第10章-光学仪器的基本原理ppt课件

第 10 章光学仪器的基本原理1 1第10章光学仪器的基本原理10.1光辐射基本概念和规律光辐射基本概念和规律10.2眼睛眼睛10.3放大镜放大镜10.4显微镜显微镜10.5望远镜望远镜10.6 物镜和目镜物镜和目镜例题例题第10章光学仪器的基本原理10.1光辐射基本概念和规律第 10 章光学仪器的基本原理2 210.1光辐射基本概念和规律光辐射基本概念和规律10.1.1光辐射基本物理量光辐射基本物理量1.辐射通量辐射通量辐射源或被辐射源照明能够反射或折射能量的物体统称辐射体。辐射体向四周空间作辐射时，不断发出辐射能。显然，同一辐射体辐射的时间越长，发出的辐射能量越多。为了描述各种辐射体辐射能量的性能，引进辐射通量的概念。将单位时间内该辐射体所辐射的总能量称为“辐射通量”，用符号e表示，并采用一般的功率单位瓦特作为辐射通量的计量单位。实际上，辐射通量就是辐射体的辐射功率。10.1光辐射基本概念和规律第 10 章光学仪器的基本原理3 3辐射体辐射的电磁波，都有一定的波长范围，通常采用辐射通量的光谱密度表示辐射体的辐射通量按波长分布的特性。如果在波长为+d的范围内辐射通量为de，则辐射通量的谱密度定义为(10.1-2)辐射体的辐射通量可以由辐射通量谱密度表示为(10.1-1)辐射体辐射的电磁波，都有一定的波长范围，通常采用辐射通量第 10 章光学仪器的基本原理4 42.视见函数视见函数辐射体发出的辐射通量，最终由接收器接收。但是，不同波长的相同辐射通量引起接收器的响应量是不一样的，这样一种对不同波长辐射的反应程度称为接收器的光谱灵敏度。人眼的光谱灵敏度定义为视见函数，以V表示。2.视见函数第 10 章光学仪器的基本原理5 5在整个电磁波谱中，人眼只能对波长在400760 nm范围内的电磁波辐射产生视觉，在此波长范围内的电磁辐射称为可见光，对可见光以外的红外线和紫外线几乎全无视觉反应。在可见光范围内，人眼对黄绿光555 nm最敏感，如果取该光的视见函数值V5551，则别的颜色光的视见函数值V1，其中在红外和紫区基本上为零。不同人在不同观察条件下，视见函数略有差别。为统一起见，1971年国际光照委员会(CIE)在大量测定基础上，规定了视见函数的国际标准。表10-1就是明视觉视见函数的国际标准。图10-1为相应的视见函数曲线。在整个电磁波谱中，人眼只能对波长在400760 nm范第 10 章光学仪器的基本原理6 6第10章-光学仪器的基本原理ppt课件第 10 章光学仪器的基本原理7 7图10-1视见函数曲线图10-1视见函数曲线第 10 章光学仪器的基本原理8 8有了视见函数就能比较两个不同波长的辐射体对人眼产生视觉的强弱。例如人眼同时观察距离相同的两个辐射体，假定在观察方向，两者的辐射特性相同，即达到眼睛的辐射通量相同，它们的辐射波长分别为600 nm和500 nm。由表10-1可得V6000.631，V5000.323，因此，辐射波长为600 nm的辐射体对人眼产生的视觉强度是辐射波长为500 nm的辐射体对人眼产生的视觉强度的0.631/0.323倍，即近似等于两倍。有了视见函数就能比较两个不同波长的辐射体对人眼产生视觉的第 10 章光学仪器的基本原理9 93.光通量光通量辐射体的辐射通量中，只有波长处于可见光范围内的辐射通量才能引起人眼的光刺激，并且光刺激的强弱不仅取决于可见光范围内的辐射通量，还取决于人眼的视见函数。我们把辐射通量中经过视见函数V折算到能引起人眼光刺激的等效能量称为光通量。在整个波段范围内光通量为(10.1-3)3.光通量(10.1-3)第 10 章光学仪器的基本原理1010光通量的单位是流明，以符号lm表示。流明和瓦之间存在一个换算系数C，经过理论计算和实验测定，国际照明委员会正式规定转换系数C683 lmW。其含义是，对于波长为555 nm的单色光辐射，1 W的辐射通量等于683 lm的光通量，或者说，1 lm的光通量等于1/683 W的辐射通量。光通量的单位是流明，以符号lm表示。流明和瓦之间存在一个第 10 章光学仪器的基本原理11114.发光效率发光效率辐射体的光通量与辐射通量之比称为光源的发光效率，以表示为(10.1-4)发光效率值代表了光源每瓦辐射通量所能产生的光通量流明数，因此它是表征光源质量的重要指标之一。实际计算辐射通量比较困难，所以对于由电能转换为光能的电光源，直接用光源的耗电功率代替辐射通量，于是光源的发光效率为 4.发光效率(10.1-4)发光效率值代表了第 10 章光学仪器的基本原理1212(10.1-5)表10-2所列是一些常用光源的发光效率。(10.1-5)表10-2所列是一些常用光源的发光效率。第 10 章光学仪器的基本原理13135.发光强度发光强度辐射体一般沿不同方向其辐射特性不同。为了表示这种差异，定义沿空间某个方向单位立体角的辐射的光通量称为辐射体沿该方向的发光强度，用符号I表示。设空间沿任一方向很小的立体角d内辐射的光通量为d，则发光强度定义为(10.1-6)发光强度的单位是坎德拉(cd)，它是国际单位制七个基本单位之一。别的光辐射物理量的单位都可以看作为它的导出单位。立体角的单位为球面度(sr)。发光强度的单位坎德拉与光通量的单位流明的关系是1 cd=1 lm/sr。5.发光强度(10.1-6)发光强度的单位是坎德第 10 章光学仪器的基本原理14146.光出射度光出射度为了描述辐射体表面各点的辐射光通量的强弱，定义辐射体表面单位面积辐射的光通量为光出射度，表示为M。设辐射体表面P点周围有一微小的元面积dS，元面积dS辐射的光通量为d，则P点的光出射度M定义为(10.1-7)光出射度的单位是勒克斯，以lx表示，1 lx=1 lm/m2。6.光出射度(10.1-7)光出射度的单位是勒克第 10 章光学仪器的基本原理15157.光亮度光亮度辐射体表面单位面积沿垂直方向单位立体角内辐射的光通量称为辐射体表面的光亮度。