眼睛与显微系统.ppt

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1、第九章,典型光学系统,本章学习目的：通过解剖典型光学系统，初步具备设计光学系统的能力,很久以前，人们就利用透镜、反射镜和棱镜等制成各种仪器来达到一定的成像要求。,（1）帮助人眼观察近处微小的物体显微镜,（2）帮助人眼观察远处的物体望远镜,（3）为了在屏上得到一个放大或缩小的像投影仪和照相机。,（4）有些物体本身不发光，为了能清晰地观察，必须研究照明系统。,现代光学仪器种类繁多，主要实现的无非是这些功能或者是这几种功能的组合,这类光学系统是直接扩大人眼的视觉能力，称为目视光学系统，它们补充和扩大了人眼的功能。,然而最精巧、功能最强的光学系统是人眼，同时人眼是目视光学仪器的接收器。,了解人眼的结构

2、及光学性能有利于正确设计和使用仪器，对设计光学仪器有所启发。,人获取的外界信息80%90%来自眼睛！,俗话说：眼见为实！,9-1 人眼的光学特性 (3-1、3- 4),交叉点有黑点?,这些都是平行线?,中间是一个圆?,中间的圆是一样大的?,图案是否在旋转？,一、眼睛的结构,人眼的构造剖视图,人眼本身相当于摄影光学系统，直径约25mm，重量：约7克,人眼的构造剖视图,巩膜,*巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬；,角膜,*角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；,厚度：0.55mm, 折射率：1.3771,人眼的构造剖视图,巩膜,角膜,前室：角膜后的空间，充满了折射率为1.336的透明水状液

3、,脉络膜,前室,人眼的构造剖视图,巩膜,角膜,脉络膜,虹膜,*虹膜是脉络膜的最前端部分，含有色素细胞，决定眼的颜色；,*瞳孔是虹膜中间的小孔，随着外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直径在28mm范围内变化；它是人眼的孔径光阑。,巩膜,角膜,脉络膜,虹膜,瞳孔,巩膜,角膜,脉络膜,虹膜,瞳孔,网膜,网膜是眼球的第三层膜，上面布满着微血管和感光元素，即锥状细胞和杆状细胞，锥状细胞直径约5微米，长约35微米；杆状细胞直径约2微米，长约60微米。,光敏细胞,在黄斑处是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞，由中心向外，锥状细胞逐渐减少杆状细胞逐渐增多。,巩膜,角膜,光,脉络膜,虹膜,瞳孔,网膜,黄斑中心凹

4、是人眼视觉最灵敏的地方。,视神经细胞,黄斑中心凹,神经纤维,盲斑,大脑,盲斑,晶状体,巩膜,角膜,脉络膜,眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴,在观察物体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。,虹膜,瞳孔,网膜,黄斑中心凹,盲斑,晶状体,前室,后室,光轴,视轴,眼睛的视场很大，可达150，但只有黄斑附近才能清晰识别，其他部分比较模糊， 所以能看清物体的角度范围为6 8。,水晶体,视网膜,瞳孔,镜头,底片,光圈,可以自动对目标调焦。,根据景物的亮暗自动调节进入眼睛的光能量。,在视网膜上成倒像,人眼特点：,二、眼睛的调节,实现：通过肌肉的放松与收缩改变晶状体 前后面曲率实现。,定义：眼睛本能地改变

5、晶状体的表面曲率使 远近不同的物体成像于网膜上的能力。,1视度调节,眼睛有两类调节功能：视度调节 和瞳孔调节。,视度调节的过程即是眼睛自动改变焦距的过程,明视距离：眼睛观察近物时最适宜的距离是物体位于眼前250mm处，称此距离为明视距离（M）。,当肌肉完全放松时（通过调节），眼睛所能看清的最远的点称为远点，其相应的距离称为远点距，以 r 表示（米）,当肌肉在最紧张时（通过调节），眼睛所能看清的最近的点称为近点，其相应的距离称为近点距，以 p 表示（米）,正常眼睛的远点距为负的无限远，非正常眼睛（远视或近视）的远点距为一正/负的有限值。,人眼的调节能力是用远点距 r 的倒数和近点距p的倒数之差来

