光學(xué)儀器基本原理

1、12345P6789 物平面物平面 枕形畸變枕形畸變 桶形畸變桶形畸變 10P消色差方法消色差方法粘和透鏡?？蓪x定的兩波長粘和透鏡?？蓪x定的兩波長,用兩個用兩個(多個多個) 材料反號材料反號光焦度的光焦度的,焦距適當(dāng)?shù)耐哥R粘和而成。焦距適當(dāng)?shù)耐哥R粘和而成。1112視神經(jīng)視神經(jīng)盲點盲點前房液前房液虹膜虹膜角膜角膜鞏膜鞏膜睫狀肌睫狀肌后房液后房液( 玻璃體）玻璃體）晶狀體晶狀體脈絡(luò)脈絡(luò)膜膜中央窩中央窩視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜一、人眼的結(jié)構(gòu)一、人眼的結(jié)構(gòu)1314三、人眼的調(diào)節(jié)功能三、人眼的調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)方式：調(diào)節(jié)方式：自動調(diào)節(jié)自動調(diào)節(jié)和和被動調(diào)節(jié)被動調(diào)節(jié)（矯正）。（矯正）。2 2、自調(diào)節(jié)：、自調(diào)節(jié)： 靠睫狀肌

2、的松馳或緊張來改變晶狀體的曲率靠睫狀肌的松馳或緊張來改變晶狀體的曲率半徑，從而改變?nèi)搜劢咕?。半徑，從而改變?nèi)搜劢咕唷?自調(diào)節(jié)的限度：近點和遠(yuǎn)點之間。自調(diào)節(jié)的限度：近點和遠(yuǎn)點之間。遠(yuǎn)點遠(yuǎn)點：睫狀肌完全：睫狀肌完全松馳松馳，晶狀體曲率半徑最大，晶狀體曲率半徑最大, ,晶狀體變薄晶狀體變薄。近點近點：睫狀肌最大：睫狀肌最大收縮收縮，晶狀體曲率半徑最小，晶狀體曲率半徑最小, ,晶狀體變厚晶狀體變厚。15近點、遠(yuǎn)點和調(diào)節(jié)范圍隨年齡的增長而變化；近點、遠(yuǎn)點和調(diào)節(jié)范圍隨年齡的增長而變化；幼年幼年78cm78cm；成年成年25cm25cm；老年老年12m-12m-近點變遠(yuǎn)：近點變遠(yuǎn)：幼年幼年無限遠(yuǎn)；無限遠(yuǎn)；老

3、年老年數(shù)米數(shù)米-遠(yuǎn)點變近：遠(yuǎn)點變近：正常眼眼前正常眼眼前25cm25cm處明視距離。處明視距離。3 3、人眼的缺陷及矯正、人眼的缺陷及矯正被動調(diào)節(jié)。被動調(diào)節(jié)。近視眼：遠(yuǎn)點在有限遠(yuǎn)處。近視眼：遠(yuǎn)點在有限遠(yuǎn)處。遠(yuǎn)視眼：近點比正常眼遠(yuǎn)。遠(yuǎn)視眼：近點比正常眼遠(yuǎn)。三、人眼的調(diào)節(jié)功能三、人眼的調(diào)節(jié)功能16近視眼及其矯正近視眼及其矯正（1 1）成因：）成因：（2 2）矯正：）矯正：晶狀體太厚，折光能晶狀體太厚，折光能力太強(qiáng)，成像于視網(wǎng)力太強(qiáng)，成像于視網(wǎng)膜前。膜前。配戴用凹透鏡做成的配戴用凹透鏡做成的近視眼鏡。近視眼鏡。三、人眼的調(diào)節(jié)功能三、人眼的調(diào)節(jié)功能17遠(yuǎn)視眼及其矯正遠(yuǎn)視眼及其矯正（1 1）成因：）成因

