典型光學系統(tǒng)望遠鏡和顯微鏡

1、典型光學系統(tǒng)第一節(jié)：人眼1人眼的結(jié)構(gòu)黃斑盲點角膜前室虹彩視軸后室水晶體鞏膜脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜23簡約眼n = 1.33n = 1.0R =5.56R =9.7mm眼睛簡化成一個折射球面的模型，即簡約眼折射面的曲率半徑像方介質(zhì)的折射率網(wǎng)膜的曲率半徑物方焦距像方焦距光焦度5.56mm1.3339.7 mm-16.70mm22.26 mm59.88D4人眼與照相機 眼睛如同一只自動變焦和自動改變光圈大小的照相機。從光學角度看，眼睛中三個最重要的部分是水晶體、瞳孔和網(wǎng)膜，它們分別對應(yīng)與照相機中的鏡頭、光闌和底片。f = -17mmf = 23mm簡約眼模型或：5顯微系統(tǒng)的構(gòu)成照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)= 物鏡

2、目鏡 第二節(jié)：顯微鏡結(jié)構(gòu)及其原理6顯微鏡構(gòu)成：由物鏡組Lo和目鏡組Le構(gòu)成。物鏡的焦距小于目鏡的焦距，且物鏡和目鏡的焦距都很短，目鏡通常用惠更斯目鏡(它的消色差效果較好)。Lo與Le間隔比它們各自的焦距大得多。簡化：為簡單起見，將物鏡和目鏡各以單獨一塊會聚（凸）薄透鏡表示。7顯微鏡工作原理8y-y1-yFoFo物鏡FeFe目鏡D眼睛xa機械筒長：從顯微鏡的鏡筒中抽出目鏡和物鏡，留下的鏡筒的長度，其值一般為160190mm。我國為160mm。2、幾個概念光學筒長：目鏡和物鏡之間的光學間隔 D .1、結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)9二、光束限制 孔徑光闌：因物鏡而異。 單組低倍物鏡，其鏡框即為孔徑光闌； 多組透

3、鏡構(gòu)成的復(fù)雜物鏡，或者以最后一組透鏡框作為孔徑光闌，或者在物鏡的像方焦平面上或附近設(shè)置專門的孔徑光闌。 視場光闌：通常設(shè)置在物鏡的像平面上。 入窗和入瞳重合，可以保證消除漸暈。 視場光闌的大小等于物面的視場可見范圍與物鏡的垂軸放大率的乘積。10三、分辨本領(lǐng)1、分辨率q0sUs出瞳DAd顯微鏡剛好能夠分辨的物平面上兩點的最小距離。2、表示N.A. (Numeric aperture) 稱為數(shù)值孔徑。 不發(fā)光物體被別的光源照明: 斜照明: 11四、 顯微鏡的放大本領(lǐng)F1外側(cè)：待觀察的目的物置物鏡的物方焦平面的外側(cè)，且靠得很近，使之成實像，且橫向放大率1盡量大，這時 s1 f1F2內(nèi)側(cè)：實像置目鏡物

4、方焦平面內(nèi)側(cè)很近處，使之在明視距離處成虛像，且2 盡量大 ，這時 s2 f2 123.放大本領(lǐng)1.視角:2.物鏡的橫向放大率:理論公式經(jīng)常采用近似133、顯微鏡成像特點 (4) 顯微鏡因為有中間實像，能實現(xiàn)對物體的瞄準和測量。 (5) 通過目鏡的離焦，可以將微小物體二次成放大的實像進行顯示或記錄。 (1) 有高的放大率； (2) 眼睛和像的位置適度，適于使用； (3) 通過調(diào)換物鏡和目鏡可以方便地獲得顯微鏡的多種放大率(或分辨率) ；顯微鏡實質(zhì)上就是一個組合的放大鏡14第三節(jié)： 望遠鏡結(jié)構(gòu)及其原理15一、基本結(jié)構(gòu)望遠鏡1、Kepler望遠鏡結(jié)構(gòu)2、Galileo望遠鏡結(jié)構(gòu)眼睛xaFe目鏡Fo物