6、描述，用A 来表示，即,远点视度：远点距的倒数 R=1/r；,近点视度：近点距的倒数 P=1/p；,A称为眼睛的调节范围或调节能力。,调节用视度表示，单位：m-1，称为屈光度（D）。,与光焦度,一致,正常眼如观察无限远的物体，对应的视度为,屈光度,如观察眼前10米的物体，此时对应的视度为,屈光度,在医院和眼镜店通常把1屈光度称为100度。,人眼的调节能力随年龄的增加而变化。,随着年龄的增大，近点位置往远移，远点位置往近移，因而调节范围减少。,2瞳孔调节（适应特性）,人眼还能在不同亮暗程度的条件下工作。,这就是人眼的另一个特性，具有根据周围空间光亮情况自动调节的过程 称为适应（即为瞳孔的调节）。

7、,适应是一种当周围照明条件发生变化是眼睛所产生的变态过程，可分为对暗适应和对光适应两种，前者发生在光亮处到黑暗处的时候，后者发生在自黑暗处到光亮处的时候。,眼睛的虹膜可以自动改变瞳孔的大小，以控制眼睛的进光亮（2mm8mm)。在设计目视光学仪器时要充分考虑与眼瞳的配合。,三、眼睛的缺陷和矫正,正常眼在肌肉完全放松的自然状态下，能够看清楚无限远处的物体，即远点应在无限远（R = 0），像方焦点正好和视网膜重合。,F,若不符合这一条件就是非正常眼，或称视力不正常,最常见的有近视眼和远视眼,所谓近视眼就是其远点在眼睛前方有限距离处（r 0）,由于眼球偏长，像方焦点位于视网膜的前面。只有眼前有限距离处

8、的物体才能成像在视网膜上。,近视眼为负视度,矫正方法：配戴适当的负光焦度眼镜。,使无限远物体成像于眼睛的远点上（虚像），然后再经眼睛成像于网膜上,所谓远视眼就是其远点在眼睛之后（r 0），,由于眼球偏短，像方焦点位于视网膜的之后所致。,只有汇聚光束才能在视网膜上成像，远点成为虚物点。,远视眼为正视度,矫正方法：需以正光焦度透镜来使其远点恢复到无限远，使像方焦点落在视网膜上。,近视眼或远视眼的远点视度可通过仪器来测得，知道此值后即可求得所需眼镜的焦距。,例如：有一近视眼，通过验光得知其远点视度为-2个屈光度（2D），眼镜行业称近视200度。,则其远点距,需配焦距为- 0.5m的近视眼镜。,矫正时

9、需将无限远物点移到其远点距上，即将无限远轴上点成像于r处,眼睛远点视度为多少屈光度就要配相应屈光度的眼镜。,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,四、眼睛的分辨率（分辨本领）,1. 分辨本领,定义：人眼的分辨本领是指眼睛区分接近的两相邻点的能力；,视角：眼睛看空间两点时，该两点对眼睛物方节点的张角；,人眼观察物体的张角由物体的大小和距离的远近决定。,极限分

10、辨角：人眼能分辨的最小视角；在良好的照明条件下一般取 1。, 极限分辨角 视神经细胞直径，=5m f 眼睛的像方焦距 ，f =17.05mm,如果空间两点的像分别落在被分隔开的两个视网膜细胞上，即得到两个点的视觉,由此可见，眼睛的分辨率与视网膜上两像点距离及视觉细胞的直径大小有关。,当两像点的间距大于（或等于）视觉细胞的直径时，就认为眼睛可以分辨。,在设计光学系统时就必须考虑眼睛的分辨率。,2.瞄准,定义：眼睛判断一点与另一点是否重合的能力；,人眼的瞄准精度一般用角度值来表示，即两线的几何中心线对人眼的张角小于某一角度值时，虽然还存在着不重合，但眼睛已经认为是完全重合的，这时的角度值即为人眼瞄