4、：（2 2）矯正：）矯正：晶狀體太薄，折光能力太晶狀體太薄，折光能力太弱，成像于視網(wǎng)膜后。弱，成像于視網(wǎng)膜后。配戴用凸透鏡做成的遠(yuǎn)配戴用凸透鏡做成的遠(yuǎn)視眼鏡。（老花眼鏡）視眼鏡。（老花眼鏡）三、人眼的調(diào)節(jié)功能三、人眼的調(diào)節(jié)功能18 散光眼散光眼：角膜為橢球面的人眼。：角膜為橢球面的人眼。( (像散眼像散眼) )（1 1）成因：橢球有兩個）成因：橢球有兩個對稱平面，包含長、短軸，對稱平面，包含長、短軸，有兩個不同的焦距有兩個不同的焦距像散。像散。 (2) (2) 矯正方法：戴柱面矯正方法：戴柱面透鏡。與散光眼的像透鏡。與散光眼的像散相抵消。散相抵消。三、人眼的調(diào)節(jié)功能三、人眼的調(diào)節(jié)功能19近視眼

5、的激光手術(shù)治療近視眼的激光手術(shù)治療治療前治療前治療后治療后三、人眼的調(diào)節(jié)功能三、人眼的調(diào)節(jié)功能2021定義：被觀察物對人眼光心的張角。定義：被觀察物對人眼光心的張角。F OFQPQPUy yss視網(wǎng)膜上像的長度由物體對光心所張角度的大視網(wǎng)膜上像的長度由物體對光心所張角度的大小來衡量（小來衡量（U U）。）。sysyU一切助視儀器設(shè)計的出發(fā)點就是增大人眼的視角一切助視儀器設(shè)計的出發(fā)點就是增大人眼的視角一、人眼的視角一、人眼的視角2223二、放大本領(lǐng)二、放大本領(lǐng)lUMlUP OQPQHHUl OPQUl 說明：說明： 須將物放在須將物放在同一特定位置同一特定位置比較兩像大小。比較兩像大小。 放大鏡

6、和顯微鏡：明視距離處（放大鏡和顯微鏡：明視距離處（25cm25cm）；）； 望遠(yuǎn)鏡：無窮遠(yuǎn)處。望遠(yuǎn)鏡：無窮遠(yuǎn)處。24三、放大鏡三、放大鏡 QPyP QyFLO-f-slUOly QPUcm25使用放大鏡的視角：使用放大鏡的視角：fyfysyU未用放大鏡的視角：未用放大鏡的視角：25yU 最簡單的放大鏡最簡單的放大鏡-凸透鏡凸透鏡: :放大鏡的放大本領(lǐng)：放大鏡的放大本領(lǐng)：為單位以 cm f25fUUM252627一、目鏡一、目鏡1 1、定義：用于放大其它光具組所成像的助視儀器。、定義：用于放大其它光具組所成像的助視儀器。要求：要求：A A、放大本領(lǐng)高；、放大本領(lǐng)高； B B、能校正像差、色差。、

7、能校正像差、色差。2 2、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)：場鏡場鏡+ +視鏡視鏡+ +分劃板（刻度尺）分劃板（刻度尺） 場鏡：場鏡： 面向物體的透鏡（或透鏡組）面向物體的透鏡（或透鏡組） 視鏡：視鏡： 接近人眼的透鏡（或透鏡組）接近人眼的透鏡（或透鏡組） 分劃板：包含透明刻度尺，用于提高測量精度。分劃板：包含透明刻度尺，用于提高測量精度。281)1)惠更斯（惠更斯（HuygensHuygens）目鏡）目鏡 視角大（可達(dá)視角大（可達(dá)40400 0），結(jié)構(gòu)緊湊，適用于生物顯微鏡。），結(jié)構(gòu)緊湊，適用于生物顯微鏡。二鏡凸面向物鏡二鏡凸面向物鏡2:1:3: : 21dff二、兩種目鏡二、兩種目鏡F2F1292 2）冉斯登

8、（）冉斯登（RamsdenRamsden）目鏡）目鏡 Ramsden目鏡的成像目鏡的成像F1QQ二鏡凸面相向二鏡凸面相向 冉鏡可用于直接觀察實物，冉鏡可用于直接觀察實物， 配上分劃板可精確測配上分劃板可精確測量實物和物鏡所成的像的長度。量實物和物鏡所成的像的長度。二、兩種目鏡二、兩種目鏡303132一、光路圖一、光路圖F1o1 F1F2o2目鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)-UO-UP QPQyyPQ惠更斯目鏡惠更斯目鏡明視距離明視距離33二、放大本領(lǐng)二、放大本領(lǐng)整個系統(tǒng)像方焦距為：整個系統(tǒng)像方焦距為：21fffF1o1 F1F2o2目鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)-UO-UP QPQyyPQ明