如图10-2所示，假如辐射体表面A点的面元为dS，在和dS法线方向夹角为的方向立体角为d的范围内的辐射的光通量为d，则辐射体在A点在该方向上的光亮度L定义为(10.1-8)光亮度的单位曾称尼特(nt)和熙提(sb)，1 nt1 cd/m2，1 sb1 cd/cm2，尼特和熙提现已被废除。7.光亮度(10.1-8)光亮度的单位曾称尼特(第 10 章光学仪器的基本原理1616图10-2光亮度和光强度图10-2光亮度和光强度第 10 章光学仪器的基本原理1717因为d/d代表A点面元dS沿和法线夹角为的方向上的发光强度，所以上式又可以表示为(10.1-9)上式表明，辐射面元dS在与其法线成角的方向的光亮度等于该方向上发光强度I与垂直该方向面积(cosdS)之比。大多数均匀发光的物体，在各个方向上的光亮度都近似一致。设辐射面元dS在其法线方向上的发光强度为I0，根据光亮度公式(10.1-9)有I()=I0cos(10.1-10)上式称为发光强度的余弦定律，又称朗伯定律。符合发光强度的余弦定律的辐射体称做余弦辐射体或朗伯辐射体。表10-3为常用发光表面的光亮度值。因为d/d代表A点面元dS沿和法线夹角为的方向上的第 10 章光学仪器的基本原理1818第10章-光学仪器的基本原理ppt课件第 10 章光学仪器的基本原理19198.光照度光照度辐射体辐射的能量以电磁波的形式向外传播，当它传播到另外的物体表面，物体将被照射。为了表示被照射物体表面各点被照射的强弱，定义被照射物体单位面积接收到的光通量称为光照度，用符号E表示。在物体表面任一点P周围取微小面元dS，假定它接收到的光通量为d，则光照度定义为(10.1-11)如果较大面积的表面被均匀照明，则投射到其上的总光通量除以总面积便是该表面的光照度。8.光照度(10.1-11)如果较大面积的表面被第 10 章光学仪器的基本原理2020光出射度和光照度是一对相同意义的物理量，只是光出射度指的是发出光通量，而光照度指的是接收的光通量数值，两者单位相同，都是勒克斯。在各种工作场合，需要适当的光照度值才利于工作的进行。各种情况下希望达到或所能达到的光照度值见表10-4。光出射度和光照度是一对相同意义的物理量，只是光出射度指的第 10 章光学仪器的基本原理2121第10章-光学仪器的基本原理ppt课件第 10 章光学仪器的基本原理2222在外光源的照明下，物体的表面获得一定的光照度，这时物体会反射或散射出照射在其上的光通量，这种发光表面称二次光源。二次光源的光出射度除与受照以后的光照度有关外，还与表面的性质有关，可表示为M=E(10.1-12)式中的称为表面的反射系数。几乎所有的物体的反射系数均小于1。在外光源的照明下，物体的表面获得一定的光照度，这时物体会第 10 章光学仪器的基本原理2323多数物体对光的反射具有选择性，即物体的反射系数通常和波有关，当白光照明物体时，不同物体表现为不同的颜色，就是因为它们对不同波长的反射系数不同。在可见光谱中，对于所有波长的反射系数相同且接近于1的物体称为白体，如氧化镁、硫酿钡或覆有这些物质的表面，其反射系数大于0.95；反之，对于所有的波长反射系数值均接近于零的物体称为黑体，例如炭黑和黑色的毛糙表面即是，其反射系数仅0.01。多数物体对光的反射具有选择性，即物体的反射系数通常和波有第 10 章光学仪器的基本原理242410.1.2光源直接照射表面时的光照度光源直接照射表面时的光照度(距离平方反比定律距离平方反比定律)首先考虑当光源可以看做点光源时，对于一个小面元的照度。如图10-3所示，发光强度为I的点光源O对于面元dS所张的空间立体角为d，面元中心和光源O点的距离为r，它们的连线与面元的法线方向的夹角为，根据光源的发光强度的定义，得到dS面元上的光通量为从而在面元上的照度为(10.1-13)10.1.2光源直接照射表面时的光照度(距离平方反比定律)第 10 章光学仪器的基本原理2525图10-3点源对小面元的照度图10-3点源对小面元的照度第 10 章光学仪器的基本原理2626即点光源照射一个小面元时，面元的光照度与点光源的发光强度成正比，与点光源到面元的距离平方成反比，并与面元法线与照射光束方向的夹角的余弦成正比。垂直照射时(0)，光照度最大，掠射时(90)，光照度为零。地球表面受到太阳的照射，可以将太阳看做一个点光源，在正午时是垂直照射，所以照度大，地面温度高；在早晨和傍晚照射的角度大，所以照度小，地面温度低。当光源为一个面光源时，显然光源面积越大，对于同样的物体的照度越大。这时将面光源可以看做许多小的面光源的组合，不考虑光的相干性，则像面上总的照度为各个面光源在像面上照度的代数和，所以我们主要考虑一个小的面光源对于一个小的物面的照度。即点光源照射一个小面元时，面元的光照度与点光源的发光强度成正第 10 章光学仪器的基本原理2727如图10-4所示，亮度为L的面光源dS1和物面dS2相距为r，它们中心的连线与dS1和dS2的法线的夹角依次为1和2，dS2对dS1中心张的立体角为d1，根据亮度的定义，由dS1发出到达dS2上的光通量为 从而在物面上的照度为(10.1-14)上式表明，小面光源直接照射一微面积时，微面积的光照度与面光源的光亮度和光源的大小成正比，与距离的平方成反比，并与两平面的法线和照射光束方向的夹角的余弦成正比。如图10-4所示，亮度为L的面光源dS1和物面dS2相距第 10 章光学仪器的基本原理2828图10-4小面元间的照度图10-4小面元间的照度第 10 章光学仪器的基本原理2929如果dS1对dS2中心张的立体角表示为d2，式(10.1-14)又可以表示为(10.1-15)下面考虑如图10-5所示的一个亮度为L的圆面光源对于在一个平行放置的物面中心的光照度。设光源边缘对物面中心的半张角为U，由于光源面较大，将光源分割为许多宽度很小的圆环，圆环边缘对物面中心的半张角为j，圆环的宽度引起j的变化量为dj，则圆环对物面中心所张的立体角为d=2 sinj dj如果dS1对dS2中心张的立体角表示为d2，式(10.