09-生物显微系统中的光束限制光阑布置及其对光束的影响.ppt

生物显微镜成像的光路原理图 生物显微系统中的光束限制光阑布置及其对光束的影响 ★ 要明确：进入光学系统参与成像的光束宽度与系统分辨物体细微结构能力的高低、与进入系统的光能多少密切相关。在具体的光学系统设计之前，物方孔径（或像方孔径）要首先确定。 （一）孔径光阑的定义与作用 光阑——光学系统中用一些中心开孔的薄金属片来合理地限制成像光束的宽度、位置和成像范围，此薄金属片称为光阑。 一、孔径光阑（Aperture Stops） 光阑主要有两类：孔径光阑和视场光阑。 ★ 含义1：限制轴上物点成像光束孔径角大小的光阑。 ★ 含义2：孔径光阑的位置不同，但都起到对轴上物点成像光束宽度的限制作用；只需相应地改变光阑大小，即可保证轴上点成像光束的孔径角不变。 ★ 含义3：孔径光阑的位置不同，则对应于选择轴外物点发出光束的不同部分参与成像。 ★ 孔径光阑的定义： （1）限制轴上物点成像光束孔径角的大小(宽度)； （2）选择轴外物点成像光束的位置。 注：（1）孔径光闹的位置不同，轴外物点参与成像的光束通过透镜的部位不同。（2）孔径光阑位置将影响通过所有成像光束所需要的透镜口径大小。 （1）视场光阑的定义和作用 视场光阑——限定光学系统成像范围的光阑。 （2）入射窗和出射窗 （3）在有些光学系统中，如果在像面处无法安放视场光阑，在物面处安放视场光阑又不现实，成像范围的分析就复杂一些。 入射窗——视场光阑经其前面的光学系统所成的像； 出射窗——视场光阑经其后面的光学系统所成的像； 入射窗、视场光阑和出射窗三者互为物像关系。 显微镜的光学结构特点 物镜和目镜焦距都较小 光学间隔很大 普通生物显微镜 普通生物显微镜由3部分构成，即： 1.照明系统，包括光源和聚光器； 2.光学放大系统，由物镜和目镜组成，是显微镜的主体； 3.机械装置，用于固定材料和观察方便。 生物显微镜的成像原理： 物体（标本）放在物镜一倍焦距之外，二倍焦距之内，故在物体对侧形成一倒立的实像；这个实像刚好落在目镜的焦点之内，通过目镜放大形成一倒立的虚像。 生物显微系统中的光束限制 1.显微镜的孔径光阑 对于单组低倍显微镜，镜框就是孔径光阑。物镜框经目镜所成的像，就是显微镜的出瞳。 2.显微镜的出射光瞳 当数值孔径一定时，显微镜放大倍率越高，出瞳直径就越小。实际上，因显微镜的放大倍率都比较高，所以出瞳直径一般都很小，小于眼睛的瞳孔直径；只有显微镜为低倍率时才能达到眼睛瞳孔的直径。用显微镜观察物体时，眼瞳应与出射光瞳重合。 3.显微镜的视场光阑 在显微镜中间实像平面上有专设的视场光阑，其大小是物体表面上的可见范围与物镜放大率的乘积。因此，高倍物镜只能看到物体表面上很小的范围，低倍物镜才有较大的视场。早期的显微镜，视阑直径只有14-15mm，相当于线视场只有物镜焦距的1/15,。但随着光学设计和制造工艺水平的提高，特别是光学新材料的发展，现代显微镜的视场有了成倍的增大，质量也有所改善，能更好地适应科学技术研究的需要。 生物显微镜系统中的光束限制与分析 简单显微镜系统中的光束限制 物镜 目镜 孔径光阑 视场光阑 出瞳 -f目 一般的显微镜由物镜和目镜所组成。成像光束的口径往往由物镜框限制，物镜框是孔径光阑。位于目镜物方焦面上的圆孔光阑或分划板框限制了系统的成像范围，成为系统的视场光阑. 1、如果孔径光阑放在物镜与目镜之间，要想保证足够的光束宽度，那么必须增大物镜的口径。 孔径光阑位置改变 2、如果把孔径光阑放在目镜框上，若要保证足够的光束宽度，则会加大物镜的口径和物镜与目镜的距离。 所以，为了合理的匹配光学系统各元件的口径，应该让物镜孔径最小，所以物镜框作为孔径光阑最为合理 若视场光阑位置改变，则成像范围和物面范围均会缩小，而且位于目镜物方焦平面上的分划板将不会被人眼完全清晰看到。只有把分划板框作为视场光阑时，像可以清晰的观察，更有利于观测物体的定位和粗略的测量。