光学-第7章 典型光学系统2

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1、第七章典型光学系统－显微镜与照明系统本节要点显微镜及照明系统1. 显微镜的成像原理、放大倍率2. 显微镜的基本结构和齐焦条件3. 显微镜的光束限制4. 显微镜的景深及相关因素5. 显微镜的分辨率，数值孔径，有效放大率与数值孔径关系6. 显微镜的物镜和目镜，镜目距和工作距离7.显微镜的临界照明与柯拉照明，两对共轭关系，照明系统应满足的条件引言典型光学系统包括眼睛放大镜显微镜望远镜摄影系统投影与放映系统§7-3显微镜与照明系统 •  显微镜的成像原理  返回本章要点显微镜由物镜和目镜组成。物体AB在物镜前焦面稍前处，经物镜成放大、倒立的实像A'B'，它位于目镜前焦

2、面或稍后处，经目镜成放大的虚像，该像位于无穷远或明视距离处。 •  显微镜的放大率  返回本章要点　　对正常眼，位于上，显微镜光学筒长为。　　　显微镜是复杂的放大镜• 显微镜的机构　　返回本章要点物镜通过转换器旋转式接到镜筒的下端面目镜以插入式接镜筒的上端面应满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像。a. 物镜调换后，像面不动，物面不动——物镜共轭距不变（195mm)b.物镜像面即目镜前焦面不动——在上端面以下10mm处c.机械筒长——上下端面 之间的距离（160mm），有的显微镜机械筒长可调调换物镜（目镜）后微调焦不可避免，故还必须有微动机构　双目镜筒

3、是通过加反射棱镜和平行平板实现的，要使两条光路光程相同金相显微镜的物镜常用前置物镜和镜筒透镜构成，前置物镜为无穷远共轭距的。①具有更大的放大率，二次放大 ②人眼离物面较远，使用方便③ 物镜和目镜可调换，从而得到多种放大率④具有中间实像面，可放置分划板，用于测量（构成测微目镜）⑤当中间实像A’位于Fe之前时，A”为实像，可投影到屏上。也可用图像传感器接收实像，构成电子目镜• 显微镜的光束限制　　返回本章要点 　1. 孔径光阑低倍物镜的孔径光阑——为单组物镜框本身高倍物镜的孔径光阑——多组物镜的最后一组镜框，或在 Fo’处专设孔阑 2. 出瞳位置在目镜像方焦点 F

4、e’稍后处，考虑到出瞳在总的像方焦点上，人眼瞳有可能与之重合，接收所有成像光。 3.出瞳的大小与数值孔径  返回本章要点因为出瞳与整个系统的像方焦面重合，设像方孔径角为，则有因系统满足正弦条件即因故即其中称数值孔径由放大率公式 5. 显微镜的景深  返回本章要点,设 为眼睛的极限分辨角，要求经推导得利用并结合公式得所以。想一想，这意味着什么？以上是显微镜本身的景深，而人眼的调节可以允许显微镜的像在到之间。由于出瞳与系统的像方焦点重合，在物方允许的所以由于眼睛调节所允许的景深范围为，即显微镜的总的景深为，经计算可知是很小的。•  显微镜的分辨率与有效放大率　　返

5、回本章要点 1.显微镜的分辨率根据夫琅和费圆孔衍射理论，考虑物镜出瞳到像面的衍射，像面上相距最近的两点对出瞳的张角，其中D为出瞳直径。考虑正弦条件得可见，分辨本领随波长的减小而提高，随数值孔径的增大而提高。想一想：数值孔径大要求n大和U大，而U总是小于90度的，还有什么办法可以提高数值孔径？ 2. 显微镜的有效放大率  返回本章要点想一想：显微镜的放大率是否越大越好？用显微镜可以看清怎样细小的细节？如果不能被显微镜分辨导致眼睛不能分辨，放得再大也没有用，称无效放大。显微镜能分辨而眼睛不能分辨，称为放大不足。取当物面被照明时的最小分辨距为人眼最小分辨角取2分到4

6、分，则眼睛最小分辨距应为按主色光波长0.00055mm计算，得这称为显微镜的有效放大率。可见数值孔径与放大率要匹配，如最大的数值孔径取1.5的话，显微镜的最高有效放大率为1500倍。•  显微镜的物镜　　返回本章要点　　光学系统的主要参数是，即焦距、孔径和视场，在此与有关。　　由于显微镜要求分辨率高，则数值孔径A大，放大率M要与之相适应，因而物镜的放大率也要相应匹配，并在规定机械筒长下使用（例如，160mm）。生物显微镜的标本放在载玻片上，上面盖上盖玻片，在设计时必须考虑盖玻片。物镜的参数标明在外壳上。随着放大倍数由低到高，其结构也相应复杂。低倍物镜可以用双胶

7、合，中倍物镜用双双胶合，高倍物镜用双胶合＋前片，数值孔径更大的阿贝物镜则需要浸油。10×0.25物镜20×0.4物镜40×0.65复消色差物镜60×0.8物镜100×1.3浸水物镜50×0.6折反射UV物镜　•  显微镜的目镜　　返回本章要点　　相当于放大镜，其入瞳就是物镜的出瞳，其出瞳在Fe’稍后处，与F’重合一般有二片(组)：朝向物方的称向场镜，朝向眼睛的称接目镜。由，要有一定的放大倍率应取较小的焦距。由于物镜的放大倍率作用，目镜的视场较大而相对孔径较小，是短焦距小孔径大视场系统。目镜还有两个重要参数：1.镜目距——接目镜最后一面到眼瞳（出瞳）的距离，一般

8、要求2.工作距离——向场镜第一面到目镜