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光学仪器基本原理光学仪器分为: 助视仪器、投影仪器、分光仪器。本章主要研究常见光学仪器的放大本领、聚光本领、分辨本领。§1 人眼一、结构与特性结构如图所示, 人眼主要由角膜、前房、瞳孔、水晶体、后房、视网膜等组成。简化眼——高尔斯特兰() 模型: n?4/3 、 r? 、 f?? 、 f?? 、?? 特性: a. 适应过程:瞳孔大小调整需要时间,由视近到视远调整需要时间。 1 b. 视觉暂留:人眼看见的画面会在大脑记忆中停留一段时间(秒)。 16 c. 立体视觉:用双眼(或单眼转动眼球时)可感觉物体的空间位置。二、人眼的调节远点 SFO :眼肌松驰,水晶体两曲面曲率半径最大时,能在视网膜上成清晰像的物到眼的距离。近点 SNO : 眼肌收缩, 水晶体两曲面曲率半径最小时, 能在视网膜上成清晰像的物到眼的距离。明视距离 SMS : 在合适照明下, 一般人眼看眼前 25cm 处的物不费力, 很舒适,且能看清物体的细节,这个距离称为明视距离。 1 正常眼: SFO?? , SNO<25cm. 近视眼: SFO 是一有限值,成因是眼球变长,角膜、水晶体曲率过大或折射率异常等。远视眼: SNO>25cm , 成因是眼球变短等, 老年人多半是远视眼(也称老花眼)。三、非常眼的校正 1. 近视眼:眼前加凹透镜,使有限远的远点恢复到无限远。例:一近视眼的远点为 1m ,问需配多少度的眼镜。[解] 由题设可知: S??? , S???1m 111????1D??100 度故??f?S?S 2. 远视眼: 眼前加凸透镜, 使近点移近到离眼为明视距离处。例: 一近视眼的近点为 ,问看近物时需戴多少度的眼镜。.m[解] 由题设可知: S?? , S???15 111????330 度故??f?S?S 若 SNO?? ,则???M?4D?400 度,故理论上无高度远视眼。 3*. 校正后调节范围的变化 A. 近视眼(设 SFO??1m , SNO??) : 设眼球的折射率为 n? ,眼球的长度为 S? ,视近物时眼球的光焦度为?NO ,则 n?1 不戴镜时: ???NO S?SNO n?1 戴镜时: ???NO?? S?SNO? 故??, SNO????011SNOSNO?? 即近视眼戴眼镜后也可看近处的物,调节范围变大。 B. 远视眼(设 SFO??? , SNO??) : 2 设眼球的折射率为 n? ,眼球的长度为 S? ,视远物时眼球的光焦度为?FO ,则 n?1 不戴镜时: ??? FO S?SFO n?1 戴镜时: ???FO?? S?SFO? 111????? 故??, SFO??SFOSFO?? 即远视眼戴眼镜后不再可看远处的物,调节范围变小。 4. 散光眼及其校正成因:角膜或水晶体的曲面是椭球面(或其他球面)。正规散光眼: 角膜或水晶体的曲面的最大曲率的截面垂直于最小曲率的截面,可用柱面透镜校正。非正规散光眼:角膜或水晶体的曲面无规则,一般无法校正。近视散光或远视散光眼:可用球--- 柱透镜(或椭球面透镜)校正。另外,配戴眼镜要注意选择适当的镜架,以便瞳距(56 ~ 64mm) 适合; 戴镜时镜到眼的距离应适当(~ ) ,以便? 近似不变。§2 助视仪器的放大本领 1. 放大本领 M: 用助视仪器观察物时像对人眼的张角 U? , 与不用助视仪器且物在像的位置时物对人眼的张角 U 之比。 U? U 注意式中 U、 U? 并非共轭量。 M? 2. 放大镜的放大本领 y?yy?? ?S??ff? y U? U?? 故 M? Uf? 从图可得, U?? 3§3 目镜为了提高放大本领而又不产生过大的像差, 可采用目镜装置。常见的目镜有惠更斯目镜和冉斯登目镜。 1. 惠更斯目镜结构:由两块平凸透镜构成,凸面向物方, f1??3a , f2??a ,两透镜的间隔 1d??f1??f2???2a (可消色差) ,如图所示。 2 光路: 如图所示。从图可得,F、 F? 分别处于 F2O2 、 O2F2? 的中点,H、 H? 分别与 F2? 、 F2 重合。实际上,光具组的理论: ?d?2a 、??d?f1??f2??2a f?f?3f?dp??2??a ?f???12?a?2? fffd3p?1?3a f?12??a?2? 特点:视场广大( 25~40 °) ,但只能观察像,不能安分划板。 2. 冉斯登目镜 2 结构:由两块平凸透镜构成,凸面相对, f1??f2??a ,两透镜的间隔 d?a ,3 如图所示。 F、 F?和H、 H? 分光路图略。从图可得, 别处于图示位置。实际上,光具