光學(xué)儀器的基本原理

1、第四章第四章 光學(xué)儀器的基本原理光學(xué)儀器的基本原理光學(xué)儀器需要解決的矛盾：光學(xué)儀器需要解決的矛盾：影響象的清晰度的因素影響象的清晰度的因素色差（色散）色差（色散）象差（非近軸區(qū)域光束）象差（非近軸區(qū)域光束）衍射（光束受近軸區(qū)域約束）衍射（光束受近軸區(qū)域約束）影響象場(chǎng)能量聚集程度影響象場(chǎng)能量聚集程度物體限于近軸范圍物體限于近軸范圍光束限于近軸區(qū)域光束限于近軸區(qū)域 透鏡的像差、色差透鏡的像差、色差 球面像差球面像差 一個(gè)物點(diǎn)發(fā)出的遠(yuǎn)軸光線一個(gè)物點(diǎn)發(fā)出的遠(yuǎn)軸光線經(jīng)透鏡折射后，與近軸光線經(jīng)透鏡折射后，與近軸光線所成的像不重合，如圖所成的像不重合，如圖 (a)(a)所示，這種像差稱為球面像所示，這種像差

2、稱為球面像差，簡(jiǎn)稱球差。球面像差導(dǎo)差，簡(jiǎn)稱球差。球面像差導(dǎo)致點(diǎn)光源成像不是一個(gè)點(diǎn)，致點(diǎn)光源成像不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)圓斑而是一個(gè)圓斑 。減小球差最簡(jiǎn)單的方法是在透鏡前加一個(gè)光闌，減小球差最簡(jiǎn)單的方法是在透鏡前加一個(gè)光闌，只讓近軸光線通過(guò)，如圖只讓近軸光線通過(guò)，如圖 (b)(b)所示。所示。 (a) (b)色差色差由于折射率由于折射率n n與光的波長(zhǎng)有與光的波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越短，關(guān)，波長(zhǎng)越短，折射率越大。折射率越大。由透鏡的焦距由透鏡的焦距公式：公式：11211(1)rrfn可知，不同波長(zhǎng)的光，透鏡可知，不同波長(zhǎng)的光，透鏡的焦距不相等，如圖的焦距不相等，如圖(a)(a)所示。所示。由此造成的像差稱為

3、由此造成的像差稱為色像差色像差。糾正方法是將不同的折射率的糾正方法是將不同的折射率的凸透鏡和凹透鏡適當(dāng)配合。凸透鏡和凹透鏡適當(dāng)配合。 (a) 色像差及其矯正色像差及其矯正(a)(b) 放大本領(lǐng) 聚光本領(lǐng) 分辨本領(lǐng) 光學(xué)儀器的指標(biāo)光學(xué)儀器的指標(biāo)*4.1 人的眼睛人的眼睛一、一、人眼的結(jié)構(gòu)人眼的結(jié)構(gòu) （從光學(xué)儀器的角度來(lái)講）（從光學(xué)儀器的角度來(lái)講）從從幾何光學(xué)幾何光學(xué)的角度，的角度，人眼人眼照相機(jī)照相機(jī)是一個(gè)精密成象的是一個(gè)精密成象的光學(xué)儀器光學(xué)儀器瞳孔瞳孔控制進(jìn)入人眼的光通量。控制進(jìn)入人眼的光通量。幾個(gè)名詞：幾個(gè)名詞：晶狀體晶狀體可調(diào)焦距的凸透鏡?？烧{(diào)焦距的凸透鏡。視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜接收象。接收象。二

4、、二、簡(jiǎn)化眼簡(jiǎn)化眼從幾何光學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，從幾何光學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，人眼是一個(gè)由不同介質(zhì)人眼是一個(gè)由不同介質(zhì)構(gòu)成的共軸光具組構(gòu)成的共軸光具組，因而可以簡(jiǎn)化成單折射球面，因而可以簡(jiǎn)化成單折射球面的的簡(jiǎn)化眼簡(jiǎn)化眼。Fn=1n=4/3三、三、人眼的調(diào)節(jié)功能人眼的調(diào)節(jié)功能正常眼正常眼遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn) 近點(diǎn)（隨年齡變化）近點(diǎn)（隨年齡變化）明視距離明視距離 25 cm非正常眼非正常眼近視眼近視眼遠(yuǎn)點(diǎn)不在遠(yuǎn)點(diǎn)不在，凹透鏡矯正。，凹透鏡矯正。遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼近點(diǎn)近點(diǎn)變遠(yuǎn)，凸透鏡矯正。變遠(yuǎn)，凸透鏡矯正。散散 光光 角膜曲率不均勻。角膜曲率不均勻。光焦度（光焦度（屈光度）：屈光度）：1f單位：?jiǎn)挝唬?/米米度數(shù)度數(shù)=100屈光度屈

