129950068235625000第10章 光学仪器的基本原理

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1、第10章光学仪器的基本原理§10.1光辐射基本概念和规律§10.1.1光辐射基本物理量1.辐射通量2.视见函数3.光通量4.发光效率5.发光强度7.光出射度8.光亮度9.光照度§10.1.2光源直接照射表面时的光照度如图10-3，面元上的光通量光照度面光源照明时，整个光源面对物面照度为§10.1.3光亮度的传递规律如图10-6，不考虑光能损失，通过界面上面元的输出光通量等于输入光通量，于是因对(*)微分得(*)最终得§10.2眼睛§10.2.1眼睛的构造人眼的内部构造如图9-1。§10.2.2眼睛的调节和适应正常眼睛既可看清远处的物体，也可看清近处的物体。随着物体距离的改变，肌肉改变水晶

2、体的曲率，相应地改变焦距，使远近不同的物体的像都能成在网膜上。眼睛的这种本能地改变光焦度以看清远近不同物体的过程称为眼睛的调节。当肌肉完全松弛，眼睛能看清最远的点称为远点；肌肉最紧张时，眼睛能看清最近的点称为近点。正常眼睛在正常照明下最方便和最习惯的工作距离称为明视距离，常规定明视距离为25cm。眼睛对不同的亮度条件有适应能力，这种能力称为眼睛的适应。§10.2.3眼睛的缺陷和校正正常眼在肌肉完全松弛时能够看清无限远处的物体，像方焦点正好和网膜重合，如图9-2(a)。非正常眼睛有好几种，常见的有近视眼和远视眼，如图9-2(b)、(c)。弥补眼睛缺陷常用的方法是戴眼镜，如图9-3。通过眼镜

3、，把近视眼的远点校正到无限远，把远视眼的近点校正到明视距离上。§10.2.4眼睛的分辨率眼睛能分辨开两个很靠近的点的能力称为眼睛的分辨率。刚刚能分辨开的两点对眼睛物方节点所张角度称为极限分辨角。由物理光学可知极限分辨角为：§10.3放大镜§10.3.1放大镜的视角放大率放大镜是帮助眼睛观察细小物体或细节的光学仪器。视放大率：通过放大镜观察物体时，其像对眼睛所张角的正切，与眼睛直接观察物体时，物体对眼睛所张角度的正切之比，即：(9-2)图9-4是放大镜成像的光路图。放大镜的放大率表示为：(9-3)§10.3.2放大镜的光束限制放大镜总是和眼睛一起使用，整个光学系统的光阑有放大镜镜框和眼瞳。

4、从图9-5可见：(9-4)如果放大镜的视场用通过它所能看到的物平面上的圆直径或线视场2y来表示。当物平面位于放大镜的物方焦点上时，像平面在无限远，则：利用(9-3)、(9-4)式，上式变为：§10.4显微镜采用两个光学系统组成的复合光学系统代替单一的放大镜。这种组合的放大镜称为显微镜。§10.4.1显微镜的结构及其成像显微镜的成像原理如图9-6。△为物镜和目镜的焦点间隔，称为光学筒长。显微镜的总放大率为：因合成光组的焦距公式为：故：§10.4.2显微镜的分辨率显微镜的分辨率以它所能分辨的两点间最小距离来表示。由光的衍射理论知：当物体不发光而被其它光源照明时，分辨率为：斜照明时，分辨率为：

5、通常在显微镜的物镜上刻有N.A.0.65字样，表示该物镜的数字孔径为0.65。§10.4.3显微镜中的光束限制显微系统中成像光束的口径由物镜框限制，物镜框是孔径光阑。物镜框经目镜所成的像就是显微镜的出瞳，如图9-8。复杂显微物镜以最后一组透镜的框作为孔径光阑，测量显微镜往往在物镜的像方焦平面上设置孔径光阑，入瞳位于物方无限远，出瞳在像方焦平面上。一般显微镜视场光阑的直径大约20mm，则最大线视场为：图9-8可见，代入得：因，故：(*)在显微系统中，显微镜的物方孔径角和折射率的乘积称为数值孔径。(*)表明，显微镜数值孔径一定时，放大倍率越高，出瞳的直径越小。实际上显微镜的放大倍率都比较高，

6、出瞳的直径都很小，都小于眼睛的瞳孔直径，只有显微镜为低倍率时才能达到眼睛瞳孔的直径。§10.5望远镜§10.5.1望远镜的结构望远镜的光学系统简称望远系统，由物镜和目镜组成。当观察无限远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔为零。望远系统光路如图9-9，各种放大率为：伽利略望远镜和开普勒望远镜伽利略望远镜的物镜是一块正透镜，目镜是一块负透镜，如图9-11。其优点是结构简单、筒长短，轻便，光能损失少，物体成正立像。但其没有中间实像，不能安装分划板，不能瞄准和定位。开普勒望远镜的物镜和目镜都是正透镜，如图9-9。由于其在物镜和目镜中间构成物体的实像，在实像位置可以安装分划板，以

7、作测量瞄准用。同时在分划板边缘镀成不透明的圆环形区域，兼作视场光阑。因视场光阑与实像平面重合，系统的入射窗和物平面重合，光束没有渐晕。开普勒望远镜成倒立像。§10.5.2望远镜的分辨率和放大本领从图9-10可见：望远系统的视放大率为：图9-10还可知：则：确定望远镜的视放大率需要考虑仪器的精度要求、目镜的结构型式、望远镜视场角、仪器的结构尺寸等。仪器的精度用极限分辨角表示。若以60’’作为人眼的分辨极限，则：(*)若极限分辨角以秒表