《光学教程》姚启钧原著 第四章 光学仪器基本原理

Q Q’’ U O1 U
f1'
O
U’’ O2 U` F1` F2
P
2、放大本领
y' U f1'
y' y' U '' f1' f1' '' ' U 开普勒放大本领 M U f f ' ' 2 2 U f2 f2
y'
Q`
39
物镜的横向放大率
y' y
o2
-U‘’ O
-U‘’
y' '' ' U U f2
o1
U
‘ y ' -U Nhomakorabea物镜系统
Q`
Q对人眼的视角
y' U f1'
目镜系统
Q‘’
U '' f1' f1' 开普勒放大本领 M ' U f2 f2
38
三、伽利略望远镜
物镜会聚,目镜发散，物镜像方焦点与目镜物方焦 1.结构特点： 点重合。 f2
4、通过有效光阑中心的光线称为主光线，由于共轭性，入、 出瞳的中心也在主光线上； 5、人眼的有效光阑就是瞳孔； 6、有效光阑、出瞳和入瞳均是对给定物点而言的。
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三、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法
例、直径为D=4cm，相距d=4cm的两个薄透镜 L1 （会聚透镜）和 L2（发散透镜），焦距分别为 5cm和10cm ， 求： a）哪一个透镜是有效光阑？ b）入瞳和出瞳的位置和大小？
要求：A、放大本领高；
B、能校正像差、色差。 2、结构：场镜+视镜+分划板（刻度尺） • 场镜： 面向物体的透镜（或透镜组） • 视镜： 接近人眼的透镜（或透镜组） • 分划板：包含透明刻度尺，用于提高测量精度。
27
二、两种目镜 1)惠更斯（Huygens）目镜
’
二镜凸面向物镜
F’2 F’1
f1 ': f 2 ': d 3 : 1 : 2
当一个中央亮斑的最大值恰和另一个中央亮斑的最小值 位置重合时，两个像点刚好能分辨开。
2、分辨极限角：
刚好能分辨时，两物点对光具组入瞳中心的夹角(或两像点 对出瞳的夹角)为夫琅和费圆孔衍射中中央亮斑的角半径：
U 1 0 610

R
( R 入瞳半径, 入射光波长) 1 分辨极限角
51
三、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法
孔径光阑 入瞳-- 孔径光阑对前 方系统成的像
M F P u N A u’ B
A’
uL
入射孔径角
B’
在这个系统中，孔径光阑同时也是出瞳
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三、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法
四、讨论 1、若有效光阑在系统最前面，则有效光阑与入瞳重合； 若有效光阑在系统最后面，则有效光阑与出瞳重合。 2、入瞳、出瞳可能是实像，也可能是虚像； 3、入瞳并非一定在出瞳的前面；
22
二、放大本领
Q’
U’ Q
l U' M l U
说明：
'
P‘
P H H’
O
l'
Q P U
O
l
① 须将物放在同一特定位置比较两像大小。 ② 放大镜和显微镜：明视距离处（25cm）； 望远镜：无穷远处。
23
三、放大镜
Q`
最简单的放大镜--凸透镜:
y`
L Q y F P -f U‘
U‘ O
B ''
有效光阑
B'
入 瞳
B
出 瞳
P
u
F1
o1
o2
u
'
P'
B
B
''
B'
48
三、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法
主光线---通过孔径光阑中心的光线;
边缘光线---通过孔径光阑边缘的光线;
A B’
B A’ 边缘光线 主光线
49
三、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法
孔径光阑 入瞳-- 孔径光阑对前 方系统成的像 A’ A
(六)、色差
1、现象：白光入射，像的边缘呈现颜色. 2、原因：不同波长的光在介质中折射率不同。
P
消色差方法 粘和透镜。可对选定的两波长,用两个(多个) 材料反号光 焦度的,焦距适当的透镜粘和而成。
10
第四章
4.2 人的眼睛
11
一、人眼的结构
睫状肌 角膜 晶状体 前房液 虹膜 后房液( 玻璃体） 巩膜 中央窝
4cm
P
6cm
4cm
4cm
54
第四章
4.8助视仪器的分辨本领
55
一、分辨本领
物点所成像点就是衍射图样中的中央条纹或爱里斑。
L
Q ●
P'
U
清晰分辨
Q'
P
●
U 1
离两 变物 小点 距
L
Q
● ●
P'
Q
'
U 1 P
刚好能分辨
L
Q
● ●
