大学物理实验小论文

目镜
D'
W'
W'
F1
F2
出瞳
f'物
-f'目
如图所示，开普勒望远镜是由正透镜的物镜和正透镜的目镜 组成。无穷远物经望远镜的物镜后，在像方焦面（目镜的物方焦 面）上成一实像，该实像再经目镜放大成像于无穷远。因此，用 它观察物体时，正常人的眼睛无须调节，观察时亦不易疲劳。
开普勒望远镜的物镜框就是孔径光阑（有效光阑），物镜框 D按正向光路成的像就是出射光瞳 D ' ，入射光瞳也是孔径光阑。 为了计量，人们也可在目镜物方焦面放置分划板，这是它的一大 优点，另一优点是没有渐晕现象，像质好。其缺点是呈倒像，在 应用中应加转像系统。
关于
显微镜 望远镜
Байду номын сангаас
的设计与组装
望远镜
当远处的物体对人眼的视角小于1‘时，人类 必须借助望远镜进行观察才能分辨物体。
望远镜有多种分类方式，如反射式与透射式 望远镜，而透射式望远镜又分为两类：开普勒 望远镜和伽利略望远镜。
一.望远镜系统
的原理
-w
物镜 D
A 、开普勒望远镜 系统
孔径光阑 (入瞳)
分划板
??? D D'
? ? ? f '物 f '目
D:进入望远系统的轴向光束的直径 D':离开望远系统的轴向光束的直径
二、望远镜的主要指标参数：
1、视角放大率 ? 2、出瞳直径 D '
? ? tanw' ? ? f '物 ? ? D tanw f '目 D'
出瞳直径 D ' 是表示望远镜系统主观亮度的特征量。人眼 通过望远镜观察的主观亮度与系统的出瞳直径的平方成正比。 出瞳直径大，系统的像就亮，反之则暗。
人眼瞳孔和环境的亮度是密切相关的，它能自动
调节。一般地：
白天
眼瞳孔直径
2mm
黄昏
眼瞳孔直径
4mm
夜间
眼瞳孔直径
8mm
B、场镜
在望远镜物镜的像方焦平面（或附近）加入一个
场镜（正透镜）可以减小系统的外形尺寸（主要是目 镜部分）。
显微镜
人眼的极限分辨角约为 1（' 角分辨本领）。当人 眼观察物体的细节时，该细节对人眼的视角大于 1' ， 人才能看清楚这一细节。物体对人眼的视角取决于物 体的大小和该物到人眼的距离。对于一个特定的物体 来说这个距离越近，视角越大。但人眼的调节能力有 限，物体不能无限地靠近眼睛，物体必须位于人眼的 近点之外。
3、出瞳距离 P '
出瞳距离是指目镜最后一表面至出瞳的距离，它的大小 是由使用条件决定的。对于15-25mm的目镜来说，出瞳就在 目镜的后焦点处，而对于长焦距的目镜则不然。
4、分辨率 Ψ
望远系统对两个很近的物点仍旧能成两个分开的像点的能力 叫望远系统的分辨率Ψ。
望远物镜分辨率的理论值 ?
?
arctg
?1.22?
?
? ?
?
140
,
D为物镜通光口径。
?D? D
由于人眼的分辨率为 1'（ 60 ''）。为了保证物体经 望远系统后仍被人眼分辨，物体的分辨率应有
? ? 60' ' ?
结合以上两者，系统有效放大率与分辨率的关系：
? ? 60'' ? 60' ' ? 0.43D ? 140'' D
应该指出，望远镜的分辨率与物镜的通光孔径有关， 与目镜无关。目镜只能把像放大，不能增加系统的分辨 率。
当物体移到近点但视觉任小于 1' ，则人们必须借 助目视光学仪器将物体放大，放大的像对人的视角大 于 1' ，人们就看清这个物体了。对于近物放大的目视 仪器，常用的有放大镜（ 15X以下）及显微镜。
一、显微镜的工作原理
物镜
y
F'物
目镜 y'
f' 物
?
f目
显微镜由物镜和目镜两部分组成，物镜像方焦点到目镜物方
B、伽利略望远镜
F'1
O1
O'1
O2
F2
入射窗 视场光阑
出射 窗
O1
O'1
孔径光阑 （出瞳）
入瞳
O2
P'
p
如图所示，伽利略
望远镜由正透镜的物镜 和负透镜的目镜组成， 物镜的像方焦点重合并 位于望远镜的外部。当 不考虑眼瞳的作用时， 物镜框就是系统的入射 光瞳，经目镜成的是虚 像，位于目镜的前
方 O1' ，O1'是 系统的出
B、关于长度问题中的第二个问题：
由于人眼的缺陷（正常眼，近视眼，老花眼）， 我们在设计望远镜时必须考虑这个问题。因此目镜 机构在望远镜轴线方向上一定留有一个调节自由度， 才能使望远镜能适合不同的使用者。
2 、横向尺寸（孔径尺寸）
A、出瞳直径
由于望远镜的出瞳直径与像主观亮度有关，因此
针对不同的使用者和使用条件之中，设计合符要求的 出瞳直径。
? 三、结构尺寸问题
1、长度问题
A、出瞳距离 P '
例：利用下列两组透镜，设计一个放大率为100倍的望远镜
物镜 目镜
f物 200 f物 1000
f目 2
f目 10
按理说利用以上两组透镜都可以获得放大率为100X的望远
镜。但实际上，这只是理论上的。实际中第一组透镜行不通， 为什么呢？答案是：望远镜是目视光学仪器，它是通过人眼来 观察的，应充分考虑人眼的结构问题。人眼眼瞳到角膜顶点约 为4mm，因此目视光学仪器的瞳孔距一定要大于此值。再加上 眼瞳到睫毛距约为8mm，因此，目镜焦距应不小于10mm（一 般推荐的是12.5~25mm）。因此，上述两组透镜组合，选取后 一组才是合理的。
焦点之间的距离? 称为光学间隔（? =160~190mm）。
物镜的放大倍率
M物
?
y' ? y
?
? f '物
目镜的放大倍率
250 M目 ? f '目
显微镜的总放大率为 ?
?
M 物 ? M目 ?
?
f
250? '物 ? f
'目
即显微镜放大率与? 成正比，与物镜，目镜焦距成反比。
二、显微镜的分辨率与 NA （数字孔径）
显微物镜的 NA被称为物镜的数字孔径（ NA=nu）。 显微镜对一定波长的分辨率 (? =0.61? /NA)完全取决于物 镜的数字孔径 NA，NA越大显微镜的分辨率越高。
为了充分利用显微镜的分辨率，使显微镜分辨出的细 节能同时被眼睛分辨，显微镜必须有足够大的放大率。满 足于?? 500NA被称为显微镜的有效放大率。当显微镜的分 辨率或数字孔径确定后，放大率取小了则不能看清物镜已 分辨出的物体细节，取大了则造成无谓的放大，给设计与 加工带来困难，对于一般情况，取 ? =500NA。
瞳，眼睛无法与之重合。 当考虑眼睛时，眼睛就 是出射光瞳，出瞳经系 统成的像就是入瞳。
伽利略望远镜的优点是镜筒短，光能损失小，结 构简单便于携带。但它没有中间实像不能放置分划板。 不能进行计量，另外有渐晕。因此只能作辅助性的观 察，应用不及开普勒望远镜广泛。
望远镜的放大率：三个 等价的表达式。
? ? tan w ' tan w