第四章光學(xué)儀器基本原理演示文稿

第四章光學(xué)儀器基本原理演示文稿目前一頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)（優(yōu)選）第四章光學(xué)儀器基本原理目前二頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)

光學(xué)儀器遇到的兩類矛盾：成象清晰度象場光能

成象清晰度細(xì)節(jié)分辨

目前三頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.1人的眼睛作為接收器，感覺約390nm～760nm只能辨別和比較，不能測量光強(qiáng)大小視覺暫留時(shí)間：1/16秒目前四頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)一、人眼的結(jié)構(gòu)

瞳孔→目前五頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)1、鞏膜（sclera）是眼睛最外層一種白色強(qiáng)韌的膜，厚度約是0.4－1.1mm。它由六根筋拉住，以維持眼睛的位置。作用：是保護(hù)眼睛內(nèi)部，它由六根筋拉住，以維持眼睛的位置。2、角膜（cornea）鞏膜正前方曲率較大的一部分――角膜，是透明的，折射率是1.376。作用：光束進(jìn)入眼的門戶，是眼睛光學(xué)系統(tǒng)的第一個(gè)系統(tǒng)。目前六頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)3、前房角膜之后充滿一種水樣液（熱溶液）的地方，即角膜與晶狀體（水晶體）之間的部分――前房，折射率是1.336。作用：眼睛光學(xué)系統(tǒng)的第二個(gè)系統(tǒng)。4、虹膜（iris）前房之后有一中心帶圓孔的彩色膜――虹膜，不透明的，虹膜與睫狀體是相聯(lián)接的。作用：是顯示眼睛的顏色，調(diào)節(jié)瞳孔的直徑變化。5、瞳孔（pupil）虹膜中心的圓孔――瞳孔，直徑1.4－8mm，直徑可以自動調(diào)節(jié)。目前七頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)作用：起到孔徑光闌的作用，控制進(jìn)入眼睛的光能量和調(diào)節(jié)象的清晰度、景深。6、水晶體（晶狀體）（crystallinehumor）虹膜后面由膠性透明物質(zhì)組成，且曲率隨附近肌肉（睫狀?。┑乃删o而改變的一部分――水晶體，外層折射1.386，內(nèi)層折射率1.406，類似分布不均的雙凸透鏡。作用：將人眼分成兩部分（前房、后房），是光學(xué)系統(tǒng)的第三個(gè)系統(tǒng)，控制象的清晰調(diào)節(jié)。7、后房水晶球后面的空間――后房，有大量水分子的粘性透明物質(zhì)（玻璃液），折射率1.336作用：光學(xué)系統(tǒng)的第四個(gè)系統(tǒng).目前八頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)8、視網(wǎng)膜（retina）玻璃液透明外膜與鞏膜之間有一層不透光的黑色膜――視網(wǎng)膜，由視神經(jīng)末梢組成。作用：接收信息，傳遞信息。9、黃斑（yellowspot）在視網(wǎng)膜上有一較凹的部分――黃斑，直徑約2mm，有大量的圓錐細(xì)胞和少量的圓柱細(xì)胞，細(xì)胞與神經(jīng)末梢相聯(lián)接。視網(wǎng)膜上有約7百萬個(gè)圓錐細(xì)胞，1億多個(gè)圓柱細(xì)胞。圓錐細(xì)胞，在明亮光線下起感光作用――明視細(xì)胞，對明暗、色彩有感覺。圓柱細(xì)胞，在暗弱光線下起感光作用――暗視細(xì)胞，只對明暗有感覺。黃斑作用：只有物體的象落在黃斑處才能看清楚。目前九頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)10、中央窩（foveacentralis）黃斑中心有一直徑約為0.25mm的區(qū)域――中央窩，僅含有圓錐細(xì)胞，且含量極大。作用：視覺最靈敏區(qū)，象落在此處最清晰。11、盲斑（blindspot）視網(wǎng)膜上的視神經(jīng)入口處的區(qū)域――盲斑，沒有圓錐和圓柱細(xì)胞。作用是象落在此處不能看到――瞎子。盲斑的驗(yàn)證：目前十頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)11、視軸、光軸視軸是球面系統(tǒng)的光心和中央窩的中心連線，光軸是各球面系統(tǒng)的光心連線。視軸和光軸并不重合。當(dāng)閉左眼，右眼盯住看，在25cm處，都能看到；當(dāng)眼靠近時(shí)，首先看不到，再靠近也看不到，再下看又能看到。隨它們間距的不同，看不到時(shí)眼與紙面的間距也不同，原因是眼球不動的緣故。目前十一頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、簡化眼

