[工学]第三章光学仪器的基本原理.ppt

第4章 光的电磁理论 第3章 光学仪器的基本原理 　　 应用近轴光学理论分析典型光学仪器的工作原理， 第3章 光学仪器的基本原理 光学仪器分类 物理光学仪器 光谱仪、干涉仪…….. 几何光学仪器 助视仪器(视角放大，如放大镜、显微镜、望远镜等) 成像仪器（摄影投影仪器，如照相机、摄影机、摄像机、放大机、投影仪、放影机等) 分光仪器（分光计、单色仪、摄谱仪等） 观测对象尺度与相应的观测仪器 第3章 光学仪器的基本原理 3.1　眼睛 3.2　放大镜 3.3　显微镜 3.4　望远镜 3.5　摄影系统 3.6　现代光学系统(自学)　 3.1 眼睛 眼睛是人的视觉器官，也是许多目视光学仪器的光能接收器。因此了解人眼的结构及其光学特性对目视光学仪器的设计非常必要。 眼睛的结构 　 3.1 眼睛 眼睛的光学特性 　把标准眼近似简化为一个折射球面的模型，称为简约眼。其参数为 折射面的曲率半径 5.56 mm 像方介质的折射率　4／3＝1.333 网膜的曲率半径 9.7 mm 　对应　f=-16.70mm 　 f?=22.26mm 　 ?=59.88D 3.1 眼睛 眼睛的调节 视度调节 　借助于使水晶体的曲率发生改变，使不同远近的物体都能清晰地成像在网膜上。 当人眼在完全自然放松状态下，眼睛能看清楚的最远的点称为远点。正常人眼的远点在无限远； 当睫状肌在最紧张时，眼睛能看清楚的最近的点称为近点。 正常的眼睛在正常照明下最方便和最习惯的阅读和操作距离，称为明视距离。常规定明视距离为250 mm。 3.1 眼睛 视度 　描述眼睛的调节范围或调节能力。 　若以p表示近点到眼睛物方主点的距离(m)，以r表示远点到眼睛物方主点的距离(m)， 3.1 眼睛 适应调节 　眼睛通过睫状肌改变曈孔大小对不同的亮度条件有适应的能力 　眼睛所能感受的光亮度的变化范围是非常大的，其比值可达1012：1。 　在黑暗处，瞳孔增大、灵敏度大为提高。在亮处，灵敏度大大降低、瞳孔也随之缩小。 3.1 眼睛 眼睛的缺陷和矫正 　正常眼在肌肉完全放松的状态下，能够看清无限远处的物体，即其远点应该在无限远处（R=0），像方焦点正好和网膜重合，如图所示，若不符合这一条件就是非正常眼，或称为视力不正常。 3.1 眼睛 近视眼会聚能力太强，应该配戴一块负透镜，使无限远物体通过发散透镜以后，正好成像在眼睛的远点上，再通过眼睛成像在视网膜； 远视眼会聚能力不够，应该配戴一块正透镜，使无限远物体通过会聚透镜以后，正好成像在眼睛的远点上，再通过眼睛成像在视网膜。 3.1 眼睛 眼睛的分辨率 眼睛能分辨最近两点的能力， 称为眼睛的分辨率。 由物理光学可知，刚刚能分辨开的两点对眼睛物方节点所张的极限分辨角为 　　 3.2 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。凸透镜是一个最简单的放大镜。 为了得到放大的像，物体应位于放大镜第一焦点F附近并且靠近透镜的一侧。 放大镜的视角放大率 　应用牛顿公式得 　　　　　　　　　当物位于物方焦面上， 　　　　　　　　　 3.2 放大镜 放大镜的光束限制和视场 　决定无渐晕成像范围的B1点、50%渐晕的B2点和可能成像的最边缘点B3，对应的视场角分别为??1、 ??2 、 ??3 。 　由图可知 　当物平面位于物方焦点 　上时，像平面在无限远， 　则满足50%渐晕的视场为 3.3显微系统 显微镜用于观察近处微小物体的视角放大仪器。 显微镜的成像原理 显微镜由物镜和目镜组成。采用两级放大。物镜先把物体放大成像，目镜把像再放大。 物体位于大于物镜焦距但小于两倍的物镜焦距处。人眼在目镜后面一定位置上。 　 3.3显微系统 显微镜的视角放大率 　　物镜放大率　　　　　　　目镜放大率 　　总放大率为 　　由组合焦距为 　　得 3.3 显微系统 齐焦条件 　当调换物镜后，不需重新调焦就能看到物体的像。为此，不同倍率的物镜需有不同的光学筒长，并在光学结构尺寸上满足如下要求： 不同倍率的物镜有相同的物像共扼距。对于生物显微镜，我国规定为195 mm。 物镜的像面到镜筒的上端面即目镜的支承面的距离固定。我国规定为10 mm。 为在调换目镜后也不需重新调焦，目镜的物方焦面要与物镜的像面重合。 3.4 望远系统 望远镜是用于观察远处物体的目视光学仪器。有折射式、反射式、折反式（主要区别在于物镜）。 望远系统的结构形式 　由物镜和目镜组成。物镜的象方焦点和目镜的物方焦点应重合，光学间隔?＝0（无焦系统）。 3.4 望远系统 望远系统的视觉放大率 　由图可得 　式中，其中，f物，f目分别是物镜和目镜的焦距，D和D?分别是入瞳和出瞳直径。