第3章 光学仪器基本原理

第3章光学仪器的基本原理本章重点：常见光学仪器及系统的基本工作原理及特性。§3.1眼睛一、眼睛的结构§3.1眼睛一、眼睛的结构简约眼的参数：折射面曲率半径5.56mm像方介质折射率4/3＝1.333网膜的曲率半径9.7mm物方焦距：-16.70mm像方焦距：22.26mm光焦度：59.88D二、眼睛的调节视度调节适应调节通过改变水晶体曲率，以改变眼睛的焦距，从而看清不同远近的物体。通过改变瞳孔的大小，使人眼能在不同亮度条件下看清物体。明视距离：25cm三、眼睛的缺陷和校正正常眼（a）近视眼（b）远视眼（c）老花眼散光眼远点变近pp近点变远眼睛的矫正：近视眼的矫正（a）：远视眼的矫正（b）：眼睛的矫正：物像关系（2-10）式计算总思路：看不清物，就把物经眼镜成像，看清像所以，正常眼能看清的距离，作为物距，缺陷眼能看清的距离，作为像距，计算。例如：某近视眼只能看清1m以内的东西，所以像距取l’=1m，而正常眼能看清的距离本来为无穷远，所以取物距l=-∞，由（2-10）式可计算出f’，再由光焦度（屈光度）和焦距互为倒数可算出需要矫正的度数。若为远视眼情况，应取正常眼的明视距离为物距四、眼睛的分辨率在良好的照明下，极限分辨率为1’（为什么？）。常用的瞄准标志方式：二直线重合（a），二直线端部对准（b），叉丝对直线对准（c），双线对直线对准（d）30“~60"10“~20"5“~10"5“~10"眼睛能分辨出两个靠近点的能力，以刚好能分辨开的两个点对眼睛的张角——极限分辨角来衡量。§3.2放大镜O、各类目视光学仪器的要求（1）扩大视角：用视放大率T表示扩大视角的能力。其表达式为：（2）成像在无限远：为了使人眼在观察物体时不至于疲劳。放大镜：放大镜是帮助眼睛观察细微物体或细节的光学仪器。一、放大镜的放大率放大镜视放大率放大镜的成像光路二、放大镜的光束限制和视场眼瞳是系统的孔径光阑，也是出射光瞳，镜框为渐晕光阑，也是入射窗和出射窗。放大镜的光束限制和视场y与Γ成反比§3.3显微镜L1L2显微镜一、显微镜的成像原理1、显微镜的光学系统由物镜和目镜两个部分组成。2、显微镜总放大率：F1’F23、显微镜的组合焦距fˊ为：4、显微镜实质上是一个具有更高放大率的复杂化了的放大镜。5、显微镜物镜和目镜的支承面之间的距离tm称为显微镜的机械筒长。我国标准为160mm。6、光学结构在调换物镜时应满足的条件（P86略）二、显微镜中的光束限制显微镜的孔径光阑：与镜头的结构和使用要求有关。显微镜的出射光瞳：出瞳直径一般较小。显微镜的出射光瞳二、显微镜中的光束限制显微镜的出射光瞳：出瞳直径一般较小。显微镜的出射光瞳：出瞳直径一般较小。显微镜的视场光阑：其大小是物面上可见范围与物镜放大率的乘积。三、显微镜的分辨率和有效放大率分辨率：以它所能分辨的两点间最小距离来表示。1、物体自发光时：2、当物体被其它光正入射照明时（阿贝提出）3、在斜照时：

NA越大，分辨率越高4.显微镜的有效放大率人眼有效放大率：所以，显微镜能有多大的放大率，取决于物镜的分辨率或数值孔径。过低或过高的放大率都没有意义。

四、显微物镜分类：折射式，反射式，和折反式折射式的分类：消色差物镜，复消色差物镜和平视场物镜。消色差物镜：单组双胶合低倍物镜（a），利斯特型中倍物镜（b），阿米西高倍物镜（c），阿贝浸液物镜（d）复消色差物镜主要用于研究显微镜以及显微照相中，结构很复杂；平视场物镜主要是设法减小像面弯曲，结构也非常复杂。§3.4望远镜一、望远镜的一般特性1、望远系统的结构型式属于无焦系统，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合。开普勒望远镜伽利略望远镜2、望远系统的放大率（开普勒望远镜为例）望远镜的放大率为（取决于系统的结构参数）最小视放大率：物镜、入瞳目镜F1’F2视阑出瞳、人眼DD’二、望远物镜1、物镜的光学特性：焦距，相对孔径和视场；2、焦距：3、相对孔径：求出入瞳直径D后与物镜焦距相除便是相对孔径。4、视场5、减小像差的方法：折射式望远物镜，反射式望远物镜，折反式望远物镜。例题3-1一个年龄50岁的人，近点距离为-0.4m，远点距离为无限远，试求他的眼睛的调节范围3-2某人看不清其眼前2m远的物体，问需要配多少光焦度的眼镜才能使其眼恢复正常？另一个人对其眼前0.5m以内的物看不清楚，同问？例题3-3迎面而来的汽车的两个头灯相距为1m，问汽车距离多远时它们刚能为人眼所分辨？假定人眼瞳孔直径为3mm，光在空气中的波长为0.5微米。3-4有一焦距为50mm、口径为50mm的放大镜，眼睛到它的距离为125mm，求放大镜的视放大率和视场。例题3-6已知显微目镜Γ2=15，物镜β=2.5，光学筒长180mm，试求显微镜的总放大率和总焦距。3-8一架显微镜的物镜焦距为4mm，中间像成在第二焦面（像方焦点）后160mm处，如果目镜为20倍，则显微镜的总放大率为多少？L1L2F1’F2例题3-9假定用人眼直接观察敌人的坦克时，可以在l=-200m的距离上看清坦克编号，如果要求在距离1km处也能看清，问应使用几倍望远镜？3-11欲看清10km处的相隔100mm的两个物点，用开普勒型望远镜，试求：（1）望远镜至少应选用多大倍率（正常倍