5、光度4.2 助視儀器的放大本領(lǐng)助視儀器的放大本領(lǐng)一、一、放大本領(lǐng)的放大本領(lǐng)的 概念概念1. 眼睛對(duì)物體大小的感覺眼睛對(duì)物體大小的感覺u物體對(duì)人眼張開的視角物體對(duì)人眼張開的視角u2. 放大本領(lǐng)放大本領(lǐng)-luPQPQ-lQPuuuullMtantanl l：不用助視儀器在視網(wǎng)膜上的象長(zhǎng)。：不用助視儀器在視網(wǎng)膜上的象長(zhǎng)。ll：用助視儀器在視網(wǎng)膜上的象長(zhǎng)。：用助視儀器在視網(wǎng)膜上的象長(zhǎng)。uu：經(jīng)助視儀器后的象對(duì)人眼張開的視角。：經(jīng)助視儀器后的象對(duì)人眼張開的視角。u u遠(yuǎn)物遠(yuǎn)物：對(duì)人眼張開的視角。：對(duì)人眼張開的視角。近物近物：放在明視距離處，對(duì)人眼張開的視角。：放在明視距離處，對(duì)人眼張開的視角。二、二、放

6、大鏡放大鏡25 cmFuu透鏡的放大本領(lǐng)：透鏡的放大本領(lǐng)：tanfyfysyu25tanyu 25tantanfuuMyyy-s 4.3 目鏡目鏡一、一、目鏡的作用目鏡的作用目鏡是復(fù)雜的放大鏡，其特點(diǎn)：目鏡是復(fù)雜的放大鏡，其特點(diǎn)：M大，視場(chǎng)大，大，視場(chǎng)大，可以校正象差?？梢孕Ｕ蟛睢Ｄ跨R一般由兩個(gè)目鏡一般由兩個(gè)或或幾個(gè)薄透鏡組成幾個(gè)薄透鏡組成接目鏡（視鏡）接目鏡（視鏡）向場(chǎng)鏡（場(chǎng)鏡）向場(chǎng)鏡（場(chǎng)鏡） 二、二、兩種目鏡兩種目鏡1. 惠更斯目鏡惠更斯目鏡HHFL1L22121212,3ffadafaf組合：組合：af23消色差消色差特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1） 消色差；消色差；（2）只能接在物鏡后，使成象在明

7、視距離，只能接在物鏡后，使成象在明視距離， 起放大作用；起放大作用；（3）視場(chǎng)大。視場(chǎng)大。2. 冉斯登目鏡冉斯登目鏡HHFadafaf32,21組合：組合：af43特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）直接可當(dāng)放大鏡使用；直接可當(dāng)放大鏡使用；（2）與惠更斯目鏡比較，與惠更斯目鏡比較，可直接作放大鏡可直接作放大鏡 觀察實(shí)物觀察實(shí)物，惠更斯目鏡只能觀察象；，惠更斯目鏡只能觀察象；（3）整個(gè)系統(tǒng)比較長(zhǎng)。整個(gè)系統(tǒng)比較長(zhǎng)。-y4.4 顯微鏡的放大本領(lǐng)顯微鏡的放大本領(lǐng)顯微鏡顯微鏡物鏡物鏡一組透鏡，焦距一組透鏡，焦距f1短短目鏡目鏡一組透鏡，焦距一組透鏡，焦距f2簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)化為單個(gè)透鏡單個(gè)透鏡F1F2物鏡物鏡目鏡目鏡光學(xué)間隔光學(xué)

8、間隔 = F1F2 l（筒長(zhǎng)）（筒長(zhǎng)）f1 , f2很短很短-uy-y,25tanyu 2121tanfyfyu21tanfyu 顯微鏡的放大本領(lǐng)：顯微鏡的放大本領(lǐng)：目物MfyyyfyM212125251111fffyy物 212525fffM21fff25fM u4.5 望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡物鏡物鏡，f1長(zhǎng)長(zhǎng)目鏡目鏡反射鏡反射鏡反射式望遠(yuǎn)鏡反射式望遠(yuǎn)鏡透鏡透鏡折射式望遠(yuǎn)鏡折射式望遠(yuǎn)鏡會(huì)聚會(huì)聚開普勒望遠(yuǎn)鏡開普勒望遠(yuǎn)鏡發(fā)散發(fā)散伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡一、一、開普勒望遠(yuǎn)鏡開普勒望遠(yuǎn)鏡無(wú)窮遠(yuǎn)的物無(wú)窮遠(yuǎn)的物物鏡物鏡目鏡目鏡F1 F2-u = 02121tanfyfyu1111t