P'
Q'
不能分辨
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U 1
P
一、分辨本领 1、瑞利据判：
（1）成因： 晶状体太厚，折光能 力太强，成像于视网 膜前。 （2）矫正： 配戴用凹透镜做成的 近视眼镜。
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三、人眼的调节功能 远视眼及其矫正
（1）成因： 晶状体太薄，折光能力太 弱，成像于视网膜后。 （2）矫正： 配戴用凸透镜做成的远 视眼镜。（老花眼镜）
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三、人眼的调节功能 ③ 散光眼：角膜为椭球面的人眼。(像散眼) （1）成因：椭球有两个 对称平面，包含长、短轴， 有两个不同的焦距—像散。 (2) 矫正方法：戴柱面 透镜。与散光眼的像散 相抵消。
2
第四章
4.1 像差色差概述
3
（一）球面像差（球差）
⒈形状：弥漫圆斑。 ⒉成因：透镜表面为球面，宽光束经过透镜不同环带的 光线折射后与主轴交点不重合。 ⒊大小：球差的大小与透镜表面曲率半径r、折射率n等 有关。
4
（一）、球面像差（球差）
⒋消除方法： ①加光阑限制远轴光线 ②将会聚透镜和发散透镜结合起来使用。 ③采用菲涅耳螺纹透镜，如：电影和舞台 照明灯、汽车前灯、投影仪的聚光器等。
41
牛顿反射式
几种望远镜光路图
椭球面
F’
抛物面
F ''
F1
F ''
F’
双曲面
牛顿反射物镜
格雷戈里反射物镜
抛物面
F ''
抛物面
42
卡斯格伦反射物镜
五、激光扩束器
1、定义： 激光扩束器——将激光束横截面扩大的光学仪器。 2、装置 —倒用的折射式望远镜是很好的激光扩束器 。
开氏 伽氏
F1` F2
F1` F2
f1' f 2' ' 整个系统像方焦距为：f
l s
' 1
25 ' f2
M 1 M 2 33
第四章
4.6 望远镜的放大本领
34
一、定义：
帮助人眼观察远处物体的放大镜。 像并不比原物大，只相当把远物移近，增大对人眼的视角。 1、结构：物镜系统+目镜系统 2、分类： ① 按物镜的种类分： A、反射式望远镜 B、折射式望远镜 ② 按目镜种类分： A、开普勒望远镜：目镜为会聚透镜； B、伽利略望远镜：目镜为发散透镜。
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三、人眼的调节功能
②近点、远点和调节范围随年龄的增长而变化；
幼年—7~8cm；成年—25cm；老年—1~2m--近点变远： 幼年—无限远；老年—数米--远点变近：
③正常眼眼前25cm处－明视距离。
3、人眼的缺陷及矫正——被动调节。 ① 近视眼：远点在有限远处。
② 远视眼：近点比正常眼远。
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三、人眼的调节功能 近视眼及其矫正
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一、分辨本领
3、分辨本领： 1 分辨极限角的倒数，称为分辨本领：
1
R 0.61
分析：
U 1 ，两点的像分辨得开；
U 1 ，则分辨不开。
U 1 的这个极限角成为光具组的分辨极限。
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二、人眼的分辨本领
定义：人眼刚能分开靠近的两物点的能力 1、分辨极限角（ 555nm 最灵敏） U 0 1 0.61 (物间距) Q R O (像间距) P '1 0.61 U nR 瞳孔半径在1～4 ㎜可调。取：R≈1㎜， = 550nm得
现代光学
第四章 光学仪器基本原理
1
主
• • • • • • • • • •
要
内
容
4.1 像差色差概述 4.2 人的眼睛 4.3 助视仪器的放大本领 4.4 目镜 4.5 显微镜的放大本领 4.6 望远镜的放大本领 4.7 光阑 光瞳 4.8 物镜的聚光本领 4.9 助视仪器的分辨本领 4.10 分光仪器的分辨本领
使用放大镜的视角： y` y y U ` s` f f ` 未用放大镜的视角：
P` -s` Q y P
l'
O
l
y U 25
25cm
放大镜的放大本领：
U ` 25 M U f`
f `以 cm为单位
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第四章
4.4 目
镜
25
26
一、目镜
1、定义：用于放大其它光具组所成像的助视仪器。
视角大（可达400），结构紧凑，适用于生物显微镜。