11、准精度。,瞄准精度和分辨率是两个概念，但二者又有一定的联系，经验证明，人眼的最高瞄准精度约为分辨率的6倍至10倍。,人眼对于线条的变形或两条线错开造成的外形变化或比较两条线宽的变化具有很高的灵敏度。,在精密仪器的设计中，尽量形成对眼睛瞄准有利的条件。,1、两实线瞄准 60“,2、两实线端部瞄准1020 “,3、双线平分或对称瞄准510“,4、虚线压测件轮廓边缘2030“,眼睛在观察物体时，除了一般的物体特征外，还能够产生远近的感觉，被称为“空间深度感觉”,9-2 空间深度感觉和双眼立体视觉 (3-5),单眼或双眼都能产生这种感觉,1）物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近 2）物体之间的

12、遮蔽关系和阳光的阴影来判断它们相对位置 3）对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深度感觉 4）眼睛的调节程度来判断物体的远近。,单眼深度感觉来源：,双眼观察的深度感觉除上述因素外：,5）物体的距离越近，视轴之间的夹角越大，这种感觉使眼球发生转动的肌肉紧张程度就不同，据此就能判断物体的远近；,6）双眼立体视觉（简称体视） 称为“视差角”,设人眼左右两瞳孔距离为b，物体距离为l，由于通常很小,则视差角为,则感觉 A ，B 距眼睛距离相等,当A、B两点距离不等时， 或 产生了远近的感觉 , 被称为双眼立体视觉,当物点对应的视角差等于 时，人眼刚能分辨出两个物点之间的远近差别,即反映了人眼可能分

13、辨出物点远近的最大距离,Lmax称为立体视觉半径,其极限值称为“体视锐度”,约为10”，有可能达到5”或3”,通过光学仪器观察物体时，放大率为物体像的视角正切值与人眼直接观察该物体时的视角正切之比。,这种放大率称为视角放大率。 用字母表示,与眼睛一起使用的目视光学仪器，其放大作用不能由横向放大率来表征。,9-3 双眼观察仪器 (3-6),由于双目观察有立体感，因此许多目视仪器采用双目结构。,双眼仪器不但可以保持人眼的体视能力，还可以提高人眼的体视能力,双眼仪器的体视放大率,双眼望远镜，双眼显微镜,人眼直接观察时的视差角眼为,B,A,B眼,A眼,眼 A眼-B眼,人眼能否分辨两个物点A 与B 的远

14、近，取决于A眼 B眼,b,lA,lB,假设双眼观察仪器的二个入射光轴之间为距离B,称为该仪器的基线长，则同一物体对仪器的二入射瞳孔所构成的视差角为,若系统的视（角）放大率为，则物方视差角和像方视差角 存在以下关系：,又因为：,由体视放大率定义：,有：,取人眼两瞳孔距离为b=62mm，则：,体视测距仪：利用人眼的立体视觉来测量目标距离,为了提高测量精度，必须增大,（1）增大,（2）增大B,一、放大镜,物体对眼睛的视角，不仅取决于物体的大小，还取决于该物体到眼睛的距离，距离越近视角越大,若在近处观察细小物体其视角小于人眼极限分辨角,就需要借助放大镜或显微镜将其放大，使像的视角大于人眼的极限分辨角,

15、9-4 放大镜和显微镜的工作原理 (3-2),放大镜的放大率,眼睛通过放大镜或显微镜等目视光学仪器来观察物体时，所看到的是在物体通过光学仪器成的像的大小。,放大镜的放大率为：,通过放大镜观察物体时，其放大率为视角放大率。,y,y,A,B,A,B,F,F,P,-f,f ,-x,a,虚像AB 对眼睛所张的视角的正切为（主光线）,眼睛直接去观察物体时，是将其放在明视距离250mm处。此时物体对人眼张角的正切为,放大镜的放大率可由下式求得,将横向放大率 代入上式得,由此可见，放大镜的视角放大率并非常数，与物与放大镜的距离、眼睛离开放大镜的距离有关。,在实际使用过程中，眼瞳大致位于放大镜的像方焦点的附近

