【正文】 第 4章 光學(xué)儀器的基本原理 教學(xué)目的： 牢固掌握 助視儀器的放大本領(lǐng)、分辨本領(lǐng)的概念及望遠(yuǎn)光路的特點(diǎn)； 掌握 放大本領(lǐng)、分辨本領(lǐng)、有效光闌、入瞳、出瞳的計(jì)算； 理解 物鏡聚光本領(lǐng)、數(shù)值孔徑、相對孔徑的意義； 了解 人眼的結(jié)構(gòu)和光學(xué)儀器的象差。 重、難點(diǎn)： 全章 以放大本領(lǐng)、分辨本領(lǐng)為重點(diǎn) ，強(qiáng)調(diào)儀器參數(shù)的 相互影響關(guān)系。 本章圍繞衡量 光學(xué)儀器的三個(gè)本領(lǐng) 進(jìn)行教學(xué)，其 中 著重介紹望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡 的 放大本領(lǐng)和分辨本領(lǐng) ， 扼要介紹聚光本領(lǐng) 。簡單介紹光度學(xué)、像差的基本概念。 主要內(nèi)容 第 4章 光學(xué)儀器的基本原理 一、光學(xué)儀器及分類 定義： 多種光學(xué)元件按一定的要求組成的系統(tǒng)。 分類： ? 按性能：顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、照像機(jī)和分光鏡 ? 按成像性質(zhì)： 成實(shí)像的光學(xué)儀器。如照像機(jī)、幻燈機(jī)、電影放映機(jī)、投影儀等。 成虛像的光學(xué)儀器 — 助視儀器。如放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡。 二、理論基礎(chǔ) ? 主要： 幾何光學(xué)基本原理。 ? 其它： 衍射理論、加工工藝學(xué)、材料科學(xué)等。 三、實(shí)際光學(xué)儀器 理想成像的要求： ? 近軸 ：近軸物點(diǎn)、近軸光線 ? 單色 ：物體所發(fā)光線是單色的 167。 概 述 第 4章 光學(xué)儀器的基本原理 實(shí)際光學(xué)儀器 情況：非近軸和復(fù)色光。會造成如下矛盾： 兩大矛盾 ① 成像清晰度與像場能量聚集程度 （系統(tǒng)聚光本領(lǐng)）的矛盾 ? 幾何光學(xué)觀點(diǎn)：必須滿足單色、近軸條件 ∵ 復(fù)色 → 色差 非近軸 → 象差 ? 能量（聚光本領(lǐng)）觀點(diǎn)：為了使視場廣闊，不宜限于近軸區(qū)域。 要得明亮像，必須使進(jìn)入光學(xué)儀器的光束盡量寬。 ② 像的清晰度與細(xì)節(jié)分辨程度 的矛盾 ? 波動(dòng)光學(xué)觀點(diǎn)：光線越近軸（減小幾何像差） → 光束受限越緊 → 衍射越明顯 → 像的清晰度越低 一個(gè)物點(diǎn)成像一個(gè)光斑，不易分辨。 ? 幾何光學(xué)觀點(diǎn)：減小象差 → 滿足 近軸條件 ∴ 像的清晰度與像面亮度、分辨本領(lǐng)不能同時(shí)兼得，而矛盾不可避免。 因而，實(shí)際光學(xué)儀器要根據(jù)用途，權(quán)衡輕重，有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。 放大本領(lǐng) 聚光本領(lǐng) 分辨本領(lǐng)兼顧 167。 人 眼（自學(xué)） 一、構(gòu)造 ：白色堅(jiān)韌 ,厚 ~ ：透明，R:8mm ● ：黑色不透光 —水狀體 :淡鹽溶液 ,折射率 —玻璃體 :含大量水份膠狀物 ,折射率 ：帶色的彩帶 ：直徑：~8mm — 眼珠 ,折射率為 物 ,前后曲面半徑 :10mm,6mm :視神經(jīng)網(wǎng) :不引起視覺 徑 :2mm :最敏感直徑 二、簡化眼 從上頁圖看出： 人眼是一個(gè)由角膜、水狀液、晶狀體和玻璃液所組成的 ，物、像方折射率近似 相等的，可變焦距的，共軸復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)（光具組）。它能在視網(wǎng)膜上清晰成像。它是一個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)又精密的光學(xué)儀器。其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。在許多情況下將其簡化成如下的模型： 3439。 ?nmmf 39。 ?mmf ??mmR 39。 ?mmR ???高爾斯特蘭簡化眼 F O F‘ 光心 三、人眼的調(diào)節(jié)功能 定義： 為使不同距離的物體都能在視網(wǎng)膜上成清晰像而改變眼睛的 焦距的過程。 人眼的調(diào)節(jié)方式有兩種：自動(dòng)調(diào)節(jié)（自調(diào)節(jié)）和被動(dòng)調(diào)節(jié)（矯正）。 自調(diào)節(jié)： 正常人眼靠睫狀肌的松馳或緊張來改變晶狀體的曲率半徑， 從而改變?nèi)搜劢咕嗟倪^程。