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13
第四节 显微镜系统中的光束限制和分析 一、简单显微镜系统中的光束限制
1、显微镜系统的构成
14
二、远心光路
(a) 测距原理：
1、孔径光阑在物镜上
1) 入瞳与物镜边框重合；
2) 由于调焦不精确，引 起像平面和标尺平面 不重合，从而导致测 量误差。
(b) 调焦不准：
15
2、孔径光阑在物镜 的像方焦平面上
缺点：出射主光线的投射太高，要求物镜后面系统的口径 必须非常大。
17
2、降低主光线，减小后续光路口径的办法
★ 实际设计： 在-1×转像透镜前、物镜的实像面处加场镜。 ★ 效果：主光线经场镜后通过-1×转像透镜中心，
从而对后面系统的口径要求最小。 场镜起到使前后系统的光瞳衔接的作用。
-1×转像系统
★ 场镜：与像平面重合、或者很靠近像平面的透镜。
10
3）光阑在物镜右侧10mm：
1 1 1 lz' l f物
1 lz
1 10
1 108
lz
11mm
hz物 lztg( 4.25o) 11 tg( 4.25o) 0.82mm
hz分 8mm hz目 9.51mm lz 21.3mm
正切计算法
tan U k
tan U k
hk fk
hk hk1 dk1 tanUk1
11
通光口径计算（表4-1）
D通 （2 h+hZ）
h为轴上点边缘光线投射高度（平行光线）
12
4、光阑位置对轴外光束位置的选择
(1) (2)(3) (1) (2) (3)
三、望远镜系统光束限制的总结
1、两光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则； 2、目视光学系统的出瞳一般在外，且不小于6mm； 3、孔径光阑大致在物镜左右； 4、分划板就是视场光阑。
1）光阑在物镜的左侧10mm（ω=4.25°）：
hz物 lztg( 4.25o ) 10mm tg( 4.25o ) 0.75mm；
hz分 y f物 tg( 4.25o ) 8mm；
tgU物
tg( 4.25o )
hz物 f物
tg( 4.25o )
3）物镜右侧10 mm 。
hz物
hz分 hz目
★ 追迹主光线 的投射高度
7
望远镜系统的光阑位置
实际系统中，物镜框前后10mm左右放置孔径光阑；分 划板为视场光阑；孔径光阑对目镜成的像距即为出瞳 距离lz>6mm
8
hz物
hz分 hz目
正切计算法
tan U k
tan U k
hk fk
hk hk1 dk1 tanUk1
通
Z
9
2）光阑在物镜上：
正切计算法
tan U k
tan U k
hk fk
hk hk1 dk1 tanUk1
hz物 lz tg( 4.25o ) 0 tg( 4.25o ) 0
hz分 y f物 tg( 4.25o ) 8mm；
物镜、目镜的 共同焦面上
转像
3
2、光学参数
★物镜焦距： f物' 108mm
★出瞳直径： D' 5mm
★视觉放大率： 6
★目镜焦距：f目 18mm ★出瞳距离：lz 11mm
★视场角： 2 8o30
f物
f目
与人眼联用, 满足光瞳衔接原则
D
D
望远镜系统简化图 4
工程光学
第4章 -2 光学系统中的光阑
与光束限制
1
本章内容提要
第一节 光阑 第二节 照相系统的光阑 第三节 望远镜系统中成像光束的选择 第四节 显微镜系统中的光束限制与分析 第五节 光学系统的景深 第六节 数码照相机镜头的景深（自学）
2
第三节 望远镜系统中成像光束的选择
一、双目望远镜的组成
1、构成
0.75 108
源自文库
hz目 hz物 dtgU物 hz物 [ f物 ( f目)]tgU物 9.25mm；
y f tan
D （2 h+h ） tgU目
tgU目
hz目 f目
tgU物
hz目 ； f目
lz hz目 tgU目 20.5mm.
