈勃望遠鏡火星照片哈勃望遠鏡'DeathSpiral'AroundaBlackHoleYieldsTantalizingEvidenceofanEventHorizon

哈勃望遠鏡“大爆炸”宇宙誕生理論？哈勃望遠鏡HubbleSeesCometLinearBlowitsTop

哈勃望遠鏡S1S2S1S2S1S2可分辨恰可分辨不可分辨第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)注意：在望遠系統(tǒng)分辨率一定時，過高的增大視覺放大率，也不會看到更多細節(jié)。1、望遠系統(tǒng)的分辨率望遠系統(tǒng)的分辨率用衍射（極限）分辨角表示：

對于0.555μm的光線，由瑞利判據(jù)、道威判據(jù)得到的極限分辨角分別為：所以，入射光瞳直徑越大，極限分辨率越高。第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)二、望遠系統(tǒng)的分辨率及放大率由于人眼的視覺分辨率為60〞，在增大物鏡口徑以提高望遠系統(tǒng)分辨率的同時，必須增大望遠系統(tǒng)的視覺放大率，才能符合人眼分辨率的要求。第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)二、望遠系統(tǒng)的分辨率及放大率1、開普勒望遠系統(tǒng)物鏡框是孔徑光闌，也是入瞳；出瞳在目鏡以外，與人眼重合；目鏡框是漸暈光闌，一般要求有50％的漸暈。物鏡后焦面可放置分劃板，其框為視場光闌。三、望遠鏡的視場第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)物方視場角ω滿足：y′為視場光闌的半徑。開普勒望遠鏡的視場一般不超過15o，觀察時，眼瞳必須位于出瞳處，才能觀察到全視場。2、伽利略望遠系統(tǒng)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。由于視場光闌與物面不重和，因此，對大視場有漸暈現(xiàn)象。第四節(jié)望遠鏡系統(tǒng)當視場有50%漸暈時，其視場角為：式中：