9、anfyfyu-y1遠(yuǎn)物，小視角遠(yuǎn)物，小視角放大本領(lǐng)：放大本領(lǐng)：211121tantanfffyfyuuM 21ffM有限遠(yuǎn)的物有限遠(yuǎn)的物物鏡物鏡目鏡目鏡F1 F2211121tantanfssyfyuuM放大本領(lǐng)：放大本領(lǐng)： 21fsMM0，倒立象，倒立象u-u開普勒望遠(yuǎn)鏡的開普勒望遠(yuǎn)鏡的 . . = 0 = 0，為無(wú)焦系統(tǒng)。為無(wú)焦系統(tǒng)。1F2F物鏡物鏡目鏡目鏡 UU長(zhǎng)焦距物鏡和短焦距目鏡，長(zhǎng)焦距物鏡和短焦距目鏡，成倒立象成倒立象。二、伽利略望遠(yuǎn)鏡二、伽利略望遠(yuǎn)鏡1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：物鏡為會(huì)聚透鏡和目鏡為發(fā)散透鏡，且物鏡像方焦點(diǎn)與目鏡物方物鏡為會(huì)聚透鏡和目鏡為發(fā)散透鏡，且物鏡像方焦點(diǎn)與

10、目鏡物方焦點(diǎn)重合。焦點(diǎn)重合。UO1O2F1F2OUQPQUU2、原理、原理：光路如圖示：光路如圖示 無(wú)窮遠(yuǎn)處的物體無(wú)窮遠(yuǎn)處的物體PQ發(fā)出的平行光入射于物鏡系統(tǒng)，原應(yīng)成實(shí)象發(fā)出的平行光入射于物鏡系統(tǒng)，原應(yīng)成實(shí)象PQ于象方焦平面上；但成像前遇目鏡，故作于象方焦平面上；但成像前遇目鏡，故作虛物對(duì)目鏡成像虛物對(duì)目鏡成像；又因物鏡系統(tǒng)的象方焦平面與目鏡系統(tǒng)的物方焦平面重合，故最又因物鏡系統(tǒng)的象方焦平面與目鏡系統(tǒng)的物方焦平面重合，故最終由目鏡系統(tǒng)出射的光為平行光，即成正立象于無(wú)窮遠(yuǎn)處。終由目鏡系統(tǒng)出射的光為平行光，即成正立象于無(wú)窮遠(yuǎn)處。Qy1f2f1fyU22 fyfyUU21 ffUUM3、放大本領(lǐng)、放

11、大本領(lǐng)使用望遠(yuǎn)鏡后，無(wú)窮遠(yuǎn)處的象對(duì)眼使用望遠(yuǎn)鏡后，無(wú)窮遠(yuǎn)處的象對(duì)眼睛的張角為：睛的張角為：未使用望遠(yuǎn)鏡時(shí)，無(wú)窮遠(yuǎn)處物體對(duì)眼未使用望遠(yuǎn)鏡時(shí)，無(wú)窮遠(yuǎn)處物體對(duì)眼睛的張角為：睛的張角為：伽利略望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)：伽利略望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)： 鏡筒長(zhǎng)度鏡筒長(zhǎng)度 L = f1-f2，筒長(zhǎng)較短。，筒長(zhǎng)較短。 f1為正值，為正值，f2為負(fù)值，故放大本領(lǐng)為負(fù)值，故放大本領(lǐng)M為正值，望遠(yuǎn)鏡成為正值，望遠(yuǎn)鏡成 正正立的象；立的象；說(shuō)明：說(shuō)明： 目鏡的物方焦平面在鏡筒之外，無(wú)法放置分劃板；目鏡的物方焦平面在鏡筒之外，無(wú)法放置分劃板； 眼睛的位置眼睛的位置O理論上位于鏡筒之內(nèi)，實(shí)際進(jìn)入眼睛的光束理論上位于鏡筒之內(nèi)，實(shí)際進(jìn)入眼

