第4章光學(xué)儀器的基本原理

第4章光學(xué)儀器的基本原理

4.1人的眼睛4.1.1人眼的構(gòu)造

4.1.3人眼的調(diào)節(jié)功能

4.2助視儀器的放大本領(lǐng)

4.2.1放大本領(lǐng)的概念儀器的放大本領(lǐng):物體經(jīng)助視儀器所稱的像與不經(jīng)助視儀器的物體應(yīng)處于同一特定的位置,這是比較視角大小的前提.

4.2.2放大鏡（3×）放大鏡的放大本領(lǐng)物體置于焦距之內(nèi),靠近焦點處.

4.3目鏡（20×）

4.3.1目鏡的作用4.3.2(1)惠更斯目鏡通常放大鏡是用來直接放大實物,而目鏡則用來放大其他光具組(稱為物鏡)所形成的像.復(fù)雜的光學(xué)儀器總是包括物鏡和目鏡兩部分.場鏡的焦距等于視鏡焦距的3倍,兩者之間的距離等于視鏡焦距的2倍.如最后成像于無窮遠,則可調(diào)節(jié)物鏡的距離,使Q/恰好落在視鏡的物方焦平面F2上.調(diào)節(jié)兩者(場鏡和視鏡)之間的距離亦可成像于明視距離.平凸透鏡?

4.3目鏡4.3.2(2)冉斯登目鏡平凸透鏡?

場鏡和視鏡的焦距相等.透鏡間的距離等于每一透鏡焦距的2/3.可計算出整個目鏡的物方焦點與場鏡的距離為單個透鏡焦距的1/4.如要使最后的像位于無限遠處,則可調(diào)節(jié)物鏡的位置,使F2Q/恰好落在視鏡的物方焦平面F2上.此時Q正好落在整個目鏡的物方焦平面F上.

4.3目鏡（3）惠更斯目鏡和冉斯登目鏡的對比區(qū)別

惠更斯目鏡的視場相當大,視角可達400.在250范圍內(nèi)更清晰,而且結(jié)構(gòu)簡單.在顯微鏡中經(jīng)常采用這種目鏡.冉斯登目鏡可以作一般放大鏡觀察實物,而惠更斯目鏡卻只能用來觀察像.在冉斯登目鏡的物平面上加一分劃板,可對被觀察的物體或物鏡所成的實像進行長度的測量,然而惠更斯目鏡則不能.

4.4顯微鏡的放大本領(lǐng)4.4.1顯微鏡的光路圖最簡單的顯微鏡由兩組的透鏡構(gòu)成，一組是焦距很短的物鏡，一組是惠更斯目鏡物體QP位于物鏡1倍焦距外，靠近物鏡焦點處顯微鏡相當于組合光具組構(gòu)成的放大鏡

4.4.2顯微鏡的放大本領(lǐng)物鏡的橫向放大率:顯微鏡成像的視角:

4.4.2顯微鏡的放大本領(lǐng)物鏡和目鏡所組成的復(fù)合光具組的焦距為:把整個顯微鏡當作一個簡單的放大鏡,由放大鏡的放大本領(lǐng)得:

4.5望遠鏡的放大本領(lǐng)4.5.1開普勒望遠鏡所以望遠鏡的放大本領(lǐng)為:物鏡的焦距f1/越長，目鏡的焦距f2/越短，則望遠鏡的放大本領(lǐng)越大.開普勒望遠鏡的物鏡和目鏡的相方焦距都是正值,放大本領(lǐng)M為負值,故形成倒立的像.物鏡的像方焦點和目鏡的物方焦點重合

4.5望遠鏡的放大本領(lǐng)4.5.2伽利略望遠鏡望遠鏡的放大本領(lǐng):伽利略望遠鏡的物鏡焦距為正,目鏡的像方焦距為負,故望遠鏡的放大本領(lǐng)M為正值,故形成正立的像.物鏡的像方焦點和目鏡的物方焦點重合開普勒望遠鏡和伽利略望遠鏡的區(qū)別1.兩者成像的性質(zhì)不同,開普勒望遠鏡為倒立的像,而伽利略望遠鏡為正立的像.2.伽利略的視場比較小,而開普勒望遠鏡的視場比較大.3.開普勒望遠鏡的鏡筒(物鏡到目鏡的距離)較長,伽利略的鏡筒較短.4.無論哪種的望遠鏡,物鏡的橫向放大率都小于1.可見放大本領(lǐng)和橫向放大率是有區(qū)別的.

