第四章 光学仪器
合集下载
第四章光学仪器基本原理
1.概念：
在眼睛前配置助视光学仪器时，线 状物通过光学仪器和眼睛睛所构成的光 具组在视网膜上形成的像的长度与没有 配备仪器时，通过肉眼观察放在助视仪 器原来所成虚像平面上的同一物，在视 网膜上所成像的长度之比．
２公式：
l tgU U M l tgU U
4.2.２ 放大镜
y
tgu L 2
凸透镜L1对于物点所张开的孔径角的正切值为 tgu L1
2 1 6 3
tguL1 tguL 2 u L1 u L 2
所以是有效光阑
(2) 凸透镜是为入射光瞳,直径大小为4厘米
凸透镜L1经透镜经所成像为出射光瞳,位置和大小为:
S 4cm
1 1 1 S S f1
U
0
y
Q
Q
例题 一显微镜具有三个物镜和两个目镜。三个五镜的 焦距分别为16mm、4mm和1.9mm，两个目镜的放大本领分 别为5和10倍。设三个物镜造成的像都能落在相距为 160mm处，问这显微镜的最大和最小的发送那个大本领 各为多少？
l l 25 cm 解:根据 M ( ) ( )M目 f1 f 2 f1
例题3：孔径都等于4cm的两个薄透镜构成的同轴光具组， 一个是会聚的，其焦距为5 cm；另一个也是会聚的，其焦 距为10cm．两个透镜中心间的距离为4cm．对于会聚透镜前 面6cm处一个物点来说，试问： (1)哪一个透镜是有效光阑； (2)入射光瞳和出射光瞳的位置在哪里?入射光瞳和出射光瞳 的大小各等于多少?
F2
F1
4.6 光阑 光瞳
４.6. １光阑的概念
光学元件的边缘，或者一个有一定形 状的开孔的屏称为光阑．在光学系中都起 着限制光束的作用．无论怎样的光学仪器 都必定有光阑存在． 4.6.2 有效光阑和光瞳 以两个共轴薄透镜和一个开孔屏组成 的光具组为例来说明．
第四章 光学仪器
第四章 光学仪器的基本原理1 眼睛的构造简单地可用一折射球面来表示，其曲率半径为 5.55mm ，内部为折射率等于4/3的液体，外部是空气，其折射率近似等于1，试计算眼球的两个焦距。
用肉眼来观察月球时，月球对眼睛的张角为10，问视网膜上月球的象有多大？解：(1)根据单球面折射系统焦距的计算公式：r n n n f -''=' r nn n f -'-= 已知：n=1、n ＇=4/3、r=5.55mm ，代入公式，得：象方焦距：f ＇=22.2mm 物方焦距：f=-16.7mm（2）月球对眼睛的张角：U=10，在眼睛内，张角为U ＇在角度不太大时，折射定律：nsinU=n ＇sinU ＇可近似写为：nU=n ＇U ＇ 视网膜上的象长：cm n n Uf U f L 031.01801432.2200=⨯⨯⨯=''=''='π附：若简单计算，cm U f L 029.018012.2200=⨯⨯='='π2 把人眼的晶状体看成距视网膜2cm 的一个简单透镜，有人能看清距离在100cm 到300cm 间的物体。
试问：（1）此人看清远点和近点时，眼睛透镜的焦距是多少？（2）为看清25cm 远的物体，需配戴怎样的眼镜？解：（1）设看清近点100cm 处的物体，眼睛的焦距为f 1＇， 此时，物距：s=-100cm 、象距：s ＇=2cm由：f s s '=-'111 解出：f 1＇=1.961cm 设看清远点300cm 处的物体，眼睛的焦距为f 2＇， 此时，物距：s=-300cm 、象距：s ＇=2cm 由：f s s '=-'111 解出：f 2＇=1.987cm (2) 为看清25cm 处的物体，设需配戴眼镜的焦距为f ＇ 在成象时,物距: s=-25cm 、象距：s ＇=-100cm由：f s s '=-'111 解出：f 2＇=1/3cm 光焦度:Φ=1/ f 2＇=3屈光度=300度，即此人应佩戴300度的凸透镜。
光学仪器的基本原理
{
的光学系统成的象。
出射光瞳——限制出射光线，有效光阑被它后面
的光学系统成的象。
既可以为实物，也可以为象。
分析有效光阑、入射光瞳、出射光瞳的思路：
（1）明确考虑的物点P； （2）所有光阑（包括透镜）对它前面透镜成象； （3）由确定物点对所有像做张角，比较所得的张角， 张角最小者所对应的物就是有效光阑； （4）张角最小的象即是入射光瞳； （5）有效光阑对其右边的光学系统成象得到出射 光瞳。
（sr为球面度）
