第十五章 目视光学系统修改课件(放大镜,显微镜,望远镜)解析

15.1 有一焦距为f′=50mm，口径为 2h=50mm的放大镜，眼睛到它的距离为 lz′=p′=d=125mm，求放大镜的视觉放 大率,物方线视场及像方视场角。
解：视觉放大率为：
物方线视场为：
像方视场角为：
一放大镜焦距f′=25mm ，通光孔径 2h=18mm，眼睛距放大镜为
p′=50mm，像距离眼睛在明视距离 250mm，渐晕系数K=50%，试求：（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体 的位置。
y
’
o P'
F f’
KD 1:
tg1
h a P'
2 y 2 f tg 500 h a'
y
o P'
F
KD 0 :
tg2
h a P'
’
F’ f’
P’
2 y 500 h 0lz
线视场2y ∝h（放大镜直径越大，视场大）
线视场2y ∝1/ lz （眼瞳离放大镜越近，视场大）
线视场2y ∝1/ 0 （放大镜视觉放大率越小，视场大）
五. 显微系统的出射光瞳直径D′=2a ′
a f目tgU
显微镜应满足正弦条件，有 ：
y 1 f物
y 物
令 NA nsinU
a f目 sinU
nsinU y n sinU y
瞳到放大镜距离为 lz 或p′))
眼瞳：孔径光阑，系统的出瞳
放大镜框：入窗，出窗，同时也 是渐晕光阑
虚像平面 KD=0
KD=0.5
KD= 1
场阑
出瞳
y
1’ 2’ ’
眼瞳是孔阑和出瞳，眼瞳经过放大镜向 物方成的像为入瞳（将眼瞳作为物，用 高斯公式和倍率公式求入瞳相对放大镜 的位置及直径大小）
放大镜为入窗，渐晕光阑和出窗，充当 视场光阑作用，（放大镜不设专门视场 光阑，渐晕系数为0时决定最大视场范围）
例：用两个焦距都是50mm的正透镜组成一个10倍的显 微镜，问物镜、目镜的倍率及物镜和目镜之间的间隔？
四、显微镜的光束限制
1. 孔径光阑： a. 单组低倍显微物镜:物镜框是孔径光阑；
b. 复杂物镜:最后一组透镜的镜框作为孔径 光阑；或在物镜像方焦面上设置专门孔阑
c. 测量显微镜:孔阑在物镜的象方焦面 上，构成物方远心光路。
或
250 f0 fe
e
:物镜的垂轴放大率， e :目镜的视觉放大率
三，显微镜和放大镜的比较
物镜和目镜两次放大，显微镜具有更大 的放大率， 物镜和目镜可以置换，倍率可变 物体经物镜成实像在分划板（有刻度） 上，可以测量 物体经物镜成像在目镜物方焦点前时， 它再经目镜成实像，可以投影进行测量
l1为显微物镜物距
求出显微物镜物像距 l1,l1
l1为显微物镜像距
f1
百度文库
物
物2
f 显微
f1
f
2
f
2
250 2
f 显 微 250 显微
12
250 mm
f1f 2
f f1f 2
250 mm f
显微镜是复杂的放大镜，等效 视觉放大率和放大镜 一致
显微镜
250/ f
FoFe 称为光学间隔
§ 15－3 放大镜
一、放大镜的视觉放大率 (物体经过放大镜所成的像对人眼 的张角和人眼直接看物体物体对人眼的张角正切比值，眼瞳 直径2aˊ，放大镜直径2h)
人眼直接观察时： 通过放大镜观察时：
tg y L y 250
tg y f l y
P'l f P'l
目视光学仪器目镜的工作原理和 视角放大率的计算与放大镜完
全相同。
y’ ’ y
-l’
P’
F’ f’
f l 250
P'l f
f l 250
P'l f
当l’= ∞，或P’=f’时，
y’
P’
’ y
F’
-l’
f’
250 f
正常眼：物在物方焦面，经放大 镜成像在无穷远，最后成像在视 网膜上
F
ωi
-f=f ’
二、放大镜光束限制图示（眼瞳直径2aˊ，放大镜直径2h，眼
普通显微镜：物镜框——孔径光阑。
B’
A
-U
B
’
U’ A’
Fo’
Fe
测量显微镜：物镜像方焦面——孔径光阑
若孔阑设置在物镜像方焦面，则出 瞳位于显微系统后焦面上。若孔阑位 置不同，与光学筒长Δ相比为一小量， 则出瞳可近似认为在目镜像方焦面附 近一固定位置。
用显微镜观察物体时，眼瞳 应与出射光瞳重合。
若眼瞳到放大镜的距离用p′表示
物面放置在焦面上: 有50%渐晕时线视场为2y，放大 镜的线视场与放大率、放大
镜口径、观察距离有关。
K D 0.5 : tg h P'
y
’
F
F’
f’
P’
2y 2 f tg
2 y 2 f tg 500h o P'
500 h 2y
0 l z
2 y 2 f tg 500 h a'
§ 15－4 显微系统
一、显微镜的组成：
显微镜是由物镜、目镜和照明系统三部分组成。 物体经显微镜的物镜放大成像后，其像再经目镜放大 以供人眼观察。
显微镜成像系统工作原理
对显微镜成像的几点分析
物平面应位于物镜的物方焦点到两倍焦 距之间，以实现物镜的一级放大。
物平面应位于整个显微镜组合物方焦点 以内，并十分靠近物方焦点处，以使得 物体经显微镜成像于250mm以外至∞处。
显微镜可以通过调换不同倍率的物镜和 目镜，方便迅速地获得显微镜的多种放 大率。
显微镜因为有中间实像，能实现对物体 的瞄准和测量。
二、显微镜的成像原理及视角放 大率
1
x1 f1
f1
l '1 l1
2
250 mm f 2
11 1 l1 l1 f 1
l1 物镜
l1 l1 l1 L(物镜共轭距)
二、放大镜的光束限制和视场（眼瞳直径2aˊ，放大镜直径2h眼
瞳到放大镜距离为 lz 或p′)
tg1
h
a lz
tg h lz
tg2
h
a lz
1 : 连出瞳上边缘和出窗上边缘，与光轴构成的角度，为渐晕系数K 100%时的像方半视场角
: 连出瞳中心和出窗上边缘，与光轴构成的角度，为渐晕系数K 50%时的像方半视场角
2 : 连出瞳下边缘和出窗上边缘，与光轴构成的角度，为渐晕系数K 0时的像方半视场角
1 : 连入瞳上边缘和入窗上边缘，与光轴构成的角度，为渐晕系数K 100%时的物方半视场角 : 连入瞳中心和入窗上边缘，与光轴构成的角度，为渐晕系数K 50%时的物方半视场角 2 : 连入瞳下边缘和入窗上边缘，与光轴构成的角度，为渐晕系数K 0时的物方半视场角 各渐晕系数下的像方视场半角的正切与物方视场半角的比值就是放大镜的视觉放大率