工程光学第7章典型光学系统

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1、应用光学第七章典型光学系统谭峭峰tanqf@mail.tsinghua.edu.cn清华大学精密仪器系光电工程研究所7.1放大镜物体对眼睛的视角，不仅取决于物体的大小，还取决于该物体到眼睛的距离，距离越近视角越大。§7.1.1放大镜的工作原理和视角放大率•一定大小的近距物体，它对人眼的张角称为视角。如果在近处观察细小物体其视角小于人眼极限分辨角。•人们观看近距物体时，不是将物体放的离人眼愈需要借助放大镜或显微镜将其放大，使像的视角大于人眼的近感觉就愈好，通常将物体放在人眼前约250mm，极限分辨角。此时看到的物体不算很小且眼睛也感到舒适。—扩大视角是目视光学仪器的第一个要求•在应用光学中，−2

2、50mm这个距离称为明视距离或较佳视距。人眼在观察物体时完全放松的自然状态，即无限远目标成像到视网膜上。在利用仪器观察时，目标通过仪器后应成像在无限远处，即要求仪器出射平行光束。—对目视光学仪器的第二个要求定义tanω'与tanω之比为视角/视觉放大率，用Γ表示。ytanω=tanω'−−(250)Γ=tanω物体位于明视距离处对人眼的张角放大镜的视角放大率：250yΓ=tanω'=f'f'放大镜的工作原理§7.1.2简单放大镜的设计111(1)设计自由度冗余=−−(1n)()f'rr试设计一个5×放大镜12×(2)密接的两块单透境设计(1)5放大镜的焦距f′为50mm。(2)由一块薄透镜构成

3、，薄透镜的焦距公式：rr23=−50mm,=50mm111=−−(1n)()f'rr12(3)常用光学玻璃n近似为1.5。(4)设第一面为平面，即r1=∞，则r2=−25mm。两块密接透镜构成的放大镜7.2显微镜(3)100×放大镜？f'2.5mm=§7.2.1显微镜的工作原理球面半径？横向口径？(4)物体一定位于放大镜的前焦面处？人们使用放大镜时物体往往位于放大镜的前焦面附近，而非一定严格地位于前焦面处。A′′βytanω=ytanω'=tanω'βyf/'250−−('f)Γ==e=β−−(250)Lem2tanωyf/250'e眼瞳L1A′根据横向放大率公式的牛顿形式：BF2ω′Δ250

4、AΓ=−m物镜B′foe''f目镜ffoe''而−=f'mΔB′′250显微镜的结构（A′′B′′应在无穷远处）Γ=m显微镜的视角放大率：fm'tanω'βyf/'250e显微镜系统在原理上是一块复杂化了的放大镜Γ===βmtanωyf/250'e§7.2.2简单显微镜系统的设计例例1、视角放大率-50×，物像共轭距180mm目镜：10×15×物镜：3×5×10×40×60×100×显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距。各国生产的通用显微物镜的共轭距离大约为190mm左右。我国B′规定为195mm。在显微镜中，取下显微物镜和目镜后，所剩下的镜筒AF2ω′ω-yA′F1′长度即物镜支撑面到目

5、镜支撑面之间的距离称为机械B筒长。Δ对于一台显微镜来说，机械筒长是固定的。机械筒长180mm各国标准不同，有160mm，170mm和190mm等。－ll’我国规定机械筒长为160mm。显微物镜的物像关系§7.2.3显微镜的视度调节l'β==−5l=−30mmll'150mm=−+=ll'180通过将目镜沿光轴方向移动适当的距离，使显微111镜所成的像不再位于无限远，而位于眼睛前方或利用高斯形式的物像关系式−=llf''后方的一定距离上，以适应近视或远视眼的需o要，弥补眼睛有近视或远视的缺陷者，就是显微fo'=25mm镜的视度调节。250Γ==10fe'=25mmef'FeFe′x适用于近视眼的

6、视度调节FF′eex′2xx'''==ff−feeexS'1/==D1000/SDmm22fS''D⋅f适用于远视眼的视度调节x=−ee=−x'1000§7.2.4显微镜的机构双目镜筒物镜——旋转式目镜——插入式满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像物镜调换后，像面不动，物面不动——物镜共轭距不变调换物镜（目镜）后微调焦不可避免，须有微动机构加反射棱镜、平行平板§7.2.5无限筒长显微镜有限筒长显微镜：物体通过物镜成一个实像，位在目显微镜与放大镜的比较镜的焦面上，然后通过目镜成像在无限远供人眼观察。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

7、大率无限筒长显微镜：被观察物体通过物镜以后，成在无④具有中间实像面，可放置分划板，用于测量限远，在物镜的后面，另有一固定不变的镜筒透镜（构成测微目镜）(我国规定焦距250mm)，再把像成在目镜的焦面上。同样的倍率，无限筒长物镜的焦距比有限筒长物镜7.3望远镜的焦距长，工作距离就长。在某些需要长工作距离时非常有利。§7.3.1望远镜的工作原理10×物镜250无限筒长f'物＝=2510有限筒长f'=1