五、照度和出射度
照度E——单位面积上接收的光通量。
E d dS
单位：勒克斯(lux), lm/m2
点光源
E Id I cosdS
dS
dS
R2
I
cos
R2
α
R
dS
面光源 出射度M——单位面积上辐射出来的光通量。
M d dS
单位：勒克斯(lux), lm/m2
六、亮度
亮度L——辐射面上单位投影面积，在单位 立体角内辐射的光通量。
y1 f1'
放大本领：
M
tan u' tan u
y1' y1'
f
' 2
f1'
f1' f2'
∴
M
f1'
f
' 2
M<0，倒立象
有限远的物
物镜
目镜
u
F1•'
F2
-u'
放大本领：
M
tan u' tan u
y1' y1'
f2' s1'
s1' f2'
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)
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)
第四章光学仪器2
实际光阑 入瞳
实际光阑 出瞳 出入瞳瞳
光阑1 光阑2
确定光阑的步骤：
1、将所有光阑逐个地对其前面光学系统（向物方） 成像，求像的位置和大小；
2、由光轴上物点向这些像的边缘作连线求张角，张 角最小者就是入瞳；
3、与它共轭的实际光阑（物体）就是有效光阑。 在实际的光学仪器中，有效光阑的共轭像往往是虚的。
照明光源 经聚光镜成像于投影镜头附近
[ 使光源发的光能够尽量多地参加画片的成像 (通 过投影镜头)，且无画片时屏幕上有均匀照明。]
照相机 各式各样 …
光圈，快门， 广角镜头，望远 (长焦)镜头，…
数码相机: CCD 或CMOS探测器
A single-lens reflex camera
Note: The pinhole camera forms an image with an infinite depth of field.
入射孔径角：入射光瞳对轴上物点所张半角u0
出射孔径角：出射光瞳对轴上像点所张半角u0'
入瞳
出瞳
D
D'
物点
-u0
Q
u0' 像点 Q'
D
D'
入射光瞳与出射光瞳相对于整个光具组共轭。根据这 些共轭特性，凡是能够进入入射光瞳的光线，就一定 能够通过孔径光阑和出射光瞳。
经过入瞳边沿的边缘光线，也必经过孔径光阑和出 瞳边缘，而经过入瞳中心的光线（通常称为主光 线），也一定经过孔径光阑和出瞳的中心。
设：波长为的谱线， 衍射角为 ，位置为 x； 波长 的谱线，衍射角 ， 位置 x+ x
角色散本领:
D
线色散本领:
Dl
x
Dl f D f —光栅后的透镜焦距
现代光学基础课件：第四章 光学仪器的基本原理
• 上式分母中的a′相对于x′而言，是一个很小的值， 可以略去。
• 放大镜放大率的公式，通常采用以下形式
M 250 f'
• 放大镜的放大率仅由放大镜的焦距f ′ 所决定，焦 距越大则放大率越小。
§4-3 目 镜
放大镜是一种通过直接放大实物达到增大视角的助视仪器。下面将介绍 一种放大像的助视仪器——目镜。 一、目镜
• 由于场镜的物为虚物，所以这种目镜无法对物镜所成的像进行测量。
• 此目镜的视角较大（可达400），在250范围内像更清晰。而且结构 紧凑，适用于生物显微镜。
2、冉斯登目镜 1
Q 'Q
2
⑴ 结构：如图示 3
⑵ 特点：
F2 F
o1
• 场镜、视镜均为同种材
3
F1' 3
o2
2
2
料的平凸透镜，二镜凸 面相向，平面朝外。
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
前室
晶状体
盲斑
总能将像成在网膜上。
后室
角膜和晶状体之间的空间称为前室；充满1.336的水状液；
晶状体和网膜所包围的空间称为后室;充满1.336的玻状体
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
1.376
前室
1.336
晶状体
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
视轴
光轴
盲斑
后室 1.336
眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴, 在观察物 体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。
