1、第二章,光学仪器的基本原理,2.1 助视仪器的放大本领 放大镜2.2 *惠更斯目镜和冉斯登目镜 2.3 显微镜的放大本领2.4 望远镜的放大本领2.5 光阑 光瞳2.6 *光度学概述 2.7 物镜的聚光本领2.8 象差概述,一、人眼的结构,瞳孔控制进入人眼的光通量的大小,人眼结构与一般的光学仪器比较：,晶状体具有可变焦距的凸透镜,视网膜接收眼睛所成的像,人 眼,前言,虹膜,眼房水,瞳孔,晶状体,角膜,睫状肌,玻璃体,视网膜,视网膜动脉和静脉,视神经,二、简化眼,F,n=1,n=4/3,f =22.8mm,三、人眼的调节功能,正常眼,远点,明视距离25 cm,近点（随年龄发生变化）,从几何光学的
2、观点来看, 人眼可以看作是处于不同介质中的共轴透镜。下面就把人眼简化为一个处于不同介质中的折射球面.,近视眼,远视眼,物体,远点,成像在视网膜前方,物体,远点,成像在视网膜上,发散透镜,物体,物体,近点,近点,成像在视网膜后方,成像在视网膜上,会聚透镜,非正常眼,近视眼 远点在有限距离，使用凹透镜进行校正,远视眼 近点较远，使用凸透镜进行校正,散光眼角膜曲率不均匀,光焦度：,单位 ：屈光度=1/米,度数=100屈光度,下图中哪一张是校正近视眼的情况？,一、放大本领的概念,2.1助视仪器的放大本领 放大镜,1.眼睛对物体大小的感觉,u,2. 放大本领,-l,u,P,Q,P,Q,-l,Q,P,物体
3、对人眼张开的视角u,l：不用助视仪器在视网膜上的象长。,l： 用助视仪器在视网膜上的象长。,u：经助视仪器后的象对人眼张开的视角。,u,远物：对人眼张开的视角。（望远镜）,近物：放在明视距离处，对人眼张开的视角。（显微镜）,二、放大镜,25 cm,F,u,u,透镜的放大能力：,y,y,y,-p,3,2.2 *惠更斯目镜和冉斯登目镜,一、目镜的作用,目镜一般由两个或几个薄透镜组成,接目镜（视镜）,向场镜（场镜）,二、两种目镜,1. 惠更斯目镜,H,H,F,L1,L2,放大,视场大,校正像差。,作用:,组合：,消色差,特点：,（1） 消色差性,（2）只能接在物镜后，使成象在明视距离，起放大作用,（
4、3）视场大,2. 冉斯登目镜,H,H,F,组合：,特点:,（1） 直接可当放大镜使用,（2）与惠更斯目镜比较，可直接作放大镜 观察实物，惠更斯目镜只能观察象；,（3） 整个系统比较长。,2.3 显微镜的放大本领,物镜,目镜,简化为单个透镜, l（筒长）,f1 , f2 很小,显微镜的放大本领：,2.4 望远镜的放大本领,物镜,目镜,望远镜,物镜，长 f1,目镜,反射镜反射式望远镜,透镜折射式望远镜,会聚开普勒望远镜,发散伽利略望远镜,一、开普勒望远镜,无穷远的物,F1,F2,u,-u, = 0,-y1,远物，小视角,放大本领：,有限远的物：,F1,F2,M0,正立虚象,三、反射式望远镜（天文望
5、远镜）p72,牛顿式反射望远镜,格雷戈里式望远镜,卡斯格伦式望远镜,近代，采用施密特物镜,以及哈勃太空望远镜,放大本领：,物镜,四、激光扩束器,会聚产生电 离,倒装的伽利略望远镜,设开普勒望远镜和伽利略望远镜的物镜和目镜之间的距离均为10cm，视角放大率均为3倍，分别求它们的 f1，f2 。,补充：,2.5 光阑 光瞳,一、光阑的概念,光阑光学系统中具有透光孔的屏。,作用：,以作用分类：,有效光阑限制轴上物点孔径角,视场光阑限制轴外成象,透光孔,二、有效光阑(孔径光阑),有效光阑在所有各光阑中，限制入射光束最起作用 的那个光阑。,是针对轴上某一点而言。,P,Q,P点“1”有效光阑,Q点“2”有
