最新【精品原创】4第四章 光学仪器课件PPT

【精品原创】4第四章 光 学仪器
教学目的： 牢固掌握助视仪器的放大本领、分辨本领的概念及望 远光路的特点；掌握放大本领、分辨本领、有效光阑、 入瞳、出瞳的计算；理解物镜聚光本领、数值孔径、 相对孔径的意义；了解人眼的结构和光学仪器的像差。
内容分析： 第一单元（§1～§5）助视仪器的放大本领 第二单元（§6～§8）光瞳光度学的基本概念；聚光本领 第三单元（§9）像差概述 第四单元（§10）助视仪器的分辨本领 第四单元（§11） 分光仪器的色分辨本领
重、难点： 全章以放大本领、分辨本领为重点，强调仪器参数的 相互影响关系。
二、简化眼
从上页图看出：人眼是一个由角膜、水状液、晶状体和玻璃液所组 成的，物、像方折射率近似相等的，可变焦距的，共轴复杂光学系统 （光具组）。它能在视网膜上清晰成像。
它是一个能自动调节有精密的光学仪器。其结构相当复杂。在许多
② 人眼疲劳程度与睫状肌的松紧程度有关： 看远物时，肌肉松驰，不易疲劳；看近物时，肌肉紧张，容易疲劳。
③ 近点、远点和调节范围随年龄的增长而变化； 近点变远：幼年—7~8cm；中年—25cm；老年—1~2m。 远点变近：幼年—无限远；老年—数米。 随年龄的增长，肌肉老化，自调节范围变窄。
④ 适当照明下，正常眼观察眼前25cm处的物体是轻松的，且能看清物体
前，焦距短。
矫正前
P
O
F‘
远点
O
F‘
远物
P‘
O
远点
F‘
矫正后
[例4-1] 一个远点为0.2m的近视眼戴上眼镜后远点可恢复到无穷远。 求所戴眼镜的光焦度。
[解 ]:已知 s s' 0.2m 由空(P 1气 9)的 9 中 高斯 s1' 1 s公 f1' 式 有 :f1' s1' 1 ss1' 0 1.25(m 1)
U
① 必须将物放在同一特定位置比较两像大小。
放大镜和显微镜：明视距离处（25cm）；望远镜：无穷远处。
② 在近轴条件下
Q’
l s 'tgU s 'U
l ' s 'tgU ' s 'U ' P‘
l' U '
M
lU
Q O
l'
S’
O
l
U
③由上式可看出：助视仪器的作用就是增大人眼视角，从而改善和扩展视野。
4.2.1 放大本领
1、定义：如右图示
Q’
物体PQ经助视仪器成虚像P‘Q’，
再经人眼成像于视网膜上，其像
长为 l '；去掉助视仪器后将同
P‘
一物体置于原虚像所在处，对人
眼直接所成像长为 l，则两个
像长的比值称为该助视仪器的放
Q
大本领。用M表示。
l'
P
M
2、说明：
l
U’ Q
P H H’ O
l'
O
l
四、人眼的视角
定义：被观察物对人眼光心的张角称为人眼的视角。
• 人眼对物体大小的感觉是以 Q
该物体在视网膜上所成像对光 y
心所张角度的大小衡量的。
U
P
U• 表t达g式：yssy' '
F
s
O
s'
F‘ P‘
y'
Q’
• 说明：
Q
A、在人眼的可调节范围内 y
U
s' const P
F
B: y' U
s
C:当s一定 ,U时 y
② 两节点处角放大率 u' 1
u
HK u
K' u'
H'
角放大率 ：在近轴条件下，任一条光线和主轴的夹角在通过光具 组前后的比值。
u' 描述了光束的会聚比
情况下将其简化成如下的模型： R5.7mm
5.84m 81
F
n' 4 1.33 O3
F‘ R' 9.8mm
f 17.1mm f ' 22.8mm
光心
高尔斯特兰简化眼
三、人眼的调节功能
1、定义：为使不同距离的物体都能在视网膜上成清晰像而改变眼睛的 焦距的过程。
人眼的调节方式有两种：自动调节（自调节）和被动调节（矫正）。
② 远视眼：近点比正常眼远的人眼 特点：晶状体曲率半径比正常眼大；像方焦点在视网膜后，焦距长。
近点
O
明视距离
O
F‘
矫正前
F‘
近点 明视距离
O
F‘
矫正后
[例4-2] 求一个近点为125cm的远视眼所戴眼镜的光焦度.
近点 明视距离
O
F‘
s ' s
[解 ]:对所戴凸,透 已镜 知 s而 0.2言 5 m s' 1.25 m 由空气中的式 透有 :镜成像公 f1' s1' 1s11.2501.253.2(m1)32(屈 0 光 ) 度
2、自调节：正常人眼靠睫状肌的松驰或紧张来改变晶状体的曲率半径， 从而改变人眼焦距的过程。是人眼自动完成的。
说明： ① 自调节有一定的限度：近点和远点之间。
• 远点：人眼能看清楚的最远点。人眼看远点处的物体时，睫状肌处于 完全松驰的状态，晶状体曲面的曲率半径最大。
• 近点：人眼能看清楚的最近点。人眼看近点处的物体时，睫状肌处于 最紧张的状态，晶状体曲面的曲率半径最小。
③ 散光眼：角膜为椭球面的人眼。也称为像散眼。
• 由于椭球有两个对称平面，分别包含长、短轴，因而具有两个不同的焦
距。主轴上的一个物点将成两条像线。——像散。
• 矫正方法：戴柱面透镜。利用其像散作用，与散光眼的像散相抵消。
• 近视（或远视）+散光：戴一付一面为球面、一面为柱面的透镜。球面用于矫
正 近（远）视，柱面用于矫正散光。
D:当 y一定 ,U 时 1/s
O
s'
F‘ P‘
y'
Q’
• 人眼对物体大小的感觉取决于其在视网膜上像的大小，因而取决于视角 U的大小，当U＜1‘ 时，人眼已无法区分了。
∴ 一切助视仪器设计的出发点就是增大人眼的视角.
§4.2 助视仪器的放大本领
助视仪器：帮助人眼（正常、非正常）看清物体（远、近、大、小）的光学仪器。
④注意放大本领 M U ' 与角放大率 u '
U
u
的区别。
u,u' :是对一个光 、出 具射 组线 的,的 是 入倾 一角 对;共轭量
U,U' :是对 、无 有助视仪器 ,不 时 是 的 共 .视 轭 角 量
3章中--3、节点和节平面, 见P150 ① 从物方节点入射的光线，将从像方节点出射，且传播方向不变（u=u’)
⑤
的细节。称25cm为明视距离。
因此，在设计和使用助视仪器时一般都使虚像成于明视距离、无穷
远处或其间的某一位置处。
3、人眼的缺陷及矫正——被动调节：外加辅助仪器改变焦距的过程。 具备完善的自调节功能的人眼称为正常眼；反之，称为非正常眼。
① 近视眼：远点在有限远处的人眼。
特点：晶状体曲率半径比正常眼小，外形凸出；像方焦点在视网膜