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1、第四章光學(xué)儀器的基本原理南京信息工程大學(xué)數(shù)理學(xué)院7/23/20211光學(xué)儀器一方面要求成象清晰,盡可能消除象差和色差,另一方面又要求象場廣闊而明亮,這些常常是不可兼得的;成象清晰度與細(xì)節(jié)分辨程度的關(guān)系問題。第四章光學(xué)儀器的基本原理只有在物點(diǎn)和光線都限制在近軸區(qū)域的條件下,才能實(shí)現(xiàn)理想成象色差象差7/23/20212光學(xué)儀器權(quán)衡光學(xué)儀器的放大本領(lǐng)、聚光本領(lǐng)和分辨本領(lǐng)各方面的得失,可以根據(jù)某些指標(biāo)和具體條件來選配儀器元件,實(shí)現(xiàn)儀器的既定目的。7/23/20213光學(xué)儀器第四章光學(xué)儀器的基本原理§4-1人的眼睛§4-2助視儀
2、器的放大本領(lǐng)§4-3目鏡§4-4顯微鏡的放大本領(lǐng)§4-5望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)§4-6光闌光瞳§4-7光能量的傳播§4-8物鏡的聚光本領(lǐng)§4-13助視儀器的分辨本領(lǐng)§4-14分光儀器的分辨本領(lǐng)7/23/20214光學(xué)儀器§4-1人的眼睛一、人眼的結(jié)構(gòu)睫狀肌角膜瞳孔水晶體玻璃液脈絡(luò)膜鞏膜視網(wǎng)膜中央窩盲點(diǎn)返回7/23/20215光學(xué)儀器二、簡化眼人眼簡化為只有一個折射球面的簡化眼表4-1簡化眼結(jié)構(gòu)的光學(xué)常數(shù)7/23/20216光學(xué)儀器三、人眼的調(diào)節(jié)功能人眼作為接收器,只能辨別而不能測量光能的大小,也不能判別復(fù)色光的組分眼的自調(diào)節(jié)
3、——主要借助于水晶體的作用近點(diǎn)——眼前7-8cm遠(yuǎn)點(diǎn)——?明視距離——在適當(dāng)?shù)恼彰飨拢ǔ5难塾^察眼前25cm處的物體是不費(fèi)力的,而且能看清楚物體的細(xì)節(jié)。7/23/20217光學(xué)儀器§4-2助視儀器的放大本領(lǐng)一、放大本領(lǐng)的概念注意:助視儀器的放大本領(lǐng)=物體通過助視儀器在視網(wǎng)膜上造成的象的長度為l’用肉眼直接觀察在視網(wǎng)膜上所成象的長度為l這里將物體經(jīng)助視儀器所成之象與肉眼觀察的物體于同一特定位置來比較象與物的大小。返回7/23/20218光學(xué)儀器上述的特定位置,對放大鏡或顯微鏡而言,是指被觀察物離人眼的明視距離;對望遠(yuǎn)鏡而
4、言,是指被觀察物放在遠(yuǎn)處或無窮遠(yuǎn)處。儀器的放大本領(lǐng)為l和l’、U和U’并不是共軛量,它們是兩個不同條件下物體在網(wǎng)膜上的象高或視角。7/23/20219光學(xué)儀器二、放大鏡凸透鏡是一個最簡單的放大鏡,是幫助眼睛觀察微小物體或細(xì)節(jié)的簡單的光學(xué)儀器。7/23/202110光學(xué)儀器對眼的視角近似為若不用透鏡而將物置于明視距離處時,從瞳孔看物的視角為(y以cm為單位)透鏡的放大本領(lǐng)為(以cm為單位)7/23/202111光學(xué)儀器一、目鏡的作用目鏡也是放大視角用的儀器。通常放大鏡用來直接放大實(shí)物,而目鏡則用來放大其它光具組(稱為
5、物鏡)所成的象。復(fù)雜的助視光學(xué)儀器總是包括物鏡和目鏡兩部分。目鏡通常由不相接觸的兩個薄透鏡組成。面向物體的透鏡稱為向場鏡(或簡稱場鏡),接近眼睛者稱為接目鏡(或簡稱視鏡)?!?-3目鏡返回7/23/202112光學(xué)儀器二、兩種目鏡(1)惠更斯目鏡惠更斯目鏡的視場相當(dāng)廣大,視角可達(dá)40?,在25?范圍以內(nèi)更見清晰,而且結(jié)構(gòu)簡單。因此顯微鏡中經(jīng)常采用這種目鏡。7/23/202113光學(xué)儀器(2)冉斯登目鏡冉斯登目鏡可作一般放大鏡觀察實(shí)物,而惠更斯目鏡卻只能用采觀察象。在冉斯登目鏡的物平面上加一分劃板,可對被觀察的物體或來自
6、物鏡的實(shí)象進(jìn)行長度的測量,然而惠更斯目鏡則不能。7/23/202114光學(xué)儀器§4-4顯微鏡的放大本領(lǐng)一、顯微鏡的光路圖返回7/23/202115光學(xué)儀器顯微鏡的放大本領(lǐng)為設(shè)顯微物鏡和目鏡的焦距為和物鏡象方焦點(diǎn)到目鏡物方焦點(diǎn)F2之間的距離(即光學(xué)間隔)為?。物鏡的橫向放大率為二、顯微鏡的放大本領(lǐng)7/23/202116光學(xué)儀器望遠(yuǎn)鏡是幫助人眼對遠(yuǎn)處物體進(jìn)行觀察的光學(xué)儀器。觀察者是以對望遠(yuǎn)鏡象空間的觀察代替物空間的觀察;而所觀察的象,實(shí)際上并不比原物大,只是相當(dāng)于把遠(yuǎn)處的物體移近,增大視角,以利觀察。§4-5望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)
7、望遠(yuǎn)鏡也是由物鏡和目鏡組成的。物鏡用反射鏡的稱反射式望遠(yuǎn)鏡,物鏡用透鏡的稱折射式望遠(yuǎn)鏡;目鏡是會聚透鏡的稱為開普勒望遠(yuǎn)鏡,目鏡是發(fā)散透鏡偽稱為伽利略望遠(yuǎn)鏡。返回7/23/202117光學(xué)儀器一、開普勒望遠(yuǎn)鏡由兩個會聚薄透鏡分別作為物鏡和目鏡所構(gòu)成的天文望遠(yuǎn)鏡7/23/202118光學(xué)儀器二、伽利略望遠(yuǎn)鏡用發(fā)散透鏡來做目鏡7/23/202119光學(xué)儀器望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)為望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡的間隔等于零——望遠(yuǎn)光具組,它的特點(diǎn)是平行光束通過時,透射出來的仍是平行光束,但方向改變。伽利略望遠(yuǎn)鏡的視場較小,開普勒望遠(yuǎn)鏡的視場
8、則較大。7/23/202120光學(xué)儀器不論那一種望遠(yuǎn)鏡,物鏡的橫向放大率都小于1,可見放大本領(lǐng)與橫向放大率是有區(qū)別的。開普勒望遠(yuǎn)鏡可以放置叉絲或刻度尺。伽利略望遠(yuǎn)鏡則不能配這種裝置。伽利略望遠(yuǎn)鏡鏡筒較短,開普勒望遠(yuǎn)鏡的鏡筒較長。7/23/202121光學(xué)儀器三、反射式望遠(yuǎn)鏡7/23/202122光學(xué)儀器四、激光擴(kuò)束