[理学]应用光学chapter

1、应用光学讲稿第五章第五章 成像系统中光束的选择成像系统中光束的选择应用光学讲稿 前面的研究没有对光学零件的大小加以限制前面的研究没有对光学零件的大小加以限制 组成光学系统的所有零件都有一定的尺寸大小组成光学系统的所有零件都有一定的尺寸大小 实际的光学系统除了应满足前述的实际的光学系统除了应满足前述的物象共轭位物象共轭位置关系和成像放大率置关系和成像放大率的要求外，还要有一定的的要求外，还要有一定的成像范围成像范围应用光学讲稿 由一点发出能进入透镜或光学系统的光束，其立体角大小决定于由一点发出能进入透镜或光学系统的光束，其立体角大小决定于透镜的直径。透镜的直径。5-1 光阑及其作用光阑及其作用

2、装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘就是限制光束的光孔，装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘就是限制光束的光孔，这个光孔对光学零件来说被称为这个光孔对光学零件来说被称为“通光孔径通光孔径” 应用光学讲稿 光阑的定义光阑的定义 夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）或者人夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）或者人为设置的装置限制了成像光束的大小，为设置的装置限制了成像光束的大小，光学中这种光学中这种限制成像光束的光孔称为光阑。限制成像光束的光孔称为光阑。 有些光孔的大小是可变化的，这种光阑称为有些光孔的大小是可变化的，这种光阑称为“可变可变光阑光阑” 应用光学讲稿光阑在光学系统中的作用：光阑在

3、光学系统中的作用： 决定像面的照度。决定像面的照度。 决定系统的视场。决定系统的视场。 限制光束中偏离理想位置的一些光线，用以改限制光束中偏离理想位置的一些光线，用以改善系统的成像质量善系统的成像质量 拦截系统中有害的杂散光拦截系统中有害的杂散光光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可少的零件。光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可少的零件。 应用光学讲稿光阑按上述的作用分为：光阑按上述的作用分为： 孔径光阑孔径光阑 视场光阑视场光阑 渐晕光阑渐晕光阑 消杂光光阑消杂光光阑它是它是限制轴上物点成像光束立体角（锥角）的光阑。限制轴上物点成像光束立体角（锥角）的光阑。也就是起到决定能通过光学系统

4、的光能（即像平面照度）也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像平面照度）作用的光阑。作用的光阑。应用光学讲稿 视场光阑视场光阑 限制物平面或物空间能被光学系统成限制物平面或物空间能被光学系统成像的最大范围的光阑称为视场光阑像的最大范围的光阑称为视场光阑 视场：视场： 物平面或物空间能被光学系统成像的最大物平面或物空间能被光学系统成像的最大范围称为视场范围称为视场应用光学讲稿 渐晕光阑渐晕光阑 光阑以减少轴外像差为目的，使物空间光阑以减少轴外像差为目的，使物空间轴外点发出的、原本能通过上述两种光轴外点发出的、原本能通过上述两种光阑的成像光束只能部分通过，这种光阑阑的成像光束只能部分通过，这种光阑

5、称为渐晕光阑称为渐晕光阑 渐晕渐晕 由于轴外点成像光束部分被遮挡，造成由于轴外点成像光束部分被遮挡，造成像的边缘部分亮度比像平面中心暗，这像的边缘部分亮度比像平面中心暗，这种现象叫渐晕种现象叫渐晕应用光学讲稿 消杂光光阑消杂光光阑 这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折射面反射的光和仪器内壁反射的光等，这些光阑射面反射的光和仪器内壁反射的光等，这些光阑称为消杂光光阑。称为消杂光光阑。 物镜物镜消杂光光阑消杂光光阑分划板应用光学讲稿5-2 孔径光阑、入瞳、出瞳孔径光阑

6、、入瞳、出瞳一、孔径光阑的确定一、孔径光阑的确定当实际光组中有多个光阑时，确定方法为：当实际光组中有多个光阑时，确定方法为：各个光学孔径各个光学孔径成像到物空间成像到物空间；：由物点向光阑像边缘引光线，找出光线与光轴的夹由物点向光阑像边缘引光线，找出光线与光轴的夹角；角；：夹角最小者夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑所对应的光阑即为孔径光阑。确定方法可以通过图解法，也可以通过解析法。确定方法可以通过图解法，也可以通过解析法。应用光学讲稿v例例 已知一光学系统由三个零件组成，透镜已知一光学系统由三个零件组成，透镜1其焦距其焦距 f1= - f1 =100mm，口径，口径D1 = 40mm；透镜；

