典型光学系统-望远镜和显微镜.ppt
典型光学系统,第一节：人眼,人眼的结构,黄斑,盲点,角膜,前室,虹彩,视轴,后室,水晶体,巩膜,脉络膜,视网膜,简约眼,n=1.33,n=1.0,R=5.56,R=9.7mm,眼睛简化成一个折射球面的模型，即简约眼,折射面的曲率半径像方介质的折射率网膜的曲率半径物方焦距像方焦距光焦度,5.56mm1.3339.7 mm-16.70mm22.26 mm59.88D,人眼与照相机,眼睛如同一只自动变焦和自动改变光圈大小的照相机。从光学角度看，眼睛中三个最重要的部分是水晶体、瞳孔和网膜，它们分别对应与照相机中的镜头、光阑和底片。,f=-17mm,f=23mm,简约眼模型,或：,显微系统的构成,照明系统成像系统成像系统=物镜目镜,第二节：显微镜结构及其原理,显微镜构成：由物镜组Lo和目镜组Le构成。物镜的焦距小于目镜的焦距，且物镜和目镜的焦距都很短，目镜通常用惠更斯目镜(它的消色差效果较好)。Lo与Le间隔比它们各自的焦距大得多。,简化：为简单起见，将物镜和目镜各以单独一块会聚（凸）薄透镜表示。,显微镜工作原理,机械筒长：从显微镜的镜筒中抽出目镜和物镜，留下的镜筒的长度，其值一般为160190mm。我国为160mm。,2、几个概念,光学筒长：目镜和物镜之间的光学间隔 D.,1、结构,一、基本结构,二、光束限制,孔径光阑：因物镜而异。单组低倍物镜，其镜框即为孔径光阑；多组透镜构成的复杂物镜，或者以最后一组透镜框作为孔径光阑，或者在物镜的像方焦平面上或附近设置专门的孔径光阑。视场光阑：通常设置在物镜的像平面上。入窗和入瞳重合，可以保证消除渐晕。视场光阑的大小等于物面的视场可见范围与物镜的垂轴放大率的乘积。,三、分辨本领,1、分辨率,显微镜刚好能够分辨的物平面上两点的最小距离。,2、表示,N.A.(Numeric aperture)称为数值孔径。,不发光物体被别的光源照明:,斜照明:,四、显微镜的放大本领,F1外侧：待观察的目的物置物镜的物方焦平面的外侧，且靠得很近，使之成实像，且横向放大率1尽量大，这时 s1 f1,F2内侧：实像置目镜物方焦平面内侧很近处，使之在明视距离处成虚像，且2 尽量大，这时 s2 f2,3.放大本领,1.视角:,2.物镜的横向放大率:,理论公式,经常采用近似,3、显微镜成像特点,(4)显微镜因为有中间实像，能实现对物体的瞄准和测量。(5)通过目镜的离焦，可以将微小物体二次成放大的实像进行显示或记录。,(1)有高的放大率；(2)眼睛和像的位置适度，适于使用；(3)通过调换物镜和目镜可以方便地获得显微镜的多种放大率(或分辨率)；,显微镜实质上就是一个组合的放大镜,第三节：望远镜结构及其原理,一、基本结构望远镜,1、Kepler望远镜结构,2、Galileo望远镜结构,物镜和目镜均由正透镜构成,镜筒内存在实像。,可设置视场光阑，消渐晕可设置分划板,测量物体大小系统成倒像,目镜由负透镜构成,镜筒内不存在实像。,系统结构紧凑，筒长短,成正立像不可设置分划板,测量物体大小存在渐晕,Fe(Fo),二、光束限制望远镜,以Kepler望远镜为例 孔径光阑：物镜框。,视场光阑：通常设置在物镜的像平面上。,视场光阑的大小等于物方视场角与物镜焦距的乘积。,三、分辨本领望远镜,1、分辨极限,望远镜物镜像面上刚好能够分辨的两点的最小距离。,2、表示,FNum称为物镜的F数,D/fo称为相对孔径。,视角放大率,四、放大本领,望远镜是将像“拉近”放大视角；显微镜是将像“放大”而放大视角。,显微镜和望远镜都是增大被测物体对人眼的张角。1、内容：显微镜和望远镜的视角放大率M的定义,第二部分 实验内容及操作要求,(1)显微镜放大率的理论值:,式中：Mo是物镜放大率；Me是目镜放大率；f o是物镜象方焦距；f e是目镜方焦距；是光学间隔，so=-25cm为明视距离。由上式可知：当f o、f e越小，M越大；当f o、f e 确定后，越大(镜筒越长)，M就越大(2)望远镜放大率的理论值：,这是对无穷远聚焦(=0)后得出的结论，所以在实际观察时，上式只是一个近似成立的式子。因为被观察物并不真正位于无穷远处。,(3)粗测显微镜、望远镜放大率的方法,原则上利用放大率的理论值公式都可以计算显微镜、望远镜的放大率。但由于式中的焦距和一般不容易找到。故用公式求放大率较困难。所以通常利用视角的公式来粗测显微镜、望远镜的放大率。一般 情况下，测量时的视角都很小，所以可以用它们的正切来代替。即,如图，以显微镜为例。,2.(测量)操作要求：(测量本身是粗测,本实验的所有内容都不作误差计算),(1)测显微镜的放大率(按教材进行P46)a 将目镜放到最低（十字叉丝清楚与否不考虑），测量5次，求平均值b 将目镜拉上一个高度（改变镜筒长）再测量5次，求平均值。问：通以以上两次测量。你可以得到什么结论？,(2)测望远镜的放大率,方法一 a.将标尺置于望远镜前约1米处，用一只眼睛从望远镜中观察，另一只眼睛不通过望远镜而直接观察，调节望远镜使成象最为清晰，仿照测显微镜的放大率的方法，测出象上某一段分度lo，相当于另一只眼睛直接看到的标尺上的分度l，则根据定义可得，,重复5次，求平均值。,b.将标尺置于望远镜前2米处，再按步骤a的测量，求平均值。问：通过以上两次测量，你可以得到什么结论？答：望远镜的放大率M随距离的增大而减小。理论可以证明，当测量距离趋向无限时，M达到最小值，且为M=f o/f e,方法二：按教材操作，用理论公式测定被测物处于无限远时的放大率.,A.原理（I)将望远镜对无限远调焦（对本次实验，即调至最短，此时，=0），则镜筒长度为两焦距之和。(II)将望远镜物镜卸下，在该位置上放上长度为l1的十字叉丝光阑（即物距为f o+f e；此时l1的像在目镜前d处，若其像长为l2，则：,根据横向放大率公式,根据高斯公式：,在上两式中消去d 即可得,所以，这种方法的关键是测量l1和l2,B.操作(I)用移测显微镜测l1a.将竖直叉丝与光阑的一边相切，测得x1b.将竖直叉丝移置另一边相切，测得x2重复a、b 三次，可得6个数据，填入表格，计算l1的平均值。(II)用移测显微镜测l1的象长l2将显微镜的物镜靠近望远镜的目镜，寻找l1的象，并调节显微镜使象清晰。重复步骤（I），也可得6个数据，填入表格。计算l2的平均值。C.数据处理,复习思考题 P 49,第一题,注意事项：(1)测显微镜的放大率和“方法一”测望远镜放大率时，两只眼睛所承担的工作是不同的，要同时进行正常观察，先要锻炼几次，使眼睛能适应后，再作正式测量。(2)“方法2”中要卸下望远镜物镜，要将整个物镜套卸下，并放在妥当的地方，防止掉在地上而摔破。,