16、,上式分母中的a相对于x而言，是一个很小的值，可以略去。,放大镜的放大率仅由放大镜的焦距 f 所决定，焦距越大则放大率越小。,放大镜放大率的公式，通常采用以下形式,放大镜与眼睛联用，镜框为视场光阑，眼瞳为孔径光阑。视场内有渐晕。,二、显微镜的工作原理,显微系统,工具显微镜,金相显微镜,生物显微镜,主要应用于精密机构制造工业等方面进行精密测量,主要应用于生物学、医学、农学等方面,主要应用于冶金和机械制造工业，观察研究金相组织结构,世界上第一台显微镜是荷兰眼镜商詹森（Hans Janssen）（左图）在1604年发明的。（右图）,1665年，英国的物理学家罗伯特胡克（Robert Hooke, 1

17、6351703）（左图）用自己设计并制造的显微镜（右图）第一次发现细胞。,1674年，荷兰布商列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek,16321723) 为了检查布的质量，亲自磨制透镜，装配了高倍显微镜（300倍左右），并观察到了血细胞、池塘水滴中的原生动物、人类和哺乳类动物的细胞，这是人类第一次观察到完整的活细胞。,显微镜是人眼的辅助工具，显微镜的光学系统由物镜和目镜两个部分组成。,夜光虫,太阳虫,显微镜下美丽的冰晶,1.显微镜系统成像原理,此像在经目镜放大为虚像A”B” 后供眼睛观察。目镜和放大镜起着同样的作用,物镜,目镜,F1,F1,F2,B,A,A,B,A”,B”,A

18、B 位于目镜的物方焦点 F2 上或在很靠近 F2 的位置上,物镜,目镜,F1,F1,F2,B,A,A,B,A”,B”,目镜的物方焦点与物镜像方焦点的距离为（物镜和目镜的光学间隔），在显微镜系统中称为光学筒长,设物镜的焦距为f1,则物镜的放大率为,物镜的像被目镜放大，其放大率为,物体经过物镜和目镜的两次放大，所以显微镜系统总的放大率应该是物镜横向放大率和目镜视角放大率e的乘积。,可见显微镜系统的放大率与光学筒长成正比，和物镜及目镜的焦距成反比。,式中： f2 为目镜的焦距。,根据组合光组的焦距公式可知，整个显微镜的总焦距 f 和物镜及目镜焦距之间符合以下关系：,将其代入上式中，则有,显微镜系统实

19、质上不就是个放大镜么！,在显微镜系统中存在着中间像，故可以在物镜的实像平面上放置分划板，对被观察物体进行测量，并且在该处还可以设置视场光阑以消除渐晕现象。,精密测量用的显微系统与一般观察显微镜对物镜横向放大率的要求不同。,对生物显微镜物镜的放大倍数较高(10100)，但其值的精度要求不高，相对误差一般为5%，,对工具显微镜物镜放大倍数较低(15)，但其值的精度要求较高，相对误差一般为0.1%，物镜的成像面上装有分划板。,19JA型万能工具显微镜的光学系统图。,可变光阑位于聚光镜的物方焦平面上,孔径光阑位于物镜的像方焦平面上（形成了什么光路？）,物镜有四种放大倍率：1x、1.5 x、3 x和5

20、x；目镜的放大率为10 x,在显微镜中，取下显微物镜和目镜后，所剩下的镜筒长度即物镜支撑面到目镜支撑面之间的距离称为机械筒长，用tm表示。,对于一台显微镜来说，机械筒长是固定的，机械筒长各国标准是不同的，有160mm，170mm和190mm 等。 我国规定机械筒长为160mm。,三、显微镜的景深,当显微镜调焦至某一物平面（称为对准平面）时，如果位于其前后的物平面仍能被观察者看清楚，则该两平面之间的距离称为显微镜的景深。,AB是对准平面，A1B1是位于对准平面之前的物平面， A2B2是位于对准平面之后的物平面。,A1点的成像光束在景象平面上截出直径为z的弥散斑，从图中可得,因为x dx，有,AB

