常见光学仪器分解课件

1、2022/8/5第四章 常见光学仪器第1页，共17页。2022/8/5光学仪器分类：一、投影光学仪器 在屏幕上成像（大像或小像） 照相机、投影仪、幻灯机、放映机等。二、助视光学仪器 帮助人眼观察近处微小物或远处物体 放大镜、望远镜、显微镜等。三、分光仪器 可直接或间接测量光的频率 分光计、摄谱仪、干涉仪等。本章讨论（了解）前两类（几何光学）； 像差：实际光学系统（并不满足近轴条件）成像与理想成像之差。4-1 眼睛 第2页，共17页。2022/8/54-1 眼睛一、眼睛的结构与功能 详细介绍请参阅教材165-167页。 眼睛是一个由多层折射率不同的介质组成的光学系统房水、水晶体、玻璃状液的折射率

2、都不相同，水晶体半径可由睫状肌调节。 精确计算眼睛焦距是十分复杂。1、简化眼前房玻璃液状简化的眼睛模型 眼球为球面折射系统： 折射率为4/3、 球面顶点到视网膜的距离约为： 22.8mm、 球面半径可调范围： 4.7mm5.7mm、 对应物方焦距可调范围： -14.1mm-17.1mm、 像方焦距可调范围： 18.8mm22.8mm。黄斑2、眼睛成像为倒立实像实像刺激感光细胞兴奋，通过神经把兴奋传给大脑产生视觉；长期生活经验，大脑自动纠倒为正。3、双眼视觉产生立体感4、改变眼睛的焦距（水晶体曲率半径靠睫状肌调节） 在视网膜上形成清晰地像。睫状肌第3页，共17页。2022/8/52、眼睛成像为倒

3、立实像实像刺激感光细胞兴奋，通过神经把兴奋传给大脑产生视觉；长期生活经验，大脑自动纠倒为正。3、双眼视觉产生立体感4、改变眼睛的焦距（水晶体曲率半径靠睫状肌调节） 在视网膜上形成清晰地像。5、视网膜上成像越大，越能看清物体 的细节 视角：成像大小与物体对眼睛的 夹角。明视距离（眼睛不会疲劳而又能看清物体的距离）：物距为25cm。二、非正常的矫正1、近视眼： 水晶体曲率过大或眼球前后径过长；无穷远处物成像于视网膜之前。松弛时 物在无穷远 矫正：凹透镜先将光束发散一下远物点 第4页，共17页。2022/8/5二、非正常的矫正1、近视眼： 水晶体曲率过大或眼球前后径过长；无穷远处物成像于视网膜之前。

4、松弛时 物在无穷远 矫正：凹透镜先将光束发散一下远物点 例：某近视眼的远点为2m，设应带凹透镜的焦距为f，则光焦度：度 2、远视眼（老花眼）： 水晶体曲率过小或眼球前后径过短；无穷远处物成像于视网膜之后，明视距离上物成像于视网膜之后，其近点大于明视距离。松弛时 物在无穷远 近点 第5页，共17页。2022/8/52、远视眼（老花眼）： 水晶体曲率过小或眼球前后径过短；无穷远处物成像于视网膜之后，明视距离上物成像于视网膜之后，其近点大于明视距离。松弛时 物在无穷远 近点 明视点 矫正：凸透镜明视点上物成成虚像于近点。近点 明视点 3、 散光眼： 角膜曲面或水晶体曲面在不同方向上的曲率不同视网膜上

5、成像模糊。矫正：椭圆球面透镜。第6页，共17页。2022/8/54-2 照相机 第7页，共17页。2022/8/5照相机的构成：(1) 镜头： 为了获得高质量的影像，镜头通常由多组球面透镜构成，可以消除色差、像差、球差、彗差等。(2) 光圈： 位于镜头后或镜头的透镜组合之间的一个通光孔，可以随意开大或缩小 。 光圈以其焦距与孔径之比来表示，称为 F数（光圈数）：进入镜头的光强：第8页，共17页。2022/8/5(2) 光圈： 位于镜头后或镜头的透镜组合之间的一个通光孔，可以随意开大或缩小 。 光圈以其焦距与孔径之比来表示，称为 F 数（光圈数）：进入镜头的光强：F 数的等级： 2 2.8 4

