光学仪器PDF版

f1
0、f
2
0
M 0 物像正倒相反。
②负号“—”表示物像正倒相反。
③ 不能用于观景，仅用于天文测量，因为成倒像。
④ 目镜的物方焦平面在镜筒内，可放置分划板
⑤ 镜筒较长：L 三、伽利略望远镜：
f1
f
2
1.结构特征：
物镜 f1 0 为凸透镜 目镜 f2 0 为凹透镜 f1 f2 物镜长焦距、目镜短焦距。
第四章 光学仪器基本原理
助视仪器
研究对象：常用光学仪器 摄影仪器 分光仪器
助视仪器—提高、改善人眼视觉能力
望远镜 显微镜
照相机 摄影仪器—用以成像 幻灯机
放大镜
电影放映机
分光仪器
分光仪 摄谱仪
度量衡 成像清晰度 研究内容： 成像完善程度 能量聚集度
光阑与像差 细节分辨度
光学仪器需要解决的矛盾：
4.暗适应（20-30秒），亮适应（1-2秒）
§4—2 助视光学仪器的放大本领
研究对象：助视仪器 扩大观察的范围。 提高观察的精度。
研究内容：放大本领
清晰度
研究特点：不考虑成像的 明亮度 单考虑放大性质
一、放大本领 M
完善度
1.定义： Q’
U’
Q
P‘
P O’
O
l'
Q
P
O
l
U
M
l l
通过光学仪器观察物在视网膜上像高 人眼直接观察“某特定位置”之同物，在视网膜上的像高
1.定义：
M
U U
借用仪器所成像y对人眼张角 明视距离处物体y对人眼张角
2.解析表达：
明视
P’’
距离 F1
P y
f 'F1’ 1
F2
P`
f2
Q o1
-U`
y'
o2
-y’’
物镜系统 Q’
O -U``
目镜系统
镜筒长度 l
Q’’
U U QP y
由光路图知：
PO2 f2
物高
y
U 明视距离 25cm
②负号“—”不表示物像正倒相反。
③可用于观景。
④ 目镜的物方焦平面在镜筒外，无法放置分划板 ⑤镜筒较短：L f1 f2 四、反射式望远镜：
牛顿反射式—抛物面镜+平面镜 格雷高里式—抛物面镜+椭球面镜 卡斯格伦式—抛物面镜+双曲面镜 斯密特折反式—校正透镜+凹球面镜
五、激光扩束镜
F2
F1`
O1
有效光阑，必须明确是对轴上那个物点的有效光阑。
有效光阑
P
F1
o1
P'
o2 有效光阑
P
F1
o1
P'
o2
三、光瞳： 入射光瞳—有效光阑经其前方光学系统成的象。
出射光瞳—有效光阑经其后方光学系统成的象。
B ''
有效光阑
B'
出
瞳P u
F1
o1
入射孔径角
B ''
B
入
瞳
u'
o2
P'
出射孔径角
B
B'
说明：
① 有效光阑若在系统的最前面，则其与入瞳重 合，若在整个系统最后面，其与出瞳重合。
二、开普勒望远镜：
1.结构特征
物镜 f1 与目镜 f2 均为凸透镜。 f1 f2 物镜长焦距、目镜短焦距。 2.光路图 0 光学间隔为零。
Q
F1` F2
P
P`
o1
U
o -U‘
y'
2 -U‘’
O
Q`
物镜系统
Q‘’
目镜系统
3.开普勒望远镜的放大本领：
Q
F1’ F2
P
U
P` P‘’ o2
-U‘’
F2 O1 F1`
O2 O2
六、望远镜M与显微镜M比较：
望远镜
显微镜
结构特征
M
成像特征
0Байду номын сангаас
M f1
f
2
M 0（开） M 0（伽）
0
M 25
f1
f
2
M 0
物距 观察远处物体，物距较大 观察近处物体，物距较小
改良措施 增大 f1 M
增大中间像距 减小目镜焦距 f2 M
相
均以放大视角为目的
同
均以物镜产生尽量大的中间像、
通过目镜进一步放大成虚像
处
M 均与 f2 成反比
§4—6 光阑 光瞳
研究对象：光学仪器或光学元件
研究内容： 拦光元件的功能 一、光阑概述：
1.定义： 限制成像光束截面的任何元件（包括非光学元件）
2.作用：
拦去非近轴光线以改善成像质量 遮挡不需要的杂散光
控制进入光学系统的光能流
放大镜放大本领
M U 25
说明：
U f (cm)
M 1 ，f 、M ，对单一透镜有：
f
1
11
(n 1)( )