21、是对准平面的像（称之为景象平面），A1B1是位于对准平面之前的物平面的像。,若要Z看起来是一个点，它对出瞳中心的张角必须不大于眼睛的极限分辨角。,2dx可认为是在像方能同时看清楚的景像平面前后两个平面之间的深度，由于tg，有,将2dx换算到物空间去，即可得到显微镜景深的表达式。这只要将2dx除以轴向放大率即可。,根据有关公式有,由此可得,由上式可见，显微镜的放大率越高、数值孔径越大，景深越小。,也可表示为,-u,四、显微镜的分辨率和有效放大率,无穷远自身发光的物点，在透镜焦平面上所成的像不是几何点，而是一个由一系列光环组成的衍射图样。,1：显微镜的分辨率,其图样的光环能量分布曲线见图所示。,中

22、央亮斑称为艾里斑其半径为,其上集中了总能量的83%左右,接着是第一级暗环然后是第一级亮环，其能量是总能量的7%左右；,：光波波长，用白光照明时，一般取=0.5m,一般光学仪器成像，可以看成圆孔衍射。由于衍射现象，会使图像边缘变得模糊不清，使图像分辨率下降。,（1） 两个点光源相距较远，能分辨。,（2）两艾里斑中心距离为艾里斑的半径时，恰能分辨。,0称为最小分辨角,（3）当0时，不能分辨。,我们将两艾里斑中心距离为艾里斑的半径或=0时，恰能分辨像点的情况称为瑞利判据。,D为入瞳直径，这里为透镜直径,又定义：,为仪器分辨率,光学镜头入瞳直径越大，分辨率越高。入射光波长越短，分辨率越高。,根据瑞利判

23、据的另外一种表述，显微镜分辨率以能分辨的物方两点间最短距离表示：,光学镜头的数值孔径越大，分辨率越高。入射光波长越短，分辨率越高。,可见，显微镜作为光学系统，其分辨本领取决于所用照明光的波长和物镜的数值孔径。,注意：显微镜的分辨率只与物镜的数值孔径有关，与目镜无关，即使目镜的放大率很高，由于它只是放大物镜所成的像，因此它不能分辨物镜所不能分辨的细节。,提高显微镜分辨本领的途径：,使用波长短的光照明；,加大物镜的数值孔径。,在镜头口径不能太大的情况下，可以提高物方折射率。,电子显微镜放大率6080万倍，有效分辨率可达0.2nm,光学显微镜系统，最大放大倍数在10001500倍，超不过2000倍。

24、目前光学显微镜系统的最高分辨本领可达0.2m。,2：总放大率的确定,总放大率的确定原则：显微系统能分辨的细节也应能被接收器所分辨(对显微系统而言，其接收器是人眼) 。,接是接收器的分辨本领， 是显微系统分辨本领。,便于眼睛分辨的角度为2 4，则在明视距离250mm处能分辨开两点之间的距离为 ：,换算到显微镜的物方,设所使用照明光的波长为550nm,称为有效放大率,当,时，物镜分辨能力没有被充分利用,时，为无效放大,五、显微系统的线视场,其视场的大小用能看到的物方直径表示，称为物方线视场（简称为线视场）。,线视场的大小与显微系统放大率、数值孔径NA以及结构尺寸有关。,线视场是显微系统光学性能之一

25、。,物方线视场实际上就是系统的入窗。,显微系统是用来观察、分辨物体的细节（生物显微镜）或瞄准（工具显微镜）的。,要求视场内的照度适宜、均匀、成像清晰、没有渐晕，杂散光的干扰小,视场光阑应安放在物镜像平面处。,不同的显微系统其孔径光阑的位置也不同,生物显微镜的孔径光阑就是物镜框（轴上点成像）,工具显微镜孔径光阑放在物镜像方焦平面上构成物方远心光路,使用显微系统过程中，要求能方便更换物镜和目镜,同时，也要求一次调焦清晰后，在更换不同倍率的物镜或目镜时，不需要二次调焦。,即视场中心物象位置关系不发生变动,更换物镜并能基本保持成像清晰是采用不同倍率物镜的物像共轭加上主面之间的距离相等的方法来实现的，被