9、明視視距距離離l2f1f鏡筒長度鏡筒長度1ls 1212252525lMff fff 21MM3435一、定義：一、定義：幫助人眼觀察遠(yuǎn)處物體的放大鏡。幫助人眼觀察遠(yuǎn)處物體的放大鏡。像并不比原物大，只相當(dāng)把遠(yuǎn)物移近，增大對人眼的視角。像并不比原物大，只相當(dāng)把遠(yuǎn)物移近，增大對人眼的視角。1 1、結(jié)構(gòu)：物鏡系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)：物鏡系統(tǒng)+ +目鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)2、分類：分類： 按物鏡的種類分：按物鏡的種類分：A A、反射式望遠(yuǎn)鏡、反射式望遠(yuǎn)鏡B B、折射式望遠(yuǎn)鏡、折射式望遠(yuǎn)鏡 按目鏡種類分：按目鏡種類分：A A、開普勒望遠(yuǎn)鏡：目鏡為會聚透鏡；、開普勒望遠(yuǎn)鏡：目鏡為會聚透鏡；B B、伽利略望遠(yuǎn)鏡：目鏡為發(fā)散透鏡

10、。、伽利略望遠(yuǎn)鏡：目鏡為發(fā)散透鏡。36數(shù)碼防水反射式折射式37二、開普勒望遠(yuǎn)鏡二、開普勒望遠(yuǎn)鏡-UO-U1.1.結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：物鏡目鏡均為會聚透鏡，物鏡像方焦點與目鏡物方焦點重合。物鏡目鏡均為會聚透鏡，物鏡像方焦點與目鏡物方焦點重合。o1F1F2o2物鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)UPQyPQQP38-UO-Uo1F1F2o2物鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)UPQyPQQPU-U1f2f2、放大本領(lǐng)、放大本領(lǐng)2yUUf Q對人眼的視角對人眼的視角1fyU2121 ffffUUM 開普勒放大本領(lǐng)Q對人眼的對人眼的視角視角二、開普勒望遠(yuǎn)鏡二、開普勒望遠(yuǎn)鏡39三、伽利略望遠(yuǎn)鏡三、伽利略望遠(yuǎn)鏡1

11、.結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 物鏡會聚物鏡會聚, ,目鏡發(fā)散，物鏡像方焦點與目鏡物方焦目鏡發(fā)散，物鏡像方焦點與目鏡物方焦點重合。點重合。UO1O2F1F2UQPQUUQy1f2f2、放大本領(lǐng)、放大本領(lǐng)1fyU2121 ffffUUM 開普勒放大本領(lǐng)22yyUUff O40物鏡物鏡Lo目鏡目鏡LeuuF1F2物鏡物鏡目鏡目鏡u-uO1O2PF1f1-f2F2物鏡的橫向放大率物鏡的橫向放大率 12fMf Kepler望遠(yuǎn)鏡：望遠(yuǎn)鏡：M 0 yy 41四、四、 反射式望遠(yuǎn)鏡反射式望遠(yuǎn)鏡 （a）牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡）牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡（b）格雷戈里反射式望遠(yuǎn)鏡）格雷戈里反射式望遠(yuǎn)鏡（c）卡斯格倫反射式望遠(yuǎn)鏡）卡斯

12、格倫反射式望遠(yuǎn)鏡（d）施密特反射式望遠(yuǎn)鏡）施密特反射式望遠(yuǎn)鏡 牛頓反射式42拋物面拋物面牛頓反射物鏡牛頓反射物鏡F橢球面橢球面1FF拋物面拋物面格雷戈里反射物鏡格雷戈里反射物鏡F拋物面拋物面雙曲面雙曲面卡斯格倫反射物鏡卡斯格倫反射物鏡幾種望遠(yuǎn)鏡光路圖幾種望遠(yuǎn)鏡光路圖FF43五、激光擴(kuò)束器五、激光擴(kuò)束器1、定義：、定義：激光擴(kuò)束器激光擴(kuò)束器將激光束橫截面擴(kuò)大的光學(xué)儀器。將激光束橫截面擴(kuò)大的光學(xué)儀器。2、裝置、裝置 倒用的折射式望遠(yuǎn)鏡是很好的激光擴(kuò)束器倒用的折射式望遠(yuǎn)鏡是很好的激光擴(kuò)束器 。F1F2物鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)F1F2目鏡目鏡物鏡物鏡開氏開氏伽氏伽氏4445461 1、定義：光

