第四章光學(xué)儀器的基本原理

1、1第四章第四章 光學(xué)儀器的基本原理光學(xué)儀器的基本原理主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1.最精密的光學(xué)儀器最精密的光學(xué)儀器我們的眼睛；我們的眼睛；2.助視儀器的放大本領(lǐng)的定義；助視儀器的放大本領(lǐng)的定義；3.顯微鏡的放大本領(lǐng)和計算；顯微鏡的放大本領(lǐng)和計算；4.望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)和計算；望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)和計算；5.光闌和光瞳的概念和計算。光闌和光瞳的概念和計算。光光 學(xué)學(xué) 教教 程程2復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)光光 學(xué)學(xué) 教教 程程221112rnnrnnsnsnPPAAllMNsshOO1n2nnd*1r*2r1C2Cfss111OAPBPOPABP1.薄透鏡成像公式法薄透鏡成像公式法2.薄透鏡成像作圖法薄透鏡成像作圖法3一一.

2、心靈之窗眼睛的結(jié)構(gòu)心靈之窗眼睛的結(jié)構(gòu)角膜視網(wǎng)膜中央窩ff nn1.眼睛模型以及參數(shù)眼睛模型以及參數(shù)光光 學(xué)學(xué) 教教 程程3/4nRff mm7 . 5mm1 .17R184.54mmm8 . 9mm8 .22折射率折射率光焦度光焦度折射面曲率半徑折射面曲率半徑網(wǎng)膜曲率半徑網(wǎng)膜曲率半徑物方焦距物方焦距像方焦距像方焦距42.眼睛的調(diào)節(jié)、缺陷和矯正眼睛的調(diào)節(jié)、缺陷和矯正光光 學(xué)學(xué) 教教 程程遠(yuǎn)點近點明視距離眼睛的調(diào)節(jié)眼睛的調(diào)節(jié)眼睛的缺陷、矯正眼睛的缺陷、矯正遠(yuǎn)點s遠(yuǎn)點s5注意二二.助視儀器的放大本領(lǐng)助視儀器的放大本領(lǐng)1.放大本領(lǐng)的定義放大本領(lǐng)的定義OPQlUOPQQPlUHH在眼睛前配備助視儀器在眼

3、睛前配備助視儀器時，若線狀物體通過光時，若線狀物體通過光學(xué)儀器和眼睛構(gòu)成的光學(xué)儀器和眼睛構(gòu)成的光具組在視網(wǎng)膜上面形成具組在視網(wǎng)膜上面形成的像長度為的像長度為 。而沒有。而沒有配備這種儀器時，通過配備這種儀器時，通過眼睛觀察放在助視儀器眼睛觀察放在助視儀器原來所成虛像平面上的原來所成虛像平面上的同一物，在視網(wǎng)膜上面同一物，在視網(wǎng)膜上面所成像的長度為所成像的長度為 。那。那么么 與與 之比稱為助視之比稱為助視儀器的儀器的放大本領(lǐng)放大本領(lǐng)。llllUUtgUUtgllM于同一位置應(yīng)該處像和這里的物QPPQ光光 學(xué)學(xué) 教教 程程62.凸透鏡的放大本領(lǐng)凸透鏡的放大本領(lǐng)OlUsyPQFfL對眼睛的視角為：

4、QP對眼睛的視角為：PQfyfysyUcmyU25凸透鏡的放大本領(lǐng)：fcmUUM25思考是否焦距越是否焦距越短越好？短越好？OlUcm25yPQ光光 學(xué)學(xué) 教教 程程y71231233.兩種主要目鏡的介紹兩種主要目鏡的介紹1231O2OF2F2F1F213場鏡視鏡3.1 惠更斯目鏡惠更斯目鏡3.2 冉斯登目鏡冉斯登目鏡1O2O場鏡視鏡1F2FF123光光 學(xué)學(xué) 教教 程程QQ1328物鏡目鏡2O4.顯微鏡的放大本領(lǐng)顯微鏡的放大本領(lǐng)OlUycm25PQO1F1F 2FlP Q PQPQyy1f 2f1fsssyy2fyUU 21ffsycmyU252125ffscmUUM2125fcmfs212

