第四章光学仪器

第四章光学仪器第一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五光学仪器需要解决的矛盾：影响象的清晰度的因素色差（色散）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第二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五(1)助视仪器(配合眼睛)(2)摄影投影仪器(如照相机、投影仪等)光学仪器(3)光谱仪，干涉仪，…(成像仪器)

显微镜为人类打开了“近在眼前”的微小世界的大门，望远镜则帮助人类揭示了“远在天边”的星球世界的奥秘。大致分类：Opticalinstruments第三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五观测对象尺度与相应的观测仪器微纳米光学第四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五4.1人的眼睛Eyesf':22.8-18.9mmf:17.1-14.2mmStructureofthehumaneye简化眼模型

第五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五Someofitsimportantfeatures：(a)调节晶状体曲率(由睫状肌控制）使被看物在视网膜上清楚成像，这称为调焦。

可调焦的物距有一范围，眼睛肌肉完全放松和最紧张时所能看清物体的位置分别称为远点和近点。正常眼的远点为无穷远，近点则与年龄有关，约为15cm。

一般人在阅读或操作时，习惯将被观察物体放在25cm处，这样既能看得较为清楚又不容易疲劳，因此通常规定25cm为明视距离，用s0表示。第六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五简化眼眼睛的结构较复杂，可以简化为：高尔斯特兰简化眼FOF‘光心第七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五远视近视近视眼(nearsightedeye或myopiceye）-远点在有限距离远视眼(farsightedeye或hyperopiceye)--近点大于明视距离定义视度=1/远点距离L（米）单位：屈光度。近视度=视度×100第八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五远视近视眼镜校正眼镜校正第九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五散光：Astigmatism由于眼睛的角膜曲面不对称，使得折射球面变为非球面，且沿不同主截面上的焦距大小不同，从而导致不同方向的成像清晰度不同。

AnamorphiclensesAtestforastigmatismoftheeye.Viewthisfigurethroughoneunaidedeye.第十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五视角物体的“视大小”取决于视网膜上像的大小，它又取决于被看物对眼睛节点N所张的角——视角U

。(c)角分辨极限白天，最小分辨角约为1'

(d)瞳孔直径：2mm—8mm，随环境明亮程度而变。

TheangularsizeofanobjectU第十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五放大本领的概念：QP-lOUQ′P′-l′OU′H′HQPKK′FF′4.2助视仪器的放大本领第十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五QP-lOUQPO光学仪器的放大本领第十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五1.必须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。注意：2.注意放大本领与角放大率的区别。第十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五放大镜的放大本领：

Q`P`y`PQyFLO-f-s`U‘OyQPU第十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五4-3目镜用于观察其它光学系统所成像的放大镜。要求：A、具有较高的放大本领和较大的视角；B、具有一定的校正像差和色差的能力。∴目镜通常由两个或多个透镜组合而成。结构：场镜+视镜+（分划板或称刻度尺）

场镜：面向物体（即物镜的像）的透镜（或透镜组）

视镜：接近人眼的透镜（或透镜组）

分划板：包含叉丝的透明刻度尺第十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五1、惠更斯目镜①②③

场镜、视镜均为凸面朝向物体的平凸透镜

场镜焦距为视镜焦距的3倍，两透镜光心之间的距离为视镜焦距的2倍，所以场镜视镜的象方焦点重合由于场镜的物为虚物，所以无法对物镜所成的象进行测量此目镜的视角大（可达400），结构紧凑，适用于生物显微镜第十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五2、冉斯登目镜312321

场镜、视镜为凸面相向的平凸透镜场镜、视镜焦距相同，两镜光心的距离为焦距值的2/3

既可用于观察象，也可用于观察物，并可由配备的分划板对物镜所成的象进行测量，适用于测微目镜注：两种目镜均能放大像，增大人眼视角；但冉镜可用于直接观察实物，配上分划板可精确测量实物和物镜所成像的长度第十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五4.4显微镜的放大本领第十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五光学筒长经物镜，显微镜光路:经目镜后，有视角:S‘为经物镜后的像距第二十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五代入y1可得到经目镜后的视角:裸眼看原物，应有视角:总的放大本领:

为保证成尽量大的像，物镜和目镜焦距均很小第二十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五讨论：①即为物镜的横向放大率，“—”号表示物镜成倒立像②为目镜的放大本领，以cm为单位显微镜的放大本领第二十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五Practicalmicroscopeobjective第二十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五一、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二、结构：物镜系统+目镜系统三、分类：①按物镜的种类分：A、反射式望远镜：物镜为反射镜；B、折射式望远镜：物镜为透镜。②按目镜种类分：A、开普勒望远镜：目镜为会聚透镜；B、伽利略望远镜：目镜为发散透镜。4.5望远镜的放大本领第二十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五一、开普勒望远镜（折射望远镜）第二十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五开普勒望远镜的物镜、目镜均为会聚系统，可以等效为两个正透镜.=0，为无焦系统。当观察有限远的物体时，如作大地测量的望远镜，光学间隔不为零，＝F1F2

0，是会聚系统。长焦距物镜和短焦距目镜可加分划板测量第二十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五Galileo’srefractingtelescope,usedforviewingdistantobjects第二十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五伽利略望远镜光路图：长焦距物镜和短焦距目镜，成正立象第二十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五用望远镜观看有限远的物体时，要略微移动目镜以调节目镜到物镜的距离。这时，望远镜不再是严格的望远系统。伽利略型的缺点：视场小(倾角稍大的光线在出射后不能进入眼睛);无中间实像(不好装叉丝或刻度尺)(作为扩束器这恰好是优点)。倒装望远镜可作为很好的激光扩束器。第二十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五大型天文望远镜，反射式的ReflectingtelescopesAmirrorreplacestheobjectiveforthepurposeofcreatinganintermediateimageResolutionLight-gatheringpowerNochromaticaberrationAdvantages:主镜：抛物面镜PrimarymirrorSecondarymirror第三十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五卡塞格林型的(Cassegrain)格雷哥利型的(Gregoeian)牛顿型的(Newtonian)抛物面抛物面椭球面抛物面双曲面第三十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第三十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第三十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五折反系统：施密特系统Schmidtopticalsystem大孔径，广视场。1931年由德国光学家施密特发明，球面主镜加校正板，以消除球差。第三十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五20世纪中期以后，很多著名天文台都安装有大口径的的反射望远镜。1976年原苏联制造了口径6米的望远镜，安装在高加索山天体物理天文台。我国最大的望远镜，是1989年安装在北京天文台兴隆观测站的2.16米反射望远镜，这是我国自己研制生产的。1948年由美国制造的口径5.08米的反射望远镜，安装在帕洛玛天文台（位于智利），曾居世界领先地位。第三十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五哈勃空间望远镜（HubbleSpaceTelescope）

1990年4月24日哈勃空间望远镜升上了太空，天文学家多年的梦想成为现实。哈勃空间望远镜是由美国国家航空与航天局（NASA）和欧洲空间局（ESRO）联合研制的，其主体为长13米、直径4.3米的圆筒，望远镜主镜口径2.4米，总重量为12.5吨，研制历时13年，耗资21亿美元，由发现号航天飞机带到了高度为600公里的空间轨道，实现了天文学家从大气层以外空间观测天体的愿望。第三十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五美国空军武器实验室正在研制的超轻型折叠式合成孔径望远镜第三十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五Nodiscussionoftelescopeswouldbecompletewithou