第 10 章光学仪器的基本原理3030图10-5面光源对物面照度图10-5面光源对物面照度第 10 章光学仪器的基本原理3131根据(10.1-15)式，圆环对物面中心的照度贡献为dE=Lcosjd=2L sinj cosj dj整个光源面对物面照度为(10.1-16)根据(10.1-15)式，圆环对物面中心的照度贡献为(1第 10 章光学仪器的基本原理323210.1.3光亮度的传递规律光亮度的传递规律假设入射微光管以入射角I1投射到n1和n2两种介质界面P上，并以折射角I2折射后进入n2介质中，如图10-6所示，光管与界面相交形成的面元为S，以在界面上的投射点为球心，做一个半径为单位长度的球面，球面与入射和折射微光管相交处形成两个面元dS1和dS2，入射光管和折射光管在界面上投影的角度为dj1和dj2。面元dS2所对应的立体角为d2，由图中几何关系得到10.1.3光亮度的传递规律第 10 章光学仪器的基本原理3333图10-6折射界面光亮度传递关系图10-6折射界面光亮度传递关系第 10 章光学仪器的基本原理3434d2=sinI2dI2dj2 假定折射光束的光亮度为L2，根据光亮度公式(10.1-8)，则通过界面上面元S在n2介质中输出的光通量为d2=L2ScosI2d2=L2ScosI2sinI2dI2dj2 如果入射光束的光亮度为L1，同样根据光路可逆，通过界面上面元S在n1介质中输出的光通量为d1=L1ScosI1sinI1dI1dj1d2=sinI2dI2dj2 第 10 章光学仪器的基本原理3535由于不考虑界面上能量的损耗，无论把S看做位于n1介质中还是位于n2的介质中，它所输出的光通量应该相等，即d1=d2，所以L1cosI1sinI1dI1dj1=L2cosI2sinI2dI2dj2 根据折射定律，入射光线和折射光线共面，所以dj1=dj2，并且n1sinI1=n2sinI2上式对角度取微分有n1cosI1dI1=n2cosI2dI2将以上两式带入，可得(10.1-17)由于不考虑界面上能量的损耗，无论把S看做位于n1介质中还是第 10 章光学仪器的基本原理3636上式表明，折射前后微光管内的光亮度是有变化的，但是，光亮度和该介质的折射率平方的比值却是一个不变量，称为基本亮度。光在均匀介质中的传播可以看做折射定律在n1n2的特例在空间的积累，光在界面上的反射可以看做折射定律在n2n1的特例，这两种情况下，在光线行进方向上光亮度不变，它们同样都满足关系式(10.117)。上式表明，折射前后微光管内的光亮度是有变化的，但是，第 10 章光学仪器的基本原理373710.2眼睛眼睛10.2.1眼睛的结构眼睛的结构人眼本身就是一个光学系统，外表大体呈球形，直径约为25 mm，其内部结构如图10-7 所示。(1)巩膜和角膜眼的最外层是一层白色坚韧的巩膜，将眼球包围起来。而巩膜的正前方曲率较大的一部分是角膜，是由角质构成的透明球面，厚度约0.55 mm，折射率为1.3771，外界光线首先通过角膜而进入眼睛。(2)前室角膜后面的一部分空间称为前室。前室中充满了折射率为1.3374的透明水状液。10.2眼睛第 10 章光学仪器的基本原理3838图10-7眼睛的构造图10-7眼睛的构造第 10 章光学仪器的基本原理3939(3)虹膜和瞳孔前室之后是中心带有圆孔的虹膜，眼睛的彩色由虹膜显示出来。虹膜中心的圆孔称为瞳孔，它能限制进入眼睛的光束口径。瞳孔的直径可随物体的明暗而自动改变，以调节进入眼睛的光通量。(4)水晶体虹膜后面是由多层薄膜组成的呈双凸透镜形的水晶体，各层折射率不同，而且前表面曲率半径可以改变，以改变水晶体的焦距，使不同距离的物体都能成像在网膜上。(5)后室水晶体后面的空间称为后室，里面充满透明液体玻璃，折射率为1.336。(6)网膜后室的内壁与玻璃液紧贴的为网膜，它是眼睛的感光部分，其上布满了神经细胞和神经纤维。(3)虹膜和瞳孔前室之后是中心带有圆孔的虹膜，眼睛的第 10 章光学仪器的基本原理4040(7)黄斑和盲斑位于网膜中部的椭圆形区域称为黄斑，其凹部密集了大量的感光细胞，是网膜上视觉最灵敏的区域。而盲斑则是神经纤维的出口，没有感光细胞，不产生视觉。(8)脉络膜网膜的外面包围着一层黑色膜即是脉络网膜，它的作用是吸收透过网膜的光线，把后室变成一个暗室。黄斑的中心和眼睛光学系统像方节点的连线称为视轴。眼睛的视场虽然很大，可达到150，但只在视轴周围68范围内能清晰识别，其它部分就比较模糊。所以，观察景物时，眼球会自动在眼窝内转动，以便将物体调整在视轴上。(7)黄斑和盲斑位于网膜中部的椭圆形区域称为黄斑，其第 10 章光学仪器的基本原理414110.2.2眼睛的调节和适应眼睛的调节和适应正常的眼睛，既能看清远处的物体，也能看清很近的物体，其原因是随着物体距离的改变，水晶体的焦距会发生改变，使远近不同物体都能够在网膜上成像。眼睛的这种本能地改变光焦度(或焦距)以看清远近不同物体的过程，称为眼睛的调节。眼睛的调节是有一定范围的。当肌肉完全松弛时，眼睛能看清楚的最远的点称为远点；当肌肉在最紧张时，眼睛能看清楚的最近的点称为近点。以p表示近点到眼睛物方主点的距离，以r表示远点到眼睛物方主点的距离，如果p和r以m为单位，则其倒数，即 10.2.2眼睛的调节和适应第 10 章光学仪器的基本原理4242(10.2-1)分别是近点和远点的折光度数或视度。正常眼睛的远点位于无穷远处。在正常照明下最方便和最习惯的工作距离称为明视距离，常规定明视距离为25 cm。在明视距离之内人眼还能够调节，也就是说正常眼睛的近点位于明视距离内。从远点到近点之间的距离就是眼睛的最大调节范围，但通常不是用该距离表示眼睛的调节范围，而是用二者的折光度数之差表示。它们的差值以字母A表示，即A=RP(10.2-2)(10.2-1)分别是近点和远点的折光度数或视度。