显微镜与望远镜

应用光学天津职业大学第七章常用组合光学系统第三节显微镜系统第四节望远镜系统

S1为显微镜物镜组；S2为显微镜目镜组;f’物为显微镜组像方焦距；f目为显微镜目镜组物方焦距；f’物为显微镜物镜组像方焦点；F目为显微镜目镜组物方焦点;Δ为显微镜物镜组像方焦点F’物至显微镜目镜组物方焦点F目间的距离，称为光学筒长;y为段观察物体的高度；y’物为被观察物体经显微镜物镜组所成像的高;ω显为显微镜所成像对人眼的视角。显微镜的光学系统

一微小物体y被显微镜组放大成像在显微目镜的前焦面上，是一像高为y’物的实像。y’物作为显微镜目镜的物，经显微镜组的视角放大后成像在无限远。

将通过显微镜的视角与人眼直接的视角之比定义为显微镜的视放大率Γ显，即显微镜的工作原理Γ显=

=β物×Γ目

式中Γ显——显微镜的视放大率;

β物——物镜的垂轴放大率（标示在物镜华筒上）；

Γ目——目镜的视放大率（标示在目镜筒上）。例1在一显微镜标有“40×”字样，在目镜筒上标有“16×”字样，问此状态下显微镜的视放大倍数是多少?例1在一显微镜标有“40×”字样，在目镜筒上标有“16×”字样，问此状态下显微镜的视放大倍数是多少?解:已知β物=40,Γ目=16,代入公式，得Γ显==β物×Γ目=40×16=640即该显微镜的视放大率为640倍

将显微镜物镜组焦距和显微镜目镜组焦距代人组合系统焦距计算公式后，得到显微镜的组合焦距f’组为f’组=

将显微镜物镜组焦距和显微镜目镜组焦距代人组合系统焦距计算公式后，得到显微镜的组合焦距f’组为f’组=

Γ显=

显微镜可以看成一个组合的放大镜。例2已知一显微镜系统焦距f’物=10mm，目镜焦距f’目=25mm，光学筒长Δ=100mm，计算该显微镜的视放大率Γ显是多少?

=例2已知一显微镜系统焦距f’物=10mm，目镜焦距f’目=25mm，光学筒长Δ=100mm，计算该显微镜的视放大率Γ显是多少?

=

解:已知f’物=10mm，f’目=25mm,Δ=100mm,代入公式,得f’组=

=2.5将计算结果代入公式,得Γ显===100即该显微镜的视放大率Γ显是100倍。

1）显微镜视放大率:表示显微镜的放大能力。2）数值孔径:是显微镜物方介质的折射率n和物方孔径角u的乘积，用NA表示。3）分辨率:将刚能分辨开物平面上两物点间的最短距离定义为显微镜的分变率，用σ表示。4）线视场:是指观察到物体的最大尺寸。5）工作距离:指被观察的平面至显微镜物方第一块透镜顶点距离。显微镜的技术指标显微镜的放大作用

根据不同的用途分为:生物显微镜、偏光显微镜、工具显微镜、个种类型的手术显微镜等。在眼科检查和治疗仪器设备都是由显微光学系统构成，如裂隙灯显微镜、手术显微镜等。显微镜的应用在一显微镜的物镜筒上标有“100×”字样，目镜镜筒上标有“20×”字样，问该显微境的视放大率Γ显为多少？一显微系统物镜焦距f’物=8mm,目镜焦距f’目=25mm,光学筒长，Δ=130mm,计算该显微镜的总放大率Γ显是多少？已知一显微镜的总放大率Γ显=25，求该显微镜的组合焦距f’组是多少？S1为望远镜为物镜组;S2为望远镜目镜组;f’物为望远镜物镜像方焦距;y’物为被观察物体在望远镜物镜物镜像方焦点面上的成像；f目为望远镜目镜物方焦距;y目为望远镜目镜物高;f’物为望远镜物镜像方焦点;F目为望远镜目镜物方焦点；ω为望远系统物方视角;ω’望为望远镜系统像方视角。望远镜的光学系统望远镜目镜组望远镜物镜组(a)无限远轴上点经望远镜系统的成像光束（b）无限远轴外点经望远镜系统的成像光束