5、鏡Fe(Fo)物鏡和目鏡均由正透鏡構(gòu)成,鏡筒內(nèi)存在實像?？稍O(shè)置視場光闌，消漸暈可設(shè)置分劃板,測量物體大小系統(tǒng)成倒像目鏡由負透鏡構(gòu)成,鏡筒內(nèi)不存在實像。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，筒長短,成正立像不可設(shè)置分劃板,測量物體大小存在漸暈?zāi)跨RFeFo物鏡Fe (Fo)眼睛Fe (Fo)16二、光束限制望遠鏡以Kepler望遠鏡為例 孔徑光闌：物鏡框。 Fe目鏡Fo物鏡Fe(Fo)-wfo視場光闌孔徑光闌視場光闌：通常設(shè)置在物鏡的像平面上。 視場光闌的大小等于物方視場角與物鏡焦距的乘積。17出瞳D三、分辨本領(lǐng)望遠鏡1、分辨極限q0ss-xaA(F)望遠鏡物鏡像面上剛好能夠分辨的兩點的最小距離。2、表示FNum稱為物鏡

6、的F數(shù), D/fo稱為相對孔徑。 18視角放大率-wwFe目鏡Fo物鏡Fe(Fo)fofeFe目鏡Fo物鏡Fe(Fo)fofeD/2D/2四、放大本領(lǐng)望遠鏡是將像“拉近”放大視角；顯微鏡是將像“放大”而放大視角。19顯微鏡和望遠鏡都是增大被測物體對人眼的張角。1、內(nèi)容：顯微鏡和望遠鏡的視角放大率M的定義第二部分 實驗內(nèi)容及操作要求20(1)顯微鏡放大率的理論值:式中：Mo是物鏡放大率；Me是目鏡放大率； f o是物鏡象方焦距；f e是目鏡方焦距； 是光學間隔，so=-25cm為明視距離。由上式可知： 當f o 、f e越小，M越大； 當f o 、f e 確定后， 越大(鏡筒越長)，M就越大(2

7、)望遠鏡放大率的理論值：這是對無窮遠聚焦(=0)后得出的結(jié)論，所以在實際觀察時，上式只是一個近似成立的式子。因為被觀察物并不真正位于無窮遠處。21(3)粗測顯微鏡、望遠鏡放大率的方法原則上利用放大率的理論值公式都可以計算顯微鏡、望遠鏡的放大率。但由于式中的焦距和一般不容易找到。故用公式求放大率較困難。所以通常利用視角的公式來粗測顯微鏡、望遠鏡的放大率。一般 情況下，測量時的視角都很小，所以可以用它們的正切來代替。即 如圖，以顯微鏡為例。222.(測量)操作要求：(測量本身是粗測,本實驗的所有內(nèi)容都不作誤差計算)(1)測顯微鏡的放大率(按教材進行P46)a 將目鏡放到最低（十字叉絲清楚與否不考慮

8、），測量5次，求平均值b 將目鏡拉上一個高度（改變鏡筒長）再測量5次，求平均值。問：通以以上兩次測量。你可以得到什么結(jié)論？23(2)測望遠鏡的放大率方法一 a.將標尺置于望遠鏡前約1米處，用一只眼睛從望遠鏡中觀察，另一只眼睛不通過望遠鏡而直接觀察，調(diào)節(jié)望遠鏡使成象最為清晰，仿照測顯微鏡的放大率的方法，測出象上某一段分度lo，相當于另一只眼睛直接看到的標尺上的分度l ，則根據(jù)定義可得，重復(fù)5次，求平均值。 b.將標尺置于望遠鏡前2米處，再按步驟a的測量，求平均值。問：通過以上兩次測量，你可以得到什么結(jié)論？答：望遠鏡的放大率M隨距離的增大而減小。理論可以證明，當測量距離趨向無限時，M達到最小值，且

9、為M= f o / f e24方法二：按教材操作，用理論公式測定被測物處于無限遠時的放大率.A.原理（I)將望遠鏡對無限遠調(diào)焦（對本次實驗，即調(diào)至最短，此時，=0），則鏡筒長度為兩焦距之和。 (II)將望遠鏡物鏡卸下，在該位置上放上長度為l1的十字叉絲光闌（即物距為f o+ f e；此時l1的像在目鏡前d處，若其像長為l2，則：根據(jù)橫向放大率公式根據(jù)高斯公式：在上兩式中消去d 即可得25所以，這種方法的關(guān)鍵是測量l1和l2B.操作(I)用移測顯微鏡測l1a. 將豎直叉絲與光闌的一邊相切，測得x1b.將豎直叉絲移置另一邊相切，測得x2重復(fù)a、b 三次，可得6個數(shù)據(jù)，填入表格，計算l1的平均值。(II)用移測顯微鏡測l1的象長l2將顯微鏡的物鏡靠近望遠鏡的目鏡，尋找l1的象，并調(diào)節(jié)顯微鏡使象清晰。重復(fù)步驟（I），也可得6個數(shù)據(jù)，填入表格。計算l2的平均值。C. 數(shù)據(jù)