光學(xué)儀器及其成像的基本原理-資料下載頁
2025-05-11 20:22本頁面
【正文】 面上離軸遠(yuǎn)近不同的物點(diǎn)經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)折射成像其像散大小不同。物點(diǎn)離軸越遠(yuǎn)，像散越大。同一物平面上各物點(diǎn)的子午焦線構(gòu)成了子午像面，同樣它們的弧矢焦線構(gòu)成了弧矢像面。一個(gè)物平面所對(duì)應(yīng)的子午像面、弧矢像面和明晰圓的軌跡都是以主軸為對(duì)稱軸的迥轉(zhuǎn)曲面，如圖所示。在像散被消除以后，子午像面、弧矢像面和明晰圓軌跡將重合在一起成為一個(gè)清晰的像面，但這個(gè)像面仍是一個(gè)迥轉(zhuǎn)曲面。我們把這種現(xiàn)象稱為 像面彎曲 ，或簡(jiǎn)稱 場(chǎng)曲 。存在像面彎曲時(shí)，在理想像平面上呈現(xiàn)不清晰的像，每一個(gè)像點(diǎn)在該平面上所成的都是一個(gè)彌散圓。 畸 ? 由于實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于同一物平面上的各物點(diǎn)的 垂軸放大率不等 而使得物體的像發(fā)生形變的現(xiàn)象叫 畸變 。如果離軸越遠(yuǎn)的物點(diǎn)放大率越小，就會(huì)發(fā)生 桶形畸變 (正畸變 )；如果離軸越遠(yuǎn)的點(diǎn)放大率越大，則發(fā)生 枕形畸變 (負(fù)畸變 )。 ? 由圖 211和 212可知，當(dāng)存在像面彎曲時(shí)，軸外物點(diǎn) P與軸上物點(diǎn) Q的像并不落在同一物平面上。發(fā)自軸外物點(diǎn) P的單心光束落在近軸像面上的是一個(gè)圓形光斑。當(dāng)像面彎曲不太大時(shí)，可把這光斑視為 P點(diǎn)的像。光束主光線 PP與近軸像面的交點(diǎn) C是光斑的中心。若光學(xué)系統(tǒng)中置于透鏡前方或后方的光闌遮住了一部分成像光束，就光使光斑變小，而且光斑的中心位置將上移或下移。光斑落在 C點(diǎn)之上時(shí)，該物點(diǎn)的垂軸放大率變小 (圖 211)；光斑落在 C點(diǎn)之下時(shí)，該物點(diǎn)的垂軸放大率變大 (圖 212) ? 消除畸變的方法是在系統(tǒng)的對(duì)稱中心放置一個(gè)光闌，以使光斑中心和C點(diǎn)重合。 色 差 ? 可見光是波長(zhǎng)范圍約 400nm～ 760n的電磁波。不同顏色的光對(duì)應(yīng)著不同的波長(zhǎng)。所有的光學(xué)玻璃都是色散介質(zhì)，即不同波長(zhǎng)的光通過透鏡后偏折的角度不同。所以， 每種顏色的光各自成像 ，不同顏色的像其大小和位置是不一致的，這樣引起的像差叫 色像差 ，簡(jiǎn)稱色差。 ? 如圖是在混合色光平行入射透鏡時(shí)成像情況。這些光與主光軸相交的點(diǎn)就是各單色光的像方焦點(diǎn)。這些點(diǎn)沿光軸方向的距離叫軸向色差。同一像點(diǎn)在橫向的高度之差叫橫向色差。 ? 消除色差可以與消除球差一同考慮。引起色差的根本原因是不同波長(zhǎng)的光對(duì)于同一透鏡材料的折射率不同，因此適當(dāng)選擇兩種材料的透鏡組合成復(fù)合透鏡組，則可以達(dá)到部分消除色差的目的。 色差校正 ? 人眼相當(dāng)于一個(gè)精密的光學(xué)成像儀器，它是人們觀察客觀世界的器官。 人眼的結(jié)構(gòu) 水晶體 中央窩 直徑約為 ， 透明角膜曲率半徑約為 8mm。 外來光束過弱時(shí)，瞳孔直徑可擴(kuò)大到 8mm。 水晶體由折射率約為 狀透明物質(zhì)所組成，構(gòu)成一雙凸透鏡，前后兩面的曲率半徑分別約為 10mm和 6mm。由于睫狀肌的松弛和緊縮，水晶體的表面的曲率可以改變。 前房?jī)?nèi)有透明淡鹽溶液，后房?jī)?nèi)有膠性透明液體，稱為玻璃液。這兩種液體的折射率均為 ，與水的折射率相同。 視網(wǎng)膜：當(dāng)外面物體發(fā)出的光束進(jìn)入眼內(nèi)在視網(wǎng)膜上成像時(shí)，即由視神經(jīng)傳到大腦而形成視覺。 中央窩。當(dāng)眼睛觀察物體時(shí)，眼球通常轉(zhuǎn)到一適當(dāng)位置，使所成的象恰好在黃斑點(diǎn)內(nèi)中央窩處，因而所形成的視覺最為清晰。 簡(jiǎn)化眼 ? 從幾何光學(xué)的觀點(diǎn)來看，人眼是一個(gè)由不同介質(zhì)構(gòu)成的共軸光具組，這一光具組能在視網(wǎng)膜上形成清晰的像。 ? 由于這一共軸光具組結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因此在許多情況下，往往將人眼簡(jiǎn)化為只有一個(gè)折射球面的簡(jiǎn)化眼。 ? 表 21 人眼的調(diào)節(jié)功能 ? 眼對(duì)物體的大小感覺：是以物體在視網(wǎng)膜上所形成的象對(duì)光心的張角大小來衡量的。 ? 為了使不同距離的物體都能在網(wǎng)膜上形成清晰象，必須改變眼睛的焦距，人眼的調(diào)節(jié)主要借助于水晶體的作用。 ? 遠(yuǎn)點(diǎn)：（松馳）能看清楚的最遠(yuǎn)點(diǎn)。 ? 近點(diǎn)：（緊張）能看清楚的最近點(diǎn)。 ? 明視距離：適當(dāng)?shù)恼彰飨拢ǔ５难塾^察眼前 25cm處的物體不費(fèi)力，而且能看清楚物體的細(xì)節(jié)。 ? 近視眼：遠(yuǎn)點(diǎn)在有限距離。（遠(yuǎn)點(diǎn)移近） ? 遠(yuǎn)視眼：近點(diǎn)變遠(yuǎn)。 ? 助視儀器：用以改善和擴(kuò)展視覺的光學(xué)儀器。 ? 放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等實(shí)質(zhì)上是人眼的延伸。
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