5、5fcmfl光光 學(xué)學(xué) 教教 程程9例題：一個顯微鏡具有三個物鏡和兩個目鏡。三個物鏡例題：一個顯微鏡具有三個物鏡和兩個目鏡。三個物鏡的焦距分別為：的焦距分別為：16mm、4mm和和2mm，兩個目鏡的放大，兩個目鏡的放大本領(lǐng)分別是本領(lǐng)分別是5倍和倍和10倍。設(shè)三個物鏡造成的像都能落在倍。設(shè)三個物鏡造成的像都能落在像距為像距為160mm的地方，問這臺顯微鏡的最大和最小的放的地方，問這臺顯微鏡的最大和最小的放大本領(lǐng)是多少？大本領(lǐng)是多少？解：顯微鏡的放大本領(lǐng)等于物鏡的橫向放大率解：顯微鏡的放大本領(lǐng)等于物鏡的橫向放大率目鏡的放目鏡的放大本領(lǐng)。大本領(lǐng)。物鏡的橫向放大率物鏡的橫向放大率=像距像距/焦距焦距1

6、016160404160802160目鏡的放大本領(lǐng)目鏡的放大本領(lǐng)510顯微鏡最大和最小放大本領(lǐng)為：顯微鏡最大和最小放大本領(lǐng)為：50800光光 學(xué)學(xué) 教教 程程101O物鏡2O目鏡5.望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)1f 2fUUU U2fQPUU 1fQPU2121ffffUUM光光 學(xué)學(xué) 教教 程程5.1 開普勒望遠(yuǎn)鏡開普勒望遠(yuǎn)鏡PQ11物鏡目鏡UU1f 2f1F2FyPQUU 22fyfQPUU 11fyfQPU2121ffffUUM光光 學(xué)學(xué) 教教 程程5.2 伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡125.3 反射式望遠(yuǎn)鏡介紹反射式望遠(yuǎn)鏡介紹光光 學(xué)學(xué) 教教 程程ABCDFF CDCD13outu三三

7、.光闌、光瞳光闌、光瞳光光 學(xué)學(xué) 教教 程程1FDd1Fd3.1光闌、有效光闌；入射光瞳、出射光瞳的概念。光闌、有效光闌；入射光瞳、出射光瞳的概念。FFBBBBB B 在所有各種光闌中，限制入射光束最起作用的那個光闌，就是有效光闌。有效光闌被自己前面的光具組所成的像就是入射光瞳；被自己后面的光具組所成的像就是出射光瞳。PuPuinu14LAB光光 學(xué)學(xué) 教教 程程3.2有效光闌、光瞳的計算。有效光闌、光瞳的計算。FPMNAB1DDLuPuFLABABLuPPu確定任何光具組有效光闌的確定任何光具組有效光闌的方法是：先求出每一個給定方法是：先求出每一個給定光闌或透鏡邊緣由其前面光闌或透鏡邊緣由其

8、前面（向著物空間方面）那一部（向著物空間方面）那一部分光具組所成的像，找出這分光具組所成的像，找出這些像以及第一個透鏡邊緣相些像以及第一個透鏡邊緣相對于指定的物點所張的角，對于指定的物點所張的角，在這些角中找出最小的一個在這些角中找出最小的一個角，和這個最小的角對應(yīng)的角，和這個最小的角對應(yīng)的光闌就是有效光闌。利用它光闌就是有效光闌。利用它的成像可以求出入射光瞳和的成像可以求出入射光瞳和出射光瞳。出射光瞳。152y例題：孔徑都等于例題：孔徑都等于4cm的兩個薄透鏡組成同軸光具組，的兩個薄透鏡組成同軸光具組，一個透鏡是會聚的，其焦距為一個透鏡是會聚的，其焦距為5cm;另一個透鏡是發(fā)散的，另一個透鏡

