光学设计—目镜11-28.ppt

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1、制作：显微镜望远镜的目镜分析与设计§1目镜的光学特性目镜是望远镜和显微镜的一个组成部分，它的作用是把物镜所成的像，通过目镜成像在无限远，供人眼观察。它是一切目视光学仪器不可缺少的部件。和其他光组相比，目镜的主要特性及其特点有：一焦距短1、望远物镜焦距与目镜焦距之间存在以下关系：当目镜的焦距增加时，物镜的焦距很快增加因此为了减小仪器的体积和重量，必须尽可能减小目镜的焦距。另一方面，仪器又要求一定的出射光瞳距离，这就限制了目镜的焦距不能过小。一般望远镜目镜的焦距在15~30mm左右。§1目镜的光学特性2、对于显

2、微镜的目镜来说，它的焦距和视放大率之间符合以下关系显微镜目镜的视放大率一般在10倍左右。显微目镜的焦距也在25mm左右。因此无论是望远镜的目镜，还是显微镜的目镜，焦距短，是它们的共同特点。§1目镜的光学特性二、出射光瞳直径和相对孔径由于目镜的出射光束直接进入人的瞳孔，人的瞳孔的直径一般在2～4mm变化，因此军用望远系统的出射光瞳直径一般在4mm左右。显微镜的出射光瞳直径D‘一般在1～2mm左右变化。目镜的焦距f‘约为15~30mm,所以目镜的相对孔径D’/f’一般小于1：5。§1目镜的光学特性三.目镜的视场

3、对于望远系统目镜的视场取决于视场的放大率和物镜的视场角，即：增大系统的放大率或者增大系统的视场角，都会使目镜视场角增大。对显微镜来说，要增加物镜的线视场必须增加目镜物方焦面的线视场，在目镜焦距一定的条件下，也要增加目镜的视场角一般目镜的视场角为40̊̊～50̊̊，广角目镜的市场角可以达到60̊～80̊，特广角目镜的视场角在90̊以上。视场角大是目镜的一个最突出的特点。§1目镜的光学特性四、出射光瞳距离出射光瞳距离是指目镜后表面到出射光瞳位置的距离，也就是目镜后表面到眼睛的观察位置(眼睛瞳孔位置)的距离。眼瞳

4、放在此出射光瞳位置上能够看到整个视场，是最便于观察的位置。出射光瞳距离不应太小，太小会使眼睛观察时碰到目镜玻璃表面，妨碍观察，一般值不应小于6~10mm。有些仪器，如瞄准镜和戴防毒面具使用的观察仪器，要求有较长的出射光瞳距离，可达20mm以上。对于望远系统，目镜的出射光瞳位置也就是整个系统的出射光瞳位置出射光瞳距离§1目镜的光学特性四、出射光瞳距离因为通常物镜的焦距比目镜焦距长得多，即入射光瞳离目镜较远，故出射光瞳位置一般是位于目镜的焦点附近。其位置可用牛顿成像公式求出。实际上，由于像差的影响，实际出射光瞳

5、位置要变化一些。如果系统存在渐晕，则最大视场斜光束中心光线经目镜出射后与光轴的交点到最后透镜表面的距离即为眼点距离。眼点位置与出射光瞳位置是不相同的，眼睛放在眼点位置更便于观察最大视场，但习惯上也常把眼点距离称为出射光瞳距离。目镜的入射光瞳一般位于前方的物镜上，而出射光瞳则位于后方的一定距离上，因此目镜的成像光束，必然随着视场角的增加而远离透镜组的光轴，使目镜的透镜直径和它的焦距比较起来相当大，给像差校正带来困难。§1目镜的光学特性五、工作距离工作距离是指目镜的前表面到目镜的前焦点之间的距离。要求有一定的工

6、作距离是为了保证目镜在视度调整时的轴向移动。工作距离过小，在移动目镜作视度调整时，目镜可能碰到位于物镜焦面上的分划板。与出射光瞳距离相似，工作距离也与目镜的焦距及目镜的型式有关。但对于一定型式的目镜，工作距离与焦距成正比，而每个视度对应的调整量却与焦距的平方成正比，因而焦距较长的目镜需要较大的调整量，要求有较长的工作距离。§2目镜和人眼的匹配一、入瞳和出瞳成物像关系目视光学仪器都是和人眼一起作用，以扩大人眼的视觉能力。人眼本身相当于摄影光学系统。当两个光学系统组合成一个光学系统时，除了前一个系统的像即为后一

7、个系统的物这种像传递关系外，前后两个系统的孔径光阑也要匹配，即两个孔径光阑对整个系统应该成另一对物像关系。二、光瞳衔接原则人眼的瞳孔，就是人眼的孔径光阑。根据物体的亮暗程度，瞳孔直径可在2~8mm之间进行变化。在设计目镜时，目镜的出瞳应与人眼的瞳孔重合，且大小相当，可以小于但不能大于人眼瞳孔，否则会产生光束切割。§2目镜和人眼的匹配三、孔径光阑的安放位置在目视光学系统中，系统的出瞳必须在目镜外一定位置，便于人眼瞳孔与其衔接。出射光瞳距离不应太小，太小会使眼睛观察时碰到目镜玻璃表面，妨碍观察，一般值不应小于6

8、~10mm。有些仪器，如瞄准镜和戴防毒面具使用的观察仪器，要求有较长的出射光瞳距离，可达20mm以上。四、分辨率相适应视网膜上最小鉴别距离等于两神经细胞直径，即不小于0.006mm。视角鉴别率满足下式：，应使仪器本身由衍射决定的分辨能力与眼睛的视角分辨率相适应，即光学系统的放大率和被观察物体所需要的分辨率的乘积应等于眼睛的分辨率。§3目镜的像差和像差校正的要求一、初级像差校正要求目镜的特点是焦距短，相对孔径不大，