光学仪器基本原理

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1、第二章光学仪器基本原理光学仪器分为：助视仪器、投影仪器、分光仪器。本章主要研究常见光学仪器的放大本领、聚光本领、分辨本领。§1人眼一、结构与特性结构如图所示，人眼主要由角膜、前房、瞳孔、水晶体、后房、视网膜等组成。曲率半径r(mm)轴线厚度d(mm)折射率n角膜前表面7.7后表面6.80.51.376前房液前表面6.8后表面10.03.11.336水晶体前表面10.0后表面-6.63.61.386后房液前表面-6.6后表面-9.717.21.336简化眼——高尔斯特兰(A.Gullstrand)模型：特性：a.适应过程：瞳孔大小调整需要时间，由视近到视远调整需要时间。b.视觉暂留

2、：人眼看见的画面会在大脑记忆中停留一段时间(秒)。c.立体视觉：用双眼（或单眼转动眼球时）可感觉物体的空间位置。二、人眼的调节远点：眼肌松驰，水晶体两曲面曲率半径最大时，能在视网膜上成清晰像的物到眼的距离。近点：眼肌收缩，水晶体两曲面曲率半径最小时，能在视网膜上成清晰像的物到眼的距离。明视距离：在合适照明下，一般人眼看眼前25cm处的物不费力，很舒适，且能看清物体的细节，这个距离称为明视距离。12正常眼：，<25cm.近视眼：是一有限值，成因是眼球变长，角膜、水晶体曲率过大或折射率异常等。远视眼：>25cm，成因是眼球变短等，老年人多半是远视眼（也称老花眼）。三、非常眼的校正1.

3、近视眼：眼前加凹透镜，使有限远的远点恢复到无限远。例：一近视眼的远点为1m，问需配多少度的眼镜。[解]由题设可知：故2.远视眼：眼前加凸透镜，使近点移近到离眼为明视距离处。例：一近视眼的近点为1.5m，问看近物时需戴多少度的眼镜。[解]由题设可知：故若，则，故理论上无高度远视眼。3*.校正后调节范围的变化A.近视眼(设)：设眼球的折射率为，眼球的长度为，视近物时眼球的光焦度为，则不戴镜时：戴镜时：故，即近视眼戴眼镜后也可看近处的物，调节范围变大。12B.远视眼(设)：设眼球的折射率为，眼球的长度为，视远物时眼球的光焦度为，则不戴镜时：戴镜时：故，即远视眼戴眼镜后不再可看远处的物，

4、调节范围变小。4.散光眼及其校正成因：角膜或水晶体的曲面是椭球面（或其他球面）。正规散光眼：角膜或水晶体的曲面的最大曲率的截面垂直于最小曲率的截面，可用柱面透镜校正。非正规散光眼：角膜或水晶体的曲面无规则，一般无法校正。近视散光或远视散光眼：可用球---柱透镜（或椭球面透镜）校正。另外，配戴眼镜要注意选择适当的镜架，以便瞳距(56～64mm)适合；戴镜时镜到眼的距离应适当(～15.6mm)，以便近似不变。§2助视仪器的放大本领1.放大本领：用助视仪器观察物时像对人眼的张角，与不用助视仪器且物在像的位置时物对人眼的张角之比。注意式中并非共轭量。2.放大镜的放大本领从图可得，12故§

5、3目镜为了提高放大本领而又不产生过大的像差，可采用目镜装置。常见的目镜有惠更斯目镜和冉斯登目镜。1.惠更斯目镜结构：由两块平凸透镜构成，凸面向物方，，两透镜的间隔（可消色差），如图所示。光路：如图所示。从图可得，分别处于、的中点，分别与重合。实际上，光具组的理论：特点：视场广大(°)，但只能观察像，不能安分划板。2.冉斯登目镜结构：由两块平凸透镜构成，凸面相对，，两透镜的间隔，如图所示。光路图略。从图可得，和分别处于图示位置。实际上，光具组的理论：特点：视场较小，但能观察物和像，能安分划板（于处）。12§4显微镜的放大本领一、结构和光路显微镜由物镜和目镜组成，物镜和目镜都可以是单

6、一透镜或复合透镜。光路如图所示。二、放大本领物镜的横向放大率：为使物镜所成实像尽量大，物应靠近，，，（要实像大，的焦距应小）。目镜的放大本领：(要放大本领强，的焦距应小）。为使目镜所成虚像尽量大，物（即实像）应靠近，故，；注意得显微镜的放大本领：.很小，，故.“-”号表示显微镜放大后的像是倒立的。实际上，也可将物镜和目镜组成一复合光具组，并将它视为一简单的放大镜，则，§5望远镜的放大本领12常见的望远镜有开普勒望远镜和伽利略望远镜。也分别称为天文望远镜和景物望远镜。一、开普勒望远镜结构和光路：物镜和目镜均为凸透镜，物镜的与目镜的重合。光路如图所示。放大本领：，二、伽利略望远镜结构

7、和光路：物镜为凸透镜，目镜为凹透镜，物镜的与目镜的重合。光路如图所示。放大本领：同（一）得，§6光瞳一、光栏及其分类光栏：光学系统中限制光束的屏的开口，以及光学元件的边缘。光栏分为有效光栏和视场光栏。二、有效光栏1.定义：在光学系统在限制入射光束最起作用的光栏称为有效光栏。122.例:（1）P在右侧的两透镜起限制光束的作用是有效光栏。如图所示。（2）P在左侧的两透镜起限制光束的作用是有效光栏。如图所示。（3）人眼的瞳孔；像机的光圈；望远镜的物镜孔经是有效光栏。3.有效光栏的作用（