13、學(xué)系統(tǒng)中凡是對光能量具有限制作用、定義：光學(xué)系統(tǒng)中凡是對光能量具有限制作用的元件。的元件。（1 1） 保證近軸條件，改善成像質(zhì)量（像的清保證近軸條件，改善成像質(zhì)量（像的清晰晰 度）。度）。（2 2） 控制成像物空間的范圍?？刂瞥上裎锟臻g的范圍。（3 3） 控制像面的亮度?？刂葡衩娴牧炼取? 2 、光闌的作用：光闌的作用： 一、光闌一、光闌如：透鏡的外緣、開孔、光屏等。如：透鏡的外緣、開孔、光屏等。471F2o1oPP1F2o1oPP有效光闌有效光闌有效光闌有效光闌1uu2u2uu1uFF1 1、有效光闌：在所有各種光闌中，限制入射、有效光闌：在所有各種光闌中，限制入射光束最起作用的那個光闌。（

14、孔徑光闌）光束最起作用的那個光闌。（孔徑光闌）48入瞳入瞳有效光闌經(jīng)其前方光學(xué)系統(tǒng)所成的像（有效光闌經(jīng)其前方光學(xué)系統(tǒng)所成的像（B）。）。出瞳出瞳有效光闌經(jīng)其后方光學(xué)系統(tǒng)所成的有效光闌經(jīng)其后方光學(xué)系統(tǒng)所成的像（像（B） 。1F2o1oBBPPBB B B有效光闌有效光闌入入瞳瞳出出瞳瞳uu49AABB邊緣光線邊緣光線主光線主光線主光線主光線-通過孔徑光闌中心的光線通過孔徑光闌中心的光線;邊緣光線邊緣光線-通過孔徑光闌邊緣的光線通過孔徑光闌邊緣的光線;50在這個系統(tǒng)中，孔徑光闌同時也是出瞳在這個系統(tǒng)中，孔徑光闌同時也是出瞳孔徑光闌孔徑光闌入瞳入瞳- 孔徑光闌對前孔徑光闌對前方系統(tǒng)成的像方系統(tǒng)成的像

15、入射孔徑角入射孔徑角uuLPMNABABF51三、有效光闌、入瞳和出瞳的確定方法三、有效光闌、入瞳和出瞳的確定方法對確定的物點：對確定的物點：1 1、求出系統(tǒng)中每一個光闌經(jīng)其前方光學(xué)系統(tǒng)所、求出系統(tǒng)中每一個光闌經(jīng)其前方光學(xué)系統(tǒng)所成的像。成的像。2 2、由確定的物點對第一個透鏡、由確定的物點對第一個透鏡, ,以及各個像作以及各個像作張角，尋找張角最小一個。張角，尋找張角最小一個。3 3、張角最小者對應(yīng)的光闌為有效光闌。、張角最小者對應(yīng)的光闌為有效光闌。4 4、張角最小的、張角最小的像像為入瞳；將已確定的有效光闌為入瞳；將已確定的有效光闌經(jīng)其后方光學(xué)系統(tǒng)成像，即可求得出瞳。經(jīng)其后方光學(xué)系統(tǒng)成像，即

16、可求得出瞳。52在這個系統(tǒng)中，孔徑光闌同時也是出瞳在這個系統(tǒng)中，孔徑光闌同時也是出瞳孔徑光闌孔徑光闌入瞳入瞳- 孔徑光闌對前孔徑光闌對前方系統(tǒng)成的像方系統(tǒng)成的像入射孔徑角入射孔徑角uuuLPMNABABF53四、討論四、討論1 1、若有效光闌在系統(tǒng)最前面，則有效光闌與入瞳重合；、若有效光闌在系統(tǒng)最前面，則有效光闌與入瞳重合；若有效光闌在系統(tǒng)最后面，則有效光闌與出瞳重合。若有效光闌在系統(tǒng)最后面，則有效光闌與出瞳重合。2 2、入瞳、出瞳可能是實像，也可能是虛像；、入瞳、出瞳可能是實像，也可能是虛像；3 3、入瞳并非一定在出瞳的前面；、入瞳并非一定在出瞳的前面；4 4、通過有效光闌中心的光線稱為主光