第 10 章光学仪器的基本原理4343对每个人来说，远点距离和近点距离随年龄而变化。随着年龄的增大，肌肉调节能力衰退，近点逐渐变远，而使调节范围变小。青少年时期，近点距眼睛很近，调节范围很大，可达十几个折光度;45岁以后，近点已在明视距离以外，调节能力仅几个折光度。人眼除了能随物体距离改变而调节水晶体的曲率以外，还能在不同明暗条件下工作。眼睛所能感受的光亮度的变化范围是非常大的，其比值可达10121。这是因为眼睛对不同的光亮度条件有适应的能力，这种能力称为眼睛的适应。对每个人来说，远点距离和近点距离随年龄而变化。随着年龄的第 10 章光学仪器的基本原理4444在黑暗处，眼睛适应于感受十分微弱的光能。此时，眼睛的灵敏度大为提高，瞳孔增大(约6 mm)，使进入眼睛的光能增加，看清周围的景物。能被眼睛感受的最低光照度值约为106 lx，相当于一支蜡烛在30 km远处所产生的光照度。同样，由暗处到光亮处也要产生眩目现象，表明对光适应也有一过程。此时，眼睛灵敏度大大降低，瞳孔也随之缩小(约2 mm)。在光照度105 lx下，并不影响眼睛的工作能力，这相当于太阳直照地面时的情况。在黑暗处，眼睛适应于感受十分微弱的光能。此时，眼睛的灵敏第 10 章光学仪器的基本原理454510.2.3眼睛的缺陷与校正眼睛的缺陷与校正正常眼在肌肉完全放松的自然状态下，能够看清无限远处的物体，即眼睛的远点位于无限远(R=0)，像方焦点正好和网膜重合，如图10-8(a)所示。若不符合这一条件就是非正常眼，或称视力不正常。所谓近视眼，就是其远点在眼睛前方有限距离处(R0)，无限远处物成像在视网膜之前所致。因此，眼前有限距离的物体才能成像在网膜上，见图10-8(b)。所谓远视眼，就是其近点变得很远，当眼睛放松时，无限远物成像在网膜之后，即使肌肉最紧张，250 mm以内的物点也成像于网膜之后。因此，射入眼睛的光束只有是会聚时，才能正好聚焦在网膜上，见图10-8(c)。10.2.3眼睛的缺陷与校正第 10 章光学仪器的基本原理4646图10-8正常眼和非正常眼图10-8正常眼和非正常眼第 10 章光学仪器的基本原理4747弥补眼睛缺陷常用的方法是戴眼镜。显然，近视眼应配上一块负透镜，远视眼应配上一块正透镜，如图10-9所示。对于近视眼，眼镜的作用就是将无限远的物成像在眼睛的远点处，相当于将眼睛的远点矫正到无限远。在眼镜的成像过程中，l=，l=r，根据薄透镜的成像公式可见近视眼佩戴的眼镜的光焦度为j=R。如远点为2 m的近视眼，所需佩戴的眼镜的光焦度为0.5D。弥补眼睛缺陷常用的方法是戴眼镜。显然，近视眼应配上一块负第 10 章光学仪器的基本原理4848对于远视眼，眼镜的作用就是明视距离的物成像在眼睛的近点处，相当于将眼睛的近点由明视距离外矫正到明视距离的位置。眼镜的成像过程中，l=25 cm，l=p，根据眼镜的成像关系和薄透镜的成像公式可见近视眼佩戴的眼镜的光焦度为j=4+P。如近点为125 cm的远视眼，所需眼镜的光焦度为3.2D。医院和商店通常把1折光度称为100度。所以，0.5D叫做近视50度，3.2D叫做远视320度。对于远视眼，眼镜的作用就是明视距离的物成像在眼睛的近点第 10 章光学仪器的基本原理4949图10-9近视眼和远视眼的校正图10-9近视眼和远视眼的校正第 10 章光学仪器的基本原理505010.2.4眼睛的分辨率眼睛的分辨率眼睛能分辨开两个很靠近的点的能力，称为眼睛的分辨率。刚刚能分辨开的两点对眼睛物方节点所张的角度，称为角分辨率。角分辨率值越小，眼睛的分辨本领越高。由于光的衍射，一个物点经过眼睛在网膜上形成的不是一个点，而是一个光斑，即爱里斑。只有在物空间两个物点距离足够远，其两个爱里斑分别落在两个不同的视神经细胞上，两个物点才能够分辨开。所以，眼睛的角分辨率的大小由两个主要因素决定，即网膜上爱里斑的大小和视神经细胞的大小。两者比较接近，下面基于光的衍射给出眼睛的分辨率。由物理光学可知，对于通光孔径为D的光学系统，极限角分辨率e为 10.2.4眼睛的分辨率第 10 章光学仪器的基本原理5151(10.2-3)对眼睛而言，上式中的D就是瞳孔直径。当D的单位为mm时，对于眼睛最为敏感的波长为555 nm的黄绿光而言，(10.2-4)在良好的照明条件下，e在50120之间，一般可认为e=60=1。(10.2-3)对眼睛而言，上式中的D就是瞳孔直径。当D的单第 10 章光学仪器的基本原理525210.3放大镜放大镜10.3.1视角放大率视角放大率通过对人眼光学特性的讨论，我们知道了人眼的视角分辨率为60。如果远距离两目标对人眼的张角小于60，它们的像不能落在网膜不相邻的细胞上，我们就分不清是一个点还是两个点。如果我们先用一个光学仪器对这两个目标成像，使它们的两个像点对人眼的张角大于60，当人眼观察这两个像点时，就可以看清这两个像点，因此也就是分得清两个目标了。也就是说，如果使用仪器扩大了视角，人们就可以看清肉眼直接观察时看不清的目标。下面，我们具体讨论这个问题。10.3放大镜第 10 章光学仪器的基本原理5353设同一目标用人眼直接观察时的视角为e，在网膜上对应的像高为ye；通过仪器观察的视角为s，在网膜上对应的被仪器放大了的像高为ys。设l为眼睛的像方节点到网膜的距离，如果忽略眼睛调节的影响，可以认为是一个常数，如图10-10所示，这时有ye=ltane，ys=ltans对于同一个目标，由于用人眼直接观察和通过仪器观察时在网膜上所成的像的大小不同，便产生了放大的感觉。通过仪器观察时，网膜上的像高与人眼直接观察时网膜上的像高之比，表示了该仪器的放大作用，一般用表示。由上面的关系得到 设同一目标用人眼直接观察时的视角为e，在网膜上对应的像第 10 章光学仪器的基本原理5454图10-10眼睛视角放大率图10-10眼睛视角放大率第 10 章光学仪器的基本原理5555(10.3-1)由上式可见，等于同一目标用仪器观察时的视角和人眼直接观察时的视角正切之比，所以称为仪器的视(角)放大率。