x'
f1' f1'
• 物镜的像被目镜放大，其放大率为
Me
250 f2 '
• 式中： f2' 为目镜的焦距。由此，显微镜系统的
• 放大镜放大率的公式，通常采用以下形式
M 250 f'
• 放大镜的放大率仅由放大镜的焦距f ′ 所决定，焦 距越大则放大率越小。
§4-3 目 镜
放大镜是一种通过直接放大实物达到增大视角的助视仪器。下面将介绍 一种放大像的助视仪器——目镜。 一、目镜
• 由于场镜的物为虚物，所以这种目镜无法对物镜所成的像进行测量。
• 此目镜的视角较大（可达400），在250范围内像更清晰。而且结构 紧凑，适用于生物显微镜。
2、冉斯登目镜 1
Q 'Q
2
⑴ 结构：如图示 3
⑵ 特点：
F2 F
o1
• 场镜、视镜均为同种材
3
F1' 3
o2
2
2
料的平凸透镜，二镜凸 面相向，平面朝外。
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
前室
晶状体
盲斑
总能将像成在网膜上。
后室
角膜和晶状体之间的空间称为前室；充满1.336的水状液；
晶状体和网膜所包围的空间称为后室;充满1.336的玻状体
人眼的构造剖视图
瞳孔 虹膜 角膜
1.376
前室
1.336
晶状体
巩膜
网膜 脉络膜 黄斑中心凹
视轴
光轴
盲斑
后室 1.336
眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴, 在观察物 体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。
x'
f1' f1'
• 物镜的像被目镜放大，其放大率为
Me
250 f2 '
• 式中： f2' 为目镜的焦距。由此，显微镜系统的
光学仪器的基本原理 光度学的基本概念
4-1 助视仪器的放大本领
正常眼明视距离为25cm
一.放大本领定义
l ' tgu' u '
M
l tgu u
二.简单放大镜的放大本领
M
y s
y 25
y f 25
y 25 f
以cm为单位
一般3~5×复式放大镜可达20× ,物放在焦点内侧，成一放大正立虚象
三.显微镜的放大本领
书上导出方法可得 M
1
2
三.光源较远时物镜的聚光本领·相对孔径
E
d ds
B0n2
sin 2
u
代换 sin u
sin u
d x
2 x p
x xp
f
x f
x p f
f
p
∵ x
f
为物象的横向放大率 E' B0n'2 sin 2 u' B0n'2
4
d pd
1 4
B0 n' 2
2 p
d
第四章 光学仪器的基本原理
教学目的：
本章围绕衡量光学仪器特性的三个本领进行教学。通过本章的 学习，使学生掌握仪器常用的放大本领。了解仪器的震光本领及其 相关因素。使学生了解光度学中的一些基本概念，了解相差的一些 类型及成因 .
重点：放大本领和分辨本领 难点：光度学中的概念 教学方法：课堂讲授、结合仪器演示
d/ f'
显微镜物镜：象分辨本领 y' 1.22 s'
d
yn sin u y'n'sin u'
y 1 0.61 小y小
n sin u
三.分光仪器的色分辨本领
1.棱镜光谱仪 角色散率
正常眼明视距离为25cm
一.放大本领定义
l ' tgu' u '
M
l tgu u
二.简单放大镜的放大本领
M
y s
y 25
y f 25
y 25 f
以cm为单位
一般3~5×复式放大镜可达20× ,物放在焦点内侧，成一放大正立虚象
三.显微镜的放大本领
书上导出方法可得 M
1
2
三.光源较远时物镜的聚光本领·相对孔径
E
d ds
B0n2
sin 2
u
代换 sin u
sin u
d x
2 x p
x xp
f
x f
x p f
f
p
∵ x
f
为物象的横向放大率 E' B0n'2 sin 2 u' B0n'2
4
d pd
1 4
B0 n' 2
2 p
d
第四章 光学仪器的基本原理
教学目的：
本章围绕衡量光学仪器特性的三个本领进行教学。通过本章的 学习，使学生掌握仪器常用的放大本领。了解仪器的震光本领及其 相关因素。使学生了解光度学中的一些基本概念，了解相差的一些 类型及成因 .
