第4章光學(xué)儀器的基本原理

第4章光學(xué)儀器的基本原理

4.1人的眼睛4.1.1人眼的構(gòu)造

4.1.3人眼的調(diào)節(jié)功能

4.2助視儀器的放大本領(lǐng)

4.2.1放大本領(lǐng)的概念儀器的放大本領(lǐng):物體經(jīng)助視儀器所稱的像與不經(jīng)助視儀器的物體應(yīng)處于同一特定的位置,這是比較視角大小的前提.

4.2.2放大鏡（3×）放大鏡的放大本領(lǐng)物體置于焦距之內(nèi),靠近焦點(diǎn)處.

4.3目鏡（20×）

4.3.1目鏡的作用4.3.2(1)惠更斯目鏡通常放大鏡是用來直接放大實(shí)物,而目鏡則用來放大其他光具組(稱為物鏡)所形成的像.復(fù)雜的光學(xué)儀器總是包括物鏡和目鏡兩部分.場(chǎng)鏡的焦距等于視鏡焦距的3倍,兩者之間的距離等于視鏡焦距的2倍.如最后成像于無窮遠(yuǎn),則可調(diào)節(jié)物鏡的距離,使Q/恰好落在視鏡的物方焦平面F2上.調(diào)節(jié)兩者(場(chǎng)鏡和視鏡)之間的距離亦可成像于明視距離.平凸透鏡?

4.3目鏡4.3.2(2)冉斯登目鏡平凸透鏡?

場(chǎng)鏡和視鏡的焦距相等.透鏡間的距離等于每一透鏡焦距的2/3.可計(jì)算出整個(gè)目鏡的物方焦點(diǎn)與場(chǎng)鏡的距離為單個(gè)透鏡焦距的1/4.如要使最后的像位于無限遠(yuǎn)處,則可調(diào)節(jié)物鏡的位置,使F2Q/恰好落在視鏡的物方焦平面F2上.此時(shí)Q正好落在整個(gè)目鏡的物方焦平面F上.

4.3目鏡（3）惠更斯目鏡和冉斯登目鏡的對(duì)比區(qū)別

惠更斯目鏡的視場(chǎng)相當(dāng)大,視角可達(dá)400.在250范圍內(nèi)更清晰,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.在顯微鏡中經(jīng)常采用這種目鏡.冉斯登目鏡可以作一般放大鏡觀察實(shí)物,而惠更斯目鏡卻只能用來觀察像.在冉斯登目鏡的物平面上加一分劃板,可對(duì)被觀察的物體或物鏡所成的實(shí)像進(jìn)行長(zhǎng)度的測(cè)量,然而惠更斯目鏡則不能.

4.4顯微鏡的放大本領(lǐng)4.4.1顯微鏡的光路圖最簡(jiǎn)單的顯微鏡由兩組的透鏡構(gòu)成，一組是焦距很短的物鏡，一組是惠更斯目鏡物體QP位于物鏡1倍焦距外，靠近物鏡焦點(diǎn)處顯微鏡相當(dāng)于組合光具組構(gòu)成的放大鏡

4.4.2顯微鏡的放大本領(lǐng)物鏡的橫向放大率:顯微鏡成像的視角:

4.4.2顯微鏡的放大本領(lǐng)物鏡和目鏡所組成的復(fù)合光具組的焦距為:把整個(gè)顯微鏡當(dāng)作一個(gè)簡(jiǎn)單的放大鏡,由放大鏡的放大本領(lǐng)得:

4.5望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)4.5.1開普勒望遠(yuǎn)鏡所以望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)為:物鏡的焦距f1/越長(zhǎng)，目鏡的焦距f2/越短，則望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)越大.開普勒望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡的相方焦距都是正值,放大本領(lǐng)M為負(fù)值,故形成倒立的像.物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合

4.5望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)4.5.2伽利略望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng):伽利略望遠(yuǎn)鏡的物鏡焦距為正,目鏡的像方焦距為負(fù),故望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)M為正值,故形成正立的像.物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合開普勒望遠(yuǎn)鏡和伽利略望遠(yuǎn)鏡的區(qū)別1.兩者成像的性質(zhì)不同,開普勒望遠(yuǎn)鏡為倒立的像,而伽利略望遠(yuǎn)鏡為正立的像.2.伽利略的視場(chǎng)比較小,而開普勒望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)比較大.3.開普勒望遠(yuǎn)鏡的鏡筒(物鏡到目鏡的距離)較長(zhǎng),伽利略的鏡筒較短.4.無論哪種的望遠(yuǎn)鏡,物鏡的橫向放大率都小于1.可見放大本領(lǐng)和橫向放大率是有區(qū)別的.