12、睛的光束的范圍因此而受限制，故視場(chǎng)較小；的范圍因此而受限制，故視場(chǎng)較?。蛔ⅲ和h(yuǎn)鏡不是將物直接放大，而是將物移近，從而增大視角。注：望遠(yuǎn)鏡不是將物直接放大，而是將物移近，從而增大視角。三、三、反射式望遠(yuǎn)鏡（天文望遠(yuǎn)鏡）反射式望遠(yuǎn)鏡（天文望遠(yuǎn)鏡）牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡格雷戈里式望遠(yuǎn)鏡格雷戈里式望遠(yuǎn)鏡卡斯格倫式望遠(yuǎn)鏡卡斯格倫式望遠(yuǎn)鏡近代，采用近代，采用施密特物鏡施密特物鏡哈勃太空望遠(yuǎn)鏡哈勃太空望遠(yuǎn)鏡四、四、激光擴(kuò)束器激光擴(kuò)束器倒裝的伽利略望遠(yuǎn)鏡倒裝的伽利略望遠(yuǎn)鏡 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：設(shè)開普了勒望遠(yuǎn)鏡和伽利略望遠(yuǎn)鏡的物鏡設(shè)開普了勒望遠(yuǎn)鏡和伽利略望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡之間的距離均為和目鏡之間的距離均為1

13、0cm，視角放大率均為，視角放大率均為3倍，倍，分別求它們的分別求它們的 f1， f2 。解：伽里略望遠(yuǎn)鏡是用發(fā)散透鏡來(lái)做目鏡的，且物解：伽里略望遠(yuǎn)鏡是用發(fā)散透鏡來(lái)做目鏡的，且物鏡的象方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)相重合。故由已知鏡的象方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)相重合。故由已知條件可得條件可得 厘米厘米1221ff421ffM 4 4 16221fff即厘米厘米厘米厘米例例1:一架伽利略望遠(yuǎn)鏡，物鏡和目鏡之間距離為一架伽利略望遠(yuǎn)鏡，物鏡和目鏡之間距離為12厘米。若該望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)為厘米。若該望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)為4，試求物鏡和目鏡，試求物鏡和目鏡的焦距各是多少？的焦距各是多少？4.6 光闌光闌 光瞳光瞳一、

14、一、光闌的概念光闌的概念光闌光闌光學(xué)系統(tǒng)中具有光學(xué)系統(tǒng)中具有透光孔透光孔的屏。的屏。作用：作用：1. 限制孔徑角大小限制孔徑角大小2. 限制軸外成象光束限制軸外成象光束3. 控制光通量控制光通量4. 擋掉雜散光擋掉雜散光以作用分類：以作用分類：有效光闌有效光闌限制軸上物點(diǎn)孔徑角限制軸上物點(diǎn)孔徑角視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌限制軸外成象限制軸外成象二、二、有效光闌和光瞳有效光闌和光瞳有效光闌有效光闌在所有各光闌中，在所有各光闌中，限制入射光束限制入射光束 最起作用最起作用的那個(gè)光闌。的那個(gè)光闌。是針對(duì)軸上某一點(diǎn)而言。是針對(duì)軸上某一點(diǎn)而言。PQP點(diǎn)點(diǎn)“1”為有效光闌為有效光闌Q點(diǎn)點(diǎn)“2”為有效光闌為有效光闌1

15、2（1）對(duì)指定某一物點(diǎn)而言；）對(duì)指定某一物點(diǎn)而言；特點(diǎn)：特點(diǎn)：PPABBAAB為為P點(diǎn)點(diǎn)的有效光闌的有效光闌入射光瞳入射光瞳限制入射光線，限制入射光線，有效光闌被它前面有效光闌被它前面 的光學(xué)系統(tǒng)成的象的光學(xué)系統(tǒng)成的象。出射光瞳出射光瞳限制出射光線，限制出射光線，有效光闌被它后面有效光闌被它后面 的光學(xué)系統(tǒng)成的象的光學(xué)系統(tǒng)成的象。既可以為既可以為實(shí)物實(shí)物，也可以為，也可以為象象。（2）對(duì)象方光束的限制也可看成對(duì)物方光束的限制。）對(duì)象方光束的限制也可看成對(duì)物方光束的限制。分析有效光闌、入射光瞳、出射光瞳的思路：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)）明確考慮的物點(diǎn)P；（2）

16、所有光闌（包括透鏡）對(duì)它前面透鏡成象；）所有光闌（包括透鏡）對(duì)它前面透鏡成象；（3）由確定物點(diǎn)對(duì)所有像做張角，比較所得的張角，）由確定物點(diǎn)對(duì)所有像做張角，比較所得的張角，張角最小者所對(duì)應(yīng)的物就是有效光闌；張角最小者所對(duì)應(yīng)的物就是有效光闌；（4）張角最小的象即是入射光瞳；）張角最小的象即是入射光瞳；（5）有效光闌對(duì)其右邊的光學(xué)系統(tǒng)成象得到出射）有效光闌對(duì)其右邊的光學(xué)系統(tǒng)成象得到出射光瞳。光瞳。入射光瞳、出射光瞳共軛入射光瞳、出射光瞳共軛1F2o1oBBPPBB B B有效光闌有效光闌入入射射光光瞳瞳出出射射光光瞳瞳uu入射孔徑角入射孔徑角出射孔徑角出射孔徑角入射孔徑角：入射光瞳半徑兩端對(duì)物平面與

