典型光学系统设计.ppt

1、显微系统的物镜,（一）显微物镜的特点,在选用或设计显微物镜时所考虑的光学性能主要有：,数值孔径,放大率,NA的大小直接影响分辨本领和成像亮度，它是物镜的 主要性能指标。,对于不同倍率的物镜，像方视场2y为一定值，所以高倍物镜视场小。,线视场,精密测量用的显微物镜就有以下特点：,1、在满足一定瞄准和读数精度的条件下，物镜放大率一般不高，约在1x10 x之间；,2、物镜的放大率要求严格准确，允差0.050.1%；,6、为了减小物镜有视差引起的放大率误差，孔径光阑设置在物镜的像方焦平面上，构成物方远心光路。,3、工作距离和线视场都较大，以满足观测一定大小零 件的要求；,4、在校正轴上像差时，也要校正

2、轴外像差，像质要求 较高；,5、物镜的数值孔径较小（最常用NA=0.1)；为了保证像的照度，照明系统的光源常用低电压、小功率、高亮度的,（二）显微物镜,显微物镜根据用途不同分为：,消色差显微物镜,复消色差物镜,平场消色差物镜,40X0.95复消色显微物镜,普通显微物镜大多数属于消色差型，只需校正球差、正弦差、轴向色差即可，但边缘像质较差。,平场复消色差物镜,40X0.85平场复消色显微物镜,折反射显微物镜,按数值孔径NA的大小由四种型式,1、双胶型 =15x NA=0.10.15,2、李斯特型 =820 x NA=0.250.30,3、阿米西型 =2540 x NA=0.400.65,4、阿贝

3、油浸型 =90100 x NA=1.251.40,精密测量中的显微镜，使用高倍物镜的不多。一般均采用低倍和中倍物镜；但要求平像场；,所以与同倍其它物镜相比，其结构形式比较复杂。,下图是工具显微镜1X物镜的两种结构。视场20mm，工作距离80mm，数值孔径0.03。,孔径光阑,孔径光阑,下图是工具显微镜3X物镜的结构。视场分别为6.7mm，工作距离80mm，数值孔径0.09。,下图是工具显微镜10X物镜的结构。视场2mm，工作距离20mm，数值孔径0.16。,下图是工具显微镜40X物镜的结构。视场0.5mm， 工作距离10.5mm，数值孔径0.35。,孔径光阑,孔径光阑,三、望远镜的物镜,望远物

4、镜的光学特性都用相对孔径D/f 、焦距f 和视场角2表示。,物镜的这些性能参数决定了它的分辨能力、像的亮度和结构的尺寸。,望远物镜可分为三种结构型式：即折射式、反射式和折反射式望远物镜。,（一）折射式望远物镜,(1)双胶合物镜：结构简单，制造方便，光能损失少。可以同时校正球差、正弦差和色差。,因为胶合面上产生比较大的正高级球差，相对孔径要受到限制。,这种物镜不能校正轴外像差，所以视场角2不得超过810。,（2）双分离物镜,与双胶合物镜相比，其可以在更大的范围内选择玻璃对，使球差、色差和正弦差同时得到校正，只是装配校正比较困难。,（3）三分离物镜,将双分离物镜中的正透镜一分为二。,透镜的弯曲比较

5、自由，可以使之成为校正色球差的有力形状。,用光学零件位置的变化，实现调焦作用的光学系统称为调焦系统。,（4）内调焦望远物镜,调焦系统分为外调焦和内调焦。,若以目镜相对于物镜的位置变化实现调焦称外调焦系统。,外调焦系统的结构比较简单，像质也比较好。但外形尺寸较大，密封性能很差。,当物体在有限远时，移动物镜中的一块负透镜，使物镜所成的像仍然在固定的分划板处。这种系统就称为内调焦系统。该系统尺寸小，携带方便，密封性能好，在大堤测量仪器中多采用此光路,物镜,分划板,目镜,（二）反射式望远物镜,天文望远镜常用反射式物镜。,目前，多采用双反射系统来做为天文望远镜的物镜。,比较著名的双反射系统由两种：卡塞格