21
一、光学系统的空间像
1、平面上的空间像：空间点成像于一个像平面上。
对准平面
共轭
景像平面
18
场镜的应用
19
四、显微镜系统光束选择的总结
1、一般情况，孔径光阑在显微物镜上； 2、一次实像面处安放视场光阑； 3、测长显微镜，孔径光阑在显微物镜焦平面上
——物方远心光路 4、长光路显微镜系统：
利用场镜达到前后系统的光瞳衔接， 减小光学零件尺寸。
20
第五节 光学系统的景深
同一位置不同景深的效果
(a) 测距原理：
1) 入瞳位于物方无穷远。
2) A和A1、B和B1的主 光线分别重合，且 轴外点的主光线平 行于主轴。
(b) 调焦不准：
3) 主光线是物点成像
光束的中心轴，则
物点A1 B1在刻尺平
面构成的两个弥散
斑的中心间隔始终
不变。
—— 物方远心光路
16
三、场镜的应用
1、长光路显微镜系统
-1×透镜转像系统：加长光路。
tgU物
tg( 4.25o )
hz物 f物
tg( 4.25o )
hz目 hz物 dtgU物 0 [ f物 ( f目)]tg( 4.25o ) 9.36mm；
tgU目
tgU目
hz目 f目
tgU物
hz目 ； f目
lz hz目 tgU目 21mm；
出
瞳
D
D f物 f物
D f目 f目
D D
分划板位于物、目两镜的共同焦面上： 入射窗、出射窗均在无穷远处， 分别与物、像面重合。
D D 30mm
6
二、望远镜系统中的光束限制
1、光瞳衔接原则：
——前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合。
1）物镜的左侧10mm；
2、孔径光阑的位置： 2）物镜上；
复习：第二章
★目视光学系统的视角放大率：
tan tan
远处物体经系统所成的像对眼睛张角的正切，与该 物体直接对眼睛张角 的正切之比。
*概念区别：角放大率 tan f1
tan
f2
5
3、分划板 —— 视场光阑
入
f物
f目
瞳
D
望远镜系统简化图
tan f物 tan f目
第四节 显微镜系统中的光束限制和分析 一、简单显微镜系统中的光束限制
1、显微镜系统的构成
14
二、远心光路
(a) 测距原理：
1、孔径光阑在物镜上
1) 入瞳与物镜边框重合；
2) 由于调焦不精确，引 起像平面和标尺平面 不重合，从而导致测 量误差。
(b) 调焦不准：
15
2、孔径光阑在物镜 的像方焦平面上
缺点：出射主光线的投射太高，要求物镜后面系统的口径 必须非常大。
17
2、降低主光线，减小后续光路口径的办法
★ 实际设计： 在-1×转像透镜前、物镜的实像面处加场镜。 ★ 效果：主光线经场镜后通过-1×转像透镜中心，
从而对后面系统的口径要求最小。 场镜起到使前后系统的光瞳衔接的作用。
-1×转像系统
★ 场镜：与像平面重合、或者很靠近像平面的透镜。
10
3）光阑在物镜右侧10mm：
1 1 1 lz' l f物
1 lz
1 10
1 108
lz
11mm
hz物 lztg( 4.25o) 11 tg( 4.25o) 0.82mm
hz分 8mm hz目 9.51mm lz 21.3mm
正切计算法
tan U k
tan U k
hk fk
hk hk1 dk1 tanUk1
11
通光口径计算（表4-1）
D通 （2 h+hZ）
h为轴上点边缘光线投射高度（平行光线）
12
4、光阑位置对轴外光束位置的选择
(1) (2)(3) (1) (2) (3)
三、望远镜系统光束限制的总结
1、两光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则； 2、目视光学系统的出瞳一般在外，且不小于6mm； 3、孔径光阑大致在物镜左右； 4、分划板就是视场光阑。
1）光阑在物镜的左侧10mm（ω=4.25°）：
hz物 lztg( 4.25o ) 10mm tg( 4.25o ) 0.75mm；
hz分 y f物 tg( 4.25o ) 8mm；