7、透镜2的焦距的焦距f2= - f2 =120mm，口径口径D2 = 30mm，它和透镜，它和透镜1之间的距离为之间的距离为d1 = 20mm；光阑；光阑3口径为口径为20mm，它和透镜，它和透镜2之间的距离之间的距离d2 = 30mm。物点。物点A的位的位置置L1 = -200mm，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。 A3D2D1D1L2d1dF1,F2应用光学讲稿1、图解法、图解法为了使各光阑和物点为了使各光阑和物点A产生直接联系，把它们全部产生直接联系，把它们全部成像到物空间去。成像到物空间去。3D2D3D2D1D应用光学讲稿由物点向各个像边缘引

8、光线，得到夹角最小者所对应由物点向各个像边缘引光线，得到夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑的光阑即为孔径光阑。D1D2D3应用光学讲稿 解：解：1. 1.由于透镜由于透镜1 1的前面没有任何光组，的前面没有任何光组，所以它本身就是在物空间的像。所以它本身就是在物空间的像。透镜透镜2 在透镜在透镜1的右边，要使它成像光线须自右向左，属的右边，要使它成像光线须自右向左，属于反向光路。而牛顿公式和高斯公式皆由正光路导出，于反向光路。而牛顿公式和高斯公式皆由正光路导出，符号规则也由正光路规定，不可随便用于反光路。符号规则也由正光路规定，不可随便用于反光路。2、解析法：、解析法：方法：认为透镜方法：认为

9、透镜2是像，求物。是像，求物。应用光学讲稿100112011112122lfllmml2522、因为、因为 f1= - f1 =100mm，l 2 = 20mm，利用高斯公，利用高斯公式：式：3D2D1D2d1dF1,F2应用光学讲稿8 . 025202222llyymmy4758 . 0152 3. 3. 再求光阑再求光阑3 3被前面光组所成的像被前面光组所成的像。 必须注意：必须注意：为了求得光阑为了求得光阑3 3在物空间的像，在物空间的像，要使它分别对透镜要使它分别对透镜1 1、2 2成像。成像。应用光学讲稿同理，求得光阑同理，求得光阑3在物空间的像在物空间的像mmy31003mml15

10、03mm25mm150D1D2D3mm200应用光学讲稿 物点物点A对光阑对光阑D1 的张角的张角102002020011.Dtgu12122514752tgu5 .101350131003tgu 对对D2 的张角的张角 对光阑对光阑D3 的张角的张角 u2 为最小，说明光阑像为最小，说明光阑像D2 限制了物点限制了物点的的物方孔径角物方孔径角，故，故透镜透镜2的镜框为孔径的镜框为孔径光阑。光阑。 应用光学讲稿 将孔径光阑将孔径光阑Q Q1 1Q QQ Q2 2通过其前面的透镜成像到物空间通过其前面的透镜成像到物空间去，则其像去，则其像P P1 1PP2 PP2 就决定了光学系统的物方孔径角就

11、决定了光学系统的物方孔径角U U。-y -UPP1P2UyQQ2Q孔径光阑孔径光阑L1L2U 物方孔径角物方孔径角应用光学讲稿 孔径光阑孔径光阑被其前面的光组被其前面的光组在光学系统在光学系统物空间物空间所成的像称为所成的像称为入射光瞳入射光瞳，简称，简称入瞳入瞳。 -y -UUyQQ2Q孔径光阑孔径光阑L1L2U 物方孔径角物方孔径角PP1P2入射光瞳入射光瞳应用光学讲稿 孔径光阑孔径光阑Q Q1 1QQQQ2 2被被其后面的其后面的透镜（光组）在透镜（光组）在像空间像空间所成的像所成的像P P1 1PP2 PP2 称为称为出射光瞳出射光瞳，简称简称出瞳出瞳，其决定了系统像方孔径角其决定了系