26、称为齐焦 。,更换物镜的倍率（1X、1.5X、3X、5X），物方线视场的大小也随之改变（21mm、14mm、7mm、4.2mm）,六、物镜和目镜,1：物镜概述,物镜的工作距离：物镜第一面顶点到物体之间的距离。,一般情况下，物镜倍率越高，工作距离越小。,物镜参数有以下关系式：,放大率,共轭距,结构长度,如果物镜为薄透镜，可以不考虑HH,焦距,数值孔径,线视场,显微物镜的特点：大数值孔径，小视场，短焦距。,显微物镜的主要用来观察或测量，将近处微小物体放大到足够大并且分辨清楚细节，就是显微镜的主要用途。,问题：存在像差和色差，简单结构物镜无法克服。,那咋整？,显微物镜根据用途不同分为：,(1). 消

27、色差显微物镜,2：物镜分类,为了提高分辨率，物镜的数值孔径比较大。其结构随着数值孔径的增大而趋向复杂。,只需校正轴上点球差和色差即可，边缘像质较差。但由于其视场很小，故能满足一般的使用要求。,普通显微物镜大多数属于消色差型,按数值孔径NA的大小有四种型式,a、双胶合型 =15x NA=0.10.15,b、李斯特型 （Leister） =1025x NA=0.220.40,3、阿米西型（Amici） =40x NA=0.400.65,4、阿贝油浸型 =90100x NA=1.251.40,目的：提高数值孔径。,(2).复消色差物镜,严格校正轴上点像差和色差，同时还要校正二级光谱色差。主要用于研究

28、用显微镜和显微照相中。,萤石,(3).平场消色差物镜,b、中倍 =10x NA=0.22,c、高倍 =40x NA=0. 0.65,d、高倍 =63x NA=0.85,a、低倍 =4x NA=0.1,严格地校正像面弯曲，主要用于显微照相和显微投影。,40X平场复消色差显微物镜,(4).平场复消色差物镜,在校正像面弯曲的同时，要校正二级光谱。,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,工具显微镜要求有较大的视场和工

29、作距，以容纳有一定高度的工件,孔径光阑,下图是工具显微镜3X物镜的结构。视场为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,3：目镜概述,目镜的作用：对物镜成的像再次放大。,显微镜的出瞳在目镜之后的一定位置上，观察时，眼睛放在出瞳处。,在选用或设计显微目镜时所考虑的主要光学性能：,(1)视场角(像方视场角)2：,总的来说视场大的一般在4050 左右，小的到30 ，广角目镜可达120 ,(2)焦距,

30、一般2030mm，小的可到4mm，大的可到50mm 。焦距过短：出瞳距小，人眼不易与出瞳重合。 焦距过长：为保证一定的视场角，要加大目镜口径。,f目,(3)出瞳距P：,一般在8mm左右，不得小于6mm，最长可达100mm,f目,(4)相对孔径,(5)放大率,目镜前片顶点到目镜物方焦点的距离。要保证目镜在调焦中不能碰到分划板。,摄影目镜,观察目镜,约1/31/15,(6)工作距离,由于观察者视力差异，目镜应能进行视度调节。,总之，目镜是一个出瞳在外的短焦距小孔径大视场系统，同时对工作距均有一定的要求。主要考虑的像差是轴外像差(像散、场曲、倍率色差、畸变等),设观察者视力调节为N视度，则目镜轴向移

