光学仪器的基本原理

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1、第4章光学仪器的基本原理教学目的：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。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。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。主要内容第4章光学仪器的基本原理一、光学仪器及分类1、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

2、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§4.0概述第4章光学仪器的基本原理实际光学仪器情况：非近轴和复色光。会造成如下矛盾：2、两大矛盾①成像清晰度与像场能量聚集程度（系统聚光本领）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（聚光本领）观点：为了

3、使视场广阔，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像的清晰度与细节分辨程度的矛盾波动光学观点：光线越近轴（减小几何像差）→光束受限越紧→衍射越明显→像的清晰度越低一个物点成像一个光斑，不易分辨。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。放大本领聚光本领分辨本领兼顾§4.1人眼（自学）一、构造1.巩膜：白色坚韧,厚0.4~0.8mm2.角膜：透明，R:8mm●14.视神经3.脉络膜：黑色不透光3.前房

4、液—水状体:淡盐溶液,折射率1.3377.后房液—玻璃体:含大量水份胶状物,折射率1.3364.虹膜：带色的彩带5.瞳孔：直径：1.4~8mm6.水晶体—眼珠,折射率为1.42的胶状物,前后曲面半径:10mm,6mm7.睫状肌8.视网膜:视神经网11.盲点:不引起视觉9.黄斑点直径:2mm10.中央窝:最敏感直径0.25mm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又精密的光学仪器。其结构相当复杂。在许多

5、情况下将其简化成如下的模型：高尔斯特兰简化眼FOF‘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

6、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。即：人眼能最方便、最习惯、最省力地观察物体的距离。明视范围至无穷。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

7、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。正常眼是指人眼的明视范围为25－的眼，即象成在视网膜上（眼的第二焦点在视网膜上）.非正常眼是第二焦点不在视网膜上，明视范围不在25cm—范围的眼，分为：①近视眼：远点在有限远处的人眼。成像在视网膜前。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。POF‘OF‘远点矫正前P‘OF‘远点远物矫正后[例4-1]一个远点为0.2m的近视眼戴上眼镜后远点可恢复到无穷远。求所戴眼镜的光焦度。补充例题：②远视眼：近点比正常眼远的人眼

8、，成像在视网膜之后。特点：晶状体曲率半径比正常眼大；像方焦点在视网膜后，焦距长。校正：OF‘明视距离OF‘近点矫正前明视距离OF‘近点矫正后明视距离OF‘近点[例4