例如，用一个视角放大率等于10倍的仪器进行观察时，它在网膜上所成的像高正好等于人眼直接观察时像高的10倍，仿佛人眼在直接观察一个放大了10倍的物体一样。显然，对目视光学仪器的一个首要的要求就是扩大视角。此外，人眼在完全放松的自然状态下，无限远目标成像在网膜上，为了在使用仪器观察时人眼不至于疲劳，目标通过仪器后应成像在无限远，或者说要出射平行光束，这是对目视光学仪器的一个要求。(10.3-1)由上式可见，等于同一目标用仪器观察时第 10 章光学仪器的基本原理565610.3.2放大镜的视角放大率放大镜的视角放大率放大镜是帮助眼睛观察细小物体或细节的光学仪器，它主要是扩大眼睛的视角。正的薄透镜是一个最简单的放大镜。图10-11是放大镜成像的光路图。为了得到放大的正立的像，体应置于放大镜物方焦点F附近并且靠近透镜的一侧。物AB高为y，它被放大成一高为y的虚像AB。这一放大的虚像对眼睛所张角度的正切为 当眼睛直接观察物体时，一般是将物置于明视距离，即相距人眼250 mm处。此时，物体对眼睛的张角正切为 10.3.2放大镜的视角放大率当眼睛直接观察物体时，第 10 章光学仪器的基本原理5757图10-11放大镜图10-11放大镜第 10 章光学仪器的基本原理5858根据(10.3-1)式，放大镜的视角放大率为将=y/y=x/f代入上式，得(10.3-2)根据(10.3-1)式，放大镜的视角放大率为将=y第 10 章光学仪器的基本原理5959由此可见，放大镜的放大率，除了和焦距有关外，还和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像方焦点F的附近，则上式中的xz相对于x而言，是一个很小的值，可以略去。所以，放大镜的放大率公式，通常采用以下形式:(10.3-3)式中，焦距f以mm为单位。例如，f=100 mm，则放大镜的放大率为2.5倍，写为2.5。由上式可见，放大镜的放大率仅由其焦距所决定，焦距越大，放大率越小。由于单透镜有像差存在，不能期望以减小透镜的焦距来获得大的放大率。简单放大镜放大率都在3以下。如能用组合透镜减小像差，则放大率可达20。由此可见，放大镜的放大率，除了和焦距有关外，还和眼睛离开放大第 10 章光学仪器的基本原理606010.3.3放大镜的光束限制放大镜的光束限制放大镜总是与眼睛一起使用，所以整个系统有两个光阑：放大镜镜框和眼睛的瞳孔，如图10-12所示。眼瞳是系统的出射光瞳，也是孔径光阑，而镜框为视场光阑，也是入射窗和出射窗。因此，物平面上能够被成像的范围，就被镜框直径2h、眼瞳直径D及它们之间的距离d所决定。10.3.3放大镜的光束限制第 10 章光学仪器的基本原理6161图10-12放大镜光束限制和视场图10-12放大镜光束限制和视场第 10 章光学仪器的基本原理6262定义线渐晕系数为0.5的物面为视场范围，线视场表示为2y，则物面边缘的光线经过薄透镜边缘正好经过瞳孔(孔径光阑)中心，假如物面非常靠近透镜的物方焦平面，则有 考虑到视角放大率的关系式(10.3-3)，有(10.3-4)可见，放大镜的放大率越大，视场越小。定义线渐晕系数为0.5的物面为视场范围，线视场表示为2y第 10 章光学仪器的基本原理636310.4显微镜显微镜10.4.1显微镜的结构及其成像显微镜的结构及其成像显微镜从成像的角度可以看做是一个两级放大系统，从结构上可以看做是两个光学系统的组合，其中，对观察物体直接进行尺寸放大的一组透镜称为显微物镜，靠近眼睛、扩大视角的放大镜是显微镜目镜。显微镜物镜和目镜一般结构比较复杂，都是由一组透镜构成，为了分析问题的方便，可以用单个的薄透镜表示显微物镜和目镜。图10-13给出了显微镜的原理图。10.4显微镜第 10 章光学仪器的基本原理6464图10-13显微镜原理图图10-13显微镜原理图第 10 章光学仪器的基本原理6565图中,L1和L2分别为显微物镜和目镜，人眼在目镜后面的一定位置上观察，物镜像方焦点到目镜物方焦点的距离，即物镜和目镜组合系统的光学间隔称为光学筒长。物体AB位于物镜前方、离开物镜的距离大于物镜的焦距但小于两倍物镜焦距处，它经物镜成像后，形成一个放大的倒立实像AB，使AB恰位于目镜的物方焦平面上，或者在靠近物方焦平面的位置上。AB再经过目镜放大为虚像AB后供眼睛观察。虚像AB的位置取决于目镜的物方交点F2和AB之间的距离，可以在无限远处，也可以在观察者的明视距离处。目镜的作用和放大镜一样，所不同的只是眼睛通过目镜看到的不是物体本身，而是被物镜放大了一次的像。图中,L1和L2分别为显微物镜和目镜，人眼在目镜后面第 10 章光学仪器的基本原理666610.4.2显微镜的分辨率显微镜的分辨率显微镜存在光阑，由于光的衍射效应，一个物点在像面上形成的应该是圆孔的衍射斑。根据瑞利判据，这时光学系统只能够分辨物面上一定大小的物体，即显微镜存在一定的分辨率。显微镜的分辨率以它所能分辨的物面上两点间最小距离0表示。由光的衍射理论已知，即式（3.2-34)，其分辨率表示式为(10.4-1)式中，为测量时所用光波的真空波长；n为显微镜物空间的折射率；U为显微镜的物方孔径角，NA称为物镜的数值孔径。0值越小，显微镜的分辨率越高，分辨本领越强。10.4.2显微镜的分辨率(10.4-1)式中，为测第 10 章光学仪器的基本原理6767对于不能自身发光的物点，根据照明情况不同，分辨率是不相同的。阿贝在这方面作了很多研究工作。当被观察物体不发光，而被其它光源垂直照明时，分辨率为(10.4-2)(10.4-3)在斜照明时，分辨率为对于不能自身发光的物点，根据照明情况不同，分辨率是不相同第 10 章光学仪器的基本原理6868从以上公式可见，显微镜对于一定波长光线的分辨率，在像差校正良好时，完全由物镜的数值孔径所决定，数值孔径越大，分辨率越高。这就是在实际应用中，总希望显微镜要有尽可能大的数值孔径的原因。当显微镜的物方介质为空气时，物镜可能具有的最大数值孔径为1，一般只能达到0.9左右。