第3章 光學(xué)儀器基本原理

第3章光學(xué)儀器的基本原理本章重點(diǎn)：常見(jiàn)光學(xué)儀器及系統(tǒng)的基本工作原理及特性?！?.1眼睛一、眼睛的結(jié)構(gòu)§3.1眼睛一、眼睛的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約眼的參數(shù)：折射面曲率半徑5.56mm像方介質(zhì)折射率4/3＝1.333網(wǎng)膜的曲率半徑9.7mm物方焦距：-16.70mm像方焦距：22.26mm光焦度：59.88D二、眼睛的調(diào)節(jié)視度調(diào)節(jié)適應(yīng)調(diào)節(jié)通過(guò)改變水晶體曲率，以改變眼睛的焦距，從而看清不同遠(yuǎn)近的物體。通過(guò)改變瞳孔的大小，使人眼能在不同亮度條件下看清物體。明視距離：25cm三、眼睛的缺陷和校正正常眼（a）近視眼（b）遠(yuǎn)視眼（c）老花眼散光眼遠(yuǎn)點(diǎn)變近pp近點(diǎn)變遠(yuǎn)眼睛的矯正：近視眼的矯正（a）：遠(yuǎn)視眼的矯正（b）：眼睛的矯正：物像關(guān)系（2-10）式計(jì)算總思路：看不清物，就把物經(jīng)眼鏡成像，看清像所以，正常眼能看清的距離，作為物距，缺陷眼能看清的距離，作為像距，計(jì)算。例如：某近視眼只能看清1m以內(nèi)的東西，所以像距取l’=1m，而正常眼能看清的距離本來(lái)為無(wú)窮遠(yuǎn)，所以取物距l(xiāng)=-∞，由（2-10）式可計(jì)算出f’，再由光焦度（屈光度）和焦距互為倒數(shù)可算出需要矯正的度數(shù)。若為遠(yuǎn)視眼情況，應(yīng)取正常眼的明視距離為物距四、眼睛的分辨率在良好的照明下，極限分辨率為1’（為什么？）。常用的瞄準(zhǔn)標(biāo)志方式：二直線重合（a），二直線端部對(duì)準(zhǔn)（b），叉絲對(duì)直線對(duì)準(zhǔn)（c），雙線對(duì)直線對(duì)準(zhǔn)（d）30“~60"10“~20"5“~10"5“~10"眼睛能分辨出兩個(gè)靠近點(diǎn)的能力，以剛好能分辨開的兩個(gè)點(diǎn)對(duì)眼睛的張角——極限分辨角來(lái)衡量?！?.2放大鏡O、各類目視光學(xué)儀器的要求（1）擴(kuò)大視角：用視放大率T表示擴(kuò)大視角的能力。其表達(dá)式為：（2）成像在無(wú)限遠(yuǎn)：為了使人眼在觀察物體時(shí)不至于疲勞。放大鏡：放大鏡是幫助眼睛觀察細(xì)微物體或細(xì)節(jié)的光學(xué)儀器。一、放大鏡的放大率放大鏡視放大率放大鏡的成像光路二、放大鏡的光束限制和視場(chǎng)眼瞳是系統(tǒng)的孔徑光闌，也是出射光瞳，鏡框?yàn)闈u暈光闌，也是入射窗和出射窗。放大鏡的光束限制和視場(chǎng)y與Γ成反比§3.3顯微鏡L1L2顯微鏡一、顯微鏡的成像原理1、顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)由物鏡和目鏡兩個(gè)部分組成。2、顯微鏡總放大率：F1’F23、顯微鏡的組合焦距fˊ為：4、顯微鏡實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有更高放大率的復(fù)雜化了的放大鏡。5、顯微鏡物鏡和目鏡的支承面之間的距離tm稱為顯微鏡的機(jī)械筒長(zhǎng)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為160mm。6、光學(xué)結(jié)構(gòu)在調(diào)換物鏡時(shí)應(yīng)滿足的條件（P86略）二、顯微鏡中的光束限制顯微鏡的孔徑光闌：與鏡頭的結(jié)構(gòu)和使用要求有關(guān)。顯微鏡的出射光瞳：出瞳直徑一般較小。顯微鏡的出射光瞳二、顯微鏡中的光束限制顯微鏡的出射光瞳：出瞳直徑一般較小。顯微鏡的出射光瞳：出瞳直徑一般較小。顯微鏡的視場(chǎng)光闌：其大小是物面上可見(jiàn)范圍與物鏡放大率的乘積。三、顯微鏡的分辨率和有效放大率分辨率：以它所能分辨的兩點(diǎn)間最小距離來(lái)表示。1、物體自發(fā)光時(shí)：2、當(dāng)物體被其它光正入射照明時(shí)（阿貝提出）3、在斜照時(shí)：