重点：放大本领和分辨本领 难点：光度学中的概念 教学方法：课堂讲授、结合仪器演示
d/ f'
显微镜物镜：象分辨本领 y' 1.22 s'
d
yn sin u y'n'sin u'
y 1 0.61 小y小
n sin u
三.分光仪器的色分辨本领
1.棱镜光谱仪 角色散率
第4章光学仪器的基本原理(第1讲)
为f ’： 1 1 1 f ' 2(m)
f ' s' s
光焦度 ： 1 0.5(D)
f'
50度的近视眼镜。
§4.1 人的眼睛
第四章 光学仪器的基本原理
2、远视眼的矫正
方法：使放在明视距离处的物体经 凸透镜成像在被矫正眼的近点上。
例子 某人的近点为50cm。应戴 的凸透镜的焦距f ’ 为：
放大本领 、聚光本领、分辨本领
§4.1 人的眼睛
一、人眼的构造
1、从前到后，角膜前 房虹膜（中心为瞳 孔）晶状体玻璃 体视网膜。
2、眼睛有视觉暂留作用， 时间一般为简化眼模型
人眼可视为只有一个折射球面的简化眼。曲率半径为 5.7 mm；眼折射率为4/3；光焦度为58.48 m-1;物方焦距为17.1 mm；像方焦距为22.8 mm。
§4.1 人的眼睛
第四章 光学仪器的基本原理
三、非正常眼的矫正
睫状肌完全放松时，眼睛看清楚的最远点，称远点；肌 肉最紧张时看清的最近点，称近点。
远点为无穷远处，近点则为25 cm。
1、近视眼的矫正
方法：戴凹透镜，使无穷远处的
物体经凹透镜发散成一虚像在有限
远处，从而看清远物
例子 如某人近视眼的远点在2m，则应戴凹透镜，其焦距
1 1 1 f ' 50(cm) f ' s' s
光焦度： 1 2(D) 即200度的远视眼镜。
f'
3、散光眼
散光眼轴上的物点将成为两条像线，矫正的方法是戴一 柱状透镜，使其与眼的像散作用相反而相互抵消。
§4.1 人的眼睛
第四章 光学仪器的基本原理
第四章 光学仪器的基本原理
光学仪器的基本基本原理
1、近点、远点、明视距离
幼年 中年 老年
近点 7—8厘米 25厘米 1—2米
远点 无限远
几米
明视距离：25厘米
第四章光学仪器的基本基本原理
2、人眼的矫正
近视眼：远点不在∞，变近了 远视眼（老花眼）：近点大于明视距离
矫正：戴一凹透镜将∞处的物 矫正：戴一凸透镜将明视距离上
成像于其能看到的远点。
的物成像于其能看到的近点上。
电子： 0.1A 1A （10 -2 10 -1 nm）
所以电子显微镜分辨本领很高，可观察物质 的结构。
1981年联邦德国宾尼格和瑞士罗雷尔 发明了遂道效应电子显微镜，并获1986年 诺贝尔物理奖。
第四章光学仪器的基本基本原理
例题
1、在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相 120cm。 试问汽车离人多远的地方，眼睛恰能分辩这 两盏前灯？设夜间人眼瞳孔直径为 5.0mm ， 入射光波长为 550nm，而且仅考虑人眼瞳孔的 衍射效应。
Q 1、物 Q距 F1很近，从而得到尽量大的实像 Q 。
2、目镜最后成的像 Q（ 虚像）处于明视距离上。
因为f1′ 、f2′要求第很四章小光学， 仪器的故基s本′基≈本原x理′≈ ≈l（镜筒长）
二、显微镜的放大本领
s ≈ f1 、
y y
s s
≈
s f1
（ -sf1）
s -
f1
y
≈- y
s f1
、f1要尽量小
（-U′′）= -
fy1′sf′2′、M
U U
25s f1 f2
s ≈x ≈ ≈l（镜筒长）
M
≈（- 25l）（f1 f2
xf1第四）章光（学仪2器f5的2基）本≈基本原物理 M目
光学 第四章