而当在物体与物镜第一片之间浸以液体，例如浸以n=1.51.6 甚至1.7的油或其它高折射率的液体时，数值孔径可达1.51.6。通常在显微镜的物镜上刻有表示数值孔径的数字。例如物镜上刻有N.A.0.65字样，即表示该物镜的数值孔径为0.65。从以上公式可见，显微镜对于一定波长光线的分辨率，在像差校第 10 章光学仪器的基本原理696910.4.3视角放大率视角放大率假设显微镜所观察的物体高度为y1，经过物镜和目镜成像后眼睛直接观察像时，像对人眼睛的张角为。如果把物体放在眼睛明视距离处，其对眼睛的张角为，则显微镜的视角放大率定义为(10.4-4)在显微镜中目镜的作用和放大镜一样，只不过它观察的是显微物镜对物体所成的像，而不是物体本身。所以可同样定义显微目镜的视角放大率。如物体的高度为y1，经过物镜所成的像高为y1，当将y1放在眼睛明视距离处时，其对眼睛的张角为1，根据(10.3-3)式，目镜的视角放大率为 10.4.3视角放大率(10.4-4)在显微镜中目镜的第 10 章光学仪器的基本原理7070(10.4-5)由于 同时考虑到物镜的垂轴放大率为因此显微镜的视角放大率为=0e (10.4-6)即显微镜的视角放大率为显微物镜的垂轴放大率和目镜的视角放大率的乘积。(10.4-5)由于 同时考虑到物镜的垂轴放大率为因此第 10 章光学仪器的基本原理7171为了得到比较大的显微物镜的垂轴放大率，物体一般都放置在物镜物方焦平面前非常靠近物方焦平面的位置；为了得到比较大的目镜视角放大率，要求物镜所成的像位于目镜一倍焦距内非常靠近目镜物方焦平面的位置，这时，物镜所成像的焦像距近似等于显微镜的光学筒长，即=x1。如果将显微镜看做物镜和目镜的组合系统，则系统的焦距可以表示为 根据物镜垂轴放大率公式0=x1/f0，这时显微镜的视角放大率表示为(10.4-7)为了得到比较大的显微物镜的垂轴放大率，物体一般都放置在物第 10 章光学仪器的基本原理7272它与放大镜的放大率公式具有完全相同的形式。可见，显微镜实质上就是一个比放大镜具有更高视角放大率的复杂化了的放大镜。当物镜和目镜都是组合系统时，就可以得到很高的视角放大率。由于在显微镜中系统焦距总是小于零，因而与放大镜成像不同的是它成一个倒立的像。为了充分利用物镜的分辨率，使已被显微镜物镜分辨出来的细节能同时被眼睛看清，显微镜必须有高的视角放大率，以便把它放大到足以被人眼所分辨的程度。但是并不是显微镜的视角放大率越高越好，如果显微镜视角放大率非常高，将间距小于分辨率值的两点放大到眼睛可以分辨的视角，就会形成赝像。所以显微镜存在一个有效的视角放大率。如果将大小等于显微镜分辨率的物体，经过显微镜放大后对眼睛的视角位于24范围，一般眼睛可以分辨，这时要求显微镜视角放大率满足 它与放大镜的放大率公式具有完全相同的形式。可见，显微镜实质上第 10 章光学仪器的基本原理7373取波的波长为555 nm的黄绿光，这时上式可以近似表示为500 NA1000 NA(10.4-8)满足上式的视角放大率称为显微镜的有效视角放大率。一般浸液物镜最大数值孔径为1.5，所以光学显微镜能够达到的有效放大率不超过1500。由以上关系式可见，显微镜的放大率取决于物镜的分辨率或数值孔径。当使用比有效放大率下限更小的放大率时，不能看清物镜已经分辨出的某些细节。如果盲目取用高倍目镜得到比有效放大率上限更大的放大率，是无效的。取波的波长为555 nm的黄绿光，这时上式可以近似表示为第 10 章光学仪器的基本原理747410.4.4显微镜的聚光本领显微镜的聚光本领设显微镜中物面、入瞳和出瞳面上的亮度分别为L0、LD和LD，物空间和像空间的折射率为n和n，由(10.1-17)式有(10.4-9)其中，L0为系统基本亮度。像面上的照度，可以由出瞳面上的亮度LD和像方孔径角U表示，根据(10.1-16)式，像面的照度为Ei=LDsin2U(10.4-10)根据光学系统的正弦条件ny sinU=nysinU10.4.4显微镜的聚光本领(10.4-9)其中，L0第 10 章光学仪器的基本原理7575同时，假设显微镜像方折射率为1，即介质为空气，则(10.4-10)式可以用基本亮度表示为(10.4-11)其中，U为物方孔径角;为物像间的垂轴放大率。由此可见，在显微镜中，NA是一个重要的参数，它与显微镜的分辨本领、放大本领和聚光本领都有关。显微镜的种类很多，应用十分广泛。大量使用的有生物显微镜，金相显微镜和工具显微镜等。随着科学技术的进步，许多单纯的光学显微镜正在向光、机、电、计算机综合应用的方向过渡。同时，假设显微镜像方折射率为1，即介质为空气，则(10.4-第 10 章光学仪器的基本原理767610.4.5显微镜的光束限制显微镜的光束限制显微镜中，孔径光阑的设置随物镜而异。对于单组低倍物镜，其镜框即为孔径光阑；对于多组透镜构成的复杂物镜，或者以最后一组透镜框作为孔径光阑，或者在物镜的像方焦平面上或附近设置专门的孔径光阑，譬如9.2.3节介绍的测量显微镜。对于观察显微镜，眼睛都紧贴目镜镜筒，为了方便观察，一般显微镜的出瞳设计在目镜表面，大小和眼睛的瞳孔相近，观察时瞳孔和显微镜的出瞳重合。10.4.5显微镜的光束限制第 10 章光学仪器的基本原理7777从前面的成像关系可以看出，在显微镜内存在物体经过物镜成像的实像面，所以可以在该实像面上设置视场光阑，这时入窗和入瞳重合，可以保证消除渐晕。同时也可以在物镜的实像面上放置分划板，对被观察物体进行测量，它限制了系统的成像范围，显微系统的视场用成像物面上的最大尺寸表示(即线视场)，这时视场光阑的大小等于物面的线视场与物镜的垂轴放大率的乘积。一般显微镜视场光阑的直径约为20 mm，所以成像的线视场为(10.4-12)即物镜垂轴放大率越大，线视场越小。从前面的成像关系可以看出，在显微镜内存在物体经过物镜成像第 10 章光学仪器的基本原理787810.5望远镜望远镜10.5.1望远镜的结构望远镜的结构望远镜是用来观察无限远物体的仪器。