17、主軸的交點(diǎn)所張的角稱為入入射孔徑角：入射光瞳半徑兩端對(duì)物平面與主軸的交點(diǎn)所張的角稱為入射孔徑角（簡(jiǎn)稱孔徑角）。射孔徑角（簡(jiǎn)稱孔徑角）。出射孔徑角：出射光瞳半徑兩端對(duì)像平面與主軸的交點(diǎn)所張的角稱為出射孔徑角：出射光瞳半徑兩端對(duì)像平面與主軸的交點(diǎn)所張的角稱為出射孔徑角（簡(jiǎn)稱投射角）。出射孔徑角（簡(jiǎn)稱投射角）。討論：討論：1、若有效光闌在整個(gè)系統(tǒng)最前面，則有效光闌與入瞳重合；、若有效光闌在整個(gè)系統(tǒng)最前面，則有效光闌與入瞳重合； 若有效光闌在整個(gè)系統(tǒng)最后面，則有效光闌與出瞳重合。若有效光闌在整個(gè)系統(tǒng)最后面，則有效光闌與出瞳重合。2、入瞳、出瞳可能是實(shí)像，也可能是虛像；、入瞳、出瞳可能是實(shí)像，也可能是虛

18、像；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、通過(guò)有效光闌中心的光線稱為主光線，由于共軛性，入、通過(guò)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、人眼的有效光闌就是瞳孔；、人眼的有效光闌就是瞳孔；6、有效光闌、出瞳和入瞳均是對(duì)給定物點(diǎn)而言的。、有效光闌、出瞳和入瞳均是對(duì)給定物點(diǎn)而言的。4.7 光度學(xué)概要光度學(xué)概要光能量的傳播光能量的傳播一、一、輻射通量輻射通量輻射通量輻射通量 單位時(shí)間內(nèi)，某一面積發(fā)射單位時(shí)間內(nèi)，某一面積發(fā)射 出來(lái)的全部輻射能量。出來(lái)的全部輻射能量。譜輻射通量密度譜輻射通量密度e()單位波長(zhǎng)范圍間隔內(nèi)單位波

19、長(zhǎng)范圍間隔內(nèi) 的輻射通量。的輻射通量。 ,dde 0de二、二、視見函數(shù)視見函數(shù) 555v（1）因人而異）因人而異（2）背景亮度）背景亮度（背景暗，向短波方向移動(dòng)）（背景暗，向短波方向移動(dòng)）特點(diǎn)：特點(diǎn)：光能量傳遞光能量傳遞輻射度學(xué)輻射度學(xué)可見光范圍可見光范圍光度學(xué)光度學(xué)555nm （單位：（單位：瓦特瓦特）v( )1.0三、三、光通量光通量光通量光通量客觀輻射通量對(duì)客觀輻射通量對(duì)人眼引起視覺的有效通量人眼引起視覺的有效通量。 devKdvKdmmKm最大光視效能最大光視效能Km= 683 lm/W 單色光光通量：?jiǎn)紊夤馔浚?devd683復(fù)色光光通量：復(fù)色光光通量： 00683devd發(fā)光

20、效率：發(fā)光效率：P單位：?jiǎn)挝唬毫髅髁髅鳎╨m）四、四、發(fā)光強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)度度發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度表征光源在表征光源在一定方向范圍內(nèi)發(fā)出的一定方向范圍內(nèi)發(fā)出的 光通量的空間分布光通量的空間分布的物理量。的物理量。ddI單位：?jiǎn)挝唬嚎驳吕驳吕╟d）如果各個(gè)方向發(fā)光強(qiáng)度相同，則如果各個(gè)方向發(fā)光強(qiáng)度相同，則IId4坎德拉坎德拉是一光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，是一光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，該光源發(fā)出頻率為該光源發(fā)出頻率為5.401014 Hz的單色輻射，的單色輻射，而且在此方向上的輻射強(qiáng)度為而且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683 W/sr。（sr為球面度為球面度）SI中，七個(gè)基本單位之一中，七個(gè)基本單位之一五