6、林系统和格列果里系统。,卡塞格林系统是由两个反射镜组成，主镜是抛物面，副镜是双曲面，所成的是倒像，这种结构的筒长比较短。,主镜,副镜,F,格列果里系统也是有两个反射面组成，主镜仍为抛物面，副镜改为椭球面，所成的像正像,这种结构的筒长比较长。,（三）折反射系统,F,主镜,副镜,反射系统对轴外像差的校正是很困难的。,理想的折反射系统中反射镜应该是非球面型的，但加工比较困难。,折反射型望远物镜比较典型的有施密特物镜和马克苏托夫物镜,施密特物镜由球面主镜和施密特校正板组成。,非球面的面型能够使中央的光束略有会聚，而使边缘的光束略有发散，这样球差得到很好校正。,校正板是个透射元件，其中一个面是平面，另一

7、个面是非球面。,F,施密特校正板,马克苏托夫物镜由球面主镜和副弯月型厚透镜组成。,弯月形厚透镜的结构若满足下面条件就可以不产生色差，所以可用它来补偿主镜产生的球差,d,r2,r1,F,第五节 目镜,目镜是望远镜和显微镜的重要组成部分。,目镜的光学特性由它的视场角2、焦距 f、相对镜目距p/fe 、工作距离lF.,镜目距是出瞳到目镜后表面的距离,相对镜目距是其与目镜焦距之比.,目镜是一种小孔径、大视场、短焦距、光阑在外面的光学系统。,目镜作用类似于放大镜,把物镜所成的像放大在人眼的远点或明视距离供人眼观察.,目前，常用的望远镜和显微镜的目镜有惠更斯目镜、冉斯登（Ramsden)目镜、凯涅尔(Ke

8、llner)目镜、对称目镜、无畸变目镜、广角目镜等等。,为了适应近视远视的需要,视度是可以调节的.所以工作距离要大于视度调节的深度,一般在正负5D(即5个屈光度),目镜相对于视场光阑(即分划板)的移动量x等于,目镜的这些光学特性决定了目镜的像差特性：它的轴上点像差不大。,目视光学仪器视度调节,人眼的视觉缺陷可以在眼前加以透镜可以矫正 目视光学仪器要适应不同视力的人使用 为此，目镜可以改变其前后的位置，使仪器所成的像不再位于无限远，而位于目镜的前方或后方一定的位置 这就是目视光学仪器的视度调节,物镜,目镜,正常眼,近视眼,远视眼,F眼,F眼,F眼,1、惠更斯目镜和冉斯登目镜,惠更斯目镜由两块平凸

9、透镜组成，其间隔为d。,场镜所产生的轴外差很大，很难予以补偿。所以该目镜结构不宜在视场光阑平面上设置分划板，因此惠更斯目镜不宜用在测量仪器中。,场镜,接目镜,物镜像面,视场光阑,接目镜物方焦面,出射光瞳（眼瞳）,d,冉斯登目镜由两块凸面相对的平凸透镜组成，其间隔d小于惠更斯目镜两透镜的间距。,在成像质量上，由于冉斯登目镜的间隔小，所以冉斯登目镜的场曲小于惠斯登目镜的场曲。,场镜,接目镜,视场光阑 （物镜像平面 目镜前焦面）,出瞳（眼瞳）,d,2、凯涅尔目镜,凯涅尔目镜可认为是冉斯登的接目镜改成双胶合镜组而得到的。,改成双胶合透镜就能在校正彗差和像散的同时，校正 好倍率色差。,3、对称式目镜,对称式目镜是应用非常广泛的中等视场目镜。,它由两个双胶合镜组构成。,4、无畸变目镜,无畸变目镜是由一个平凸的接目镜和一组三胶合的透镜组构成的。,出瞳,这种目镜的镜目距很大，所以在有相同的镜目距时，无畸变目镜的设计焦距可以选得小一些，使结构更加紧凑一些。,这种特点非常适用于大地测量仪器和军用