光学仪器2011剖析.ppt

第四章 光学仪器的基本原理 人类从客观世界获得的信息90%来自于视觉。 为了提高人的视觉能力，借助于光学仪器：平面镜、球面镜、透镜等组成。其基本概念前面已用过,条件限制（近轴物、近轴光线）。此时遇到两类矛盾： a.成像放大后的清晰度与像场能量聚集程度之间的关系、色差、像差等。 b.成像清晰度与细节分辨程度的关系。如衍射与像差等。 4.1 人的眼睛 人眼相当于一个精密的成像光学仪器 人眼近似为一球形,其直径大约2.4cm。 角膜：透明球面，厚度约0.55mm. n=1.3771 r=8mm. 前房:角膜后的部分空间,n=1.3374 ,透明淡盐溶液,深度约3mm. 水晶体:由多层薄膜构成的一个双凸透镜,自然状态下,前表面r=10.2mm,后表面 r=6mm,通过睫状肌可以使前表面变化。 彩帘：由它显示颜色，其中心为一个园孔，称为瞳孔。能限制进入眼睛的光束口径，直径为1.4~8mm. 后房:充满一种与蛋白质类似的透明液体叫玻璃液，n=1.336 视网膜：后房的内壁与玻璃液紧贴的一层由视神经细胞和视神经纤维构成的膜，是眼的感光部分，眼将物体成象于网膜上，共有十层。 脉络膜：网膜的外围包围着一层黑色膜，其作用是吸收透过网膜的光线，将后房变成一个暗室。 巩膜：是一层不透明的白色外皮，将眼球包围起来。 黄斑：位于网膜中部的椭圆形区域，d=2mm，黄斑上有一个不大的凹部，直径约0.25mm,称为中心窝。在中心窝处聚集了大量的感光细胞，是网膜上视觉最灵敏的区域。 盲斑：神经纤维的出口，此处没有感光细胞，所以不能产生视觉。 视网膜上分布着视网膜上分布着光敏细胞，光敏细胞分为两种: 圆柱细胞和圆锥细胞。 视锥细胞（core,C）： 6.5百万/单眼，光敏感度低，强光刺激才能引起兴奋，但具有分辨颜色的能力。鸽子只有视锥细胞。 视杆细胞(rod, R)：1.25亿/单眼，对弱光敏感，不能分辨颜色。猫头鹰只有视杆细胞。 4.1.2 简化眼从几何光学观点来看,人眼是一个由不同介质组成的共轴系统。人眼可简化为只有一个折射球面的简化眼 4.1.3 人眼的调节功能 有些眼不具备正常眼的功能 解： 解： 4.2 助视仪器的放大本领 4.2.1 放大本领的概念 4.2.2 放大镜（凸透镜） 放大倍数通常用“×”表示，如放大3倍，为“3×”。 4.3 目 镜 4.3.1 目镜的作用 (1). 作用： 用来放大其它光具组（物镜）所成的像。 (2). 构成： 由不相接触的两个薄透镜组成。 4.3.2 两种目镜 （ ） （1）惠更斯目镜： 两个同种玻璃的平凸透镜组成，凸面都向着物镜。 Q在视镜的物方焦平面上，Q在整个目镜的物方焦平面上。 分划板应安装在Q处。 · 惠更斯目镜的视场相当广大，视角可达40?，在25?范围以内更见清晰，而且结构简单。因此显微镜中经常采用这种目镜。 （2）冉斯登目镜： 两个同种玻璃的平凸透镜组成，凸面相向，平面向外。 Q在视镜的物方焦平面F2上,Q在整个目镜的物方焦平面F上。分划板即装在此平面上。 冉斯登目镜可作一般放大镜观察实物，而惠更斯目镜却只能用来观察象。在冉斯登目镜的物平面上加一分划板，可对被观察的物体或来自物镜的实象进行长度的测量。 注意： 共同点： 对被观察的实像都有放大作用。 不同点： ①前者只能观察像，后者还可以观察实物； ②后者能对物或像进行长度测量，前者则不能。 4.4 显微镜的放大本领  最简单的显微镜是由两组透镜构成的： 物镜（焦距很短），目镜（惠更斯目镜）。 4.4.1 显微镜的光路图 4.2.2 显微镜的放大本领 ∵物镜和目镜所组成的复合光具组的焦距为： ∴整个显微镜（当作一个简单放大镜）的放大本领为： 光学显微镜的放大倍数最多到2000左右； 电子显微镜，扫描隧穿显微镜可放大几十万倍甚至上百万倍。 望远镜是帮助人眼对远处物体进行观察的光学仪器。观察者是以对望远镜象空间的观察代替物空间的观察；而所观察的象，实际上并不比原物大，只是相当于把远处的物体移近，增大了视角，以利观察。 按其用途分： ①天文望远镜：射电、红外、 紫外、 x光望远镜等； ②普通望远镜：读数(实验用)、棱镜(双筒、军事、观剧、旅游、球赛等)； ③特殊望远镜：天文、遥感、宇航、导弹跟踪、高空