6、效光阑,1,2,（1）对指定某一物点而言；,特点：,P,P,A,B,B,A,A，B为P点的有效光阑,入射光瞳限制入射光线，有效光阑被它前面的光学系统成的象,出射光瞳限制出射光线，有效光阑被它后面的光学系统成的象,既可以为实物，也可以为象。,（2）对象方光束的限制也可看成对物方光束的限制。,*2.6 光度学概述,一、辐射通量,辐射通量 单位时间内，某一面积发射出来的全部辐射能量。,谱辐射通量密度e() 单位波长范围间隔内的辐射通量。,二、视见函数,（1）因人而异,（2）因背景亮度而异,（背景暗，向短波方向移动),特点：,光能量传递辐射度学可见光范围光度学,（单位：W）,v(),光谱光视效率,三、
7、光通量,光通量客观辐射通量对人眼引起视觉的有效通量。,Km,最大光视效能,Km= 683 lm/W,复色光光通量：,发光效率：,单位：流明（lm),光源耗电功率,四、发光强度,发光强度表征光源在一定方向范围内发出的 光通量的空间分布的物理量。,单位：坎德拉(candle),如果各个方向发光强度相同，则,坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为5.401014 Hz的单色辐射，而且在此方向上的辐射强度为1/683 W/sr。,（sr为球面度）,SI中，七个基本单位之一,五、照度和出射度,照度E 单位面积上接收的光通量.,点光源：,面光源：,出射度：M 单位面积上辐射出来的光通量,单
8、位：勒克斯(lux), lm/m2,dS,R,单位：勒克斯(lux), lm/m2,六、亮度,亮度 L 辐射面上单位投影面积，在单位立体角内 辐射的光通量。,S,单位：cd/m2,由发光强度定义，L可写为：,扩展光源,朗伯光源,L与无关,朗伯定律,漫反射,朗伯反射体,dI cos,七、三原色原理,光通量按不同比例混合可得到自然界大多数颜色的光,RGB,EREGEB,传输储存,彩色画面,显示,EREGEB,红色画面绿色画面蓝色画面,彩色画面,光电转换,分光系统分解,加到彩色显象管,混合,2.7 物镜的聚光本领,物镜的聚光本领是描述物镜聚集光通量能力的物理量。,一、光源在较近距离时的聚光本领 数值
9、孔径,L0成象的物在真空中的亮度,横向放大率,RN.A.数值孔径,n 物方折射率,u 孔径角,u,象面照度,二、望远镜的聚光本领 相对孔径,象面照度,d 望远镜物镜孔径,d/f 相对孔径,三、照相机的聚光本领,远物,近物,象面照度,F数 (光圈数）相对孔径的倒数,通常用,F 1:K 表示物镜的相对孔径。,如国产海鸥DF型照相机,F 1:2,F数 f /d,1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 16,相对孔径 d/f ,1/1 1/1.4 1/2 1/2.8 1/4 1/5.6 1/8 1/11 1/16,像面照度,F 数即, f /d,*2.8 象差,单色象差,轴上点（宽光束）,球差,轴外点,轴外近点（宽光束）,彗星,轴外远点（细光束）,弯曲场象,象散,畸变,枕形畸变,变畸形桶,象差的分类,色差,由于透镜对不同波长光会聚能力不同引起的.,色差：,阿贝数（V数）,nD黄色折射率,nF蓝色折射率,nC红色折射率,消色差:,1. 两种不同材料胶合（相互接触）,2.同种材料组合,满足,得，,倒色散系数，阿贝数,第二章结束！,
