显微镜的目镜
显微镜的目镜相当于放大镜,其入瞳就是物镜的出瞳,其出瞳在 Fe’稍后处,与 F’重合。一般有二片(组):朝向物方的称向场镜,朝向眼睛的称接目镜。由
,要有一定的放大倍率应取较小的焦距。由于物镜的放大倍率作用,目
镜的视场较大而相对孔径较小,是短焦距小孔径大视场系统。
目镜还有两个重要参数:
1.镜目距——接目镜最后一面到眼瞳(出瞳)的距离,一般要求
2.工作距离——向场镜第一面到目镜前焦面(物镜像面)的距离。由于物镜的像面要安装分划板,工作距离应保证近视眼观察时不能因调焦而使目镜碰到分划板。
10倍目镜 10倍高眼点目镜
10倍大视场目镜 20倍目镜
目镜是用来观察前方光学系统所成图像的目视光学器件,为消像差系统,目镜通常由若干个透镜组合而成,具有较大的视场和视角放大率。目镜也是显微镜的主要组成部分,它的主要作用是将由物镜放大所得的实像再次放大,从而在明视距离处形成一个清晰的虚像;因此它的质量将最后影响到物像的质量。某些目
镜(如补偿目镜)除了有放大作用外,还能将物镜造像过程中产生的残余像差予以校正。目镜的构造比物镜简单得多,因为通过目镜的光束接近平行状态,所以球面像差及纵向(轴向)色差不严重。设计时只考虑横向色差(放大色差)。目镜由两部分组成,位于上端的透镜称为目透镜,起放大作用;下端透镜称会聚透镜或场透镜,使映像亮度均匀。在上下透镜的中间或下透镜下端,设有一光栏,测微计、十字玻璃、指针等附件均安装于此。目镜的孔径角很小,故其本身的分辨率甚低,但对物镜的初步映像进行放大已经足够。一个独立镜片称为元素,通常是简单的透镜,可以组合成单镜、胶合的双镜或是三合镜。当这些元素被两个或三个黏合在一起时,这种组合就成为群。第一个目镜只是单片的透镜元素,得到的影像有高度的变形。二或三个元素的设计发明之后,由于改进了影像的品质,很快就成了标准的设计。今天,工程师在计算机协助规划下的设计,以七或八个元素提供了绝佳的影像。内部反射有时也称为散射,导致穿过目镜的光线不仅分散还降低了目镜产生影像的对比。当影像的效果很差时就会出现\鬼影\,称为幻像。多年以来,设计时玻璃与玻璃之间制造很小的空气隙,就能有效的改善这个问题。对薄透镜可以采用在元素表面镀膜的方法来解决这个问题。这一层厚度只有一或两个波长的膜,可以改变通过元素的光线折射来减少反射和散射。有些镀膜可经由全反射的过程吸收这些光线以低浅角度射入的光线,使它们不会穿过透镜。色差的产生是因为不同的颜色(波长)由一种介质到另一种介质时,有不同的折射率。对目镜而言,色差来自穿越空气和玻璃之间的界面。蓝光和红光在经过目镜的元素之后不能聚焦在同一个焦点上,这种现象对点光源的结果是可能产生一个围绕着焦点的模糊色环,通常的结果是造成影像模糊不清。有几种方法可以减缓这个问题,一种是利用薄膜来改正目镜的元素。较为传统的方法则是利用多个不同玻璃和曲度的元素来消减变形。纵向色差在光学望远镜中,因为焦距很长而成为很显著的效应;显微镜,因为一般的焦距都很短,就不受这种效应的影响。通常,目镜在改善色差时,这两种都需要做修正。
放大倍数
常用的目镜放大倍数有:8×、10×、12.5×、16×等多种。装在镜筒的上端,通常备有2-3个,上面刻有5×、10×或15×符号以表示其放大倍数,一般装的
是10×的目镜。目镜的一些性质对光学产品的功能非常重要,需要比较以决定最适合需求的目镜。由于不同系列目镜光学设计不同,所以不能混用。一般目镜的放大倍率是8X、10X、15X、和20X。这些倍数是与正常人的能看清楚的最短明视距离D250mm比较得到的,所以目镜的焦距可以用250mm除以放大倍率而计算出来。虽然被接受的标准距离是250mm,但现在的显微镜会设计成只有160mm的焦距,使得仪器变得非常的紧凑。现在的仪器也许还会被设计成管子实际上是无限长的(在镜筒内使用一个辅助透镜)。观测用的目镜依其焦距来区分其放大倍率,目镜的焦距愈长,数字愈多其放大倍率愈小,视野也就愈大。
一般而言40毫米以上,称之为低倍目镜。 25毫米—12毫米,称之为中倍目镜。 12毫米—4毫米称之为高倍目镜。
值得注意的一点是,普通目镜的规格是24.5毫米,另外还有3种”大头”目镜的规格是31.7毫米、36.4毫米、50.8毫米,直径变大使目镜玻璃也变大,观看起来就像看大屏幕的电视一样。显微镜的目镜使用mm为单位,标准筒径为23.5mm和30mm,都比望远镜的筒径小一些。