人眼可視為只有一個(gè)折射球面的簡化眼

U：視角極限小角：視場范圍：1600(水平)，1300(豎直)

清晰成象:20—60目前十二頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)三、人眼的調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)點(diǎn)、近點(diǎn)

1、人眼的調(diào)節(jié)眼內(nèi)的水晶體自動地本能地調(diào)節(jié)曲率半徑，改變總的光焦度，以看清不同遠(yuǎn)近物體的能力――人眼的調(diào)節(jié)。目前十三頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)(1)、視度調(diào)節(jié)——眼睛自動改變焦距的過程(2)、瞳孔調(diào)節(jié)——眼睛自動改變瞳孔大小的過程（2mm~8mm）目前十四頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)2、遠(yuǎn)點(diǎn)（farpoint）當(dāng)睫狀肌放松時(shí)，水晶體的曲率半徑最大，能在視網(wǎng)膜上成清晰象的物點(diǎn)到眼的距離――遠(yuǎn)點(diǎn)。正常眼的遠(yuǎn)點(diǎn)是無窮遠(yuǎn)（兒童、青年、中年）老年的遠(yuǎn)點(diǎn)只有幾米。3、近點(diǎn)（nearpoint）人眼的肌肉緊縮時(shí)，水晶體的曲率半徑最小，能在視網(wǎng)膜上看清象的物點(diǎn)到人眼的距離――近點(diǎn)。正常眼的近點(diǎn)約25cm，兒童一般是7－8cm。老人是1－2m（50－100lx）目前十五頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4、明視距離在合適的照度下（50－100lx），人眼能最方便、最習(xí)慣、最省力地觀察物體的距離――明視距離。規(guī)定正常眼的明視距離為25cm，明視范圍25cm－五、非正常眼的校正1、正常眼與非正常眼正常眼是指人眼的明視范圍為25－的眼，即象成在視網(wǎng)膜上（眼的第二焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜上）.目前十六頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)非正常眼是第二焦點(diǎn)不在視網(wǎng)膜上，明視范圍不在25—范圍的眼，分為：（1）近視眼――遠(yuǎn)點(diǎn)在有限距離處的眼，成象在視網(wǎng)膜前的眼（2）遠(yuǎn)視眼――近點(diǎn)變遠(yuǎn)的眼，成象在視網(wǎng)膜后的眼（3）散光眼――角膜曲面不對稱的眼（4）老化眼（老視眼）――調(diào)節(jié)能力減弱的眼。2、近視眼（myopiceye）及校正（1）定義：遠(yuǎn)點(diǎn)在有限距離處，即對較遠(yuǎn)的物體看不清楚的眼，遠(yuǎn)處物體成在視網(wǎng)膜前的眼。目前十七頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)（2）原因：a、眼球長度變長（先天的）