f
r1 r2
r 、f 、M ，
看起来透镜曲率半径越小，放大率越大，但
是当曲率半径很小时，薄透镜的孔径就很小， 衍射效应就会很明显，所以单个透镜的放大本
领一般不很高，约为3X
例 n 1.5、r1 r2 r
fr
若令： M 10
r 2.5cm 很难实现！
如果需要提高M，则采用复式透镜。
§4—3 目镜
一.目镜简述： 1.功能：放大其它光具组的像，从而增大视角。
2.结构：由两个互不接触的薄透镜组成：
场镜—靠近物体的透镜（或透镜组）。 视镜—靠近人眼的透镜（或透镜组）。 3.特征：
具有较高的放大本领和较大的视角放大率。 具有一定的校正像差和色差的能力。 主要用于观察其它光学系统所成的像，也可 直接观察物。
4.分类：惠更斯目镜和冉斯登目镜
二.惠更斯目镜
同种材料、两平凸透镜，凸面均朝物方
1.结构：
f1
(场镜)
3
f
2
(视镜)
两光心距离：d
1( 2
f1 +f2)
2 f2
2 3
f1
2.光路图：
③
①
Q' Q
②
② ③
o1
F2 F
o2
①
F2' F1'
O
U
U’
两透镜间隔中点
F2O2 中点
分划板配置F2Q‘处，测量 场镜成像的大小
出位镜
射 平 行 光 。
于 视 镜 的 物 方 焦 平 面 上
Q’
的 距 离 ， 使 场 镜 的 像
可 适 当 调 节 物 镜 和 目
，
3.特征：
场镜与视镜的像方焦点重合。
确定成像范围
3.功能： 改变光束结构
限制成像光束孔径角 限制成像范围
影响成像质量（清晰度、分辨度、完
善度等），不影响成像位置。
有效光阑
4.分类： 遮闪光阑 视场光阑
二、有效光阑：
成像系统 决定成像光束截面大小
1.定义：所有各光 限制入射孔径角
阑中，对 轴上物点
确定成像光束总能量
的光阑
限制入射光束大小
场镜的消像差起作用。
适用于测微显微镜。
§4—4 显微镜的放大本领
一、显微镜结构：
1.概念 帮助人眼观察微小物体的复式放大镜。
2.结构
物镜— 靠近物体、短焦距、孔径小 、凸透镜 目镜（惠更斯）— 靠近人眼、长焦距、孔径大 、凸透镜
光学间隔： F1F2 0
F1
F1’
F2
o1
o2
物镜系统
目镜系统
入瞳、出瞳都与透镜的边缘重合，与物点无关
四、视场光阑： 以上讨论的是对轴上物点的限制，一般情况
下，物体并不在轴上，此时可用一种遮挡轴外光 束的光阑来限制。 ●视场：给定的光学系统只能让物空间一定范围 内的物体成像的区域。
●视场光阑：对限制视场大小特别起作用的光阑。
●入射窗：视场光阑通过它前面的系统所成的像。 ●出射窗：视场光阑通过它后面的系统所成的像。
3.光路图：
明视 距离 F1
F2 F1’
P’’
P y
Q’
Q o1
y-' U`
o2
O -U``
物镜系统 P`
-y’’
目镜系统
惠更斯目镜
Q’’ 4.成像特征
●物—位于物镜物方焦点以外、紧靠物方焦点处。 ●中间像—位于目镜物方焦点以内、紧靠物方焦点处。 ●最终成放大倒立虚象于明视距离处
二、显微镜放大本领：
色差（色散）
影响象的清晰度的因素 象差（非近轴区域光束） 衍射（光束受近轴区域约束）
影响象场能量聚集程度 物体限于近轴范围 光束限于近轴区域
衡量光学仪器的指标
放大本领 聚光本领 分辩本领
从能量方面考虑，进入光具组的光束不宜过窄； 同时为了使视场广阔，物体也不宜限于近轴范 围以内，像之清晰程度与能量聚集程度和视场 广阔程度之间存在矛盾！！！
② 入（出）瞳即可以是实像，也可是虚像。 ③ 入瞳并非一定在出瞳前面。
④ 入瞳是成像光束的公共入口、出瞳为公共出口
⑤ 入瞳、有效光阑、出瞳三者共轭。 ⑥ 通过有效光阑中心的光线即为主光轴，则入、
出瞳的中心也在主光轴上（共轭性）。 ⑦有效光阑、出瞳和入瞳均相对给定物点而言。 ⑧人眼的瞳孔、显微镜物镜边沿为有效光阑。 ⑨若光具组仅是单独的薄透镜，则有效光阑、
明视
P’’
距离 F1
P y
f 'F1’ 1
F2
P`
f2