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1、14-2 助视仪器的放大本领助视仪器的放大本领助视仪器：助视仪器：帮助人眼（正常、非正常）看清物体（远、近、大、小）的光学仪器。一、放大本领一、放大本领1、定义：如右图示POQPQHHUOPQU物体PQ经助视仪器成虚像PQ，再经人眼成像于视网膜上，其像长为 ；去掉助视仪器后将同一物体置于原虚像所在处，对人眼直接所成像长为 ，则两个像长的比值称为该助视仪器的放大本领。用M表示。2、说明：必须将物放在同一特定位置同一特定位置比较两像大小。放大镜和显微镜：明视距离处（25cm）；望远镜：无穷远处。2由上式可看出：助视仪器的作用就是增大人眼视角，从而改善和扩展视野。助视仪器的作用就是增大人眼视角，从而
2、改善和扩展视野。注意放大本领 与角放大率 的区别。在近轴条件下即：即：M等于两视角之比等于两视角之比SPOQPQHHUOPQU3二、放大镜二、放大镜1、定义：帮助人眼看清微小物体及其细节的助视仪器。2、放大本领：QPyPQyFLO-f-sUOyQPU使用放大镜的视角：未用放大镜的视角：以最简单的放大镜-凸透镜为例:简单放大镜的放大本领：简单放大镜的放大本领：作用：将被观察物体成一放大虚像，从而增大其对人眼的视角，并非将物体移近。O14*4-3 目目 镜镜一、目镜一、目镜 放大镜是一种通过直接放大实物直接放大实物达到增大视角的助视仪器。下面将介绍一种放大放大像像的助视仪器目镜。1、定义：用于观察
3、其它光学系统所成像的放大镜。性质：放大镜，由复合透镜组构成的放大光具组。作用：放大其它光具组的像，从而增大视角。要求：A、具有较高的放大本领和较大的视角；B、具有一定的校正像差和色差的能力。目镜通常由两个或多个透镜组合而成。复杂的助视仪器总是由物镜和目镜组成，靠近物体的称为物镜；靠近人眼的称为目镜。目镜通过放大物镜所成的像达到增大人眼视角的目的。目镜通过放大物镜所成的像达到增大人眼视角的目的。52、结构：场镜+视镜+（分划板或称刻度尺）场镜：面向物体（即物镜的像）的透镜（或透镜组）视镜：接近人眼的透镜（或透镜组）分划板：包含可移动叉丝的透明刻度尺，用于提高测量精度二、常用目镜：惠更斯目镜和冉斯
4、登目镜二、常用目镜：惠更斯目镜和冉斯登目镜61、惠更斯目镜、惠更斯目镜 结构：如图示 特点：场镜、视镜均为同种材料的平凸透镜，且均以凸面朝向物体。场镜焦距为视镜焦距的3倍（f1=3f2），两透镜光心之间的距离为视镜焦距的2倍(O1O2=2f2)，所以场镜视镜的像方焦点重合。光路图：如上图示。可适当调节物镜和目镜的距离，使Q刚好在视镜的物方焦平面上，使出射光束为平行光束。由于场镜的物为虚物，所以这种目镜无法对物镜所成的像进行测量。分划板应配置于F2Q处，用于测量场镜的像的大小。由于分划板仅对视镜成像，场镜的消像差作用未起作用，因而，视镜的像差将使分划板的像仅在中央部分清晰，测量误差较大。此目镜的
5、视角较大（可达400），在250范围内像更清晰。而且结构紧凑，适用于生物显微镜。场镜视镜72、冉斯登目镜、冉斯登目镜 结构：如图示 特点：312123321场镜、视镜均为同种材料的平凸透镜，二镜凸面相向，平面朝外。场镜、视镜焦距相同（f1=f2=f），两镜光心的距离为焦距值的2/3(O1O2=2/3f)。光路图：如上图示。可适当调节物镜和目镜的距离，使Q刚好在视镜的物方焦平面上，使出射光束为平行光束。由于场镜的物为实物，所以可用其对物镜所成的像进行测量。分划板应配置于FQ处，由于分划板同物FQ一样既对场镜，也对视镜成像，所以，场镜的消像差作用起作用，因而，可在大范围内清晰成像，测量精度高。此目
6、镜既可用于观察像，也可用于观察物，并可由配备的分划板对物镜所成的像进行测量，适用于测微目镜。注：两种目镜均能放大像，增大人眼视角；但冉镜还可用于直接观察实物，注：两种目镜均能放大像，增大人眼视角；但冉镜还可用于直接观察实物，配上分划板可精确测量实物和物镜所成的像的长度。配上分划板可精确测量实物和物镜所成的像的长度。场镜视镜84-4 显微镜的放大本领显微镜的放大本领 帮助人眼观察微小物体的放大镜，称为显微镜。其物镜和目镜均由共轴光具组构成。其放大本领远大于简单放大镜和目镜。一、结构F1o1F1F2o2目镜系统物镜系统-UO-UPQPQyPQ特点：物体PQ置于物镜系统（焦距很短）的物方焦平面F1附
7、近，成实像PQ；PQ位于目镜系统（焦距很短）物方焦平面F2附近，成放大的虚像PQ。整个显微镜系统最终成放大倒立虚像于明视距离处。二、光路图惠更斯目镜明视距离9三、放大本领三、放大本领整个系统的像方焦距为：显微镜作为一个放大镜，其放大本领为：F1o1F1F2o2目镜系统物镜系统-UO-UPQPQyPQ明视距离镜筒长度为保证成尽量大的像，物镜和目镜焦距均很小1、表达式：102、讨论：即为物镜的横向放大率，其中，“”号表示物镜成倒立像为目镜的放大本领 显微镜也是将物体直接放大，达到增大视角的目的。显微镜放大本领等于物镜横向放大率与目显微镜放大本领等于物镜横向放大率与目镜放大本领镜放大本领 的乘积。的