b、角膜曲率半徑變?。ê筇斓模?/p>

c、眼內(nèi)介質(zhì)折射率異常等從幾何光學(xué)看，遠(yuǎn)處物體成象在視網(wǎng)膜前，即遠(yuǎn)點(diǎn)太近。（3）校正a、校正方法遠(yuǎn)處物體成象在視網(wǎng)膜前說明眼球會聚（折射）太強(qiáng)，要使光線會聚變?nèi)醯霓k法是在眼前加一個(gè)凹透鏡，把光線先發(fā)散一下，再經(jīng)眼會聚則可剛好成象在視網(wǎng)膜上。校正的方法是配帶凹透鏡，把無窮遠(yuǎn)處的物體成象在遠(yuǎn)點(diǎn)處。目前十八頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)目前十九頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)b、凹透鏡度數(shù)的計(jì)算由物在無窮區(qū)處可得，成象在人眼的遠(yuǎn)點(diǎn)處則得（）=屈光度（D）(diopter)所帶眼鏡的度數(shù)＝“－”表示帶凹透鏡單位m目前二十頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)例1、如果某人的遠(yuǎn)點(diǎn)是1m，則所帶透鏡是什么透鏡，度數(shù)是多少？解：遠(yuǎn)點(diǎn)1m是近視眼，帶凹透鏡得例2、如果某人所帶眼鏡的度數(shù)是－500度，則他的遠(yuǎn)點(diǎn)是多少？解：眼是近視眼目前二十一頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)由得即人眼的遠(yuǎn)點(diǎn)是20cm3、遠(yuǎn)視眼（hyeperopiceye）及校正（1）定義：近點(diǎn)變遠(yuǎn)的眼，

25cm處的物體成象在視網(wǎng)膜之后的眼。（2）原因：a、眼球長度變短

b、水晶體曲率半徑過大

c、水晶體離視網(wǎng)膜太近

d、眼內(nèi)介質(zhì)折射率異常目前二十二頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)從幾何光學(xué)觀點(diǎn)看，近處物體（25cm處的物體）成象在視網(wǎng)膜之后，即近點(diǎn)變遠(yuǎn)了。（3）校正a、校正的方法

25cm處的物體成象在視網(wǎng)膜后說明眼的會聚（折射）太弱，凸透鏡起會聚作用，因此帶凸透鏡使25cm處的物體成象在近點(diǎn)處，則象剛好成在視網(wǎng)膜上。目前二十三頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)目前二十四頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)b、凸透鏡度數(shù)的計(jì)算方法由是近點(diǎn)距離度數(shù)=<目前二十五頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)例1、某人近點(diǎn)是1m，則所帶透鏡的度數(shù)是多少？解：近點(diǎn)1m說明是遠(yuǎn)視眼，帶凸透鏡由s=－0.25m度數(shù)則目前二十六頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)解:帶凸透鏡，是遠(yuǎn)視眼由由得人眼的近點(diǎn)是在50cm處例2、某人帶200度的眼鏡，則近點(diǎn)是多少？目前二十七頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4、散光眼及校正（astigmaticeye）散光眼是由于角膜的曲面不對稱形成的，因而不同截面上有不同的光焦度。如果具有最大光焦度的截面垂直于具有最小光焦度的截面，這種散光眼――正常散光眼。如果角膜曲面無規(guī)則引起的散光――非正常散光眼。正常散光眼的校正是帶柱面透鏡，因而所帶眼鏡一般是球柱透鏡。目前二十八頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)5、老花眼（老視眼）（presbgopiceye）老花眼是由于年齡的增長，眼的調(diào)節(jié)變?nèi)跻鸬?，特點(diǎn)是近點(diǎn)變遠(yuǎn)，遠(yuǎn)點(diǎn)變近。一般用帶凸透鏡來校正，計(jì)算方法同遠(yuǎn)視眼。目前二十九頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.2助視儀的放大本領(lǐng)

一、視角放大率（放大本領(lǐng)）助視：放大視角.

