文档介绍：第四章 光学仪器的基本原理
主要内容
本章围绕衡量光学仪器的三个本领进行教学,其中着
重介绍望远镜、显微镜的放大本领和分辨本领,扼要介绍
聚光本领。简单介绍光度学、像差的基本概念。
教学目的:
牢固掌握助视仪器的放大本领、分辨本领的概念及望远光路的特点;掌握放大本领、分辨本领、有效光阑、入瞳、出瞳的计算;理解物镜聚光本领、数值孔径、相对孔径的意义;了解人眼的结构和光学仪器的象差。
内容分析:
第一单元(§1~§5):助视仪器的放大本领
第二单元(§6~§9):光度学的基本概念;聚光本领
第三单元(§10~§12):象差概述
第四单元(§13~§14):助视仪器的分辨本领
重、难点:
全章以放大本领、分辨本领为重点,强调仪器参数的
相互影响关系。
§ 概述
一、光学仪器及分类
1、光学仪器的定义:
多种光学元件按一定的要求组成的系统。
2、分类:
按性能:显微镜、望远镜、照像机和分光镜
按成像性质:
成实像的光学仪器。如照像机、幻灯机、电影放映机、投影仪等。
成虚像的光学仪器—助视仪器。如放大镜、显微镜、望远镜。
二、理论基础
主要:几何光学基本原理。
其它:衍射理论、加工工艺学、材料科学等。
三、实际光学仪器
1、理想成像的要求:
近轴:近轴物点、近轴光线
单色:物体所发光线是单色的
实际光学仪器情况:非近轴和复色光。会造成如下矛盾:
2、两大矛盾
①像的清晰度与像场能量聚集程度的矛盾
几何光学观点:必须满足单色、近轴条件
∵复色→色差非近轴→象差
能量观点:不宜限于近轴区域。
要得明亮像,必须使进入光学仪器的光束尽量宽。
②成像清晰度与细节分辨程度的矛盾
波动光学观点:光线越近轴→光束受限越紧→衍射越明显→
像的清晰度越低
几何光学观点:减小象差→满足近轴条件
∴像的清晰度与像面亮度、分辨本领不能同时兼得,而矛盾不可避免。
因而,实际光学仪器要根据用途,权衡轻重,有针对性地进行设计制造。
§ 人眼
一、构造
:白色坚韧,~
:透明,R:8mm
●
:黑色不透光
—水状体:淡盐溶液,
—玻璃体:含大量水份胶状物,
:带色的彩带
:直径:~8mm
—眼珠,,前后曲面半径:10mm,6mm
:视神经网
:不引起视觉
:2mm
:
二、简化眼
从上页图看出:人眼是一个由角膜、水状液、晶状体和玻璃液所组成的,物、像方折射率近似相等的,可变焦距的,共轴复杂光学系统(光具组)。它能在视网膜上清晰成像。
它是一个能自动调节有精密的光学仪器。其结构相当复杂。在许多情况下将其简化成如下的模型:
高尔斯特兰简化眼
F
O
F‘
光心
三、人眼的调节功能
1、定义:为使不同距离的物体都能在视网膜上成清晰像而改变眼睛的
焦距的过程。
人眼的调节方式有两种:自动调节(自调节)和被动调节(矫正)。
2、自调节:
正常人眼靠睫状肌的松驰或紧张来改变晶状体的曲率半径,
从而改变人眼焦距的过程。是人眼自动完成的。
说明:
①自调节有一定的限度:近点和远点之间。
远点:人眼能看清楚的最远点。人眼看远点处的物体时,睫状肌处于
完全松驰的状态,晶状体曲面的曲率半径最大。
近点:人眼能看清楚的最近点。人眼看近点处的物体时,睫状肌处于
最紧张的状态,晶状体曲面的曲率半径最小。
②人眼疲劳程度与睫状肌的松紧程度有关:
看远物时,肌肉松驰,不易疲劳;看近物时,肌肉紧张,容易疲劳。
③近点、远点和调节范围随年龄的增长而变化;
近点变远:幼年—7~8cm;中年—25cm;老年—1~2m。
远点变近:幼年—无限远;老年—数米。
随年龄的增长,肌肉老化,自调节范围变窄。
适当照明下,正常眼观察眼前25cm处的物体是轻松的,且能看清物体
的细节。称25cm为明视距离。
因此,在设计和使用助视仪器时一般都使虚像成于明视距离、无穷
远处或其间的某一位置处。
3、人眼的缺陷及矫正——被动调节:外加辅助仪器改变焦距的过程。
具备完善的自调节功能的人眼称为正常眼;反之,称为非正常眼。
①近视眼:远点在有限远处的人眼。
特点:晶状体曲率半径比正常眼小,外形凸出;像方焦点在视网膜
前,焦距短。
P
O
F‘
O
F‘
远点
矫正前
P‘
O
F‘
远点
远物
矫正后
[例4-1] 。
求所戴