8、乘积。显微镜将微小物体成放大的像，常用于观察近距离处肉眼难以看清的 细小物体。114-5 望远镜的放大本领望远镜的放大本领一、定义：一、定义：帮助人眼观察远处物体的光学仪器。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。12三、开普勒望
9、远镜三、开普勒望远镜-UO-U1、结构特点：、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。o1F1F2o2物镜系统目镜系统UPQ2、原理：、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，成实像PQ于像方焦平面上；因为物镜系统的像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，成倒立像于无穷远处。（望远镜的结构都这样）PQQP133、放大本领、放大本领由于远物不能任意移近，但却有一定的视角U，当人眼前后移动距离不大时，U不变；即：当去掉望远镜而将人眼移至P处观察远物时，人眼的视角注：C：目镜的物方焦平面在镜筒内，可以放置分划板叉丝进
10、行测量；D：眼睛的位置O在镜筒之外，望远镜的视场较大。E：镜筒长度 L=f1+f2，镜筒较长。-UO-Uo1F1F2o2镜系统镜系统目镜系统目镜系统UPQPQQU-U14四、伽利略望远镜四、伽利略望远镜1、结构特点：、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焦点重合。UO1O2F1F2OUQPQUU2、原理：、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，原应成实像PQ于像方焦平面上；但成像前遇目镜，故作虚物对目镜成像；又因物镜系统的像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，成正立像于无穷远处。Q(P)153、放大本领放
11、大本领使用望远镜后，无穷远处的像对眼睛的张角为：未使用望远镜时，无穷远处物体对眼睛的张角为：伽利略望远镜的放大本领：镜筒长度 L=f1-f2，镜筒较短。f1为正值，f2为负值，故放大本领M为正值为正值，望远镜成正立的像；说明：目镜的物方焦平面在镜筒之外，无法放置分划板；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；注：注：望远镜不是将物直接放大，而是将物移近，从而增大视角。望远镜不是将物直接放大，而是将物移近，从而增大视角。无论哪一种望远镜，物镜的横向放大率都小于无论哪一种望远镜，物镜的横向放大率都小于1 1。16开氏望远镜与伽氏望远镜比较：开氏望远镜与伽
12、氏望远镜比较：1.共同点共同点:望远光具组：光学间隔特点：特点：平行光束通过时，透射出来的仍是平行光，但方向改变。整个光具组的焦点和主平面都是在无限远处。二者的横向放大率都小于1（像是缩小的）.可见M与不同。2.不同点：不同点：开氏的视场较大，而伽氏的视场较小（伽氏的目镜是发散的）。开氏的目镜物方焦平面上可放叉丝或刻度尺，伽氏则不能（前者在镜筒内）。开氏的镜筒较长，而伽氏的镜筒较短（两个焦距的加与减）。17五、反射式望远镜五、反射式望远镜第一架反射式望远镜诞生于1668年。牛顿经过多次磨制非球面的透镜均告失败后，决定采用球面反射镜作为主镜。他用2.5厘米直径的金属，磨制成一块凹面反射镜，并在主
13、镜的焦点前面放置了一个与主镜成45o角的反射镜，使经主镜反射后的会聚光经反射镜以90o角反射出镜筒后到达目镜。这种系统称为牛顿式反射望远镜。它的球面镜虽然会产生一定的像差，但用反射镜代替折射镜却是一个巨大的成功。18詹姆斯格雷戈里在1663年提出一种方案：利用一面主镜，一面副镜，它们均为凹面镜，副镜置于主镜的焦点之外，并在主镜的中央留有小孔，使光线经主镜和副镜两次反射后从小孔中射出，到达目镜。这种设计的目的是要同时消除球差和色差，这就需要一个抛物面的主镜和一个椭球面的副镜，这在理论上是正确的，但当时的制造水平却无法达到这种要求，所以格雷戈里无法得到对他有用的镜子。191672年，法国人卡塞格林