12、统像方孔径角UU P1P2出射光瞳出射光瞳孔径光阑孔径光阑-y -UPUyQQ2QL1L2U 像方孔径角像方孔径角应用光学讲稿 入射光瞳通过整个光学系统所成的像入射光瞳通过整个光学系统所成的像就是出射光瞳就是出射光瞳 入瞳入瞳与与出瞳出瞳对整个光学系统是对整个光学系统是共轭共轭的。的。 如果孔径光阑在整个光学系统的如果孔径光阑在整个光学系统的像空间，那么它本身也就是出射像空间，那么它本身也就是出射光瞳；光瞳；反之，若在物空间，它就是反之，若在物空间，它就是入射入射光瞳。光瞳。应用光学讲稿 将光学系统中所有光学零件的通将光学系统中所有光学零件的通光孔分别通过其前面的光学零件光孔分别通过其前面的光

13、学零件成像到整个系统的成像到整个系统的物空间物空间去，系去，系统的入射光瞳必然是其中对物面统的入射光瞳必然是其中对物面中心的中心的张角为最小张角为最小的一个。的一个。 对于一定位置的物体而言，对于一定位置的物体而言，瞳决定了能进瞳决定了能进入系统成像的最大光束孔径，且是物面上各入系统成像的最大光束孔径，且是物面上各点发出的成像光束进入系统的点发出的成像光束进入系统的。应用光学讲稿QQQ2A -UP1PP2入射光瞳入射光瞳孔径光阑孔径光阑L1L2 2L2应用光学讲稿 将光学系统中所有光学零件的通将光学系统中所有光学零件的通光孔分别通过其后面的光学零件光孔分别通过其后面的光学零件成像到整个系统的成

14、像到整个系统的像空间像空间去，系去，系统的出射光瞳必然是其中对像面统的出射光瞳必然是其中对像面中心的中心的张角为最小张角为最小的一个。的一个。 应用光学讲稿PL1AU孔径光阑孔径光阑QQ2QL2P P 出射光瞳出射光瞳L1出瞳是物面上各点的成像光束经系统出瞳是物面上各点的成像光束经系统后射出系统的公共出口。后射出系统的公共出口。应用光学讲稿 通过入射光瞳通过入射光瞳中心中心的光线称为的光线称为主主光线光线 由于共轭关系，主光线也必然通由于共轭关系，主光线也必然通过孔径光阑中心和出瞳中心。过孔径光阑中心和出瞳中心。 显然，主光线是各个物点发出的成像显然，主光线是各个物点发出的成像光束的光束轴线。

15、光束的光束轴线。 光束的孔径角是表征实际光学系统功光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重要性能参数之一，用能的重要性能参数之一，用 U Umaxmax 表示。表示。 它不但决定了像面的照度，而且还决它不但决定了像面的照度，而且还决定了光学系统分辨能力。定了光学系统分辨能力。 应用光学讲稿对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法来表征这种孔径角相应的性能参数来表征这种孔径角相应的性能参数 显微系统和投影系统的物镜常用显微系统和投影系统的物镜常用nsinsinU Umaxmax表表示，被称之为示，被称之为数值孔径数值孔径，用，用NANA表示，即表示，即max

16、UsinnNA n n 物方空间的介质折射率。物方空间的介质折射率。 物方孔径角物方孔径角U Umaxmax越大，其越大，其数值孔径数值孔径也越大。也越大。 进入系统的光能越多，理论分辨本领越高。进入系统的光能越多，理论分辨本领越高。应用光学讲稿 望远系统和摄影系统常用望远系统和摄影系统常用相对孔径相对孔径A来表示来表示 fDA AD fF1 D 入瞳直径入瞳直径 f物镜焦距物镜焦距 相对孔径相对孔径A越大，表明能进入系统的光能也越大，表明能进入系统的光能也越多越多 而照相机，则常用另一个术语而照相机，则常用另一个术语光阑指数光阑指数，用，用F来表示，它是相对孔径的倒数，即来表示，它是相对孔径