4.6光闌光瞳4.6.1&2光闌的概念有效光闌和光瞳光學(xué)元件的邊緣,或者一個(gè)有一定形狀的開孔的屏(稱為光闌),在光學(xué)系統(tǒng)中都起著限制光束的作用,從這個(gè)意義來講,透鏡的邊緣也可看作是光闌.(a)中,對(duì)光束實(shí)際起限制作用的是透鏡L2.(b)中,對(duì)光束實(shí)際起限制作用的是透鏡L1.尋找普遍的方法尋找復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的有效光闌(或孔徑光闌)在所有的光闌中.

限制入射光束最起作用的那個(gè)光闌,稱為有效光闌.1.B是光闌,B/和B//是B分別由光闌前的光具組和光闌后的光具組所稱的像.2.入射光瞳和出射光瞳

4.6光闌光瞳4.6.1&2光闌的概念有效光闌和光瞳

4.6光闌光瞳4.6.3有效光闌和光瞳的計(jì)算

4.7光度學(xué)概要----光能量的傳播4.7.1輻射通量和視見函數(shù)面積元dS的輻射通量:（單位時(shí)間該面元輻射出來的所有波長(zhǎng)的能量）面元dS輻射出來的波長(zhǎng)在λ~λ+dλ間的光輻射通量：于是，面元dS發(fā)出的各種波長(zhǎng)光的總輻射通量為：不同波長(zhǎng)的光的輻射通量所占有的比例是不同的，為了表示這點(diǎn)，引入相對(duì)輻射通量的分布函數(shù)：e(λ)－－－－譜輻射通量密度單位時(shí)間內(nèi)通過光源面積元的某一波長(zhǎng)附近的單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的光能量，其是波長(zhǎng)λ的單一函數(shù)。輻射通量的單位:瓦特,符號(hào):W

4.7光度學(xué)概要----光能量的傳播4.7.2

輻射通量和視見函數(shù)相等的輻射通量，由于波長(zhǎng)不同，給人的感覺也不同；人眼對(duì)黃綠光比較敏感，而對(duì)紅光和紫色光較差，對(duì)紅外光和紫外光則無視覺反應(yīng)。視見函數(shù)：為了研究客觀的輻射通量與它們使人眼產(chǎn)生的主觀感覺強(qiáng)度之間的關(guān)系，引入視見函數(shù)

4.7光度學(xué)概要4.7.3光通量光通量(單位:流明,符號(hào):lm)表示光源表面的輻射通量使人眼引起的視覺強(qiáng)度，用Φ表示。某一波長(zhǎng)λ附近對(duì)于波長(zhǎng)間隔為dλ的單色光來講，其光通量為：K（λ）：光譜光視效能

Km

：最大光視效能（最大光功率）Km=683lm/W單色光光通量：復(fù)色光光通量：電光源的遍計(jì)發(fā)光效率：

4.7光度學(xué)概要4.7.4發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度：表征光源在一定方向范圍內(nèi)發(fā)出的光通量的空間分布的物理量.點(diǎn)光源的發(fā)光強(qiáng)度:立體角的定義:球坐標(biāo)中點(diǎn)光源發(fā)出的總光通量:

均勻發(fā)光體:(I不隨θ,ψ而變化)單位:坎德拉(Candela),符號(hào):cd

4.7光度學(xué)概要4.7.5照度照度:(單位:勒克斯(lux),符號(hào):lx,簡(jiǎn)稱:勒)表征受照面積被照亮的程度對(duì)點(diǎn)光源照度為:式中R是點(diǎn)光源距受照物體元面積dS中心的距離.點(diǎn)光源所造成的照度,反比于光源到受照面的距離的平方,而正比于光束的軸線方向與受照面法線間夾角θ的余弦

4.7光度學(xué)概要4.7.6

亮度光源的亮度:表征發(fā)光面發(fā)光強(qiáng)弱并與發(fā)光表面特征有光的物理量.單位面積的光源表面在法線方向的單位立體角內(nèi)所傳送的光通量來量度.單位:cd/m2

4.7光度學(xué)概要4.7.7

三原色原理牛頓色輪

4.13助視儀器的分辨本領(lǐng)4.13.1分辨本領(lǐng)

4.13助視儀器的分辨本領(lǐng)4.13.2人眼的分辨本領(lǐng)人眼的分辨本領(lǐng)是描述人眼剛能區(qū)分非?？拷膬蓚€(gè)物點(diǎn)的能力的物理量.Example:眼睛瞳孔的半徑約為1mm,波長(zhǎng)為555nm=555×10-7cm的黃綠光進(jìn)入瞳孔時(shí),可以證明瞳孔的極限分辨角為:在明視距離處,對(duì)應(yīng)于這個(gè)極限角的兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)之間距離約為:25U0≈0.1