第20次课(第八章)工程光学

第七章典型光学系统牛燕雄教授北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院6June2013视觉放大率为：式中，D为明视距离，250mm。第二节放大镜一、视觉放大率（1）在实际使用中，物大致位于物方焦点处：l'=∞（2）把物像调焦到明视距离：P'

－l'=D若眼睛紧贴着放大镜：P'=0第二节放大镜所以，但50％渐晕时，物位于物方焦点，则视场为：第二节放大镜

1、视场越小渐晕系数K越大←K=100%←K=50%←K=0第二节放大镜★孔径角为ω1渐晕系数为1。★孔径角为ω2渐晕系数为零。★孔径角为ω渐晕系数为0.5。

第二节放大镜第三节显微镜系统显微镜的组成：

显微镜是由物镜、目镜和照明系统三部分组成。物体经显微镜的物镜放大成像后，其像再经目镜放大以供人眼观察。第三节显微镜系统北航仪器光电学院一、显微镜的视觉放大率：第三节显微镜系统一、显微镜的视觉放大率：六、显微镜系统眼睛物镜目镜式中：D为250mm为明视距离；

和为物镜、目镜的焦距；Δ为物镜与目镜的焦点间隔。显微镜的组合焦距为：，则故可以把显微镜看作是组合放大镜。各国生产的通用显微镜从物平面到像平面的距离都是相等的，大约为180mm。对于生物显微镜，我国规定为195mm，物镜和目镜的定位面的标准距离为160。

物镜：4×、10×、40×和100×，目镜：5×、10×和15×。第三节显微镜系统

二、显微镜的线视场★线视场为：显微镜的线视场取决于放在目镜前脚平面上的视场光阑径D的大小，物体经物镜成像在视场光阑上。★视场光阑的大小应与目镜的视场角一致，即第三节显微镜系统

二、显微镜的线视场第三节显微镜系统可以看到，在选定目镜后，显微镜的视放大率越大，其在物空间的线视场越小。三、显微镜的出瞳直径

1、对于普通的显微镜，物镜框是孔径光阑，对于复杂的物镜是以最后镜组的镜框为孔径光阑；对于测长显微镜，孔径光阑是物镜焦平面上——远心光路

设显微镜的出瞳直径为D′，正弦条件为：第三节显微镜系统三、显微镜的出瞳直径

★对像方孔径角★出瞳直径D′第三节显微镜系统物镜数值孔径，与物镜倍率标注在物镜框上。重要参数。四、显微镜的分辨率和有效放大率：1、艾里斑的的半径为a，则

第三节显微镜系统

当一个爱里斑的边缘（即第一暗环）正好落在另一个爱里斑的中心时，是两个物点分辨的极限。★按道威判断，其分辨率为★按瑞利判断，其分辨率为第三节显微镜系统所以，显微镜的目视衍射分辨率取决于数值孔径NA，与目镜无关。目镜只是把物镜的像放大，放大倍率再高也不能把物镜不能分辨的物体细节看清。有效放大率：为充分利用物镜的分辨率，使被物镜分辨出的细节同时能被眼睛看清，满足这一条件的放大率。若眼睛的角分辨为：2'~4'，照明波长为0.555μm，可得：第三节显微镜系统

★则在明视距离上对应的线距离★把换算到显微镜的物空间，按道威判断取

★近似写作★设照明光的平均波长为555.0nm，得第三节显微镜系统满足上式的视觉放大率称为显微镜的有效放大率。为了提高数值孔径，一般将物镜置于油中，最大数值孔径为1.5，有效放大率不能超过1500倍。170mm/0.17;40/0.65的物镜。325-65010倍或15倍，25倍？第三节显微镜系统花粉的电子显微镜图片花粉的电子显微镜图片

五、显微镜的景深

1、显微镜的景深——按牛顿公式可得★牛顿公式第三节显微镜系统

五、显微镜的景深

1、显微镜的景深——按牛顿公式可得第三节显微镜系统

★因在使用显微镜时，眼睛靠近系统的后焦点，故值很小，有，显微镜的景深可简化为

★同样适于目镜和放大镜第三节显微镜系统

★当物像调焦在明视距离时，★像弥散圆直径★对应物的大小第三节显微镜系统六、显微镜的物镜

第三节显微镜系统数值孔径NA：分辨本领，景深线视场2y：焦距f′工作距l：β

越大，l越小（生物显微镜：0.2mm）放大率β写在镜筒上。放大率和数值孔径的数值已经标准化。（1）光学特性放大率100X63X40X10X3X数值孔径0.250.850.650.250.106、显微镜的物镜低倍物镜中倍物镜高倍物镜浸液物镜复消色差物镜平视场复消色差物镜

第三节显微镜系统（2）基本类型：小视场、大孔径—轴上点像差校正为主，兼顾轴外点视场像差。齐明透镜增加孔径角齐明透镜；浸液萤石球差色差正弦差倍率色差：目镜二级光谱校正（位置色差）：萤石倍率色差：目镜场曲：弯月厚透镜