31、动距离为：,视场角与视场光阑的关系可以表示为：,在设计目镜时要求 lF x,N5m-1,目镜的视场光阑在物方焦平面，即分划板上。通常为1825mm。,4：目镜的分类,根据显微镜用途不同，目镜分为：,普通目镜,平场补偿目镜,摄像目镜,惠更斯目镜由两块平凸透镜组成，其间隔为d。,场镜所产生的轴外像差很大，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,接目镜物方焦平面,出射光瞳（眼瞳）,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，冉斯登目镜的间隔小，冉斯登目镜的场曲小

32、于惠更斯目镜的场曲。,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。,广角目镜,广角目镜是为适应大视场系统而设计的。,由于视场角增大，场曲也随之增大。,为了保证像差的要求，目镜的结构必然复杂化，通常增加正透镜组的数目，使光焦度分散。,下图是两种视场在60以上的广角目镜，接目镜用两块透镜代替。,I 型,出瞳,II 型,出瞳,显微镜的照明系统,显微镜的照明方法按其照明光束的形成，可分为“透射式照明”和“落射式照明”两大类。,前者适用于透明或半透明的被检物体，绝大数生物显微镜属于此类照明法；,后者则适用于非透明的被检物体，光源来自上方，又称“反射式或落射式照明。主要应

33、用与金相显微镜或荧光镜检法。,(一)照明系统的设计原则,照明系统要满足以下要求：,1）保证有足够的光能；,2）有足够的照明范围和均匀的亮度；,3）照明光束应充满物镜的入瞳；,5）满足仪器尺寸布局要求；,4）尽可能减少杂光进入物镜，以免降低像面的对比度；,根据上述要求，照明系统在设计上应满足以下两个原则：,1、光孔转接原则,设照明系统的入瞳位置为光源的位置，则照明系统的出瞳应与物镜的入瞳重合；否则照明光束不能充分利用（见图）。,2、照明系统的拉赫不变量应大于或等于物镜的拉赫不变量，即,（二）透射式照明,1、直接照明,即利用自然光或灯泡直接照明。,在显微镜下部安放平面或者凹面反射镜，反射镜框起孔径

34、光阑作用。,保持一定的数值孔径,缩小光源面积,减小电消耗,利用凹面反射镜与用平面反射镜相比，优点为：,2：临界照明,定义：光源发光面通过聚光镜成像在物面上或其附近的照明方式。,特点：,照明系统的视场光阑在光源的位置。,照明系统的孔径光阑在聚光镜或附近。,物面视场范围内有最大亮度，没有杂光。,缺点：,光源亮度不均匀性直接反映在物面上。,不满足光孔转接原则。,即：聚光镜出瞳与物镜的入瞳位置不重合。,应用：电影放映机大多采用这种照明方式，读数显微镜中刻线尺或度盘的照明也常采用。,3：柯勒照明,目的：克服临界照明不均匀的特点.,结构特点：,发光面(光源)经集光镜成实像。,缺点：系统结构复杂，光能损失大

35、。,（2）集光镜框或其后面附近可安放可变的视场光阑，控制照明视场的大小，避免杂光射入物镜。,柯勒照明可分为非远心照明和远心照明。,远心柯勒照明特点：,孔径光阑位于聚光镜的物方焦面上，组成像方远心光路；视场光阑的位置根据需要选定,集光镜,视场光阑,孔径光阑,聚光镜,物面,观察时，可改变聚光镜孔径光阑的大小，使光源充满不同物镜的入射光瞳，而使聚光镜的数值孔径与物镜的数值孔径匹配。同时改变视场光阑的大小可控制照明范围。此外，这种照明的热源远离被检物体的平面，即使长时间的照明，也不致损伤被检物体。,应用：要求像面照度均匀的光学系统，如：显微照相，投影仪，缩微照相，工具显微镜，电影印片机等。,集光镜,视场光阑,孔径光阑,聚光镜,物面,聚光镜物方焦平面,（三）落射式照明（反向照明）,这种照明的光束来自物体的上方通过物镜后射到被检物体上，这样物镜又起着聚光镜的作用。这种照明法是适用于非透明物体，如金属，矿物等。,