成像的高度为： y s y 20 4 20cm s4
凹透镜经凸透镜所成的像对物点所张的孔径角uL2为：
uL2
arctg
y / 2 s 6
arctg
10 26
凸透镜对物点所张的孔径角 uL1
：uL1
arctg
y/2 6
arctg
2 6
uL2 uL1 所以凸透镜为同轴光具组的有效光阑。20
视角 U U ，由图知： U y f2
物镜的横向放大率为：
y s s s s y y s
y s f1 ( f1) f1
f1
U ys
f1f 2
8
不用显微镜直接看位于明视距离的物体，视角U：
U y 25cm
通过数码变焦，拍摄的景物放大了，但它的清晰度会有一 定程度的下降，所以数码变焦并没有太大的实际意义。
33
§4-10 助视仪器的像分ห้องสมุดไป่ตู้本领
★ 分辨本领 几何光学观点：对无像差系统，由于物像共轭，每一物点 都能成一个清晰的像点，即：物面上任何 微小的细节都能在像面上清晰反映出来。 波动光学观点：光束总会受到系统的有效光阑的限制，像 点应是物点的衍射图样，所以，在像面上 清晰的反映物面的细节是不可能的。
物点所成像点就是衍射图样中的中央亮斑。
34
中央亮斑的范围由第一个暗环的角半径1决定：
1
0.61
R
当两发光点较远时，像面上两像点可清晰区分；随
着距离的缩小，两像点将逐渐发生重叠。到达某一距离
（一个中央亮斑的最大值位置与另一个中央亮斑的最小
值位置重合），两像点刚能被分辨，之后，两像点就难
光学 第4章 光学仪器的基本原理
例2:求一个近点为125cm的远视眼所戴眼镜的光焦度和度数。
解：已知 s 0.25m，s' 1.25m， 由空气中的透镜的物象公式得： 光焦度：Φ 1 1 1 1 1 3.2(D) 凸透镜。 f ' s' s 1.25 0.25 凸透镜的度数 3100 300(度)
12
四.人眼的视角
③ 此目镜的视角大(可达40°)，结构紧凑，适用于生物显微镜。
20
4.冉斯登目镜 (目标：最终的出射光线为平行光束) (1) 结构：由两个同种平凸透镜同向共轴而组成，两者的凸面相向，平面相背。
两透镜的间距等于透镜焦距的2/3倍，即 f1': d : f2' =1: 2/3 :1。
Q'
1
Q
2 3
F2 F
3 脉络膜—不透光暗褐色 膜，起遮光作用使眼内成 一暗房。
视神经
7 视网膜—含有许多 对光线敏感的细胞， 能感受到光的刺激。 当外面物体发出的光 束进入眼内在视网膜 上成像，由视神经传 到大脑而形成视觉。
2 角膜—巩膜在眼球前 凸出透明的部分，呈椭 圆形。有外物接触角膜， 眼睑便会由自主地合上 保护眼睛眼。
放大镜是可以帮助人眼看清微小物体及其细节的一种助视仪器。 凸透镜是最简单的放大镜。
14
1.放大本领
表达式：M l' l
l'
l s
s' tanU s'U ' tanU ' s'U '
M l' U' lU
又称视角放大率
Q
U
O
P
l
25cm
P'
s'
Q
U'
解：已知 s 0.25m，s' 1.25m， 由空气中的透镜的物象公式得： 光焦度：Φ 1 1 1 1 1 3.2(D) 凸透镜。 f ' s' s 1.25 0.25 凸透镜的度数 3100 300(度)
12
四.人眼的视角
③ 此目镜的视角大(可达40°)，结构紧凑，适用于生物显微镜。
20
4.冉斯登目镜 (目标：最终的出射光线为平行光束) (1) 结构：由两个同种平凸透镜同向共轴而组成，两者的凸面相向，平面相背。
两透镜的间距等于透镜焦距的2/3倍，即 f1': d : f2' =1: 2/3 :1。
Q'
1