17、線，由于共軛性，入、通過有效光闌中心的光線稱為主光線，由于共軛性，入、出瞳的中心也在主光線上；出瞳的中心也在主光線上；5 5、人眼的有效光闌就是瞳孔；、人眼的有效光闌就是瞳孔；6 6、有效光闌、出瞳和入瞳均是對給定物點而言的。、有效光闌、出瞳和入瞳均是對給定物點而言的。三、有效光闌、入瞳和出瞳的確定方法三、有效光闌、入瞳和出瞳的確定方法54例、直徑為例、直徑為D D=4cm=4cm，相距，相距d d=4cm=4cm的兩個薄透鏡的兩個薄透鏡 L L1 1（會聚透鏡）和（會聚透鏡）和 L L2 2（發(fā)散透鏡），焦距分別為（發(fā)散透鏡），焦距分別為5cm5cm和和10cm 10cm ，求：求： a a

18、）哪一個透鏡是有效光闌？）哪一個透鏡是有效光闌？ b b）入瞳和出瞳的位置和大?。浚┤胪统鐾奈恢煤痛笮?？4cm4cmP6cm4cm三、有效光闌、入瞳和出瞳的確定方法三、有效光闌、入瞳和出瞳的確定方法5556PQLPQU1UPQLPQ1UPQLPQ1U清晰分辨清晰分辨剛好能分辨剛好能分辨不能分辨不能分辨兩物點距兩物點距離變小離變小一、分辨本領(lǐng)一、分辨本領(lǐng)物點所成像點就是衍射圖樣中的中央條紋或愛里斑。物點所成像點就是衍射圖樣中的中央條紋或愛里斑。571 1、瑞利據(jù)判：、瑞利據(jù)判：2 2、分辨極限角：、分辨極限角： 剛好能分辨時，兩物點對光具組入瞳中心的夾角剛好能分辨時，兩物點對光具組入瞳中心的

19、夾角( (或兩像點或兩像點對出瞳的夾角對出瞳的夾角) )為夫瑯和費圓孔衍射中中央亮斑的角半徑：為夫瑯和費圓孔衍射中中央亮斑的角半徑：10 610(,)URR入瞳半徑入射光波長分辨極限角1一、分辨本領(lǐng)一、分辨本領(lǐng)581U1U1U3 3、分辨本領(lǐng)：、分辨本領(lǐng)：分辨極限角的倒數(shù)，稱為分辨本領(lǐng)：分辨極限角的倒數(shù)，稱為分辨本領(lǐng)：61.011R一、分辨本領(lǐng)一、分辨本領(lǐng)59定義：人眼剛能分開靠近的兩物點的能力定義：人眼剛能分開靠近的兩物點的能力1 1、分辨極限角（、分辨極限角（ 最靈敏）最靈敏）nm5552 2、極限間距、極限間距0311(25)0.1(2.2) 5 10lcm Ummlfcmmm 瞳孔半徑

20、在瞳孔半徑在1 14 4 可調(diào)。?。嚎烧{(diào)。?。篟1R1， = 550nm = 550nm得得016100RU0110.61 0.61URn R( (物間距物間距) )( (像間距像間距) ) OPQUl 60dRU22. 161. 01d d ：物鏡直徑：物鏡直徑兩個像點極限距：兩個像點極限距：11.22/yfdf 增大增大相對孔徑（相對孔徑（d/ fd/ f）或）或 用短波光束。用短波光束。 要增大望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)，要求：要增大望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)，要求：-UO-Uo1F1F2o2物鏡系統(tǒng)物鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)目鏡系統(tǒng)UPQyPQQPU-U1f2f61unsin增大數(shù)值孔徑（增大數(shù)值孔徑（nsinun

21、sinu）。）。 用短波光束（如電子顯微鏡）。用短波光束（如電子顯微鏡）。1.22ys usdsinsin n yunyusin 2 dusunysin61. 0 62630 , limdDDd 0ddndndddddD00 64BC652,2,22sin2sin201100AiAiAiAAn2sin12sin21)2(sin12sin21)2cos(2sin2121)2cos(2sin12202000AnAAAAAAAddn66ddnAnAD2sin12sin222ddnAnAD2sin12sin222 67fddfDLddnL 68b11sinbddnAnA2sin12sin222ddnAnAb2sin12sin222CBddnpddnAnAb2sin12sin222691 1、角色散率、角色散率2、線色散率、線色散率Isin0級1級2級3級bbfdjfddfDLcossincoscosdjdjDddjd70