第20次課(第八章)工程光學(xué)

第七章典型光學(xué)系統(tǒng)牛燕雄教授北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院6June2013視覺放大率為：式中，D為明視距離，250mm。第二節(jié)放大鏡一、視覺放大率（1）在實(shí)際使用中，物大致位于物方焦點(diǎn)處：l'=∞（2）把物像調(diào)焦到明視距離：P'

－l'=D若眼睛緊貼著放大鏡：P'=0第二節(jié)放大鏡所以，但50％漸暈時(shí)，物位于物方焦點(diǎn)，則視場為：第二節(jié)放大鏡

1、視場越小漸暈系數(shù)K越大←K=100%←K=50%←K=0第二節(jié)放大鏡★孔徑角為ω1漸暈系數(shù)為1?！锟讖浇菫棣?漸暈系數(shù)為零?！锟讖浇菫棣貪u暈系數(shù)為0.5。

第二節(jié)放大鏡第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡的組成：

顯微鏡是由物鏡、目鏡和照明系統(tǒng)三部分組成。物體經(jīng)顯微鏡的物鏡放大成像后，其像再經(jīng)目鏡放大以供人眼觀察。第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)北航儀器光電學(xué)院一、顯微鏡的視覺放大率：第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)一、顯微鏡的視覺放大率：六、顯微鏡系統(tǒng)眼睛物鏡目鏡式中：D為250mm為明視距離；

和為物鏡、目鏡的焦距；Δ為物鏡與目鏡的焦點(diǎn)間隔。顯微鏡的組合焦距為：，則故可以把顯微鏡看作是組合放大鏡。各國生產(chǎn)的通用顯微鏡從物平面到像平面的距離都是相等的，大約為180mm。對(duì)于生物顯微鏡，我國規(guī)定為195mm，物鏡和目鏡的定位面的標(biāo)準(zhǔn)距離為160。

物鏡：4×、10×、40×和100×，目鏡：5×、10×和15×。第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

二、顯微鏡的線視場★線視場為：顯微鏡的線視場取決于放在目鏡前腳平面上的視場光闌徑D的大小，物體經(jīng)物鏡成像在視場光闌上。★視場光闌的大小應(yīng)與目鏡的視場角一致，即第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

二、顯微鏡的線視場第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)可以看到，在選定目鏡后，顯微鏡的視放大率越大，其在物空間的線視場越小。三、顯微鏡的出瞳直徑

1、對(duì)于普通的顯微鏡，物鏡框是孔徑光闌，對(duì)于復(fù)雜的物鏡是以最后鏡組的鏡框?yàn)榭讖焦怅@；對(duì)于測長顯微鏡，孔徑光闌是物鏡焦平面上——遠(yuǎn)心光路

設(shè)顯微鏡的出瞳直徑為D′，正弦條件為：第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)三、顯微鏡的出瞳直徑

★對(duì)像方孔徑角★出瞳直徑D′第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)物鏡數(shù)值孔徑，與物鏡倍率標(biāo)注在物鏡框上。重要參數(shù)。四、顯微鏡的分辨率和有效放大率：1、艾里斑的的半徑為a，則

第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

當(dāng)一個(gè)愛里斑的邊緣（即第一暗環(huán)）正好落在另一個(gè)愛里斑的中心時(shí)，是兩個(gè)物點(diǎn)分辨的極限?！锇吹劳袛啵浞直媛蕿椤锇慈鹄袛?，其分辨率為第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)所以，顯微鏡的目視衍射分辨率取決于數(shù)值孔徑NA，與目鏡無關(guān)。目鏡只是把物鏡的像放大，放大倍率再高也不能把物鏡不能分辨的物體細(xì)節(jié)看清。有效放大率：為充分利用物鏡的分辨率，使被物鏡分辨出的細(xì)節(jié)同時(shí)能被眼睛看清，滿足這一條件的放大率。若眼睛的角分辨為：2'~4'，照明波長為0.555μm，可得：第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

★則在明視距離上對(duì)應(yīng)的線距離★把換算到顯微鏡的物空間，按道威判斷取

★近似寫作★設(shè)照明光的平均波長為555.0nm，得第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)滿足上式的視覺放大率稱為顯微鏡的有效放大率。為了提高數(shù)值孔徑，一般將物鏡置于油中，最大數(shù)值孔徑為1.5，有效放大率不能超過1500倍。170mm/0.17;40/0.65的物鏡。325-65010倍或15倍，25倍？第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)花粉的電子顯微鏡圖片花粉的電子顯微鏡圖片

五、顯微鏡的景深

1、顯微鏡的景深——按牛頓公式可得★牛頓公式第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

五、顯微鏡的景深

1、顯微鏡的景深——按牛頓公式可得第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

★因在使用顯微鏡時(shí)，眼睛靠近系統(tǒng)的后焦點(diǎn)，故值很小，有，顯微鏡的景深可簡化為

★同樣適于目鏡和放大鏡第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

★當(dāng)物像調(diào)焦在明視距離時(shí)，★像彌散圓直徑★對(duì)應(yīng)物的大小第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)六、顯微鏡的物鏡

第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)數(shù)值孔徑NA：分辨本領(lǐng)，景深線視場2y：焦距f′工作距l(xiāng)：β

越大，l越?。ㄉ镲@微鏡：0.2mm）放大率β寫在鏡筒上。放大率和數(shù)值孔徑的數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。（1）光學(xué)特性放大率100X63X40X10X3X數(shù)值孔徑0.250.850.650.250.106、顯微鏡的物鏡低倍物鏡中倍物鏡高倍物鏡浸液物鏡復(fù)消色差物鏡平視場復(fù)消色差物鏡