4.6光闌光瞳4.6.1&2光闌的概念有效光闌和光瞳光學(xué)元件的邊緣,或者一個有一定形狀的開孔的屏(稱為光闌),在光學(xué)系統(tǒng)中都起著限制光束的作用,從這個意義來講,透鏡的邊緣也可看作是光闌.(a)中,對光束實際起限制作用的是透鏡L2.(b)中,對光束實際起限制作用的是透鏡L1.尋找普遍的方法尋找復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的有效光闌(或孔徑光闌)在所有的光闌中.

限制入射光束最起作用的那個光闌,稱為有效光闌.1.B是光闌,B/和B//是B分別由光闌前的光具組和光闌后的光具組所稱的像.2.入射光瞳和出射光瞳

4.6光闌光瞳4.6.1&2光闌的概念有效光闌和光瞳

4.6光闌光瞳4.6.3有效光闌和光瞳的計算

4.7光度學(xué)概要----光能量的傳播4.7.1輻射通量和視見函數(shù)面積元dS的輻射通量:（單位時間該面元輻射出來的所有波長的能量）面元dS輻射出來的波長在λ~λ+dλ間的光輻射通量：于是，面元dS發(fā)出的各種波長光的總輻射通量為：不同波長的光的輻射通量所占有的比例是不同的，為了表示這點，引入相對輻射通量的分布函數(shù)：e(λ)－－－－譜輻射通量密度單位時間內(nèi)通過光源面積元的某一波長附近的單位波長間隔內(nèi)的光能量，其是波長λ的單一函數(shù)。輻射通量的單位:瓦特,符號:W

4.7光度學(xué)概要----光能量的傳播4.7.2

輻射通量和視見函數(shù)相等的輻射通量，由于波長不同，給人的感覺也不同；人眼對黃綠光比較敏感，而對紅光和紫色光較差，對紅外光和紫外光則無視覺反應(yīng)。視見函數(shù)：為了研究客觀的輻射通量與它們使人眼產(chǎn)生的主觀感覺強度之間的關(guān)系，引入視見函數(shù)

4.7光度學(xué)概要4.7.3光通量光通量(單位:流明,符號:lm)表示光源表面的輻射通量使人眼引起的視覺強度，用Φ表示。某一波長λ附近對于波長間隔為dλ的單色光來講，其光通量為：K（λ）：光譜光視效能

Km

：最大光視效能（最大光功率）Km=683lm/W單色光光通量：復(fù)色光光通量：電光源的遍計發(fā)光效率：

4.7光度學(xué)概要4.7.4發(fā)光強度發(fā)光強度：表征光源在一定方向范圍內(nèi)發(fā)出的光通量的空間分布的物理量.點光源的發(fā)光強度:立體角的定義:球坐標中點光源發(fā)出的總光通量:

均勻發(fā)光體:(I不隨θ,ψ而變化)單位:坎德拉(Candela),符號:cd

4.7光度學(xué)概要4.7.5照度照度:(單位:勒克斯(lux),符號:lx,簡稱:勒)表征受照面積被照亮的程度對點光源照度為:式中R是點光源距受照物體元面積dS中心的距離.點光源所造成的照度,反比于光源到受照面的距離的平方,而正比于光束的軸線方向與受照面法線間夾角θ的余弦

4.7光度學(xué)概要4.7.6

亮度光源的亮度:表征發(fā)光面發(fā)光強弱并與發(fā)光表面特征有光的物理量.單位面積的光源表面在法線方向的單位立體角內(nèi)所傳送的光通量來量度.單位:cd/m2

4.7光度學(xué)概要4.7.7

三原色原理牛頓色輪

4.13助視儀器的分辨本領(lǐng)4.13.1分辨本領(lǐng)

4.13助視儀器的分辨本領(lǐng)4.13.2人眼的分辨本領(lǐng)人眼的分辨本領(lǐng)是描述人眼剛能區(qū)分非?？拷膬蓚€物點的能力的物理量.Example:眼睛瞳孔的半徑約為1mm,波長為555nm=555×10-7cm的黃綠光進入瞳孔時,可以證明瞳孔的極限分辨角為:在明視距離處,對應(yīng)于這個極限角的兩個發(fā)光點之間距離約為:25U0≈0.1