6、5.6 8 11 16 22(3) 快门： 控制光进入镜头时间长短的装置， 它和光圈配合使用，一起来控制曝 光量。等级： B门，1秒，1/2秒，1/4秒，1/8秒， 1/16秒，1/30秒， 1/60秒，1/125秒， 1/250秒 ， 1/500秒 ， 1/1000秒 当光圈/快门组合为 f/4和1/500秒 、 f/5.6和1/250秒 、 f/8和1/125秒等。 组合具有相同的曝光量。 暗箱： 暗箱是照相机的机身部分。第9页，共17页。2022/8/5F 数的等级： 2 2.8 4 5.6 8 11 16 22(3) 快门： 控制光进入镜头时间长短的装置， 它和光圈配合使用，一起来控制

7、曝 光量。等级： B门，1秒，1/2秒，1/4秒，1/8秒， 1/16秒，1/30秒， 1/60秒，1/125秒， 1/250秒 ， 1/500秒 ， 1/1000秒 当光圈/快门组合为 f/4和1/500秒 、 f/5.6和1/250秒 、 f/8和1/125秒等。 组合具有相同的曝光量。 暗箱： 暗箱是照相机的机身部分。4-3 放大镜 目镜 一、放大镜 焦距很短的会聚透镜 定义：助视仪器的视角放大率：物在助视仪器中所成虚像的视角：物在不用助视仪器时物的视角放大镜的视角放大率：用眼直接观察时：将物放在明视距离上 第10页，共17页。2022/8/54-3 放大镜 目镜 一、放大镜 焦距很短的

8、会聚透镜 定义：助视仪器的视角放大率：物在助视仪器中所成虚像的视角：物在不用助视仪器时物的视角放大镜的视角放大率：用眼直接观察时：将物放在明视距离上 通过放大镜观察物体时：放大镜的视角放大率：由薄透镜高斯公式 物放在焦点内侧成虚像第11页，共17页。2022/8/5通过放大镜观察物体时：放大镜的视角放大率：由薄透镜高斯公式 得：则：讨论（1）成虚像于明视距离时 （2）成虚像于无限远时 上两式仅相差 1， 当较小时， 通常取：为放大镜的视角放大率。如：焦距为2.5cm的放大镜：记为 10 二、目 镜 第12页，共17页。2022/8/5讨论（1）成虚像于明视距离时 （2）成虚像于无限远时 上两式

9、仅相差 1， 当较小 时， 通常取：为放大镜的视角放大率。如：焦距为2.5cm的放大镜：记为 10 二、目 镜 是眼睛与其他光具组之间的桥梁。目镜 是复杂光学系统的组成部分。其作用为：获得大的视角放大率 并校正像差。 一般光学仪器使用时，首先调整目镜（针对自己的眼睛）。4-4 显微镜 第13页，共17页。2022/8/5 显微镜是伽利略在1610年发明的，它的放大倍数可达到1500倍以上。 显微镜是在放大镜（目镜）前面再加一个焦距极短的会聚透镜组（物镜）组成。目镜：靠近观察者眼睛的一组透 镜， 焦距 f2 稍长。它是用来放大物 镜所成的象。物镜：对着被观察物体的一组透 镜， 焦距 f1 很短。4-4 显微镜 被观察物体置于物镜的物方焦点外侧附近，这样经物镜放大的实像可尽可能的放大，且位于目镜物方焦点的内侧附近，再经目镜放大成虚像于明视距离。 原理：第14页，共17页。2022/8/5 被观察物体置于物镜的物方焦点外侧附近，这样经物镜放大的实像可尽可能的放大，且位于目镜物方焦点的内侧附近，再经目镜放大成虚像于明视距离。 原理： 物镜的横向放大率1，它决定了实像的 大小；决定显微镜放大率的两个因素：令光学间隔较小，故 显微镜的视角放大率：视角（物在明视距离处）可得：式中负号表示成倒像，因