《第四章节光学仪器2课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章节光学仪器2课件（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.5 望远镜的放大本领,一、定义：,帮助人眼观察远处物体的放大镜。,作用：将远物从物空间移至望远镜的像空间，从而增大对人眼的视角。,人眼以对望远镜像空间的观察代替了对物空间的观察。,性质：是一种放大镜。只是不是将物体直接放大，而是将远物移近， 从而增大视角。,二、结构及分类,1、结构：物镜系统+目镜系统,2、分类：, 按物镜的种类分：,A、反射式望远镜：物镜为反射镜；,B、折射式望远镜：物镜为透镜。, 按目镜种类分：,A、开普勒望远镜：目镜为会聚透镜；,B、伽利略望远镜：目镜为发散透镜。,三、开普勒望远镜,1、结构特点：,物镜和目镜均为会聚透镜，且物镜像方焦点与目镜物方焦点重合。,2、原理：
2、光路如图示,无穷远处的物体PQ发出的平行光入射于物镜系统，成实象PQ于象方焦平面上；因为物镜系统的象方焦平面与目镜系统的物方焦平面重合，故最终由目镜系统出射的光为平行光，成倒立象于无穷远处。（望远镜的结构都这样）,3、放大本领,当去掉望远镜而将人眼移至P1处观察远物时，人眼的视角,注：,C：眼睛的位置O在镜筒之外，望远镜的视场较大。,D：镜筒长度 L= f1+ f2，镜筒较长。,美国Bushnell(博士能)变倍拍照望远镜 长度: （毫米）295,星特朗80EQ天文望远镜 光学主镜筒长度：965.2mm,四、伽利略望远镜,1、结构特点：,物镜为会聚透镜和目镜为发散透镜，且物镜像方焦点与目镜物方
3、焦点重合。,2、原理：光路如图示,无穷远处的物体PQ发出的平行光入射于物镜系统，原应成实象PQ于象方焦平面上；但成像前遇目镜，故作虚物对目镜成像；又因物镜系统的象方焦平面与目镜系统的物方焦平面重合，故最终由目镜系统出射的光为平行光，成正立象于无穷远处。,3、放大本领,伽利略望远镜的放大本领：, f1为正值，f2为负值，故放大本领M为正值，望远镜成 正立的象；,说明：,眼睛的位置O理论上位于镜筒之内，实际进入眼睛的光束的范围因此而受限制，故视场较小；,镜筒长度 L = f1-f2，筒长较短。,注：望远镜不是将物直接放大，而是将物移近，从而增大视角。,4.6 光阑 光瞳,从本节开始，对光能量的传播
4、所涉及的基本概念进行介绍。,一、光阑,1、定义：光学系统中凡是对光能量具有限制作用的元件。,如：光学系统中的透镜的外缘、开孔、光屏等。,2、有效光阑：在光学系统中，对整个系统光能量的传播范围起决定性 限制作用的那一个光阑。,有效光阑,有效光阑,注意：有效光阑的确定是以成象物体的确定为前提的，即同一系统中， 当物体的位置不同时，有效光阑可能会不同。,二、光瞳,入射光瞳（入瞳）有效光阑经其前方光学系统所成的象。,出射光瞳（出瞳）有效光阑经其后方光学系统所成的象。,有效光阑,入瞳,出瞳,入射孔径角,出射孔径角,三、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法,对一个确定的物点：,1、求出系统中每一个光阑经其前方光
5、学系统所成的象。,2、由确定的物点对各个象作张角，通过比较确定其中张角最小的象。,3、张角最小的象对应的物（光阑）即为有效光阑。,4、张角最小的象为入瞳；将已确定的有效光阑经其后方光学系统成象，即可求得出瞳。,四、讨论,1、若有效光阑在整个系统最前面，则有效光阑与入瞳重合； 若有效光阑在整个系统最后面，则有效光阑与出瞳重合。,2、入瞳、出瞳可能是实像，也可能是虚像；,3、入瞳并非一定在出瞳的前面；,4、通过有效光阑中心的光线称为主光线，由于共轭性， 入、出瞳的中心也在主光线上；,5、人眼的有效光阑就是瞳孔；,6、有效光阑、出瞳和入瞳均是对给定物点而言的。,4.8 物镜的聚光本领,在光学仪器中，