14、提出了反射式望远镜的第三种设计方案，结构与格雷戈里望远镜相似，不同的是副镜提前到主镜焦点之前，并为凸面镜，这就是现在最常用的卡赛格林式反射望远镜。这样使经副镜镜面反射的光稍有些发散，降低了放大率，但是它消除了球差，这样制作望远镜还可以使焦距很短。20折反射式望远镜最早出现于1814年。1931年，德国光学家施密特用一块别具一格的接近于平行板的非球面薄透镜作为改正镜，与球面反射镜配合，制成了可以消除球差和轴外象差的施密特式折反射望远镜，这种望远镜光力强、视场大、像差小，适合于拍摄大面积的天区照片，尤其是对暗弱星云的拍照效果非常突出。施密特望远镜已经成了天文观测的重要工具。由于折反射式望远镜能兼顾
15、折射和反射两种望远镜的优点，非常适合业余的天文观测和天文摄影，并且得到了广大天文爱好者的喜爱。2122六、激光扩束器六、激光扩束器1、定义：、定义：扩束器将光束横截面扩大的光学仪器。激光扩束器将激光束横截面扩大的光学仪器。2、装置、装置 倒用的折射式望远镜是很好的激光扩束器；F1F2物镜系统目镜系统F1F2目镜物镜开普勒伽利略 显微镜的物镜（40、100）也可作简单的激光扩束器。234-6 光阑光阑 光瞳光瞳从本节开始，对光能量的传播所涉及的基本概念进行介绍。一、光阑一、光阑1、定义：、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。孔径光阑孔径光阑
16、A.S.的作用的作用：限制进入系统的成像光束限制进入系统的成像光束口口径径的光阑的光阑，控制到达像面的控制到达像面的光能。光能。、分类：、分类：孔径光阑和视场光阑（按照位置分）孔径光阑形状：形状：光阑多为圆形、正方形、长方形，形状上的不同多因为是用途上的不同而导致的。24视场光阑视场光阑 F.S.的作用的作用：一一般是指安置在物平面或般是指安置在物平面或像平面上，用以限制成像像平面上，用以限制成像范围的光阑。范围的光阑。形状多为正方形、长方形、圆形。形状多为正方形、长方形、圆形。例如：显微系统中的分划板就是例如：显微系统中的分划板就是视场光阑，照相系统中的底片也视场光阑，照相系统中的底片也是视
17、场光阑。是视场光阑。二二.光阑限制的共轭原理光阑限制的共轭原理结论：结论：光阑（或其像）对入射光束的限制与光阑的像（或光阑）光阑（或其像）对入射光束的限制与光阑的像（或光阑）对其共轭出射光束的限制，两者完全等价。对其共轭出射光束的限制，两者完全等价。如果任意入射线如果任意入射线PM与孔径光阑与孔径光阑DD的边框部分相交，其共轭出的边框部分相交，其共轭出射线必被视场光阑射线必被视场光阑DD阻挡；同阻挡；同理，另一入射线理，另一入射线PN能能“通过通过”孔径光阑孔径光阑DD，其共轭出射线必，其共轭出射线必能通过视场光阑能通过视场光阑DD。25三、有效光阑三、有效光阑在光学系统中，对整个系统光能量的
18、传播范围起决定性限制作用的那一个光阑叫做有效光阑。有效光阑有效光阑注意：注意：1.有效光阑的确定是以成像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。2.有效光阑有时直接称孔径光阑。26四、光瞳四、光瞳入射光瞳（入瞳）有效光阑经其前方光学系统所成的像。出射光瞳（出瞳）有效光阑经其后方光学系统所成的像。有效光阑入瞳出瞳入射孔径角出射孔径角注意：注意：有效光阑是实物，而入瞳和出瞳是像。有效光阑是实物，而入瞳和出瞳是像。27五、五、有效光阑、入瞳和出瞳的确定方法有效光阑、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学系统所成的像。2、由确定的物
19、点对各个像作张角，通过比较确定其中张角最小的像。3、张角最小的像对应的物（光阑）即为有效光阑。4、张角最小的像为入瞳；将已确定的有效光阑经其后方光学系统成 像，即可求得出瞳。六、讨论六、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；也可能在出瞳的后面。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，对于薄透镜三者都是透镜边缘。28七、典型系统的光阑七、典型系统
20、的光阑、放大镜、放大镜一般说来低倍的放大镜都是由平凸或双凸单透镜构成，在讨论放大镜的光束限制时，应与人眼一起考虑，在人眼与放大镜组成的系统中，瞳孔是瞳孔是有效光阑有效光阑。、望远镜、望远镜前一个系统的出瞳与后一系统的入瞳相重合，一般情况下，物镜镜框是物镜镜框是它的孔径光阑，也是系统的入瞳它的孔径光阑，也是系统的入瞳。它经目镜所成的像就是系统的出瞳，它一般与人瞳孔相重合。分划板是系统的视场光阑分划板是系统的视场光阑。它放置于实像平面上，主要用于限制视场的大小。、显微系统、显微系统对低倍显微系统而言，其孔径光阑一般是物镜框（入瞳），孔径光阑一般是物镜框（入瞳），而出瞳也与人眼眼瞳相重合，其视场光阑则是分划板视场光阑则是分划板。、照机系统、照机系统可变光阑是系统的孔径光阑可变光阑是系统的孔径光阑，其大小尺寸是可以调节变化的。底片是其底片是其视场光阑。视场光阑。