途徑:將物體（1）橫向放大；（2）移近。

注意:視角放大率不同于角度放大率()

和、和不是共軛量

目前三十頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、放大鏡

以凸透鏡為例凸透鏡為最簡單的放大鏡：橫向放大，增大視角不用透鏡

放大倍數(shù)通常用“×”表示，如放大3倍，為“3×”。以cm為單位

目前三十一頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.3目鏡（復(fù)合放大鏡）一、目鏡的作用構(gòu)成：由不相接觸的兩個(gè)薄透鏡組成面向物體的稱為場鏡,接近眼睛者稱為接目鏡作用：用來放大其它光具組（物鏡）所成的像

特點(diǎn)：

①放大本領(lǐng)高；

②可矯正像差；

③測量長度；④使倒立像變成正立像。目前三十二頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、兩種目鏡（1）惠更斯目鏡兩個(gè)同種玻璃的平凸透鏡組成，凸面都向著物鏡目前三十三頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)（2）冉斯登目鏡

兩個(gè)同種玻璃的平凸透鏡組成，凸面相向，平面向外.兩種目鏡的比較:

共同點(diǎn)：對被觀察的實(shí)像都有放大作用。不同點(diǎn)：①前者只能觀察實(shí)像，后者還可以觀察物；

②后者能對物或像進(jìn)行長度測量，前者則不能此處可裝刻度尺目前三十四頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.4顯微鏡的放大本領(lǐng)一、光學(xué)結(jié)構(gòu)最簡單的顯微鏡是由兩組透鏡構(gòu)成的：物鏡（焦距很短），目鏡（惠更斯目鏡）為消除象差，物、目鏡都是復(fù)雜的透鏡組.

物鏡：橫向放大目鏡：視角放大目前三十五頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、光路圖目前三十六頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)三、顯微鏡的放大本領(lǐng)

物鏡和目鏡所組成的復(fù)合光具組的焦距為整個(gè)顯微鏡（當(dāng)作一個(gè)簡單放大鏡）的放大本領(lǐng)為：也可寫為其中:為物鏡的放大率為目鏡的放大本領(lǐng)電子顯微鏡——掃描隧道電子顯微鏡目前三十七頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.5望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡是幫助人眼對遠(yuǎn)處的物體進(jìn)行觀察的光學(xué)儀器作用：移近遠(yuǎn)物,放大視角,

以利觀察光學(xué)結(jié)構(gòu)：光學(xué)間隔為零,即物鏡的象方焦點(diǎn)與目鏡的物方焦點(diǎn)重合,系統(tǒng)的主點(diǎn)和焦點(diǎn)均在無限遠(yuǎn)處特點(diǎn)：平行光進(jìn)，平行光出物鏡：透鏡（折射式），反射鏡（反射式）目鏡：開普勒式(會聚透鏡)、伽利略式(發(fā)散透鏡)目前三十八頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)一、開普勒望遠(yuǎn)鏡

特點(diǎn)：鏡筒長,能放刻度尺（點(diǎn)處）,視場大物鏡和目鏡均為會聚透鏡目前三十九頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、伽利略望遠(yuǎn)鏡特點(diǎn)：鏡筒短，不能放刻度尺,視場小。

為負(fù),正立象說明：兩種望遠(yuǎn)鏡物鏡的橫向放大率可見M與β不同。物鏡是會聚透鏡，目鏡是發(fā)散透鏡目前四十頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)三、反射鏡望遠(yuǎn)鏡

大型天文望遠(yuǎn)鏡的物鏡都用孔徑大的反射鏡優(yōu)點(diǎn)：（1）不產(chǎn)生色差；（2）形狀合適校正球差；（3）較易制造大孔徑的反射鏡.目前四十一頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)四、激光擴(kuò)束器可使激光器發(fā)出的光束實(shí)現(xiàn)擴(kuò)束的儀器

望遠(yuǎn)鏡倒置即為激光擴(kuò)束器目前四十二頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.6

光闌、光瞳

一、光闌

光學(xué)元件的邊緣，一定形狀的開孔的屏

二、有效光闌

1、最有效限制入射光的光闌起限制光束大小作用的是L2的邊緣起限制光束大小作用的是L1的邊緣目前四十三頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)2、作用：（1）改正象差;（2）控制景深3、入射光瞳有效光闌對其前部分光具組成的象4、出射光瞳有效光闌對其后部分光具組成的象對同一系統(tǒng)，有效光闌與入瞳和出瞳三者共軛P目前四十四頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)三、有效光闌和光瞳的計(jì)算

