光学课件第四章.ppt

第4章 光学仪器的基本原理Chap.4 Basic Principles of Optical Instrument 主 要 内 容 像的质量要求 光学仪器的分类 助视仪器的结构 分光仪器的结构 描述光学仪器成像性能的物理量：放大本领、聚光本领、分辨本领 光度学理论 像差及其校正 人的视觉： 人类从客观世界获得的信息90%来自于视觉。但人的视觉是有限的。空间分辨能力、时间分辨能力、光谱响应范围、强度感受能力。 为了提高人的视觉能力，可借助于光学仪器（平面镜、球面镜、透镜等组成）使人眼能观察人眼不易直接观看的事物。 光学仪器成像要求： 成像清晰、像场明亮、物像相似 光学仪器的分类： 实像仪器----投影仪器：观察和记录所成的像，如照相机、幻灯机等； 虚像仪器----助视仪器：观察过小或过远的物体，如显微镜、望远镜等 光学仪器成像性能的三大物理量： 放大本领 、聚光本领、分辨本领 光学仪器成像的矛盾----像差： 几何光学理想成像要求：近轴物、近轴光线。此时遇到以下矛盾： a. 像的清晰度与像场明亮广阔的矛盾； b.复色光入射，使焦点不唯一，像面不一的矛盾； c.成像清晰度与细节分辨程度的矛盾----衍射等。 4.1 人的眼睛 4.1.1、人眼的结构 瞳孔→ 4.1.2、简化眼. （睛珠） 共轴光具组——只有一个折射球面（或一薄凸透镜）的简化眼。 4.1.3、人眼的调节功能 1、人眼不能区别单色光与复色光 人眼作为接收器，只能分辨而不能测量光能的大小，只能感觉约390nm～760nm波长的光，而不能判别复色光的成分。 2、人眼观看物体的特点 人眼通过进入人眼的光束的中心张角判断物体的大小，通过水晶体焦距的变化确定物体的远近。 3、人眼的调节范围（随年龄变化） 远点：无穷远；近点：10cm；明视距离：25cm、 4、非正常眼（近视眼、远视眼（老花眼）、散光眼）的校正：眼镜 远视眼（老花眼）：近点变远—凸透镜；近视眼：远点变近—凹透镜；散光眼：水晶体曲率半径不唯一—柱透镜。 4.2 助视仪器的放大本领 4.2.1、放大本领的概念 注意： ① ② 和 、 和 不是共轭量。 4.2.2、放大镜（凸透镜） 放大倍数通 常用“×”表示， 如放大3倍， 为“3×”。 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。 3. 设计要求： ① 放大本领； ② 矫正像差； ③ 配备分划板（提高测量精度）； ④ 使倒立像变成正立像。 4.3.2、 两种目镜 （1）、惠更斯目镜： 1）结构及光路图 两个同种玻璃的平凸透镜组成，凸面都向着物镜。 2）特点 只能观察像，不能观察物 对被观察的虚物具有放大作用 视场广大。视角达450，显微镜使用较多 不能测量大小，只能安装十字叉丝类分划板 （2）冉斯登目镜： 1）结构及光路图 两个同种玻璃的平凸透镜组成，凸面相向，平面向外。 2）特点 既能观察像，也能观察物 能用于大小的测量，能单独使用 对被观察的物具有放大作用 （3）两种目镜的比较： 1）共同点： 对被观察的实像都有放大作用。 2）不同点： 前者只能观察像，后者还可以观察实物 后者能对物或像进行长度测量，前者则不能 4.4 显微镜的放大本领  最简单的显微镜是由两组透镜构成的： 物镜（焦距很短），目镜（惠更斯目镜）。 4.4.1、显微镜的光路图 4.4.2 、显微镜的放大本领 1、物镜的放大率 如图： 要尽可能放大， 且要获实像， 必有s=f1，故： 2、目镜的放大本领 最后的像要尽可能的大，则第一次成像位置尽可能靠近目镜的物方焦平面，最后进入人眼的光线对人眼所张视角： 将前面结果带入： 又： ，则放大本领： 显而易见，要获得较大的放大本领，物镜和目镜的焦距都应较小，因此有：而： ，故： 显微镜的放大本领为： 另：可将显微镜的物镜和目镜组合 ∵物镜和目镜所组成的复合光具组的焦距为： ∴整个显微镜（当作一个简单放大镜）的放大本领为： 电子显微