第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)（2）基本類型：小視場、大孔徑—軸上點(diǎn)像差校正為主，兼顧軸外點(diǎn)視場像差。齊明透鏡增加孔徑角齊明透鏡；浸液螢石球差色差正弦差倍率色差：目鏡二級(jí)光譜校正（位置色差）：螢石倍率色差：目鏡場曲：彎月厚透鏡

七、顯微鏡的照明方法第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)

顯微鏡對(duì)照明的要求：足夠的亮度照明均勻有一定的孔徑角，且與物鏡相配合有一定大小的照明范圍（視場）1、透射光亮視場照明顯微鏡的照明方法

4、反射光暗視場照明2、反射光亮視場照明3、透射光暗視場照明七、顯微鏡的照明方法（一）照明分類第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)4、反射光暗視場照明第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)1、臨界照明臨界照明

（二）亮視場的照明方式★將光源的像經(jīng)過“聚光鏡”投影物面上；★缺點(diǎn)是光源的不均勻性會(huì)影響顯微鏡的觀察效果；第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)2、柯勒照明柯勒照明

視場光闌★將光源的像經(jīng)過“柯勒鏡”投射在入瞳上；第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)七、顯微鏡的物鏡低倍物鏡中倍物鏡高倍物鏡浸液物鏡復(fù)消色差物鏡平視場復(fù)消色差物鏡

第三節(jié)顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡的物鏡的放大率在2.5-100倍范圍。例題1：

一個(gè)放大鏡的焦距為25mm，通光孔徑為18mm，眼睛距放大鏡為50mm，經(jīng)放大鏡所成的像位于明視距離250mm處，漸暈系數(shù)為50%，試求：

（1）視覺放大率

（2）線視場（3）物體的位置例題2：測量顯微鏡目鏡的視覺放大率，物鏡的倍率，物高

，數(shù)值孔徑NA=0.1495，設(shè)物鏡的物面到像面間的距離為180m。（1）畫出光路圖

（2）求物鏡的焦距

（3）不發(fā)生漸暈時(shí)物鏡的通光口徑需要多大（4）顯微鏡的孔徑光闌應(yīng)為多大（5）不發(fā)生漸暈時(shí)目鏡的通光口徑需要多大解：（1）根據(jù)題中所給使用條件，由公式，得（2）根據(jù)視覺放大率的定義，由K=50%時(shí)的成像關(guān)系可得得，代入公式，得：當(dāng)人眼直接觀察物時(shí)，，所以（3）將代入公式

解：（1）由解得

代入公式得（2）由NA=nsinU=0.1495，得U=8.59°物鏡的通光口徑：

1′--（3）設(shè)孔徑光闌直徑為D，由三角關(guān)系，得（4）設(shè)主光線在目鏡上的投影高度是，由三角形關(guān)系，其中解得出瞳大小故不發(fā)生漸暈時(shí)目鏡的通光口徑

望遠(yuǎn)鏡的組成：由物鏡和目鏡組成。物鏡的像方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合，光學(xué)間隙Δ=0。開普勒望遠(yuǎn)鏡一、一般特性第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)伽利略望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺放大率為：所以，視覺放大率僅取決于結(jié)構(gòu)參數(shù)。目鏡焦距一般不小于6mm，故手持望遠(yuǎn)鏡一般不超過12倍。第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡：放大遠(yuǎn)處物體的張角，使人眼能看清角距更小的細(xì)節(jié)哈勃望遠(yuǎn)鏡總長度：12.8m直徑：4.27m總重量：11噸太空服役15年；測定宇宙年齡證實(shí)星系中央黑洞的存在發(fā)現(xiàn)年輕恒星周圍孕育行星的塵埃盤；拍攝彗星撞擊木星的照片確認(rèn)宇宙中存在暗能量。

哈勃望遠(yuǎn)鏡NASA計(jì)劃派機(jī)器人上太空修理哈勃望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡火星照片哈勃望遠(yuǎn)鏡'DeathSpiral'AroundaBlackHoleYieldsTantalizingEvidenceofanEventHorizon

哈勃望遠(yuǎn)鏡“大爆炸”宇宙誕生理論？哈勃望遠(yuǎn)鏡HubbleSeesCometLinearBlowitsTop

哈勃望遠(yuǎn)鏡S1S2S1S2S1S2可分辨恰可分辨不可分辨第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)注意：在望遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率一定時(shí)，過高的增大視覺放大率，也不會(huì)看到更多細(xì)節(jié)。1、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率用衍射（極限）分辨角表示：

對(duì)于0.555μm的光線，由瑞利判據(jù)、道威判據(jù)得到的極限分辨角分別為：所以，入射光瞳直徑越大，極限分辨率越高。第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)二、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及放大率由于人眼的視覺分辨率為60〞，在增大物鏡口徑以提高望遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率的同時(shí)，必須增大望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視覺放大率，才能符合人眼分辨率的要求。第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)二、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及放大率1、開普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)物鏡框是孔徑光闌，也是入瞳；出瞳在目鏡以外，與人眼重合；目鏡框是漸暈光闌，一般要求有50％的漸暈。物鏡后焦面可放置分劃板，其框?yàn)橐晥龉怅@。三、望遠(yuǎn)鏡的視場第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)物方視場角ω滿足：y′為視場光闌的半徑。開普勒望遠(yuǎn)鏡的視場一般不超過15o，觀察時(shí)，眼瞳必須位于出瞳處，才能觀察到全視場。2、伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)一般以人眼的瞳孔作為孔徑光闌，又是出瞳；物鏡框?yàn)橐晥龉怅@，又是入射窗。由于視場光闌與物面不重和，因此，對(duì)大視場有漸暈現(xiàn)象。第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)當(dāng)視場有50%漸暈時(shí)，其視場角為：式中：