21、、五、照度和出射度照度和出射度照度照度E單位面積上單位面積上接收接收的光通量。的光通量。dSdE點(diǎn)光源點(diǎn)光源22coscosRIdSRdSIdSIdE面光源面光源出射度出射度M單位面積上單位面積上輻射出來(lái)輻射出來(lái)的光通量。的光通量。單位：?jiǎn)挝唬豪湛怂估湛怂?lux), lm/m2dSdM單位：?jiǎn)挝唬豪湛怂估湛怂?lux), lm/m2dSR六、六、亮度亮度亮度亮度L輻射面上單位投影面積，在單位輻射面上單位投影面積，在單位 立體角內(nèi)輻射的光通量。立體角內(nèi)輻射的光通量。SdSdddSdLcos單位：?jiǎn)挝唬篶d/m2cosdSdIL 由發(fā)光強(qiáng)度定義，由發(fā)光強(qiáng)度定義，L可寫為：可寫為：擴(kuò)展光源擴(kuò)展光源

22、dI cosL與與無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)朗伯定律朗伯定律漫反射漫反射朗伯反射體朗伯反射體朗伯光源朗伯光源七、三原色原理七、三原色原理紅光紅光 R ( =700 nm)綠光綠光 G ( =546.1 nm)藍(lán)光藍(lán)光 B ( =435.8 nm)光通量按不同比例光通量按不同比例混合混合可得到可得到自然界自然界大多數(shù)顏色的光。大多數(shù)顏色的光。拍攝：拍攝：分光系統(tǒng)分解分光系統(tǒng)分解RGB光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換EREGEB傳輸傳輸 或或儲(chǔ)存儲(chǔ)存圖像圖像顯示顯示EREGEB加到彩色顯象管加到彩色顯象管紅色圖像紅色圖像綠色圖像綠色圖像蘭色圖像蘭色圖像彩色圖像彩色圖像4.8 物鏡的聚光本領(lǐng)物鏡的聚光本領(lǐng)物鏡的聚光本領(lǐng)物鏡的聚光本領(lǐng)

23、是描述是描述物鏡聚集光通量能力物鏡聚集光通量能力的物理量。的物理量。一、一、顯微鏡的聚光本領(lǐng)顯微鏡的聚光本領(lǐng) 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑象面照度象面照度22.01ANRLE L0成象的物在真空中的亮度成象的物在真空中的亮度 橫向放大率橫向放大率RN.A.數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑unRANsin.n 物方折射率物方折射率u 孔徑角孔徑角u 在光學(xué)儀器中，目鏡的作用主要是將物鏡所成的像的視角在光學(xué)儀器中，目鏡的作用主要是將物鏡所成的像的視角放大；而物鏡除了承擔(dān)將物放大之外，還要承擔(dān)校正像差和增放大；而物鏡除了承擔(dān)將物放大之外，還要承擔(dān)校正像差和增大像面照度的任務(wù)。所以，光學(xué)儀器的聚光本領(lǐng)是針對(duì)物鏡而大像面照度的任務(wù)

24、。所以，光學(xué)儀器的聚光本領(lǐng)是針對(duì)物鏡而言的。言的。 描述描述物鏡聚集光通量能力的物理量物鏡聚集光通量能力的物理量，稱為物鏡的，稱為物鏡的聚光本領(lǐng)聚光本領(lǐng)。它通過(guò)像面的照度來(lái)度量。它通過(guò)像面的照度來(lái)度量。一、光源在較近距離時(shí)的聚光本領(lǐng)（顯微鏡）一、光源在較近距離時(shí)的聚光本領(lǐng)（顯微鏡） 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑dsABCDdRuu1du1d1設(shè)：光具組的入瞳（園形，設(shè)：光具組的入瞳（園形，ABCD）大小一定。）大小一定。ds為垂直于主軸的近軸為垂直于主軸的近軸物面積元，它在物方折物面積元，它在物方折射率為射率為n的介質(zhì)中的亮的介質(zhì)中的亮度為度為L(zhǎng)22.01ANRLE L0成象的物在真空中的亮度成象的物在真

25、空中的亮度 橫向放大率橫向放大率RN.A.數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑unRANsin.n 物方折射率物方折射率u 孔徑角孔徑角對(duì)于橫向放大率確定的光具組，聚光本領(lǐng)（象面照對(duì)于橫向放大率確定的光具組，聚光本領(lǐng)（象面照度）正比于度）正比于nsinu的平方。的平方。dsABCDdRuu1du1d1二、二、望遠(yuǎn)鏡的聚光本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡的聚光本領(lǐng) 相對(duì)孔徑相對(duì)孔徑象面照度象面照度2fdEd 望遠(yuǎn)鏡物鏡孔徑望遠(yuǎn)鏡物鏡孔徑d/f 相對(duì)孔徑相對(duì)孔徑反射式反射式望遠(yuǎn)鏡相對(duì)孔徑望遠(yuǎn)鏡相對(duì)孔徑 1/3.33折射式折射式望遠(yuǎn)鏡相對(duì)孔徑望遠(yuǎn)鏡相對(duì)孔徑 1/18.9三、三、照相機(jī)的聚光本領(lǐng)照相機(jī)的聚光本領(lǐng)象面照度象面照度2fdE遠(yuǎn)物遠(yuǎn)物