17、的倒数，即 F俗称俗称光圈光圈，相对孔径越大时，光圈数值愈，相对孔径越大时，光圈数值愈小小。 应用光学讲稿必须注意： 光学系统的孔径光阑只是对一定位置的光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物体而言的。物体而言的。如果物体位置发生变化，原来限制光束如果物体位置发生变化，原来限制光束的孔径光阑将会失去限制光束的作用，光的孔径光阑将会失去限制光束的作用，光束会被其他光孔所限制。束会被其他光孔所限制。 在上例中，若物距在上例中，若物距l1 = -100mm = -100mm，此时光学系统的，此时光学系统的孔径光阑为哪一个？孔径光阑为哪一个？应用光学讲稿注：在目视仪器中，出瞳的像一定要成在系统外面，注：在

18、目视仪器中，出瞳的像一定要成在系统外面，以使眼睛的瞳孔与之重合。以使眼睛的瞳孔与之重合。合理选择孔径光阑的位置可以改善轴外点成像质量。合理选择孔径光阑的位置可以改善轴外点成像质量。 对于对于无限远的物体无限远的物体，光学系统的所有光孔，光学系统的所有光孔被其前面的光学零件在物空间所成的像中，被其前面的光学零件在物空间所成的像中，直径最小的一个光孔像就是系统的入瞳。直径最小的一个光孔像就是系统的入瞳。应用光学讲稿1 1）一光阑口径为）一光阑口径为50mm50mm，放在透镜后，放在透镜后30mm30mm处，处，透镜焦距透镜焦距 50mm50mm，口径，口径60mm60mm。物点。物点P P置于透镜

19、前置于透镜前120mm120mm处。试求：处。试求：1 1）入射光瞳与出射光瞳的位置）入射光瞳与出射光瞳的位置2 2）像的位置）像的位置习题习题2 2）孔径都为）孔径都为40mm40mm的两个薄透镜组成一光学系统，的两个薄透镜组成一光学系统，一个是会聚的，焦距一个是会聚的，焦距50mm50mm，另一个发散，另一个发散，焦距焦距100mm100mm。两透镜相隔。两透镜相隔40mm40mm。对于会聚透镜前。对于会聚透镜前60mm60mm的物点，求的物点，求1 1）哪一个是孔径光阑）哪一个是孔径光阑2 2）入射光瞳与出射光瞳的位置）入射光瞳与出射光瞳的位置3 3）入射光瞳与出射光瞳的大小）入射光瞳与

20、出射光瞳的大小应用光学讲稿5-3 视场光阑、入射窗、出射视场光阑、入射窗、出射窗窗 光学系统的成像范围是有限的。光学系统的成像范围是有限的。照相机中底片框限制了被成像范围照相机中底片框限制了被成像范围的大小的大小 工具显微镜中分划板的直径决定成工具显微镜中分划板的直径决定成像物体的大小像物体的大小这种限制物体成像范围的光阑称为这种限制物体成像范围的光阑称为视场视场光阑光阑应用光学讲稿一、视场光阑的确定方法：一、视场光阑的确定方法：（2）确定）确定；（1）用计算法或作图法求每一光阑被它前面）用计算法或作图法求每一光阑被它前面 光组光组在物空间所成的在物空间所成的（3）由）由向各光阑在物空间所成的

21、向各光阑在物空间所成的 像的像的边缘引光线，夹角最小者所对应的光阑即为视场边缘引光线，夹角最小者所对应的光阑即为视场光阑。光阑。应用光学讲稿求上例中光组的视场光阑。求上例中光组的视场光阑。 f1= - f1 =100mm，D1 = 40mm；f2= - f2 =120mm，D2 = 30mm，d1 = 20mm； D3=20mm，d2 = 30mm ，L1 = -200mmmm20mm100D1D2D3mm200F Fmm30应用光学讲稿求出系统每一个光阑被它前面光组在物空间所成的像求出系统每一个光阑被它前面光组在物空间所成的像（此步骤在（此步骤在求孔径光阑时求孔径光阑时已经进行）已经进行）

22、D3（孔径光阑）孔径光阑）D2D1D1D2F1F2D3mm25mm15033.33w1w2w3应用光学讲稿 D1 对入瞳中心的张角为对入瞳中心的张角为 D2 本身是入瞳，本身是入瞳，D3对入瞳中心的张角对入瞳中心的张角为为D3对入瞳中心的张角最小，故光阑对入瞳中心的张角最小，故光阑3 是是视场光阑。视场光阑。 5425201tg15425150131003tg应用光学讲稿二、相关概念二、相关概念光学系统的视场光阑确定后引入如下概念：光学系统的视场光阑确定后引入如下概念：被其被其在在所成的所成的像。像。(简称简称)：被其被其在在所成的所成的像。像。(简称简称)入窗限制物空间的可成像范围入窗限制物

