当前课程知识点:光学工程基础 > 上篇:应用光学——显微系统 > 2.12.1 显微镜及其放大率 > 2.12.1 显微镜及其放大率
大家好
从今天开始 后面几节课
我们开始讨论显微镜
显微镜 大家见得非常多了
从生物实验就开始用了
显微镜最早是在16世纪
在荷兰制造出来的
后来有两个人用了显微镜
做了两个重要的观测
一个是意大利的科学家伽利略
他首次用显微镜进行了复眼的观察
第二个是列文虎克
他用显微镜第一次描述了
肉眼不能看见的一些微小生物
显微镜跟放大镜不一样
放大镜是一次放大的光学系统
一般倍率不会超过3倍
显微镜是一个两级放大系统
它的倍数可以到上千倍
接下去
我们对显微镜的原理及其放大率
我们做一个解释
大家看
这就是显微镜的物镜和目镜
物镜和目镜的焦距相对较短
物镜的像方焦点
和目镜的物方焦点之间的间隔
我们称之为光学间隔
显微镜的光学间隔较大
物体一般放置在
物镜物方焦点的左侧附近
经物镜成像在
目镜物方焦点的右侧
这是一个中间像
它像高是y1′
该中间像经目镜成像
在一个较远的地方
成一个放大的虚像
像高为y2′
好 根据这个模型
我们接下来讨论一下
显微镜的放大倍率
先讨论一下
显微镜的垂轴放大倍率
根据我们前面
理想光学系统中的
组合光学系统的知识 我们知道
应该是物镜的放大倍率
与目镜放大倍率的乘积
也就是β等于β1乘β2
β1为物镜的垂轴放大倍率
β2为目镜的垂轴放大倍率
物镜的垂轴放大倍率
我们可以这么求得
由于中间像离开
物镜像方焦点F1′的距离是x1′
那么它的垂轴放大倍率
应该β1等于负x1′比上f1′
由于中间像是靠近F2
所以我们可以认为
Δ近似等于x1′
那么应该β1它的式子
就变成了负的Δ除上f1′
那目镜的垂轴放大倍率呢
β2等于负的x2′比上f2′
整体的垂轴放大倍率β
等于β1乘以β2
把上面两个式子代进去
我们得到
是x1′乘上x2′除以f1′f2′
再把刚才说的那个
x1′近似等于Δ再代进去
我们得到
β等于Δ乘上x2′除以f1′f2′
Δ 我刚才说了光学间隔较大
焦距又较小
那么大家看
也就是说分母较小 分子又较大
尤其x2′也是较大的一个数
也就是说
显微镜的垂轴放大倍率很大
那么显微镜的轴向放大倍率
还有显微镜的角放大倍率
那么这个我们都可以根据
我们前面学的
垂轴放大倍率与角放大倍率
和垂轴放大倍率与轴向放大倍率
之间的关系来求得
那么也就是说α等于β平方
这是轴向放大倍率
那么我们可以得到这个式子
那么显微镜的角放大倍率
跟垂轴放大倍率关系是
γ等于β分之一
那这样我们可以得到
它的角放大倍率
等于f1′f2′除以x1′x2′
不同于垂轴放大倍率
大家看
角放大倍率是非常小的数
因为它是垂轴放大倍率的倒数
那么大家现在看
显微镜的角放大倍率
是一个远远小于1的数
而望远镜的角放大倍率
是一个大于1的数
那么这是望远镜跟显微镜的不同
根据前面的讨论
这个显微镜的焦距
我们是可以算出来的
它的焦距是等于
负的f1′乘上f2′除以Δ
根据我们前面讨论知道
Δ是一个光学间隔
是个比较大的数
f1′f2′又比较小
那么也就是说
显微镜的组合焦距是比较小的
显微镜的垂轴放大倍率
轴向放大倍率和角放大倍率
刚才我们已经讨论过了
要强调一下的是
在这个显微镜中
x1′近似等于光学间隔Δ
那最后我们可以这么说
显微镜是一个焦距很短
垂轴放大倍率很大
角放大倍率又很小的
这么一个光学系统
好 关于显微镜及其它的放大倍率
这部分内容
我们就讲解到这
-1.1.1 课程背景和内容简介
-1.1.2 光学工程的特点
--光学工程的特点
-1.1.3 本课程的学习方法
--本课程的学习方法
--外部链接
-1.2.1 微积分基础知识
--微积分基础知识
-1.2.2 光学工程中的常用函数
-1.2.3 常用函数的运算与变换
-扩展阅读
--SPIE课程:Light in Action-Lasers,Cameras&Other Cool Stuff
--SPIE课程:A Day Without Photonics-A Modern Horror Story
--SPIE课程:Advice to Students from Leaders in the Optics&Photonics Community
--版权说明
-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律
-2.1.2 成像基本概念
--成像基本概念
-2.1.3 费马原理
--费马原理
-2.1.4 等光程成像
--等光程成像
-2.1.5 常用曲面形状
--常用曲面形状
-第一次作业--作业
-2.2.1 近轴光学基本概念
--近轴光学基本概念
-2.2.2 近轴球面成像
--近轴球面成像
-2.2.3 近轴球面成像放大率
-2.2.4 物像空间及光学不变量
-2.2.5 矩阵光学简介
--矩阵光学简介
-2.2.6 矩阵光学应用
--矩阵光学应用
-第二次作业--作业
-2.3.1 理想光学系统基本概念
-2.3.2 理想光学系统的基点与基面
-2.3.3 图解法求像
-2.3.4 解析法求像
-2.3.5 理想光学系统的放大率
-2.3.6 理想光学系统焦距关系
-2.3.7 理想光学系统组合
-2.3.8 透镜与薄透镜
-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组
-第三次作业--作业
-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜
-2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像
-2.4.3 反射棱镜成像方向
-2.4.4 棱镜转动定理
-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜
-2.4.6 光学材料简介
-第四次作业--作业
-2.5.1 光阑简介与孔径光阑
-2.5.2 视场光阑与渐晕
-2.5.3 远心光路
-2.5.4 景深
--2.5.4 景深
-第五次作业--作业
-2.6.1 光度学与色度学基础
-2.6.2 视见函数和光度学
-2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律
-2.6.4 色度学基本概念
-2.6.5 CIE标准色度学系统
-第六次作业--作业
-2.7.1 球差
--2.7.1 球差
-2.7.2 色差
--2.7.2 色差
-2.7.3 子午像差和弧矢像差
-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变
-2.7.5 垂轴像差、波像差