是人眼自動(dòng)完成的。 說明： ① 自調(diào)節(jié)有一定的限度：近點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)之間。 ? 遠(yuǎn)點(diǎn)：人眼能看清楚的最遠(yuǎn)點(diǎn)。人眼看遠(yuǎn)點(diǎn)處的物體時(shí)，睫狀肌處于 完全松馳的狀態(tài)，晶狀體曲面的曲率半徑最大。 ? 近點(diǎn)：人眼能看清楚的最近點(diǎn)。人眼看近點(diǎn)處的物體時(shí)，睫狀肌處于 最緊張的狀態(tài)，晶狀體曲面的曲率半徑最小。 ② 人眼疲勞程度與睫狀肌的松緊程度有關(guān)： 看遠(yuǎn)物時(shí)，肌肉松馳，不易疲勞；看近物時(shí)，肌肉緊張，容易疲勞。 ③ 近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)和調(diào)節(jié)范圍隨年齡的增長而變化； 近點(diǎn)變遠(yuǎn)：幼年 — 7~8cm；中年 — 25cm；老年 — 1~2m。 遠(yuǎn)點(diǎn)變近：幼年 — 無限遠(yuǎn)；老年 — 數(shù)米。 隨年齡的增長，肌肉老化，自調(diào)節(jié)范圍變窄。 ④ 適當(dāng)照明下，正常眼觀察眼前 25cm處的物體是輕松的，且能看清物體 的細(xì)節(jié)。稱 25cm為 明視距離 。即：人眼能最方便、最習(xí)慣、最省力地觀察物體的距離。明視范圍至無窮。 因此，在設(shè)計(jì)和使用助視儀器時(shí)一般都使虛像成于明視距離、無窮 遠(yuǎn)處或其間的某一位置處。 人眼的缺陷及矯正 —— 被動(dòng)調(diào)節(jié)：外加輔助儀器改變焦距的過程。 具備完善的自調(diào)節(jié)功能的人眼稱為正常眼；反之，稱為非正常眼。正常眼是指人眼的明視范圍為 25－ 的眼，即象成在視網(wǎng)膜上（眼的第二焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜上） .非正常眼是第二焦點(diǎn)不在視網(wǎng)膜上，明視范圍不在 25cm— 范圍 的眼，分為： ① 近視眼： 遠(yuǎn)點(diǎn)在有限遠(yuǎn)處的人眼。成像在視網(wǎng)膜前。 特點(diǎn)：晶狀體曲率半徑比正常眼小，外形凸出；像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜 前，焦距短。 P O F‘ O F‘ 遠(yuǎn)點(diǎn) 矯正前 P‘ O F‘ 遠(yuǎn)點(diǎn) 遠(yuǎn)物 矯正后 [例 41] 一個(gè)遠(yuǎn)點(diǎn)為 。 求所戴眼鏡的光焦度。 )(500)(511111::][39。39。39。39。39。39。屈光度有由空氣中的高斯公式已知解???????????????????Dsssffssmss補(bǔ)充例題： ② 遠(yuǎn)視眼： 近點(diǎn)比正常眼遠(yuǎn)的人眼，成像在視網(wǎng)膜之后。 特點(diǎn)：晶狀體曲率半徑比正常眼大；像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜后，焦距長。 校正： O F‘ 明視距離 O F‘ 近點(diǎn) 矯正前 明視距離 O F‘ 近點(diǎn) 矯正后 明視距離 O F‘ 近點(diǎn) [例 42] 求一個(gè)近點(diǎn)為 125cm的遠(yuǎn)視眼所戴眼鏡的光焦度 . s?39。s?)(320)(11111:,:][39。39。39。屈光度式有由空氣中的透鏡成像公已知對所戴凸透鏡而言解????????????????Dssfmsms補(bǔ)充例題： ③ 散光眼： 角膜為橢球面的人眼。也稱為像散眼。 ? 由于橢球有兩個(gè)對稱平面，分別包含長、短軸，因而具有兩個(gè)不同的焦 距。主軸上的一個(gè)物點(diǎn)將成兩條像線。 —— 像散。 ? 矯正方法：戴柱面透鏡。利用其像散作用，與散光眼的像散相抵消。 ? 近視（或遠(yuǎn)視） +散光：戴一付一面為球面、一面為柱面的透鏡。 球面用于矯正 近（遠(yuǎn)）視，柱面用于矯正散光。 ④ 老花眼 （老視眼） ?老花眼是由于年齡的增長，眼的調(diào)節(jié)變?nèi)跻鸬?，特點(diǎn)是近點(diǎn)變遠(yuǎn)，遠(yuǎn)點(diǎn)變近。一般帶凸透鏡來校正，計(jì)算方法同遠(yuǎn)視眼。 四、人眼的視角 定義：被觀察物對人眼光心的張角稱為人眼的視角。 F O F‘ Q P Q’ P‘ Uy39。y?s? 39。s? 人眼對物體大小的感覺是以 該物體在視網(wǎng)膜上所成像對光心所張角度的大小衡量的。 ? 表達(dá)式： 39。39。sysyU ????A：在人眼的可調(diào)節(jié)范圍內(nèi) c o n sts ?39。UyB ?39。:yUsC ?,: 一定時(shí)當(dāng)sUyD ?,: 一定時(shí)當(dāng)