23、空间的可成像范围出窗限制像空间的成像范围出窗限制像空间的成像范围入窗和出窗共轭。入窗和出窗共轭。应用光学讲稿D3（孔径光阑）孔径光阑）D2D1D1D2F1F2D3mm25mm15033.33w1w2w3W应用光学讲稿在上例中，出窗与视场光阑重合。在上例中，出窗与视场光阑重合。：在物空间中在物空间中入窗边缘对入瞳入窗边缘对入瞳的张角的张角2 。：在像空间中，出窗边缘对出瞳中心在像空间中，出窗边缘对出瞳中心的张角的张角2 。半视场角半视场角 与与也可以表示光组视场的大小，因此常也可以表示光组视场的大小，因此常把把 与与称为视场角。称为视场角。视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的。当视场光阑是对一定

24、位置的孔径光阑而言的。当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将可能孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替被另外的光孔所代替。应用光学讲稿实际中入瞳总是有一定的大小实际中入瞳总是有一定的大小则则A1以内的区域每点均以充满入瞳的全部光以内的区域每点均以充满入瞳的全部光束成像束成像A1A2区域内每一点已不区域内每一点已不能用充满入瞳的全部光束能用充满入瞳的全部光束成像，有一部分光线被入成像，有一部分光线被入窗阻挡。窗阻挡。A2A3区域内每点光线被区域内每点光线被入窗阻挡的更多。入窗阻挡的更多。A3点以外的区域每点光线点以外的区域每点光线不能进入入瞳，不能成像。不能进入入瞳，不能成像

25、。O3A2A1A渐晕现象渐晕现象入瞳入窗pq2a应用光学讲稿这种由轴外点发出充满入瞳的光束中部分光线被其他光这种由轴外点发出充满入瞳的光束中部分光线被其他光孔遮拦的现象称为轴外点光束的渐晕。孔遮拦的现象称为轴外点光束的渐晕。物点离光轴越远，渐晕越大物点离光轴越远，渐晕越大渐晕系数：轴外光束在渐晕系数：轴外光束在入瞳面上的截面积与入入瞳面上的截面积与入瞳面积之比。瞳面积之比。由由A1到到A2，渐晕系数，渐晕系数由由1到到0.5由由A2到到A3，渐晕系数，渐晕系数由由0.5到到0因此整个视场由亮逐渐变暗，没有清晰的界限。因此整个视场由亮逐渐变暗，没有清晰的界限。O3A2A1A入瞳入窗应用光学讲稿

26、入射光瞳具有一定大小入射光瞳具有一定大小时，没有渐晕的情况也时，没有渐晕的情况也是存在的。是存在的。 即即 入射窗和物平面相重合。入射窗和物平面相重合。 或者或者把视场光阑设置在把视场光阑设置在像平面上。像平面上。 视场具有清晰的界限。视场具有清晰的界限。 物平面物平面入窗入窗入瞳入瞳出瞳出瞳像平面像平面视场光阑视场光阑出窗出窗0paq2AA31 应用光学讲稿光学系统的视场大小用两种方法表示光学系统的视场大小用两种方法表示 线视场：线视场：对近距离成像的光组，常用能看到的物平对近距离成像的光组，常用能看到的物平面直径来表示面直径来表示视场角：视场角：对远距离或无限远物体成像的光组，常用角对远距

27、离或无限远物体成像的光组，常用角度来表示其视场的大小度来表示其视场的大小用于近距离成像系统，如显微系统。用于近距离成像系统，如显微系统。用于远距离成像系统，如望远镜，照相物镜。用于远距离成像系统，如望远镜，照相物镜。应用光学讲稿光学系统中还有一种光阑并不限制通过光学系统参与光学系统中还有一种光阑并不限制通过光学系统参与成像的光束，只对非成像物体射进系统的杂光起限制成像的光束，只对非成像物体射进系统的杂光起限制作用，称为作用，称为。为了改善轴外点的成像，常有意识地缩小某一、二个为了改善轴外点的成像，常有意识地缩小某一、二个透镜直径，挡去一部分成像光线，这种被缩小直径的透镜直径，挡去一部分成像光线