Q
2 3
F2 F
3 脉络膜—不透光暗褐色 膜，起遮光作用使眼内成 一暗房。
视神经
7 视网膜—含有许多 对光线敏感的细胞， 能感受到光的刺激。 当外面物体发出的光 束进入眼内在视网膜 上成像，由视神经传 到大脑而形成视觉。
2 角膜—巩膜在眼球前 凸出透明的部分，呈椭 圆形。有外物接触角膜， 眼睑便会由自主地合上 保护眼睛眼。
放大镜是可以帮助人眼看清微小物体及其细节的一种助视仪器。 凸透镜是最简单的放大镜。
14
1.放大本领
表达式：M l' l
l'
l s
s' tanU s'U ' tanU ' s'U '
M l' U' lU
又称视角放大率
Q
U
O
P
l
25cm
P'
s'
Q
U'
最新第四章--光学仪器课件ppt
§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。
一、放大本领的概念 Q’
U’
1、定义：如右图示
Q
物体PQ经助视仪器成虚象P ’Q ’ ， 再经人眼成像于视网膜上，其像长 P‘
为 l '；去掉助视仪器后将同一
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 Q
的比值称为该助视仪器的放大本领。
用M表示。 M l '
P
2、说明：
l
P H H’ O
l'
O
l
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‘
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 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ss' 0.2m 由空气中的1高 1斯 1公式 s' s f'
有:f1' s1' 1ss1' 01.25(D)50(0屈光) 度
第四章--光学仪器
7. 了解光通量、发光强度、光照度和光亮度的概念及 其单位,特别是作为七个基本物理量之一的发光强度 的单位-坎德拉;
第四章光学仪器
6 一显微镜物镜焦距为0.５cm，目镜焦距为2cm,两镜间距为２2ｃm。观察者看到的象在无穷远处,试求物到物镜的距离和显微镜的放大本领。
解:因最后形成的象在无穷远处，说明
物镜成的象在目镜的物方焦平面上。
已知：f2＇=2cm、f１'＝0．5cm、L=22ｃm
物镜所成象的象距:s１'= L-ｆ２＇=20cm
第四章-光学仪器
———————————————————————————————— 作者：
———————————————————————————————— 日期：
第四章光学仪器的基本原理
１ 眼睛的构造简单地可用一折射球面来表示，其曲率半径为5.55mm，内部为折射率等于４/3的液体,外部是空气，其折射率近似等于1,试计算眼球的两个焦距。用肉眼来观察月球时,月球对眼睛的张角为１０,问视网膜上月球的象有多大？
毫米
(２)显微镜的放大本领
由 和 及物镜的横向放大率公式可得
而目镜的放大本领为
所以显微镜的放大本领为
12 一架伽利略望远镜,物镜和目镜之间距离为1２厘米。若该望远镜的放大本领为４,试求物镜和目镜的焦距各是多少？
解:伽里略望远镜是用发散透镜来做目镜的，且物镜的象方焦点和目镜的物方焦点相重合。故由已知条件可得
附:若简单计算，
2 把人眼的晶状体看成距视网膜2cm的一个简单透镜，有人能看清距离在１00cm到300cm间的物体。试问:（1)此人看清远点和近点时，眼睛透镜的焦距是多少?（2)为看清2５cm远的物体,需配戴怎样的眼镜?