1、所有光闌對前部分光具組成象。

2、求出物點(diǎn)對所有“象”（1中所求）的張角中最小者，其對應(yīng)的那“象”即為入瞳。

3、入瞳對應(yīng)的物即為有效光闌。

4、有效光闌對其后部分成的象即為出瞳。有效光闌總是對某一個(gè)指定的參考點(diǎn)而言的。目前四十五頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)四、孔徑角

有了光瞳，作圖時(shí)可以不需要光闌出射孔徑角入射孔徑角由物平面與主軸的交點(diǎn)對入射光瞳半徑兩端所張的角由像平面與主軸的交點(diǎn)對出射光瞳半徑兩端所張的角目前四十六頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.7

光能量的傳播一、輻射通量

輻射通量（瓦特）：單位時(shí)間內(nèi)面元輻射出來的所有波長的光能量（輻射功率）

不同的波長的光，其輻射通量是不同的。

客觀量

引入分布函數(shù)波長:~目前四十七頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、視見函數(shù)主觀量

人們感興趣的只是其中引起視覺部分。相同的，波長不同，人眼感覺不同。僅考慮可見光，人眼對黃綠光最靈敏

光線充足的情況下，波長為兩者能量引起相同的亮暗視覺。最靈敏光波目前四十八頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)表明，人眼在明亮環(huán)境和昏暗環(huán)境中視見函數(shù)是不同的，由曲線知，在昏暗環(huán)境中，視見函數(shù)的極大值向短波方向（蘭）移動，因此，在夜晚月光下，周圍的一切物體籠罩了一層蘭綠的色彩。這是由于人眼視網(wǎng)膜上有兩種細(xì)胞：圓柱細(xì)胞，圓錐細(xì)胞。在明亮環(huán)境下圓錐細(xì)胞起作用，在昏暗環(huán)境下圓柱細(xì)胞起作用。目前四十九頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)1、定義：即客觀輻射通量對人眼引起的視覺強(qiáng)度等于輻射通量與視見函數(shù)（）的乘積的功光當(dāng)量（最大功光當(dāng)量）單色光復(fù)色光2、發(fā)光功率光電源的遍計(jì)發(fā)光功率三、光通量（，量綱與）目前五十頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)四、發(fā)光強(qiáng)度

1、定義（借助點(diǎn)光源）：點(diǎn)光源在某方向上某單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為該方向的光強(qiáng)（發(fā)光強(qiáng)度）dΩ是點(diǎn)光源在某一方向上所張的立體角元如為均勻發(fā)光體由點(diǎn)光源所發(fā)出的總光通量為總光通量Φ

表征光源的特性，對于指定的發(fā)光體，光具組不能增加光通量，而只起把光通量重新分配的作用。目前五十一頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)2、發(fā)光強(qiáng)度的單位單位是坎德拉（candela,記作cd）是國際單位制中基本單位。目前五十二頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)五、照度（主觀量）1、照度：被照明的程度

點(diǎn)光源：單位：勒克斯（)，輻透（），2、出射度（同單位）（主觀量）（單位面元發(fā)出的總光通量）是受照物體的面元式中：R是點(diǎn)光源距受光物體面積元中心的距離比較（1）出射度M和照度E有相同的單位、量綱及相似的定義。（2）照度E中的光通量是面元所接收的光通量；而出射度M中的光通量是面元所輻射的光通量。目前五十三頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)六、亮度B

1.朗伯定律與亮度B

：

在立體角中發(fā)射出的光通量正比于和發(fā)光體表觀面積的大小，即：即系數(shù)B即為光源的亮度

亮度的單位為：尼特（nt），熙提（sb）

1sb=104nt目前五十四頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)2.余弦發(fā)射體：一般情況下，擴(kuò)展光源上每一面元的亮度B隨方向而變.