因此望远镜可以包含两个部分，即物镜和目镜。从双光组组合的角度来看，物镜和目镜构成一个无焦系统，其目镜的物方焦点应与物镜的像方焦点重合。当用于观测有限距离的物体时，两系统的光学间隔是一个不为零的小数量。作为一般的研究，可以认为望远镜是由光学间隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。在分析中，可以将物镜和目镜用单个薄透镜表示，这时满足无焦条件物镜和目镜有两种结构，即伽利略(Galileo)望远镜和开普勒(Kepler)望远镜。10.5望远镜第 10 章光学仪器的基本原理79791.伽利略望远镜伽利略望远镜伽利略望远镜的物镜由正透镜构成，目镜由负透镜构成，如图10-14所示。该系统最早是在1608年由荷兰人发明的，伽利略首先将它用于天文观察，并发现了木星的卫星，故称为伽利略望远镜。伽利略望远镜结构紧凑，筒长短，系统成正像。但是该系统的目镜是负透镜，当物镜为孔径光阑时，出瞳位于目镜前，很难和眼睛重合。因此，该系统作为助视光学仪器时，眼睛常为孔径光阑，物镜为视场光阑，导致该系统存在渐晕现象。同时，因为它不存在中间的实像，不可以设置分划板进行物体线度的测量等原因，逐渐被开普勒望远镜所代替。1.伽利略望远镜第 10 章光学仪器的基本原理8080图10-14伽利略望远镜结构图10-14伽利略望远镜结构第 10 章光学仪器的基本原理81812.开普勒望远镜开普勒望远镜开普勒望远镜于1611年在Kepler所著的光学中论述，并于1615年首次制造出来。它的物镜和目镜均由正透镜构成，如图10-15所示。在开普勒望远镜中，因镜筒内存在实像，可以在物镜的实像面上设置视场光阑和分划板，进行消渐晕和物体大小的测量。应当指出，开普勒望远镜成的是倒像，这在天文观察和远距离目标的观测中无关紧要，但在一般观察用望远镜中，总是希望出现正立的像，为此，应该在系统中加入倒像系统。2.开普勒望远镜第 10 章光学仪器的基本原理8282图10-15开普勒望远镜结构图10-15开普勒望远镜结构第 10 章光学仪器的基本原理838310.5.2望远镜的分辨率望远镜的分辨率望远镜的物平面和像平面都比较远，很难从物面和像面上定义望远镜的分辨极限，一般都是在物镜的像面(像方焦平面)上定义分辨率。望远镜中刚好能够分辨开的物镜像方焦平面上两点的最小距离称为望远镜的分辨率。通常，望远镜物镜的边框为系统的孔径光阑，其孔径为D，则物镜的光束限制相当于一个通光孔径D的衍射孔，其后有一个焦距为物镜像方焦距的正透镜。因此，如图10-16所示，在物镜的像方焦平面上的光场分布和圆孔远场区的Frauhoff衍射类似，在物镜的像方焦平面上刚好能够分辨开两点的最小距离对透镜光心(入瞳的中心)的张角，即为望远镜的角分辨极限 10.5.2望远镜的分辨率第 10 章光学仪器的基本原理8484图10-16望远镜的角分辨率图10-16望远镜的角分辨率第 10 章光学仪器的基本原理8585(10.5-2)(10.5-1)从而在物镜的像面上刚好能够分辨的两点的最小距离，即望远镜的分辨力为称D/f0为相对孔径，f0/D为F数，即照相机中的光圈数。(10.5-2)(10.5-1)从而在物镜的像面上刚好能第 10 章光学仪器的基本原理868610.5.3放大本领放大本领望远镜的视角放大率和显微镜有很大的区别：对于显微镜观察的近处的微小物体可以直接放置在眼睛明视距离观察，而望远镜通常观察的是远处的比较大的物体，不可能放置在眼睛的明视距离直接观察。远处物体之所以要用望远镜观察，是因为直接观察时它对眼睛的张角远小于1，而使用望远镜观察远处的物体时，眼睛观察望远镜所成的像，像对眼睛的张角应大于1。因此，望远镜的视角放大率定义为(10.5-3)其中，e和t分别为直接观察和通过望远镜观察物体时，物和望远镜像对眼睛的张角。10.5.3放大本领(10.5-3)其中，e和t分第 10 章光学仪器的基本原理8787望远镜中，物体和像距离望远镜都比较远，同一目标对人眼的张角和对仪器的张角(即物体的物方视场角)完全可以认为是相等的，即e，开普勒望远镜的光路分析如图10-15所示。物体通过整个系统成像后，对人眼的张角就等于仪器的像方视场角，即t。这时，视角放大率可表示为(10.5-4)由图可以看到，是入射光束和光轴的夹角，是出射光束和光轴的夹角，二者正切之比是角放大率。显然，望远系统的视角放大率与角放大率相等。根据无焦系统角放大率公式，可得望远镜的视角放大率为 望远镜中，物体和像距离望远镜都比较远，同一目标对人眼的张第 10 章光学仪器的基本原理8888(10.5-5)又由于 所以(10.5-6)上式没有考虑入瞳面和出瞳面间垂轴放大率为负值时的负号。(10.5-5)又由于 所以(10.5-6)上式没有考第 10 章光学仪器的基本原理8989由望远镜视角放大率公式可见，视角放大率仅仅取决于望远系统的结构参数，其值等于物镜和目镜的焦距之比。当物镜和目镜都为正焦距(f10，f20)的光学系统时，如开普勒望远镜，其视角放大率为负值，系统成倒立的像；当物镜的焦距为正(f10)，目镜焦距为负(f20)时，如伽俐略望远镜，其放大率为正值，系统成正立的像。类似于显微镜定义有效视角放大率一样，为了充分利用物镜的分辨率，同时又不形成赝像，望远镜中也要求望远镜将等于望远镜分辨率的物体经过视角放大后，对眼睛的视角正好等于眼睛的角分辨率1，即0=1由望远镜视角放大率公式可见，视角放大率仅仅取决于望远系统第 10 章光学仪器的基本原理9090(10.5-7)由上式求出的视角放大率称为正常视角放大率，按其设计的望远镜进行观测时，易于疲劳。通常设计望远镜时，宜采用大于正常放大率的数值，即工作放大率通常为正常放大率的1.52倍。将(10.5-1)式带入上式，同时取光的波长为555 nm，可得(10.5-7)由上式求出的视角放大率称为正常视角放大第 10 章光学仪器的基本原理9191望远镜的设计受到各种因素的制约，一般应根据实际的应用需求，折衷选择不同的设计参数。