光學(xué)儀器的基本原

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1、第二章光學(xué)儀器的基本原理2.1人的眼睛2.2助視儀器的放大本領(lǐng)2.3目鏡2.4顯微鏡的放大本領(lǐng)2.5望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)2.6光闌光瞳2.7光度學(xué)概要——光能量的傳播2.8物鏡的聚光本領(lǐng)2.10象差*2.1人的眼睛一、人眼的結(jié)構(gòu)(從光學(xué)儀器的角度來講)從幾何光學(xué)的角度,人眼照相機(jī)是一個(gè)精密的光學(xué)儀器瞳孔——控制進(jìn)入人眼的光通量。幾個(gè)名詞:晶狀體——可調(diào)焦距的凸透鏡。視網(wǎng)膜——接收象。二、簡化眼從幾何光學(xué)的觀點(diǎn)來看,人眼是一個(gè)由不同介質(zhì)構(gòu)成的共軸光具組,因而可以簡化成單折射球面的簡化眼。F'n=1n'=4/3f'=22.8mm三、人眼的調(diào)節(jié)功能正常眼遠(yuǎn)點(diǎn)∞近點(diǎn)(隨年齡變化)明視距離25

2、cm{非正常眼近視眼——遠(yuǎn)點(diǎn)不在∞,凹透鏡矯正。遠(yuǎn)視眼——近點(diǎn)變遠(yuǎn),凸透鏡矯正。散光——角膜曲率不均勻。{光焦度:單位:屈光度=1/米度數(shù)=100×屈光度近視眼,凹透鏡矯正。遠(yuǎn)視眼,凸透鏡矯正。2.2助視儀器的放大本領(lǐng)一、放大本領(lǐng)的概念1.眼睛對物體大小的感覺u物體對人眼張開的視角u2.放大本領(lǐng)-lu'PQP'Q'-l'QP-lul:不用助視儀器在視網(wǎng)膜上的象長。l':用助視儀器在視網(wǎng)膜上的象長。u':經(jīng)助視儀器后的象對人眼張開的視角。u{遠(yuǎn)物:對人眼張開的視角。近物:放在明視距離處,對人眼張開的視角。放大本領(lǐng)透鏡的放大本領(lǐng):二、放大鏡25cmuy?Fu'yy'-s'∴2.3目鏡

3、一、目鏡的作用目鏡是復(fù)雜的放大鏡,其特點(diǎn):M大,視場大,可以校正象差。目鏡一般由兩個(gè)或幾個(gè)薄透鏡組成接目鏡(視鏡)向場鏡(場鏡){二、兩種目鏡1.惠更斯目鏡H'H?FL1L2組合:消色差特點(diǎn):(1)消色差;(2)只能接在物鏡后,使成象在明視距離,起放大作用;(3)視場大。2.冉斯登目鏡H'H?F組合:特點(diǎn):(1)直接可當(dāng)放大鏡使用;(2)與惠更斯目鏡比較,可直接作放大鏡觀察實(shí)物,惠更斯目鏡只能觀察象;(3)整個(gè)系統(tǒng)比較長。2.4顯微鏡的放大本領(lǐng)顯微鏡物鏡——一組透鏡,焦距f1'短目鏡——一組透鏡,焦距f2簡化為單個(gè)透鏡{F1'F2??物鏡目鏡光學(xué)間隔△=F1'F2△~l(筒長)f

4、1',f2很短?-u'-y1'y顯微鏡的放大本領(lǐng):∴2.5望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡物鏡,f1'長目鏡{{{反射鏡—反射式望遠(yuǎn)鏡透鏡—折射式望遠(yuǎn)鏡會(huì)聚—開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)散—伽利略望遠(yuǎn)鏡一、開普勒望遠(yuǎn)鏡無窮遠(yuǎn)的物物鏡目鏡?F1'F2u-u'?=0-y1遠(yuǎn)物,小視角放大本領(lǐng):∴有限遠(yuǎn)的物物鏡目鏡F1'F2?放大本領(lǐng):∴M<0,倒立象u-u'二、伽利略望遠(yuǎn)鏡M>0,正立虛象放大本領(lǐng):三、反射式望遠(yuǎn)鏡(天文望遠(yuǎn)鏡)牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡格雷戈里式望遠(yuǎn)鏡卡斯格倫式望遠(yuǎn)鏡近代,采用施密特物鏡哈勃太空望遠(yuǎn)鏡目鏡F2?F1'uu'四、激光擴(kuò)束器會(huì)聚產(chǎn)生電離倒裝的伽利略望遠(yuǎn)鏡補(bǔ)充:設(shè)開普了勒望遠(yuǎn)鏡和伽利略望遠(yuǎn)

5、鏡的物鏡和目鏡之間的距離均為10cm,視角放大率均為3倍,分別求它們的f1’,f2’。2.6光闌光瞳一、光闌的概念光闌——光學(xué)系統(tǒng)中具有透光孔的屏。作用:1.限制孔徑角大小2.限制軸外成象光束3.控制光通量4.擋掉雜散光以作用分類:☆有效光闌——限制軸上物點(diǎn)孔徑角視場光闌——限制軸外成象{二、有效光闌和光瞳有效光闌——在所有各光闌中,限制入射光束最起作用的那個(gè)光闌。是針對軸上某一點(diǎn)而言。??PQP點(diǎn)—“1”有效光闌Q點(diǎn)—“2”有效光闌12(1)對指定某一物點(diǎn)而言;特點(diǎn):??PP'ABB'A'A’B’為P點(diǎn)的有效光闌入射光瞳——限制入射光線,有效光闌被它前面的光學(xué)系統(tǒng)成的象。出射光

6、瞳——限制出射光線,有效光闌被它后面的光學(xué)系統(tǒng)成的象。{既可以為實(shí)物,也可以為象。(2)對象方光束的限制也可看成對物方光束的限制。分析有效光闌、入射光瞳、出射光瞳的思路:(1)明確考慮的物點(diǎn)P;(2)所有光闌(包括透鏡)對它前面透鏡成象;(或者將光闌作為象,求對其左方的光學(xué)系統(tǒng)而言的對應(yīng)的物)(3)比較,求所得到的象對P點(diǎn)張開的孔徑角,其最小者所對應(yīng)的光闌是有效光闌;(4)最小的象即是入射光瞳;(5)有效光闌對其右邊的光學(xué)系統(tǒng)成象得到出射光瞳。入射光瞳、出射光瞳共軛2.7光度學(xué)概要——光能量的傳播一、輻射通量輻射通量ε——單位時(shí)間內(nèi),某一面積發(fā)射出來的全部輻射能量。譜輻射通量密度

7、e(λ)——單位波長范圍間隔內(nèi)的輻射通量。二、視見函數(shù)(1)因人而異(2)背景亮度(背景暗,向短波方向移動(dòng))特點(diǎn):光能量傳遞——輻射度學(xué)可見光范圍——光度學(xué)555nm?(單位:瓦特)v(?)1.0三、光通量Φ光通量—客觀輻射通量對人眼引起視覺的有效通量。Km最大光視效能Km=683lm/W單色光光通量:復(fù)色光光通量:發(fā)光效率:單位:流明(lm)四、發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度——表征光源在一定方向范圍內(nèi)發(fā)出的光通量的空間分布的物理量。單位:坎德拉(cd)如果各個(gè)方向發(fā)光強(qiáng)度相同,則坎德拉是一

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