這類光源稱為遵從朗伯定律的光源叫余弦發(fā)射體或朗伯光源。例如：太陽3.定向發(fā)射體實(shí)際中我們還碰到一種發(fā)射體，它們發(fā)出的光束往往集中在一定的立體角Ω內(nèi)，即亮度具有一定的定向性，稱為定向發(fā)射體。例如：由成像光學(xué)儀器發(fā)出的光束、激光器發(fā)出的光束等。將代入，有如果：則即B不隨方向

而變。目前五十五頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.8物鏡的聚光本領(lǐng)

助視儀的目鏡，可將物鏡所成象放大，但不能增加聚光本領(lǐng)。對物鏡，除放大作用，還要增加象的照度，進(jìn)入物鏡的光通量越多，象的照度越強(qiáng)，物鏡的聚光本領(lǐng)用象面照度來量度,理想光具組不改變光通量。一般目前五十六頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)

的計(jì)算

一、物在近距

在方向，立體角同樣：朗伯系數(shù)、：共軛面元則通過入瞳的光通量目前五十七頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)另外：設(shè)真空中的亮度：光具組不吸收能量對確定的光具組：

光具組的數(shù)值孔徑在物空間充滿較大的透明物或較大時(shí)，數(shù)值孔徑也大。目前五十八頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)例：顯微鏡（物鏡為有效光闌）顯微鏡的物鏡焦距小，則孔徑D小，限制光通量進(jìn)入

目前五十九頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、物在遠(yuǎn)距

太小，從物方計(jì)算不便利用出瞳（直徑）

相對孔徑（提高）

而即出瞳直徑放大率目前六十頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)例：望遠(yuǎn)鏡：物鏡有效光闌和入瞳物鏡：大，大

聚光本領(lǐng)小

當(dāng)物足夠遠(yuǎn)，象較物很小

（望遠(yuǎn)）有目前六十一頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)

例：照相機(jī)（可拍近、遠(yuǎn)，聚光本領(lǐng)不同）光圈：有效光闌（一般在中間）假定鏡頭前后部分對稱（2）近物：象和物差不多，（如拍資料）（1）遠(yuǎn)物：

（3）感光膜靈敏度同，越強(qiáng)，曝光時(shí)間越短，因而，遠(yuǎn)、近物應(yīng)用不同光圈相機(jī)用，即數(shù)(光圈數(shù))來衡量

數(shù)大，小，小,有222222)81(

)241(

)41(

)221(

)21(

)21(

E￠光圈排列數(shù)：1.422.845.68

目前六十二頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.9單色象差概述

在最簡單物中，物是平面，且垂直主軸正確象要遵守下列條件：（1）物上每點(diǎn)有一清晰象點(diǎn)（2）象點(diǎn)在同一平面上（垂直主軸）（3）各象點(diǎn)放大率為常數(shù)（4）象與物有相同色彩偏離這些的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為象差最主要的象差有