无限远目标发出的光线，经望远镜物镜组S1后，成像在望远镜物镜像方焦面上。在其后方设置有望远镜目镜组S2，望远镜目镜的物方焦面与望远镜物镜像方焦面重合，再由望远镜目镜将其物方焦面上的像成像于无限远处。

由此可见，望远镜的光学系统是一个将无限远物体成像于无限远的无焦系统。望远镜的工作原理

式中:ω仪——目标对望远镜物镜的张角;ω眼——目标对人眼的张角;ω’——望远镜系统的物方视场角;f’物——望远镜物镜像方焦距;f’目——望远镜目镜像方焦距。望远镜系统具有以下性质:1望远镜系统视放大率Γ望在数值上等于望远镜物镜焦距与目镜焦距之比;2当视放大率Γ望的绝对值大于1时，物方视角被扩大Γ倍倍，便起到望远镜作用;3想要提高望远镜的视放大率，就必须加大物镜焦距或减小目镜焦距;4当望远镜系统视放大率为正值时，望远镜系统正成像，反之成倒像。5望远镜系统的物方视角与像方视场角和视放大率成反比关系。

一望远镜的物镜焦距f’物=240mm，目镜焦距f’目=30mm时，该望远镜系统的视放大率是多少？是否成像？一望远镜的物镜焦距f’物=240mm，目镜焦距f’目=30mm时，该望远镜系统的视放大率是多少？是否成像？解:已知f’物=240mm，f’目=30mm，代入公式得Γ望=-f’物/f’目=-240/30=-8即该望远镜系统的视放率为8倍，是成倒像。

例2望远镜前一高度D=40mm的目标，经望远镜系统成像的高D’=5mm，计算该望远镜系统的视放大率。例2望远镜前一高度D=40mm的目标，经望远镜系统成像的高D’=5mm，计算该望远镜系统的视放大率。解:已知D=40mm，D’=5mm，代入公式Γ望=D/D’=40/5=8

即该望远镜系统的视放大率为8倍。

视放大率Γ望:表示望远镜视角放大能力。视场角2ω:表示通过望远镜能够同时观察到的视场大小分辨率α:以能分辨开的两物点对望远镜的张脚定义为望远镜的分辨率，用α表示。望远镜的分辨率α与入射光线的波长λ及望远镜最大通光口径D的关系为α=1.22λ/D。当λ取值为555nm，望远镜的分辨率公式α=140/D。望远镜的主要性能指标开普勒式望远镜系统伽利略式望远镜系统望远镜系统的类型开普勒式望远镜系统望远镜系统的类型目镜和物镜都采用正交度的望远镜，称为开普勒式望远镜。S1为望远镜镜组（f’物>0）;S2为望远目镜组（f’目>0）。特点:由于在物镜和目镜之间有实像，可以安装分划板，可以为瞄准目标和测量提供基准。开普勒式望远镜的视放大率为负值，成倒立像。当需成正像，可以通过棱镜系统或倒像透镜组的方式成正像。伽利略式望远镜系统望远镜系统的类型物镜采用正光焦度，目镜采用负光焦度构成的望远镜，称为伽利略式望远镜。S1为望远镜组（f’>0）；S2为望远镜目镜组（f’目<0）。特点:伽利略式望远镜的视放大率为正值，成正像，不需倒像系统，故外形尺寸小。由于在物镜和目镜之间没有实像，不能安装分划板，不能进行瞄准和测量用。望远镜在低视力保健和康复中的应用望远镜也作为一种光学助视器，主要作用远用助视器和中距离助视器望远镜作为助视器的原理，是用望远镜视角放大原理，将中、远距离物体相对人眼的视角放大，在视网膜上放大像。视网膜上放大的物体的像可以对更多的感光细胞产生刺激，改善视觉效果，提高视力。适用于低视力助视器的望远镜有:1.手持单目望远镜望远镜的光学系统常选择开普勒式。通过倒像系统盛放大正像，便于使用和携带。带有调焦功能，可配合低视力患者的屈光情况进行调节。常用倍率为2.5倍、4倍和7倍。2.眼镜式望远镜眼镜式望远镜的光学系统常选择伽利略式。不需倒像系统，成放大正像。因视放大率受物镜口径限制