例如，由望远镜的视角放大率与视场角的关系式(10.5-4)可见，当目镜的类型确定时，它所对应的像方视场角就一定，这时增大视角放大率必然引起物方视场角的减小。因此，视角放大率总是应和望远镜的物方视场角一起考虑。如军用望远镜的设计，为易于找到目标，希望有尽可能大的视场角，但望远镜倍率不宜过大。望远镜系统的视角放大率和仪器结构尺寸的关系由(10.5-5)式给出，当目镜的焦距确定时，物镜的焦距随视角放大率增大而加大。若望远镜镜筒长度以L=f1+f2表示，则随f1的增大镜筒变长。当目镜所要求的出瞳直径确定时，物镜的直径随视角放大率增大而加大。这种关系在某些应用中，是增大视角放大率的障碍。望远镜的设计受到各种因素的制约，一般应根据实际的应用需求第 10 章光学仪器的基本原理929210.5.4聚光本领聚光本领在望远镜中，由于目镜的像面较远，对于给定的目镜，显然物镜上像面的照度越大，像面的照度也越大，所以仅仅考虑物镜的成像，分析物镜像面上的照度。在望远镜系统中，因一般物体处在有限距离上，所以物体经过物镜成像的像面距物镜的像方焦平面有一定的距离，如图10-17所示，其中孔径光阑经过物镜的像(物镜系统的出瞳)和物体经过物镜的像相对于物镜像方焦点的线度为xp和x0。如果在物镜的像方空间的折射率为n，物镜系统出瞳的直径为Do，它上面的亮度为L，基本亮度为L0L/n2，它对像面中心的半张角为U，根据(10.1-16)式，像面上的光照度为Ei=L0n2sin2U其中 10.5.4聚光本领第 10 章光学仪器的基本原理9393图10-17望远镜像面的照度图10-17望远镜像面的照度第 10 章光学仪器的基本原理9494假设物镜系统的出瞳面和像面上的垂轴放大率表示为从而取n1.0，则物镜的像面的光照度为假设物镜系统的出瞳面和像面上的垂轴放大率表示为从而取n第 10 章光学仪器的基本原理9595(10.5-8)当物体位于无穷远时，00，这时(10.5-9)所以在望远镜系统中像面的光照度与物镜的相对孔径的平方成正比。即(10.5-10)(10.5-8)当物体位于无穷远时，00，这时(1第 10 章光学仪器的基本原理969610.6物物 镜镜 和和 目目 镜镜10.6.1显微镜的物镜显微镜的物镜从前面的讨论看到，物镜的垂轴放大率和数值孔径是物镜的两个重要参数，一般物镜上都标明这两个参数，如图10-18所示。显微镜物镜倍数越高，其数值孔径也越大，这就要求物镜的焦距短和孔径大。显微物镜的视场一般比较小，当物镜的孔径大时，像差将比较严重，主要包括球差、彗差及色差等。因此，显微物镜的结构随数值孔径的增大而趋向复杂。显微物镜根据它们校正像差的情况不同，通常分为消色差物镜、复消色差物镜和平视场物镜三大类。10.6物 镜 和 目 镜第 10 章光学仪器的基本原理9797图10-18显微物镜图10-18显微物镜第 10 章光学仪器的基本原理98981.消色差物镜消色差物镜消色差物镜是应用最广泛的一类显微物镜。为了提高分辨率，它的数值孔径比较大。因此，它至少应校正轴上点的色差和球差。由于它的视场很小，因而即使对轴外像差不作重点考虑，也能满足一般的使用要求。这种显微物镜称为消色差物镜。不同放大率和数值孔径的消色差显微物镜的结构型式很早就已定型。低倍物镜(36)本身是一个简单的双胶合透镜，如图10-19(a)所示。1.消色差物镜第 10 章光学仪器的基本原理9999中倍物镜(610)由两组双胶合透镜组成，如图10-19(b)所示。两组单独消轴向色差，整个系统的垂轴色差自动校正，而球差由前组和后组互相配合校正。这种物镜即通常所谓的里斯特(Leister)显微物镜。高倍物镜(40以上)可认为是在里斯特物镜后加了一个接近半球形的透镜而得，如图10-19(c)所示。这种结构的物镜也称为阿米西(Amici)物镜。浸液物镜的放大率很高(90100)，其结构如图10-19(d)所示，也叫做阿贝浸液物镜。应用浸液，主要是为了提高物镜数值孔径。此外，还可使第一面近于不产生像差，光能损失也可减少。中倍物镜(610)由两组双胶合透镜组成，如图10-第 10 章光学仪器的基本原理100100图10-19消色差物镜图10-19消色差物镜第 10 章光学仪器的基本原理1011012.复消色差物镜复消色差物镜复消色差物镜主要用于研究用显微镜及显微照相中，它是指校正二级光谱色差的物镜。通常我们说消色差是指消除或校正指定的两种颜色光线像点位置之差，如目视光学仪器一般对C、F光线校正色差。当校正C、F光线的色差之后，C、F光线聚交于一点，但其它颜色的光线并不能够聚交于同一点，因此仍有色差的存在，这样的色差称为二级光谱色差。在一般的消色差显微物镜中，二级光谱色差随着倍率和数值孔径的提高越来越严重，因此在高倍消色差物镜中，二级光谱往往成为影响成像质量的主要因素，需要进行校正。为校正二级光谱色差通常需要采用特殊的光学材料，常用的是萤石。复消色差显微物镜比相同数值孔径的消色差物镜复杂。2.复消色差物镜第 10 章光学仪器的基本原理1021023.平视场物镜平视场物镜平视场物镜主要用于显微照相和显微投影，它要严格地校正像面弯曲。这种物镜的结构非常复杂。前面讲过的所有物镜中都没有校正场曲，对于高倍显微物镜和视场较大的显微物镜，由于场曲的存在，可见的清晰视场十分有限，为了看清视场中的不同部分，只能用分别调焦的方法来补救，而现代显微镜往往常有显微照相和CCD摄像，这就必须采用平视场物镜。平视场显微物镜结构往往比较复杂，常需要加入若干个弯月形厚透镜来实现。3.平视场物镜第 10 章光学仪器的基本原理10310310.6.2望远镜的物镜望远镜的物镜1.折射式望远物镜折射式望远物镜(1)双胶合物镜这是一种常用的望远物镜，它结构简单，制造方便，光能损失小。当合理选择玻璃时，可同时校正球差和色差。因为这种物镜不能校正轴外像差，所以视场角不得超过810。(2)双分离物镜与双胶合