解:（1）设看清近点100cｍ处的物体，眼睛的焦距为f1'，
此时,物距：s=-100ｃm、象距：s'=2cm
由: 解出：ｆ1＇=1.961cm
解:因最后形成的象在无穷远处，说明
物镜成的象在目镜的物方焦平面上。
已知：f2＇=2cm、f１'＝0．5cm、L=22ｃm
物镜所成象的象距:s１'= L-ｆ２＇=20cm
第四章-光学仪器
———————————————————————————————— 作者：
———————————————————————————————— 日期：
第四章光学仪器的基本原理
１ 眼睛的构造简单地可用一折射球面来表示，其曲率半径为5.55mm，内部为折射率等于４/3的液体,外部是空气，其折射率近似等于1,试计算眼球的两个焦距。用肉眼来观察月球时,月球对眼睛的张角为１０,问视网膜上月球的象有多大？
毫米
(２)显微镜的放大本领
由 和 及物镜的横向放大率公式可得
而目镜的放大本领为
所以显微镜的放大本领为
12 一架伽利略望远镜,物镜和目镜之间距离为1２厘米。若该望远镜的放大本领为４,试求物镜和目镜的焦距各是多少？
解:伽里略望远镜是用发散透镜来做目镜的，且物镜的象方焦点和目镜的物方焦点相重合。故由已知条件可得
附:若简单计算，
2 把人眼的晶状体看成距视网膜2cm的一个简单透镜，有人能看清距离在１00cm到300cm间的物体。试问:（1)此人看清远点和近点时，眼睛透镜的焦距是多少?（2)为看清2５cm远的物体,需配戴怎样的眼镜?
解:（1）设看清近点100cｍ处的物体，眼睛的焦距为f1'，
此时,物距：s=-100ｃm、象距：s'=2cm
由: 解出：ｆ1＇=1.961cm
第四章光学仪器2011
返回
4.11.1 棱镜光谱仪
• (1). 角色散率：
• 或 D • 在最小偏向角 附近的角色散率的数值为： d d d dn D d d dn d
0
0 0
d D lim 0 d
• 而
n
sin
A
0
2 A sin 2
• (2). 分辨本领：u 0.610 1
R
• 式中 u 是两个发光点在光具组入射光瞳中心 所张的视角，θ 1 是各衍射图样第一暗环半径 的衍射角，R是入射光瞳的半径。 u 1 时，两点的像分辨得开； • u 1 时，则分辨不开。 • u 1 时的这个极限角成为光具组的分辨 • 极限，而它的倒数称为分辨本领。 • 此外，也可用像面上或物面上能够分辨的 两点之间的距离来表示分辨极限。
4.3
目 镜
4.3.1 目镜的作用 • (1). 作用： • 用来放大其它光具组（物镜）所成的像。 • (2). 构成： • 由不相接触的两个薄透镜组成。
场镜：面向物体的透镜 视镜：接近眼睛者
4.3.2 两种目镜
2 U 30 （
）
（1）惠更斯目镜： 两个同种玻璃的平凸透镜组成， 凸面都向着物镜。
• 视网膜上分布着视网膜上分布着光敏细胞， 光敏细胞分为两种: 圆柱细胞和圆锥细胞。 • 视锥细胞（core,C）： 6.5百万/单眼，光敏 感度低，强光刺激才能引起兴奋，但具有 分辨颜色的能力。鸽子只有视锥细胞。 • 视杆细胞(rod, R)：1.25亿/单眼，对弱光敏 感，不能分辨颜色。猫头鹰只有视杆细胞。
y 0.610
• •
n sin u
1932年，鲁斯卡—电子显微镜； 1982年，宾尼希、罗雷尔—扫描 隧穿电子显微镜； • 1986年，三人同获诺贝尔奖。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
y` P` -s` Q y P
Q y F P -f U‘ O O
以最简单的放大镜--凸透镜为例:
使用放大镜的视角：
l'
U `
y` y
y 未用放大镜的视角： U 25
简单放大镜的放大本领：
U ` 25 M U f`
f `以 cm 为 单 位
第四章 光学仪器的基本原理
Principles of Optical Instruments
引言： 1、复色光经透镜折射，不同波长的光折射率不同，同一物点 对应不同像点，产生色差。 2、单色光作光源，s′=s′（u），非近轴物非近轴光线产 生像差。 像差和色差都严重破坏像之清晰程度。 另外，如果从能量方面考虑，进入光具组的光束不宜过窄； 而且为了使视场广阔，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。 3、光束受限制，产生衍射，一个物点成像一个光斑，不 易分辨。 清晰度与细节分辨程度之间存在矛盾。 实际光学仪器 放大本领 聚光本领 分辨本领兼顾