6、目镜的作用主要是将物镜所成的像的视角放大；而物镜除了承 担将物放大之外，还要承担校正像差和增大像面照度的任务。所以，光学仪器的聚 光本领是针对物镜而言的。,一、定义,描述物镜聚集光通量能力的物理量，称为物镜的聚光本领。它通过 像面的照度来度量。,显而易见：光学仪器入瞳面积越大，能够进入物镜的光通量就越多，像面 照度就越大，物镜的聚光本领就越强。,二、光源在较近距离时的聚光本领 数值孔径,设：光具组的入瞳（园形，ABCD）大小一定。,ds为垂直于主轴的近轴物面积元，它在物方折射率为n的介质中的亮度为L,则：像面照度为（计算过程略）：,说明：,当 一定时,称为数值孔径，记为RN.A., 提高聚光本
7、领的方法：A、增大入射孔径角；B、增大物空间折射率。,结论：光源在较近距离时，物镜的聚光本领取决于数值孔径。,显微物镜的孔径数 利用油浸物镜来增大n和u值。,如下图所示，（a）物镜和标本之间的媒质为空气，这种物镜称为干物镜。（b）为油浸物镜，它避免了全反射，增强了像的亮度。,由于放大本领的要求，显微镜物镜系统的焦距较小，因此其孔径有限，要提高显微镜的聚光本领，单靠增大孔径 u是不够的，而且u 的增大会受到全反射临界角的限制。有效的办法是提高数值孔径RN.A.，因此设计了显微镜的油浸式镜头。,显微镜的使用条件属于光源在近距离的情况,显微镜的聚光本领：,三、光源在远距离时的聚光本领 相对孔径,图中
8、ABCD为出瞳，其直径为d；F为物镜系统象方焦点；ds为像面元，d为入瞳的直径。,则：像面照度为（计算过程略）：,说明：,在其它条件相同时，,相对孔径,结论：光源在较远距离时，物镜的聚光本领取决于相对孔径。,望远镜属于光源在较远距离时的情况。,对无穷无远处物体，物镜所成像大大缩小，即：,四、照相机的聚光本领,1、照相机的结构特点： 有效光阑：光圈。成象物距：远近均可。 象面：胶片。象距：确定。 物镜系统前后对称，光圈位于中间位置，所以入瞳、出瞳大小相等， P=1 ，且有 n= n 1,2、象面照度：,对近处物体成象：-1，, 同等条件下，远物的照度是近物的4倍。,3、照度调节,对远处物体成象：
9、0，,通过光圈和暴光时间的配合调节，可获得理想的象面照度。,4.10 助视仪器的分辨本领,一、分辨本领,几何光学观点：对无像差系统，由于物像共轭性，每一个物点都能成一 个清晰的像点，即：物面上任何微小的细节都能在像面上 清晰反映出来；,波动光学观点：光束总会受到系统的有限大小的有效光阑的限制，像点 应是物点的衍射花样。所以，在像面上清晰地反映物面 的细节是不可能的。, 物点所成像点就是衍射图样中的中央条纹或爱里斑。,光斑重叠部分的光强度将是两衍射光斑各自光强度的简单相加 （非相干叠加），如下图示：,设：有两个发光强度相等的独立发光点，经无像差系统成像。,当两发光点较远时，像面上两像点（即爱里斑
10、）可清晰区分；,随着距离的缩小，两像点（即爱里斑）将逐惭发生重叠。,清晰分辨,刚好能分辨,不能分辨,1、瑞利判据：,象面上的合成照度曲线中央下凹部分的数值不超过两象点各自强度曲线最大值的74%时，为可分辨状态。,通过计算发现：当两衍射光斑中，一光斑中央最大值的位置恰与另一光斑第一最小值的位置重合时，所形成的合照度曲线中央下凹部分数值恰为瑞利判据的极限值（74%）。,2、分辨极限角：,刚好能分辨时，两象点（即两衍射斑中心）对出瞳中心的夹角或两物点对入瞳中心的夹角为夫琅和费圆孔衍射中中央亮斑的角半径：,3、分辨本领：,分辨极限角的倒数，称为分辨本领：,二、人眼的分辨本领,眼睛的瞳孔既是有效光阑，也
11、是入瞳，直径在28 可调。 取：R 1，以 = 550nm（黄绿光）进行计算， 可得,象面上两点距离为：,意义：描述人的眼睛分辨非常靠近的两个物点的能力。,此时，明视距离处的物面上两点距离（分辨极限）为：,三、望远镜的分辨本领,意义：描述物镜对其象方焦平面上两个像点的分辨能力。用像面上 刚可分辨的两像点的极限距离来表示。,设：物镜的像方焦距为 ， 为物镜的孔径（直径，也是入瞳）, 增大相对孔径（d/ f ），这同时也增大了聚光本领。 或 用短波光束。,说明：,分辨极限y越小，分辨本领越高；反之，越低；,要增大望远镜的分辨本领，要求：,意义：描述对物面上两个物点的分辨能力。用物面上刚可分辨的两 物点的极限距离来表示。, 增大数值孔径（nsinu），这同时也增大了聚光本领。 或 用短波光束（如电子显微镜）。,四、显微镜的分辨本领,说明：,分辨极限y越小，分辨本领越高；反之，越低；,要增大显微镜的分辨本领，要求：,电子显微镜分辨本领大是因为其电子束的波长短,注：望远镜和显微镜中，聚光本领和分辨本领完全取决于物镜。,