26、近物近物204fdLE2016fdLEF數(shù)數(shù)(光圈數(shù)光圈數(shù)）相對(duì)孔徑的倒數(shù)，相對(duì)孔徑的倒數(shù)，即即f /d通常用通常用F 1:K 表示表示物鏡的相對(duì)孔徑物鏡的相對(duì)孔徑.如國(guó)產(chǎn)海鷗如國(guó)產(chǎn)海鷗DF型照相機(jī)型照相機(jī)F 1:2F數(shù)數(shù) f /d1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 16相對(duì)相對(duì)孔徑孔徑 d/f 1/1 1/1.4 1/2 1/2.8 1/4 1/5.6 1/8 1/11 1/16象面象面照度照度256112816413211618141211*4.10(12) 象差象差單色象差單色象差軸上點(diǎn)軸上點(diǎn)（寬光束）（寬光束）球球差差軸外點(diǎn)軸外點(diǎn)軸外近點(diǎn)軸外近點(diǎn)（寬光束）（寬光束）彗彗差差軸

27、外遠(yuǎn)點(diǎn)軸外遠(yuǎn)點(diǎn)（細(xì)光束）（細(xì)光束）象象場(chǎng)場(chǎng)彎彎曲曲象象散散畸畸變變枕枕形形畸畸變變桶桶形形畸畸變變象差的分類象差的分類色差色差由于透鏡對(duì)由于透鏡對(duì)不同波長(zhǎng)光不同波長(zhǎng)光會(huì)聚能力不同會(huì)聚能力不同引起的引起的圖圖色差：色差：阿貝數(shù)（阿貝數(shù)（V數(shù)）數(shù)）CFDnnnV1nD黃色折射率黃色折射率nF藍(lán)色折射率藍(lán)色折射率nC紅色折射率紅色折射率消色差消色差1. 兩種不同材料膠合兩種不同材料膠合2. 同種材料組合同種材料組合21212121,111ffdffdfff0ddf滿足滿足則，則，4.13 助視儀器的分辨本領(lǐng)助視儀器的分辨本領(lǐng)前前言言衍射作用不容忽視衍射作用不容忽視光學(xué)系統(tǒng)中，光學(xué)系統(tǒng)中，透鏡相當(dāng)于圓

28、孔透鏡相當(dāng)于圓孔理想成象理想成象點(diǎn)物點(diǎn)物 點(diǎn)象點(diǎn)象考慮衍射現(xiàn)象考慮衍射現(xiàn)象 點(diǎn)物點(diǎn)物 愛里斑愛里斑圓孔衍射圓孔衍射愛里斑愛里斑R61. 0分辨不清分辨不清2. 瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)觀察屏上觀察屏上甲亮斑甲亮斑（衍射圖樣）的（衍射圖樣）的主極大主極大正好落在正好落在乙亮斑乙亮斑（衍射圖樣）的（衍射圖樣）的第一極小處第一極小處，兩個(gè)亮斑，兩個(gè)亮斑剛剛好能被分辨好能被分辨。一、一、分辨本領(lǐng)分辨本領(lǐng)1. 定義定義光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)分辨細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力分辨細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力。兩發(fā)光點(diǎn)對(duì)光具組入射光瞳中心所張視角：兩發(fā)光點(diǎn)對(duì)光具組入射光瞳中心所張視角：DRU22. 161. 00R：透鏡半徑：透鏡半徑D：透鏡直：透鏡

29、直 徑（孔徑）徑（孔徑）u二、二、人眼的分辨本領(lǐng)人眼的分辨本領(lǐng)人眼瞳孔半徑人眼瞳孔半徑,1mmR =555 nm波長(zhǎng)波長(zhǎng)瞳孔的分辨極限角：瞳孔的分辨極限角： 1104 . 361. 040radRU明視距離，明視距離，兩發(fā)光點(diǎn)距離：兩發(fā)光點(diǎn)距離：mmUcmy1 . 0250u視網(wǎng)膜上：視網(wǎng)膜上：nRRnU0061. 0/61. 0cmfUy471051 . 0337. 11055561. 02 . 2視網(wǎng)膜與瞳孔間距離約為視網(wǎng)膜與瞳孔間距離約為 2.2 cm三、三、望遠(yuǎn)鏡物鏡的分辨本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡物鏡的分辨本領(lǐng)物鏡物鏡有效光闌、入射光瞳有效光闌、入射光瞳0/22. 1fDfUyD/f 相對(duì)孔徑相對(duì)孔