D 1 / f 3屈 光 度 300 度 --凸透镜
1 1 1 s s f
[例]
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 ' 0.2 m 由空气中的高斯公式 有: 1 1 1 1 1 ' ' 5 ( D ) 500 ' f s s s 0 .2
l' U ' M l U
即：M等于两视角之比
Q P
U
O
l
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。
二、放大镜
1、定义：帮助人眼看清微小物体及其细节的助视仪器。 作用：将被观察物体成一放大虚像，从而增大其对人眼的视角， Q` 并非将物体移近。 ‘
L U
2、放大本领：
s , s 2 .5 m
f 2 .5 m
D 1 / f 0 . 4 屈 光 度 40 度 --凹透镜
第二人， 近点变远，需把近点矫正到 明视距离
眼镜的作用是，把明视距离处的物成像在眼前 1m
s 2 5 cm , s 1 m f 1 / 3 m
O
l'
l M l
U
O
l
2、说明： 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 l s 'tgU s 'U
l s tgU s U
' ' ' ' '
Q’ Q P‘ P H H’
U’
O
S’
l'
远视眼
远点
凹 透 镜 凸 透 镜
近点
散光眼
眼球在不同方向的平面内曲率不同
非球面透镜矫正
[例]某人对2.5m以外的物看不清，需配多少 度的眼镜？另一个人对1m以内的物看不清， 需配怎样的眼镜？ 1 1 1
解：第一人， 远点变近，需把远点矫正到 无穷远
眼镜的作用是，把无穷远处的物成像在眼前2.5m
s s f
§4-1 人的眼睛
简化眼
F
f
f’ F’
H H’
光焦度58.48D
f = - 17.1mm
最小分辨角1’
f ’ = 22.8mm
明视距离:睫状肌处于正常状态而能 仔细看清物体时,物离眼睛的距离。对正 常眼是25cm。
正常眼
远点
近点
明视距离
25cm
近点
近视眼
远点
远点矫正到 无穷远
近点矫正到 明视距离
矫正前
P F‘
1 1 1 ' ' s s f
O
O
F‘
远点
远物
P‘ 远点
O
F‘
矫正后
§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。
一、放大本领
1、定义：如右图示
Q’ Q P H H’
U’
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 P‘ 长为 l '；去掉助视仪器后将同 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 Q 像长的比值称为该助视仪器的放 大本领。用M表示。 P '
明视 距离 P’’ y
F1 P Q
f
'F1 1
’
F2
P`
f2
-U` y'
o1
o2
O
-U``
物镜系统
Q’
目镜系统
镜筒长度 Q’’
l
f1' f 2' 整个系统的像方焦距为： f '
二、放大本领
1、表达式： 25 25 M ' ' ' 显微镜作为一个放大镜，其放大本领为：
f
为保证成尽量大的像，物镜和目镜焦距均很小
l s1'
f1 f 2
25 l 25 M ' ' ' ' f1 f 2 f1 f 2
§4-5
望远镜的放大本领
一、定义：
帮助人眼观察远处物体的放大镜。 • 作用：将远物从物空间移至望远镜的像空间，从 而增大对人眼的视角。 ∴人眼以对望远镜像空间的观察代替了对 物空间的观察。 • 性质：是一种放大镜。只是不是将物体直接放大， 而是将远物移近， 从而增大视角。
§4-4
显微镜的放大本领
帮助人眼观察微小物体的 放大镜，称为显微镜。其物镜 和目镜均由共轴光具组构成。 其放大本领远大于简单放大 镜和目镜。
一、结构
明视 距离
P’’ y F1 P Q F1’ F2 P`
二、光路图
o1
Q’
-U` y'
o2
-U``
O
物镜系统
目镜系统
Q’’
特点：物体PQ置于物镜系统（焦距很短）的物方焦平 面F1附近，成实象P`Q`；P`Q`位于目镜系统（焦距很 短）物方焦平面F2附近，成放大的虚象P``Q``。整个 显微镜系统最终成放大倒立虚象于明视距离处。