七、显微镜的照明方法第三节显微镜系统

显微镜对照明的要求：足够的亮度照明均匀有一定的孔径角，且与物镜相配合有一定大小的照明范围（视场）1、透射光亮视场照明显微镜的照明方法

4、反射光暗视场照明2、反射光亮视场照明3、透射光暗视场照明七、显微镜的照明方法（一）照明分类第三节显微镜系统4、反射光暗视场照明第三节显微镜系统第三节显微镜系统第三节显微镜系统第三节显微镜系统第三节显微镜系统1、临界照明临界照明

（二）亮视场的照明方式★将光源的像经过“聚光镜”投影物面上；★缺点是光源的不均匀性会影响显微镜的观察效果；第三节显微镜系统2、柯勒照明柯勒照明

视场光阑★将光源的像经过“柯勒镜”投射在入瞳上；第三节显微镜系统七、显微镜的物镜低倍物镜中倍物镜高倍物镜浸液物镜复消色差物镜平视场复消色差物镜

第三节显微镜系统显微镜的物镜的放大率在2.5-100倍范围。例题1：

一个放大镜的焦距为25mm，通光孔径为18mm，眼睛距放大镜为50mm，经放大镜所成的像位于明视距离250mm处，渐晕系数为50%，试求：

（1）视觉放大率

（2）线视场（3）物体的位置例题2：测量显微镜目镜的视觉放大率，物镜的倍率，物高

，数值孔径NA=0.1495，设物镜的物面到像面间的距离为180m。（1）画出光路图

（2）求物镜的焦距

（3）不发生渐晕时物镜的通光口径需要多大（4）显微镜的孔径光阑应为多大（5）不发生渐晕时目镜的通光口径需要多大解：（1）根据题中所给使用条件，由公式，得（2）根据视觉放大率的定义，由K=50%时的成像关系可得得，代入公式，得：当人眼直接观察物时，，所以（3）将代入公式

解：（1）由解得

代入公式得（2）由NA=nsinU=0.1495，得U=8.59°物镜的通光口径：

1′--（3）设孔径光阑直径为D，由三角关系，得（4）设主光线在目镜上的投影高度是，由三角形关系，其中解得出瞳大小故不发生渐晕时目镜的通光口径

望远镜的组成：由物镜和目镜组成。物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合，光学间隙Δ=0。开普勒望远镜一、一般特性第四节望远镜系统伽利略望远镜望远系统的视觉放大率为：所以，视觉放大率仅取决于结构参数。目镜焦距一般不小于6mm，故手持望远镜一般不超过12倍。第四节望远镜系统第四节望远镜系统望远镜：放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节哈勃望远镜总长度：12.8m直径：4.27m总重量：11吨太空服役15年；测定宇宙年龄证实星系中央黑洞的存在发现年轻恒星周围孕育行星的尘埃盘；拍摄彗星撞击木星的照片确认宇宙中存在暗能量。

哈勃望远镜NASA计划派机器人上太空修理哈勃望远镜哈勃望远镜火星照片哈勃望远镜'DeathSpiral'AroundaBlackHoleYieldsTantalizingEvidenceofanEventHorizon

哈勃望远镜“大爆炸”宇宙诞生理论？哈勃望远镜HubbleSeesCometLinearBlowitsTop

哈勃望远镜S1S2S1S2S1S2可分辨恰可分辨不可分辨第四节望远镜系统注意：在望远系统分辨率一定时，过高的增大视觉放大率，也不会看到更多细节。1、望远系统的分辨率望远系统的分辨率用衍射（极限）分辨角表示：

对于0.555μm的光线，由瑞利判据、道威判据得到的极限分辨角分别为：所以，入射光瞳直径越大，极限分辨率越高。第四节望远镜系统二、望远系统的分辨率及放大率由于人眼的视觉分辨率为60〞，在增大物镜口径以提高望远系统分辨率的同时，必须增大望远系统的视觉放大率，才能符合人眼分辨率的要求。第四节望远镜系统二、望远系统的分辨率及放大率1、开普勒望远系统物镜框是孔径光阑，也是入瞳；出瞳在目镜以外，与人眼重合；目镜框是渐晕光阑，一般要求有50％的渐晕。物镜后焦面可放置分划板，其框为视场光阑。三、望远镜的视场第四节望远镜系统物方视场角ω满足：y′为视场光阑的半径。开普勒望远镜的视场一般不超过15º，观察时，眼瞳必须位于出瞳处，才能观察到全视场。2、伽利略望远系统一般以人眼的瞳孔作为孔径光阑，又是出瞳；物镜框为视场光阑，又是入射窗。由于视场光阑与物面不重和，因此，对大视场有渐晕现象。第四节望远镜系统当视场有50%渐晕时，其视场角为：式中：