30、徑能夠分辨兩象點(diǎn)間的距離能夠分辨兩象點(diǎn)間的距離 分辨兩物點(diǎn)間的距離為分辨兩物點(diǎn)間的距離為sU 0四、四、顯微鏡物鏡的分辨本領(lǐng)顯微鏡物鏡的分辨本領(lǐng)物鏡物鏡有效光闌、入射光瞳有效光闌、入射光瞳物離物鏡很近，物離物鏡很近，RluulRlRlUysin61. 0/61. 061. 00分辨兩物點(diǎn)間的極限距離：分辨兩物點(diǎn)間的極限距離：物在介質(zhì)中（物在介質(zhì)中（如如油浸油浸）unysin61. 0數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑nsinu ， y 書書P.293， 例例4.3（1）顯微鏡用波長(zhǎng)為）顯微鏡用波長(zhǎng)為250nm的紫外光照射比用波長(zhǎng)為的紫外光照射比用波長(zhǎng)為500nm的的可見光照射時(shí)，其分辨本領(lǐng)增大多少倍？可見光照射

31、時(shí)，其分辨本領(lǐng)增大多少倍？（2）它的物鏡在空氣中的數(shù)值孔徑約為）它的物鏡在空氣中的數(shù)值孔徑約為0.75，用紫外光所能，用紫外光所能分辨的兩線之間的距離是多少？分辨的兩線之間的距離是多少？（3）用折射率為）用折射率為1.56的油浸系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)最小距離為多少？的油浸系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)最小距離為多少？（4）若照相底片上的感光微粒的大小約為）若照相底片上的感光微粒的大小約為0.45mm，問(wèn)油浸，問(wèn)油浸系統(tǒng)紫外光顯微鏡的物鏡橫向放大率為多少時(shí)，在底片上剛系統(tǒng)紫外光顯微鏡的物鏡橫向放大率為多少時(shí)，在底片上剛好能分辨出這個(gè)最小距離。好能分辨出這個(gè)最小距離。解：解：（1）unysin61. 021500250212

32、1nmnmyy用紫外光照射，分辨本領(lǐng)增至用紫外光照射，分辨本領(lǐng)增至2倍，即增大倍，即增大1倍。倍。（2）mnmuny2 . 020375. 025061. 0sin61. 0用紫外光照射時(shí)分辨的極限距離：用紫外光照射時(shí)分辨的極限距離：75. 0sin, 1un（3）75. 0sin,56. 1unmnmuny13. 013075. 056. 125061. 0sin61. 0（4）34621013. 045. 03yy物鏡的橫向放大率：物鏡的橫向放大率：4.14 分光儀器分光儀器 的分辨本領(lǐng)的分辨本領(lǐng)分光儀器的分辨本領(lǐng)：衡量分光儀器的分辨本領(lǐng)：衡量分開光譜中兩波長(zhǎng)分開光譜中兩波長(zhǎng) 很接近的譜線

33、的能力。很接近的譜線的能力。圖圖如：如：棱鏡、光柵、法布里棱鏡、光柵、法布里珀羅干涉儀珀羅干涉儀一、一、棱鏡棱鏡 （Ab） 0）i2i1）通過(guò)棱鏡的光束是通過(guò)棱鏡的光束是限制在一定寬度限制在一定寬度b以內(nèi)，因此以內(nèi)，因此要發(fā)生要發(fā)生單縫衍射。單縫衍射。kbsin由由b由由2sin2sin0AAnA棱鏡頂角棱鏡頂角 0最小偏向角最小偏向角兩邊微分，整理得，兩邊微分，整理得，22cos2sin0AddnA第一衍射極小第一衍射極小bsin且，且，,210Ai , 2/01 Ai且且 i2=A/2則，則，2/sin1sin1sin1cos2cos222221210AniniiA2sin12sin2220AnAddn波長(zhǎng)相差波長(zhǎng)相差的兩譜線間的色散角：的兩譜線間的色散角：1. 角色散角色散2sin12sin222AnAddnddD2. 色分辨本領(lǐng)色分辨本領(lǐng)b剛好分辨剛好分辨ddnP討論討論A ，光譜展得越開光譜展得越開 P ，色分辨本領(lǐng)越高，色分辨本領(lǐng)越高3. 線色散線色散ddnfbfDL二