光学课程教学电子教案第二章光学成像的几何学原理.ppt

冉斯登目镜的结构缺陷：有可能将场镜表面的灰尘、缺陷或划痕与分划板和物一起放大，并同时出现在目镜的像平面上，使得视场模糊不清。 改进的结构： L1 L2 d=2f1/3=2f2/3 F H F2 H F F1 图2.7-10 改进的冉斯登目镜 (2.7-17) 目镜的两个主点H和H移至场镜和视镜之间，而物方焦点F移到场镜外侧，于是物和分划板均在场镜外侧。这样既避免场镜表面灰尘和缺陷的影响，又可以避免分划板成像的像差，同时还可以直接用来观察实物。 改进结构的特点： 2 光学成像的几何学原理 2.7 几何光学仪器原理 2.7.4 目镜 冉斯登目镜的改进 显微镜：用来观察近处微小物体的视角放大仪器 显微镜结构：物镜LO+目镜LE（均为复合透镜组） 图2.7-11 显微镜成像原理 FO FO LO LE FE FE Q P Q P Q P D d so x1 物（目）镜的作用：聚光、放大（放大测量） 待观察物体QP放在物镜的物方焦平面FO的外侧附近，经物镜在目镜的物方焦平面FE内侧附近成一放大的实像QP。然后再经目镜于眼睛的明视距离so处或其外侧附近二次成一放大的虚像QP。 2.7 几何光学仪器原理 2 光学成像的几何学原理 2.7.6 显微镜 显微镜的像方焦距f ： 显微镜的放大本领：视角放大率M。若眼睛瞳孔位于像方焦点F处，可得 (2.7-18) (2.7-19) 结论： ① 显微镜的视角放大率M与物镜和目镜的像方焦距成反比，与两镜的光学间隔成正比。因而，提高显微镜放大本领的有效途径是，尽可能减小物镜LO及目镜LE的像方焦距fO和fE并增大其光学间隔Δ。 2 光学成像的几何学原理 2.7 几何光学仪器原理 2.7.5 显微镜 ② 一般情况下，由于显微镜物镜和目镜的焦距较小，且物体经物镜所成像总是位于目镜的物方焦点（内侧）附近，故有：D≈x1≈d。故可得： (2.7-21) (2.7-20) ③ 显微镜的视角放大率或等于物镜的横向放大率VO与目镜的视角放大率ME之乘积，或正比于显微镜的镜筒长度d。 或 显微镜的孔径光阑：显微镜物镜的边框，兼入射光瞳。 显微镜的集光本领：物镜的集光本领，用物体经物镜所成像P的照度表示： (2.7-22) 2 光学成像的几何学原理 2.7 几何光学仪器原理 2.7.5 显微镜 对于给定物的亮度B0和系统的总透光系数k，显微镜的集光本领（物体经物镜所成像的照度）反比于物镜的横向放大率VO的平方，正比于物方介质折射率和入射孔径角正弦乘积（数值孔径）nsinu0的平方。 显微镜的数值孔径：N.A.=nsinu0 要使显微镜有较大的集光本领，同时又要有较大的放大本领，唯一的途径是增大数值孔径。 用显微镜观察某些微小物体或生物切片时，常将物体或生物切片与物镜一起浸入某种折射率较大的透明液体中，目的就在于通过增大物方介质的折射率而增大显微镜的集光本领和分辨本领。另外，为了在增大入射孔径角的同时又不至于引起像差，要求物镜的成像必须满足阿贝正弦条件。 2 光学成像的几何学原理 2.7 几何光学仪器原理 2.7.5 显微镜 结论： 望远镜：用来观察远处物体的助视仪器 图2.7-12 望远镜成像原理 (a) 开普勒望远镜 FO LO LE FE FE -w w P y w -w fO fE (b) 伽利略望远镜 FO LO LE FE w w P y w w fO fE FE 2.7 几何光学仪器原理 2 光学成像的几何学原理 2.7.6 望远镜 对于任何一种望远镜： (2.7-23) 结论：望远镜的放大本领正比于物镜的焦距，反比于目镜的焦距。故提高望远镜放大本领的有效途径是增大物镜的焦距fO或fO，减小目镜的焦距fE或fE。 由此得放大本领： (2.7-24) 物镜LO+目镜LE。物镜焦距fO较大，目镜焦距fE较小。两镜的光学间隔随被观察物体的距离远近不同而可以调节。对于无限远物体，物镜和目镜的光学间隔D=0，为一无焦系统。 望远镜构成： 2 光学成像的几何学原理 2.7 几何光学仪器原理 2.7.6 望远镜 望远镜的孔径光阑：物镜的边框，兼入射光瞳。 望远镜的集光本领：物镜的集光本领，用物体经物镜所成像P 的照度表示： (2.7-25) 结论：望远镜的集光本领正比于物镜相对孔径的平方。增大物镜的孔径，或减小其焦距，可以提高望远镜的集光本领。但减小物镜焦距会使其放大本领也同时减小。故实际提高集光本领的有效途径是增大物镜的孔径。 2 光学成像的几何学原理 2.7 几何光学仪器原理 2.7.6 望远镜 开普勒望远镜 伽利略望远镜 目镜性质 会聚透镜，fE=fE0 发散透镜，fE=fE0 视角放大率 M0，倒像 M0，正像 筒长 镜筒较