NA越大，分辨率越高4.顯微鏡的有效放大率人眼有效放大率：所以，顯微鏡能有多大的放大率，取決于物鏡的分辨率或數(shù)值孔徑。過(guò)低或過(guò)高的放大率都沒(méi)有意義。

四、顯微物鏡分類：折射式，反射式，和折反式折射式的分類：消色差物鏡，復(fù)消色差物鏡和平視場(chǎng)物鏡。消色差物鏡：?jiǎn)谓M雙膠合低倍物鏡（a），利斯特型中倍物鏡（b），阿米西高倍物鏡（c），阿貝浸液物鏡（d）復(fù)消色差物鏡主要用于研究顯微鏡以及顯微照相中，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜；平視場(chǎng)物鏡主要是設(shè)法減小像面彎曲，結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜?！?.4望遠(yuǎn)鏡一、望遠(yuǎn)鏡的一般特性1、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式屬于無(wú)焦系統(tǒng)，物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合。開普勒望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡2、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的放大率（開普勒望遠(yuǎn)鏡為例）望遠(yuǎn)鏡的放大率為（取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)）最小視放大率：物鏡、入瞳目鏡F1’F2視闌出瞳、人眼DD’二、望遠(yuǎn)物鏡1、物鏡的光學(xué)特性：焦距，相對(duì)孔徑和視場(chǎng)；2、焦距：3、相對(duì)孔徑：求出入瞳直徑D后與物鏡焦距相除便是相對(duì)孔徑。4、視場(chǎng)5、減小像差的方法：折射式望遠(yuǎn)物鏡，反射式望遠(yuǎn)物鏡，折反式望遠(yuǎn)物鏡。例題3-1一個(gè)年齡50歲的人，近點(diǎn)距離為-0.4m，遠(yuǎn)點(diǎn)距離為無(wú)限遠(yuǎn)，試求他的眼睛的調(diào)節(jié)范圍3-2某人看不清其眼前2m遠(yuǎn)的物體，問(wèn)需要配多少光焦度的眼鏡才能使其眼恢復(fù)正常？另一個(gè)人對(duì)其眼前0.5m以內(nèi)的物看不清楚，同問(wèn)？例題3-3迎面而來(lái)的汽車的兩個(gè)頭燈相距為1m，問(wèn)汽車距離多遠(yuǎn)時(shí)它們剛能為人眼所分辨？假定人眼瞳孔直徑為3mm，光在空氣中的波長(zhǎng)為0.5微米。3-4有一焦距為50mm、口徑為50mm的放大鏡，眼睛到它的距離為125mm，求放大鏡的視放大率和視場(chǎng)。例題3-6已知顯微目鏡Γ2=15，物鏡β=2.5，光學(xué)筒長(zhǎng)180mm，試求顯微鏡的總放大率和總焦距。3-8一架顯微鏡的物鏡焦距為4mm，中間像成在第二焦面（像方焦點(diǎn)）后160mm處，如果目鏡為20倍，則顯微鏡的總放大率為多少？L1L2F1’F2例題3-9假定用人眼直接觀察敵人的坦克時(shí)，可以在l=-200m的距離上看清坦克編號(hào)，如果要求在距離1km處也能看清，問(wèn)應(yīng)使用幾倍望遠(yuǎn)鏡？3-11欲看清10km處的相隔100mm的兩個(gè)物點(diǎn)，用開普勒型望遠(yuǎn)鏡，試求：（1）望遠(yuǎn)鏡至少應(yīng)選用多大倍率（正常倍