-2.7.6 光学传递函数
-第七次作业(像差)--作业
-2.8.1 人眼的光学模型
-2.8.2 人眼的缺陷与校正
-2.8.3 人眼的景深
-2.9.1 光学系统的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率(光学系统分辨率)
-2.9.2 人眼的分辨率
-上篇:应用光学——光学系统的分辨率--第八次作业(人眼)
-2.10.1 放大镜
-上篇:应用光学——放大镜--第八次作业(放大镜)
-2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜
-2.11.1 望远系统
-2.11.2 望远镜的放大倍率
-2.11.3 望远镜的视觉放大率
-2.11.4 望远镜的分辨率
-第九次作业(望远镜)--作业
-2.12.1 显微镜及其放大率
-2.12.2 显微镜的视觉放大率
-2.12.3 显微镜的孔径光阑
-2.12.4 显微镜的机械筒长
-2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率
-2.12.6 显微镜的景深
-2.12.7 显微镜的照明系统
-第九次作业(显微镜)--作业
-3.1.1 电磁场的波动性
-3.1.2 平面电磁波及其性质
-3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能
-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)
-3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射
-3.2.3 菲涅耳公式
-3.2.4 全反射与倏逝波
-3.2.5 金属表面的反射
-3.2节课后习题--作业
-3.3.1 光的吸收、色散和散射
-3.4.1 光波的叠加
-3.5.1 干涉原理及相干条件
-3.5节课后习题--作业
-3.6.1 干涉图样计算
-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点
-3.6节课后习题--作业
-3.7.1 时间相干性
-3.7.2 空间相干性
-下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素
-3.8.1 干涉条纹的定域
-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉
-3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉
-下篇:物理光学——平板的双光束干涉--3.8节课后习题
-3.9.1 斐索干涉仪
-3.9.2 迈克尔逊干涉仪
-下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用
-3.10.1 平行平板的多光束干涉
-3.10.2 F-P 干涉仪
-3.10.3 光学薄膜基础
-3.10.4 单层膜与多层膜
-3.10课后习题--作业
-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理
-3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类
-3.11节习题--作业
-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义
-3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射
-3.12.3 圆孔衍射
-3.12节习题--作业
-3.13.1 成像系统的分辨本领
-下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领
-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射
-3.14.2 光栅的分光性能
-3.14.3 几种典型光栅
-3.14节习题--作业
-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射
-3.15.2 菲涅耳透镜
-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)
-3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
--3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
-3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法
-3.16.3 透镜的傅立叶变换性质
-3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数
-3.16节习题--作业
-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数
-3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理
-3.17.3 全息术
-3.17节习题--作业
-3.18.1 偏振光概述
-3.18.2 光在晶体中的传播
-3.18.3 单色平面波在晶体中的传播
-3.18.4 单轴晶体中光的传播
-3.18节习题--作业
-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)
-3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示
-3.20节课后作业--作业
-3.21.1 偏振光的变换
-3.21.2 偏振光的测定
-3.21节课后习题--作业
-3.22.1 平面偏振光的干涉
-3.22.2 会聚偏振光的干涉
-3.22节课后习题--作业
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(一)
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)
-3.23.2 电光效应(一)
-3.23.2 电光效应(二)
-3.23.3 声光效应
-下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应--3.23节课后习题
-期末考试--作业