tgU物
tg( 4.25o )
hz物 f物
tg( 4.25o )
3）物镜右侧10 mm 。
hz物
hz分 hz目
★ 追迹主光线 的投射高度
7
望远镜系统的光阑位置
实际系统中，物镜框前后10mm左右放置孔径光阑；分 划板为视场光阑；孔径光阑对目镜成的像距即为出瞳 距离lz>6mm
8
hz物
hz分 hz目
正切计算法
tan U k
tan U k
hk fk
hk hk1 dk1 tanUk1
通
Z
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2）光阑在物镜上：
正切计算法
tan U k
tan U k
hk fk
hk hk1 dk1 tanUk1
hz物 lz tg( 4.25o ) 0 tg( 4.25o ) 0
hz分 y f物 tg( 4.25o ) 8mm；
物镜、目镜的 共同焦面上
转像
3
2、光学参数
★物镜焦距： f物' 108mm
★出瞳直径： D' 5mm
★视觉放大率： 6
★目镜焦距：f目 18mm ★出瞳距离：lz 11mm
★视场角： 2 8o30
f物
f目
与人眼联用, 满足光瞳衔接原则
D
D
望远镜系统简化图 4
工程光学
第4章 -2 光学系统中的光阑
与光束限制
1
本章内容提要
第一节 光阑 第二节 照相系统的光阑 第三节 望远镜系统中成像光束的选择 第四节 显微镜系统中的光束限制与分析 第五节 光学系统的景深 第六节 数码照相机镜头的景深（自学）
2
第三节 望远镜系统中成像光束的选择
一、双目望远镜的组成
1、构成
0.75 108
源自文库
hz目 hz物 dtgU物 hz物 [ f物 ( f目)]tgU物 9.25mm；
y f tan
D （2 h+h ） tgU目
tgU目
hz目 f目
tgU物
hz目 ； f目
lz hz目 tgU目 20.5mm.
21
一、光学系统的空间像
1、平面上的空间像：空间点成像于一个像平面上。
对准平面
共轭
景像平面
18
场镜的应用
19
四、显微镜系统光束选择的总结
1、一般情况，孔径光阑在显微物镜上； 2、一次实像面处安放视场光阑； 3、测长显微镜，孔径光阑在显微物镜焦平面上
——物方远心光路 4、长光路显微镜系统：
利用场镜达到前后系统的光瞳衔接， 减小光学零件尺寸。
20
第五节 光学系统的景深
同一位置不同景深的效果
(a) 测距原理：
1) 入瞳位于物方无穷远。
2) A和A1、B和B1的主 光线分别重合，且 轴外点的主光线平 行于主轴。
(b) 调焦不准：
3) 主光线是物点成像
光束的中心轴，则
物点A1 B1在刻尺平
面构成的两个弥散
斑的中心间隔始终
不变。
—— 物方远心光路
16
三、场镜的应用
1、长光路显微镜系统
-1×透镜转像系统：加长光路。
tgU物
tg( 4.25o )
hz物 f物
tg( 4.25o )
hz目 hz物 dtgU物 0 [ f物 ( f目)]tg( 4.25o ) 9.36mm；
tgU目
tgU目
hz目 f目
tgU物
hz目 ； f目
lz hz目 tgU目 21mm；
出
瞳
D
D f物 f物
D f目 f目
D D
分划板位于物、目两镜的共同焦面上： 入射窗、出射窗均在无穷远处， 分别与物、像面重合。
D D 30mm
6
二、望远镜系统中的光束限制
1、光瞳衔接原则：
——前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合。
1）物镜的左侧10mm；
2、孔径光阑的位置： 2）物镜上；
复习：第二章
★目视光学系统的视角放大率：
tan tan
远处物体经系统所成的像对眼睛张角的正切，与该 物体直接对眼睛张角 的正切之比。
*概念区别：角放大率 tan f1
tan
f2
5
3、分划板 —— 视场光阑
入
f物
f目
瞳
D
望远镜系统简化图
tan f物 tan f目