28、，这种被缩小直径的透镜或光孔称为透镜或光孔称为。应用光学讲稿三、两种光阑作用的比较三、两种光阑作用的比较 对孔径光阑与视场光阑对孔径光阑与视场光阑 孔径光阑限制成像光束的孔径，即决定像的照度、孔径光阑限制成像光束的孔径，即决定像的照度、分辨率。分辨率。 视场光阑决定视场，即物体成像的范围。视场光阑决定视场，即物体成像的范围。 孔径光阑缩小时，每一物点成像光束孔径角变小，孔径光阑缩小时，每一物点成像光束孔径角变小，像面照度减小，但成像范围不变像面照度减小，但成像范围不变 视场光阑缩小时，成像范围变小，但能成像物点视场光阑缩小时，成像范围变小，但能成像物点的孔径角不变，即像的照度不变。的孔径角不变

29、，即像的照度不变。应用光学讲稿例题：一个望远系统由两个正薄透镜组成，已知物镜的焦距例题：一个望远系统由两个正薄透镜组成，已知物镜的焦距 ，通光口径，通光口径 ，物镜与目镜相隔，物镜与目镜相隔 ，目镜的通光口径目镜的通光口径 ，物镜与目镜的光学间隔，物镜与目镜的光学间隔 。今在今在 处设置一直径为处设置一直径为 的圆孔，求次系统的瞳、窗的圆孔，求次系统的瞳、窗及物方视场角。及物方视场角。 mmf10001mmD501mm1200mmD2020)(21FFmmD163应用光学讲稿 将一个直径将一个直径D1=30mm、焦距为、焦距为f =40mm的薄透镜做成一放的薄透镜做成一放大镜，眼瞳大镜，眼瞳2

30、放在透镜像方焦点放在透镜像方焦点F1 上，眼瞳直径上，眼瞳直径D2=4mm，物面放在透镜物方焦点物面放在透镜物方焦点F1上，试分析系统中的孔径光阑、上，试分析系统中的孔径光阑、视场光阑、入瞳、入窗、物方孔径角、物方视场角和线视视场光阑、入瞳、入窗、物方孔径角、物方视场角和线视场，视场内有无渐晕？场，视场内有无渐晕？应用光学讲稿5-3 显微镜中的光束限制、远心光路显微镜中的光束限制、远心光路一、一般显微镜中光束限制的情况：一、一般显微镜中光束限制的情况：显微镜原理图：应用光学讲稿1、成像范围：用成像物体的最大尺寸表示，即线视场。、成像范围：用成像物体的最大尺寸表示，即线视场。 线视场的大小由像面

31、上放置的框大小决定。它限线视场的大小由像面上放置的框大小决定。它限制了观察范围，因此它是视场光阑。制了观察范围，因此它是视场光阑。考虑到显微镜互换性，通常视场光阑为考虑到显微镜互换性，通常视场光阑为2y =20mm,由由 y = y / ,若若=40 , ymax =20/40=0.5mm应用光学讲稿2、成像光束的大小、成像光束的大小:用轴上点发出的光束与光轴的夹角来表示用轴上点发出的光束与光轴的夹角来表示U : 物方孔径角物方孔径角U : 像方孔径角像方孔径角由光轴转向光线由光轴转向光线 若已知若已知D 和视放大率，如何求入射光束口径？和视放大率，如何求入射光束口径？应用光学讲稿由于由于显微

32、镜物方孔径角显微镜物方孔径角u u和物方折射率和物方折射率n n的乘积的乘积nunu叫做数值孔径，叫做数值孔径，NANA2目fDutguunnuunnuyy对于显微物镜对于显微物镜n =150050015002502DDfDfDunu目目目500DnuNA应用光学讲稿为保证出射光束有一定大小，为保证出射光束有一定大小，D 1mm则则 NA/500增大增大NA的方法：的方法：NA=nu 1、提高、提高u; 2、提高、提高n; 使用油浸物镜。使用油浸物镜。NA的选择：越大越好。的选择：越大越好。 1、NA= D /500, D 一定，要求一定，要求大，大，需需增大增大NA; 一定，要求一定，要求D

