第4章光学仪器的基本原理

第4章光学仪器的基本原理

4.1人的眼睛4.1.1人眼的构造

4.1.3人眼的调节功能

4.2助视仪器的放大本领

4.2.1放大本领的概念仪器的放大本领:物体经助视仪器所称的像与不经助视仪器的物体应处于同一特定的位置,这是比较视角大小的前提.

4.2.2放大镜（3×）放大镜的放大本领物体置于焦距之内,靠近焦点处.

4.3目镜（20×）

4.3.1目镜的作用4.3.2(1)惠更斯目镜通常放大镜是用来直接放大实物,而目镜则用来放大其他光具组(称为物镜)所形成的像.复杂的光学仪器总是包括物镜和目镜两部分.场镜的焦距等于视镜焦距的3倍,两者之间的距离等于视镜焦距的2倍.如最后成像于无穷远,则可调节物镜的距离,使Q/恰好落在视镜的物方焦平面F2上.调节两者(场镜和视镜)之间的距离亦可成像于明视距离.平凸透镜?

4.3目镜4.3.2(2)冉斯登目镜平凸透镜?

场镜和视镜的焦距相等.透镜间的距离等于每一透镜焦距的2/3.可计算出整个目镜的物方焦点与场镜的距离为单个透镜焦距的1/4.如要使最后的像位于无限远处,则可调节物镜的位置,使F2Q/恰好落在视镜的物方焦平面F2上.此时Q正好落在整个目镜的物方焦平面F上.

4.3目镜（3）惠更斯目镜和冉斯登目镜的对比区别

惠更斯目镜的视场相当大,视角可达400.在250范围内更清晰,而且结构简单.在显微镜中经常采用这种目镜.冉斯登目镜可以作一般放大镜观察实物,而惠更斯目镜却只能用来观察像.在冉斯登目镜的物平面上加一分划板,可对被观察的物体或物镜所成的实像进行长度的测量,然而惠更斯目镜则不能.

4.4显微镜的放大本领4.4.1显微镜的光路图最简单的显微镜由两组的透镜构成，一组是焦距很短的物镜，一组是惠更斯目镜物体QP位于物镜1倍焦距外，靠近物镜焦点处显微镜相当于组合光具组构成的放大镜

4.4.2显微镜的放大本领物镜的横向放大率:显微镜成像的视角:

4.4.2显微镜的放大本领物镜和目镜所组成的复合光具组的焦距为:把整个显微镜当作一个简单的放大镜,由放大镜的放大本领得:

4.5望远镜的放大本领4.5.1开普勒望远镜所以望远镜的放大本领为:物镜的焦距f1/越长，目镜的焦距f2/越短，则望远镜的放大本领越大.开普勒望远镜的物镜和目镜的相方焦距都是正值,放大本领M为负值,故形成倒立的像.物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合

4.5望远镜的放大本领4.5.2伽利略望远镜望远镜的放大本领:伽利略望远镜的物镜焦距为正,目镜的像方焦距为负,故望远镜的放大本领M为正值,故形成正立的像.物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合开普勒望远镜和伽利略望远镜的区别1.两者成像的性质不同,开普勒望远镜为倒立的像,而伽利略望远镜为正立的像.2.伽利略的视场比较小,而开普勒望远镜的视场比较大.3.开普勒望远镜的镜筒(物镜到目镜的距离)较长,伽利略的镜筒较短.4.无论哪种的望远镜,物镜的横向放大率都小于1.可见放大本领和横向放大率是有区别的.

4.6光阑光瞳4.6.1&2光阑的概念有效光阑和光瞳光学元件的边缘,或者一个有一定形状的开孔的屏(称为光阑),在光学系统中都起着限制光束的作用,从这个意义来讲,透镜的边缘也可看作是光阑.(a)中,对光束实际起限制作用的是透镜L2.(b)中,对光束实际起限制作用的是透镜L1.寻找普遍的方法寻找复杂光学系统的有效光阑(或孔径光阑)在所有的光阑中.

限制入射光束最起作用的那个光阑,称为有效光阑.1.B是光阑,B/和B//是B分别由光阑前的光具组和光阑后的光具组所称的像.2.入射光瞳和出射光瞳

4.6光阑光瞳4.6.1&2光阑的概念有效光阑和光瞳

4.6光阑光瞳4.6.3有效光阑和光瞳的计算

4.7光度学概要----光能量的传播4.7.1辐射通量和视见函数面积元dS的辐射通量:（单位时间该面元辐射出来的所有波长的能量）面元dS辐射出来的波长在λ~λ+dλ间的光辐射通量：于是，面元dS发出的各种波长光的总辐射通量为：不同波长的光的辐射通量所占有的比例是不同的，为了表示这点，引入相对辐射通量的分布函数：e(λ)－－－－谱辐射通量密度单位时间内通过光源面积元的某一波长附近的单位波长间隔内的光能量，其是波长λ的单一函数。辐射通量的单位:瓦特,符号:W

4.7光度学概要----光能量的传播4.7.2

辐射通量和视见函数相等的辐射通量，由于波长不同，给人的感觉也不同；人眼对黄绿光比较敏感，而对红光和紫色光较差，对红外光和紫外光则无视觉反应。视见函数：为了研究客观的辐射通量与它们使人眼产生的主观感觉强度之间的关系，引入视见函数

4.7光度学概要4.7.3光通量光通量(单位:流明,符号:lm)表示光源表面的辐射通量使人眼引起的视觉强度，用Φ表示。某一波长λ附近对于波长间隔为dλ的单色光来讲，其光通量为：K（λ）：光谱光视效能

Km

：最大光视效能（最大光功率）Km=683lm/W单色光光通量：复色光光通量：电光源的遍计发光效率：

4.7光度学概要4.7.4发光强度发光强度：表征光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量.点光源的发光强度:立体角的定义:球坐标中点光源发出的总光通量:

均匀发光体:(I不随θ,ψ而变化)单位:坎德拉(Candela),符号:cd

4.7光度学概要4.7.5照度照度:(单位:勒克斯(lux),符号:lx,简称:勒)表征受照面积被照亮的程度对点光源照度为:式中R是点光源距受照物体元面积dS中心的距离.点光源所造成的照度,反比于光源到受照面的距离的平方,而正比于光束的轴线方向与受照面法线间夹角θ的余弦

4.7光度学概要4.7.6

亮度光源的亮度:表征发光面发光强弱并与发光表面特征有光的物理量.单位面积的光源表面在法线方向的单位立体角内所传送的光通量来量度.单位:cd/m2

4.7光度学概要4.7.7

三原色原理牛顿色轮

4.13助视仪器的分辨本领4.13.1分辨本领

4.13助视仪器的分辨本领4.13.2人眼的分辨本领人眼的分辨本领是描述人眼刚能区分非常靠近的两个物点的能力的物理量.Example:眼睛瞳孔的半径约为1mm,波长为555nm=555×10-7cm的黄绿光进入瞳孔时,可以证明瞳孔的极限分辨角为:在明视距离处,对应于这个极限角的两个发光点之间距离约为:25U0≈0.1