9、是發(fā)散的，其焦距為其焦距為10cm。兩個透鏡中心間的間距為。兩個透鏡中心間的間距為4cm。對于會。對于會聚透鏡前面聚透鏡前面6cm處的一個物點，試問處的一個物點，試問（1）哪一個透鏡是哪一個透鏡是有效光闌？（有效光闌？（2）入射光瞳和出射光瞳的位置在哪里？）入射光瞳和出射光瞳的位置在哪里？大小等于多少？大小等于多少？光光 學(xué)學(xué) 教教 程程1FP1L2L2Lu1Lu1L2L2F2yPcmfcms5,4) 1 (解：cmsfss20111cmyssy20512216201 syarctguL6062186201 yarctguLcmfcms10,4)2(cmsfss857. 2111cmyssy8

10、57. 2161.眼睛的模型、缺陷和矯正眼睛的模型、缺陷和矯正光光 學(xué)學(xué) 教教 程程眼睛的模型眼睛的模型眼睛的缺陷、矯正眼睛的缺陷、矯正復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)S遠(yuǎn)點遠(yuǎn)點遠(yuǎn)點SS 遠(yuǎn)點S011遠(yuǎn)點眼鏡Sf遠(yuǎn)點遠(yuǎn)點SS 遠(yuǎn)點S011遠(yuǎn)點眼鏡Sf172.助視儀器的放大本領(lǐng)助視儀器的放大本領(lǐng)OPQlUOPQQPlUHHUUtgUUtgllM定義：光光 學(xué)學(xué) 教教 程程復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)25fcmM 凸透鏡：目鏡的放大本領(lǐng)物鏡的橫向放大率顯微鏡：252fcmssM目鏡的像方焦距物鏡的像方焦距望遠(yuǎn)鏡：21ffM183.有效光闌、入射光瞳和出射光瞳有效光闌、入射光瞳和出射光瞳光光 學(xué)學(xué) 教教 程程定義：在所有各種光闌中，限制入射光

11、束最起作用的定義：在所有各種光闌中，限制入射光束最起作用的那個光闌，就是那個光闌，就是有效光闌有效光闌。有效光闌被自己前面的光具組所成的像就是有效光闌被自己前面的光具組所成的像就是入射光瞳入射光瞳；被自己后面的光具組所成的像就是被自己后面的光具組所成的像就是出射光瞳出射光瞳。復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)確定確定有效光闌有效光闌方法：方法：1）由定義得到）由定義得到有效光闌有效光闌；2）先求出每一個光闌或透鏡邊緣由其前面（向著物空間）先求出每一個光闌或透鏡邊緣由其前面（向著物空間方面）那一部分光具組所成的像，找出這些像以及第一個方面）那一部分光具組所成的像，找出這些像以及第一個透鏡邊緣相對于指定的物點所張的角，在這

12、些角中找出最透鏡邊緣相對于指定的物點所張的角，在這些角中找出最小的一個角，和這個最小的角對應(yīng)的光闌就是小的一個角，和這個最小的角對應(yīng)的光闌就是有效光闌有效光闌。利用光瞳的定義可以求出利用光瞳的定義可以求出入射光瞳入射光瞳和和出射光瞳出射光瞳。19光光 學(xué)學(xué) 教教 程程4.1助視儀器的分辨本領(lǐng)助視儀器的分辨本領(lǐng)PQPQPQ瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)P,Q兩條光線的譜線能否被分辨清楚，取決于兩條譜線兩條光線的譜線能否被分辨清楚，取決于兩條譜線間的夾角間的夾角U是否大于此時衍射的第一暗紋的衍射角。是否大于此時衍射的第一暗紋的衍射角。U1U1U1U四、分辨本領(lǐng)四、分辨本領(lǐng)20光光 學(xué)學(xué) 教教 程程PQRU610. 01眼睛的分辨本領(lǐng)：望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)：顯微鏡物鏡的分辨本領(lǐng)RU610. 00lRlUy610. 00fdy220. 1unysin610. 021光光 學(xué)學(xué) 教教 程程4.2分光儀器的分辨本領(lǐng)分光儀器的分辨本領(lǐng)ddD 角色散率P色分辨本領(lǐng)1.棱鏡：棱鏡：ABCn2sin2sin0AAnddnAnAddndnd2sin12sin2ddD22角色散