33、 大，大，亮，也需亮，也需增大增大NA.2、NA与显微镜的分辨率有关，与显微镜的分辨率有关，NA越大，分辨率越高。越大，分辨率越高。应用光学讲稿例：选用一个例：选用一个15X目镜，目镜，3X物镜，构成一个显微镜，物镜，构成一个显微镜，物镜的物镜的NA应该为多大？应该为多大？一般一般3X显微镜物镜的显微镜物镜的NA=0.1。显微镜目镜有。显微镜目镜有5X，6X，10X，15X，都可以与，都可以与3X物镜配合。物镜配合。45315目09. 050045500NA应用光学讲稿有效放大道威判断 NA5 . 00725. 000029. 02501000555. 0代入NA264NANA1000500应

34、用光学讲稿二、测量显微镜中的光束限制情况二、测量显微镜中的光束限制情况1、测量物体大小的显微镜、测量物体大小的显微镜：2y2y 物镜的标尺离透镜的距离固定不变，垂轴放大率物镜的标尺离透镜的距离固定不变，垂轴放大率是一个是一个常数，测出像高常数，测出像高y ，即可算出物高，即可算出物高 y=y / 误差：物平面位置须准确，像平面才能与标尺重合误差：物平面位置须准确，像平面才能与标尺重合应用光学讲稿A1B1ABB A B1 A1 y1 y当物平面位置不准确时：当物平面位置不准确时：误差的原因：误差的原因：像平面上测量的是弥散圆的中心，即主光线与像平面的交点像平面上测量的是弥散圆的中心，即主光线与像

35、平面的交点。由于孔径光阑位在物镜处，主光线随着物平面的移动而改。由于孔径光阑位在物镜处，主光线随着物平面的移动而改变，其与像平面的交点也随之改变。变，其与像平面的交点也随之改变。解决的办法：使主光线不变解决的办法：使主光线不变应用光学讲稿远心光路：将孔径光阑放置在像方焦平面处远心光路：将孔径光阑放置在像方焦平面处孔径光阑 y1=y入射主光线与光轴平行，出射主光线永远不变，与像平面的交入射主光线与光轴平行，出射主光线永远不变，与像平面的交点位置也不变点位置也不变物方远心光路：将孔径光阑放置在像方焦平面处，入瞳在无限远物方远心光路：将孔径光阑放置在像方焦平面处，入瞳在无限远应用光学讲稿2、用于大地

36、测量的显微镜：、用于大地测量的显微镜：F物yy-f物-l需要测量距离，物镜焦距已知，物体高度（标杆）已知，需要测量距离，物镜焦距已知，物体高度（标杆）已知，测出像高测出像高y，即可求出物距，即可求出物距yyfl若孔径光阑位在物镜处，如果调焦不准，就会带来误差若孔径光阑位在物镜处，如果调焦不准，就会带来误差应用光学讲稿ABA B y y1 当像平面与标尺分划刻线不重合时：当像平面与标尺分划刻线不重合时： 应用光学讲稿出射主光线与光轴平行，出射主光线永远不变，与像平面的交出射主光线与光轴平行，出射主光线永远不变，与像平面的交点位置也不变点位置也不变像方远心光路：将孔径光阑放置在物方焦平面处，出瞳在无限远像方远心光路：将孔径光阑放置在物方焦平面处，出瞳在无限远应用光学讲稿5-4 场镜的特性及其应用场镜的特性及其应用一、场镜的作用一、场镜的作用物镜目镜F目应用光学讲稿F 物物物镜物镜场镜场镜目镜目镜场镜的作用：在不改变光学系统成像特性的前场镜的作用：在不改变光学系统成像特性的前提下，改变成像光束的位置。提下，改变成像光束的位置。应用光学讲稿二、应用举例：二、应用举例：O1O2物镜物镜场镜场镜目镜目镜-LL 应用光学讲稿三、场镜焦距的计算三、场镜焦距的计算O1O2物镜物镜场镜场镜目镜目镜-ll 111fllmmllmmll10015021mmf60如图，假定前组透镜到它的像平面距离为如图