1.球面像差

2.彗形像差

3.像散

4.像面彎曲

5.畸變目前六十三頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)1、球面象差

形狀：彌漫圓斑。原因：主要是由于透鏡表面為球面所造成,寬光束引起大小：通過透鏡的光線與主軸最近（最遠(yuǎn)）的交點(diǎn)和理想像點(diǎn)之間的距離。消除方法：（1）凸透鏡，以較凸的一面向著平行光線。（2）結(jié)合會聚透鏡和發(fā)散透鏡使用（3）采用菲涅耳螺紋透鏡目前六十四頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)2.彗形像差形狀：形似彗星，一個(gè)有尖端的亮斑，尖端最亮，帶著一逐漸擴(kuò)大、變暗的尾巴。成因：經(jīng)過透鏡不同環(huán)帶的光線在理想像面上交成一系列大小不同相互重疊的圓，圓心在一直線上，與主軸有不同的距離。消除方法：滿足阿貝正弦定理：目前六十五頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)3.像散特征：對應(yīng)于一個(gè)物點(diǎn)有子午焦線和孤矢焦線同時(shí)存在，物點(diǎn)離軸越遠(yuǎn)，像散越顯著。（平面折射，球面反射）。量度(像散差)：沿著出射主光線上子午和弧矢這兩焦線間的距離?！?，-”消除方法：適當(dāng)選配系統(tǒng)各球面的曲率半徑、各介質(zhì)的折射率及合理確定有效光闌的位置。目前六十六頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.像面彎曲特征：平面物的像不是平面而是彎曲的。消除方法：采用組合系統(tǒng)，適當(dāng)?shù)倪x配各透鏡的焦距和折射率。目前六十七頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)5.畸變成因：由于物點(diǎn)離主軸的距離不同，而使得橫向放大率不同所引起。形狀：目前六十八頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)特點(diǎn)：畸變并不影響成像的清晰程度，而只改變像的幾何形狀。應(yīng)用：

(1)利用：寬銀幕電影。

(2)允許存在：畸變?nèi)舨怀^5%，人眼觀察不出，則允許存在，如電視、電影、一般的望遠(yuǎn)鏡。

(3)清除：大量測繪儀器、各種制版或復(fù)制用物鏡的光學(xué)系統(tǒng)。消除方法：

(1)兩種畸變的組合。

(2)將光闌放在一組相同的對稱的透鏡中間。目前六十九頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.10正弦定理和正弦條件

一、正弦定理目前七十頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、正弦條件

或者： 說明：

(1)不論Q點(diǎn)發(fā)出的是怎樣寬的光束，要想理想成像于一點(diǎn)，必須符合正弦定理。（消除彗差時(shí)使用此定理）。

(2)在符合正弦條件時(shí)，近軸物以寬光束所成的像是清晰的。

(3)該定理和條件是德國光學(xué)家阿貝（E.Abbe）于1879年根據(jù)費(fèi)馬原理導(dǎo)出的，它實(shí)質(zhì)上是亥姆霍茲——拉格朗日不變式的推廣。目前七十一頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.11近軸物近軸光線成象的色差一、色差的形成原因：光學(xué)材料的折射率隨光的波長而變化,當(dāng)復(fù)合光通過光具組后，將得到一系列與各色光對應(yīng)的不重合的像點(diǎn)，從而就形成了色差縱向色差：主軸上的點(diǎn)，不再出現(xiàn)白光象點(diǎn)。橫向色差：不在主軸上的發(fā)光點(diǎn)的象也將現(xiàn)彩色。目前七十二頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)三、色差的改善⑴兩透鏡用不同的材料制成，相互接觸，d=0。⑵兩透鏡用相同的材料制成，相隔適當(dāng)距離d,如惠更斯目鏡、冉斯登目鏡二、光學(xué)材料的重要特征常數(shù)阿貝數(shù)（V數(shù)）目前七十三頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.12助視儀器的分辨本領(lǐng)一、分辨本領(lǐng)瑞利判據(jù)⒈瑞利判據(jù)：當(dāng)一個(gè)中央亮斑的最大值恰和另一個(gè)中央亮斑的最小值位置相重合時(shí)，兩個(gè)像點(diǎn)剛好能分辨開。其總光強(qiáng)照度分布曲線中央凹下部分強(qiáng)度約為每一曲線最大值的74%目前七十四頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)⒉分辨本領(lǐng)：

U:

兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)對光具組入射光瞳中心所張的視角

θ1:各衍射圖樣第一暗環(huán)半徑的衍射角

R:入射光瞳的半徑。分析： 時(shí)，兩點(diǎn)的像分辨得開； 時(shí)，則分辨不開。 時(shí)的這個(gè)極限角成為光具組的分辨極限，而它的倒數(shù)稱為分辨本領(lǐng)。也可用像面上或物面上能夠分辨的兩點(diǎn)之間的距離來表示分辨極限。目前七十五頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、人眼的分辨本領(lǐng)人眼的分辨本領(lǐng)：指人眼剛能分開靠近的兩物點(diǎn)的能力1、分辨極限角（最靈敏）2、極限間距目前七十六頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)三、望遠(yuǎn)鏡物鏡的分辨本領(lǐng)

