典型光学系统课件.ppt

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1、§5-1放大镜和显微镜的工作原理物体对眼睛的视角，不仅取决于物体的大小，还取决于该物体到眼睛的距离，距离越近视角越大在近处观察细小物体其视角小于人眼极限分辨角，就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极限分辨角—扩大视角是目视光学仪器的第一个要求一、放大镜的工作原理在利用仪器观察时，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。8/6/20211因为眼睛通过放大镜或显微镜等目视光学仪器来

2、观察物体时，所看到的是在眼睛视网膜上的物体像的大小。放大镜的放大率为：通过放大镜观察物体时，物体像的视角ω’正切与人眼直接观察该物体时的视角ω正切之比。这种放大率称为视角放大率。用字母Γ表示放大镜的放大率与眼睛一起使用的目视光学仪器，其放大作用不能由横向放大率来表征。8/6/20212物体经放大镜成像的简图y'yABA'B'FF'ω’P'-ff’-x’a’虚像A′B′对眼睛所张的视角的正切为眼睛直接去观察物体时，是将其放在明视距离250mm处。此时物体对人眼张角的正切为8/6/20213放大镜的放大

3、率Γ可由下式求得将横向放大率代入上式得8/6/20214由此可见，放大镜的放大率，除了和其焦距有关之外，还和眼睛离开放大镜的距离有关在实际使用过程中，眼瞳大致位于放大镜的像方焦点的附近放大镜的放大率仅由放大镜的焦距f′所决定，焦距越大则放大率越小。上式分母中的a′相对于x′而言，是一个很小的值，可以略去。放大镜放大率的公式，通常采用以下形式8/6/20215二、显微镜的工作原理对于工作在可见光波长范围的光学显微镜按用途区分，使用量较大的有三种：工具显微镜（主要应用于精密机构制造工业等方面进行精密测量

4、）；生物显微镜（主要应用于生物学、医学、农学等方面）；金相显微镜（主要应用于冶金和机械制造工业，观察研究金相组织结构）。显微镜是人眼的辅助工具，显微镜的光学系统由物镜和目镜两个部分组成。8/6/20216显微镜系统成像原理显微镜和放大镜起着同样的作用物镜目镜F1F1’F2BAA’B’A”B”8/6/20217物镜目镜F1F1’F2BAA’B’A”B”A’B’位于目镜的物方焦点F2上或在很靠近F2的位置上此像再经目镜放大为虚像A”B”后供眼睛观察。这说明目镜与放大镜的作用一样。8/6/20218经过物

5、镜和目镜的两次放大，所以显微镜系统总的放大率Γ应该是物镜横向放大率β和目镜放大率Γe的乘积。物体被物镜成的像A’B’位于目镜的物方焦点上或附近，此像相对于物镜像方焦点的距离为Δ（物镜和目镜的光学间隔），在显微镜系统中称为光学筒长设物镜的焦距为f1′,则物镜的放大率为8/6/20219物镜的像被目镜放大，其放大率为式中：f2'为目镜的焦距。由此，显微镜系统的总放大率为可见显微镜系统的放大率与光学筒长Δ成正比，和物镜及目镜的焦距成反比。式中有负号，即当显微镜系统具有正物镜和正目镜时（常用这种结构），则整

6、个显微镜系统给出倒像。8/6/202110根据组合光组的焦距公式可知，整个显微镜的总焦距f’和物镜及目镜焦距之间符合以下关系：将其代入上式中，则有它与放大镜公式具有完全相同的形式。显微镜系统实质上就是一个复杂化了的放大镜8/6/202111在显微镜系统中存在着中间像，故可以在物镜的实像平面上放置分划板，对被观察物体进行测量，并且在该处还可以设置视场光阑以消除渐晕现象。精密测量用的显微系统与一般观察显微镜有一定的区别。为后面讨论的内容叙述方便，有必要对测量显微系统有一个初步的概念。8/6/202112

7、19JA型万能工具显微镜的光学系统图。照明光源集光镜滤色片可变光阑平面反射镜聚光镜保护玻璃工作台物镜工件光阑（孔径光阑）斯密特棱镜保护玻璃分划板目镜测角分划板测角光源滤色片读数显微镜可变光阑位于聚光镜的物方焦平面上孔径光阑位于物镜的像方焦平面上（形成了什么光组？）物镜有四种放大倍率：1x、1.5x、3x和5x；目镜的放大率为10x8/6/202113显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距在显微镜中，取下显微物镜和目镜后，所剩下的镜筒长度即物镜支撑面到目镜支撑面之间的距离称为机械筒长，用tm表示。对

8、于一台显微镜来说，机械筒长是固定的机械筒长各国标准是不同的，有160mm，170mm和190mm等。我国规定机械筒长为160mm。物平面到光学系统第一个物镜的球面顶点的距离称为“工作距”8/6/202114显微镜光学筒长的选择应该满足齐焦要求，即使显微镜物镜在变换过程中显微镜物镜的像面不变，这样当变换物镜时不需要重新调焦，就可以看到物体的像。8/6/202115为此，在显微镜设计时要注意满足以下要求：（1）物镜变换时，物镜物平面与像平面位置不变，即共轭距T不变，规定T