目镜放大倍数是有规定的。目镜的作用是把物镜放大的实像(中间像)再放大一遍,并把物像映入观察者的眼中,实质上目镜就是一个放大镜。已知显微镜的分辨率能力是由物镜的数值孔径所决定的,而目镜只是起放大作用。因此,对于物镜不能分辨出的结构,目镜放的再大,也仍然不能分辨出。在同一时间,目镜可在广泛的放大倍率从6.3倍到25倍,大多数制造商在10倍至20倍的范围内限制其目镜产品。在目镜的视场的直径被表示为“字段的视图数”或视场数(FN),如上面所讨论的。一个目镜的视场数有关的信息,可以得到真实的对象的视场直径,使用下面的公式:
视场直径(mm)=(FN) / (M(O) × M(T))
其中FN是视场数,以毫米为单位,M(O)的物镜放大倍率,M(T)是管镜头放大倍率(如有)。应用这个公式所列的超宽视场目镜,我们得出如下40x的物镜与管镜头放大倍率为1.25: FN26.5 / M(O)40× M(T)1.25 =视场直径为0.53毫米。表2列出了在公共范围的物镜,会出现使用这种目镜的视场大小。
视场直径
(SWF 10X目镜) 放大倍率 视场直径 (mm) 42.4 21.2 10.6 5.3 2.12 1.06 0.53 0.42 0.35 0.21 0.14 0.085 1/2X 1X 2X 4X 10X 20X 40X 50X 60X 100X 150X 250X 入瞳
目镜的入射光瞳永远不变的被设计在目镜的光学系统之外,它们必须被设计在特定的距离上有优异的性能(即在这个距离上的变形极小)。在折射式的天文望远镜,入射瞳通常很靠近物镜的位置,与目镜通常有数英尺的距离;在显微镜,入射瞳通常紧靠着物镜的后焦平面,与目镜只有几英尺的距离。因此显微镜的目镜与望远镜的目镜性质不同,不是互换就能获得适当的表现。
眼睛需要在目镜后方的一段距离内观看经过目镜形成的影像,这段适当的距离称为适眼距。有着较大的适眼距,意味着目镜的品质越佳,也越容易观看到影
像。但是如果适眼距太大,要让眼睛长期处在正确的位置上,它会造成眼睛的不舒适。适眼距的典型范围在2mm至20mm之间,依据目镜的构造来决定。长焦距的目镜通常都有较宽裕的适眼距,但短焦距目镜的适眼距就有问题了。直到最近,这仍然是相当普遍与共通的,短焦点目镜的适眼距就较短。好的设计指南建议适眼距至少要有5-6mm,以避免睫毛造成的不舒适。现代的设计可以增加许多透镜元件,不仅在这方面获得改善,还可以在高倍率的观测上变得更加舒适。特别是对于带眼镜的观测者,他们至少需要20mm的距离才能容纳的下它们的眼镜。
分类
1.福根目镜:目镜可分正型目镜系和负型目镜系两类。正型目镜的主焦点在场透镜以外,虽然由二个或两个以上的透镜组合而成,但整个光学系统可视为单一的凸透镜,故在适当情况下可单独作为放大镜使用。负型目镜的主焦点是在场透镜以内,即在场透镜与目透镜两个透镜之间,显然不能单独作为放大镜使用。最简单类型的目镜的焦点在两透镜之间,属于“负透镜”。福根目镜是负型目镜系中最简单的一种。它由二块分立的没有经过色差校正的平凸透镜组成,接近人眼的一块称为目透镜,它起放大作用。另一块称为场透镜,它起使映像高度均匀的作用。在二块之间装有一光栏,位于目透镜的前焦点处。福根目镜未进行像差校正,或仅作部分球差校正,仍有一定程度的像差和畸变。其放大倍数一般不超过15倍,适应于配合中、低倍物镜,用作观察或摄影。
2.冉斯登目镜(R式或SR式目镜)是一种两片组的目镜,由两块尺寸、焦距、结构、光学玻璃牌号均相同的凸面相对的平凸透镜组成,间距为两者焦距和的2/3-3/4,搭载场透镜的弯曲表面朝向眼睛的晶状体。目镜的前焦平面位于正下方的场透镜,其主焦点在下透镜(场透镜)之外,故称正透镜。其色差略大,场曲显著减小,视场约为30-45度,目前已很少采用。这种目镜能够消除畸变和色差,有效地降低球差。它除用于观察和摄影外,也可用于放大。焦平面的位置在目镜之外的场透镜前方,因此很适宜做为标线或测微表等十字线安置的位置,在目镜隔膜的水平,使这个目镜容易适应用于安装分划板。为了提供更好的校正,Ramsden目镜两个透镜可以是胶合在一起。