通常望遠(yuǎn)鏡的物鏡孔徑即為入瞳，起衍射作用。目鏡的作用是把物鏡所生成的衍射象加以放大，因而不能用增加目鏡放大率的辦法提高分辨本領(lǐng)。極限分辨角R、d

：物鏡的半徑、直徑極限距：目前七十七頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)四、顯微鏡的分辯本領(lǐng)

夫瑯和費(fèi)衍射更普遍的定義：照明光源的象面上接收到的衍射物就是夫瑯和費(fèi)衍射。是物方的數(shù)值孔徑可見光波段：電子顯微鏡：電子衍射波長為分辨本領(lǐng)大大提高目前七十八頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.13分光儀器的分辨本領(lǐng)一、棱鏡光譜儀

⒈角色散率：又最小偏向角與棱鏡折射率n有：

目前七十九頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)在最小偏向角附近目前八十頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)2、色分辨本領(lǐng)

光束被限制在內(nèi)由瑞利判據(jù)目前八十一頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)3、線色散兩譜線間距

定義目前八十二頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)二、光柵光譜儀1、角色散率3、色分辨本領(lǐng)每條譜線角寬2、線色散率目前八十三頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)分析：對于給定的某一級光譜，波長相差的兩譜線間的角距離反比于光柵常數(shù)d，即正比于光柵單位長度內(nèi)狹縫條數(shù)1/d，與光柵的狹縫總數(shù)N無關(guān)

即光柵光譜儀的分辨本領(lǐng)則正比于狹縫總數(shù)N，且隨著光譜級數(shù)的增加而增加，與光柵常數(shù)d無關(guān)目前八十四頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)4.14色度學(xué)簡介一、人眼的顏色視覺、色度學(xué)人眼在最佳觀察條件下能分辨別1000多萬種顏色。但人眼只能分辨顏色的三種變化：明度（brightness）、色調(diào)（hue）和飽和度（saturation）。顏色1、色覺色覺是可見光為視覺細(xì)胞接受之后在大腦中產(chǎn)生的一種綜合感覺。目前八十五頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)人眼視網(wǎng)膜上有大約一億個(gè)視桿細(xì)胞和700萬個(gè)視錐細(xì)胞，視桿細(xì)胞只有在低亮度水平（百分之幾以下）起作用――暗視覺，只有明暗感覺，不能分辨物體細(xì)節(jié)，也不能分辨顏色。視錐細(xì)胞只在高亮度水平（幾個(gè)以上）起作用――明視覺，能分辨物體細(xì)節(jié)和顏色。視錐細(xì)胞能分辨顏色，是因?yàn)樗懈髯怨庾V特性的親紅、親綠、親藍(lán)三種視錐細(xì)胞，不同波長的光刺激同一種視錐細(xì)胞時(shí)只是效率不同，但產(chǎn)生的顏色感覺是一種的，三種刺激按不同比例組合才產(chǎn)生出千萬種顏色。明視覺和暗視覺的轉(zhuǎn)換：當(dāng)人由亮環(huán)境進(jìn)入暗環(huán)境，經(jīng)過約30分鐘，視覺感受能力提高約10萬倍（而瞳孔增大，只增加10－20倍），這種適應(yīng)的過程是由錐體細(xì)胞向桿體細(xì)胞視覺轉(zhuǎn)換的過程，完全暗適應(yīng)約需40分鐘。目前八十六頁\總數(shù)九十三頁\編于十八點(diǎn)當(dāng)人由暗環(huán)境進(jìn)入亮環(huán)境時(shí)，一般只需要1分鐘就能完成由桿體細(xì)胞向