1、第四章第四章光學儀器的基本原理光學儀器的基本原理主要內容主要內容 本章圍繞衡量光學儀器的三個本領進行教學，其中著本章圍繞衡量光學儀器的三個本領進行教學，其中著重介紹望遠鏡、顯微鏡的放大本領和分辨本領，扼要介紹重介紹望遠鏡、顯微鏡的放大本領和分辨本領，扼要介紹聚光本領。簡單介紹光度學、像差的基本概念。聚光本領。簡單介紹光度學、像差的基本概念。教學目的：教學目的：牢固掌握助視儀器的放大本領、分辨本領的概念及望牢固掌握助視儀器的放大本領、分辨本領的概念及望遠光路的特點；掌握放大本領、分辨本領、有效光闌、遠光路的特點；掌握放大本領、分辨本領、有效光闌、入瞳、出瞳的計算；理解物鏡聚光本領、數值孔徑、入瞳

2、、出瞳的計算；理解物鏡聚光本領、數值孔徑、相對孔徑的意義；了解人眼的結構和光學儀器的象差。相對孔徑的意義；了解人眼的結構和光學儀器的象差。內容分析：內容分析：第一單元（第一單元（1 15 5）：助視儀器的放大本領）：助視儀器的放大本領第二單元（第二單元（6 68 8）：光度學的基本概念；聚光本領）：光度學的基本概念；聚光本領第三單元（第三單元（9 9）：象差概述）：象差概述第四單元（第四單元（10101111）：助視儀器的分辨本領）：助視儀器的分辨本領重、難點：重、難點：全章以放大本領、分辨本領為重點，強調儀器參數的全章以放大本領、分辨本領為重點，強調儀器參數的相互影響關系。相互影響關系。4.

3、0 4.0 概概 述述一、光學儀器及分類一、光學儀器及分類1、定義：多種光學元件按一定的要求組成的系統。2、分類： 按性能：顯微鏡、望遠鏡、照像機和分光鏡 按成像性質： 成實像的光學儀器。如照像機、幻燈機、電影放映機、投影儀等。 成虛像的光學儀器 助視儀器。如放大鏡、顯微鏡、望遠鏡。二、理論基礎二、理論基礎 主要：幾何光學基本原理。 其它：衍射理論、加工工藝學、材料科學等。三、實際光學儀器三、實際光學儀器1、理想成像的要求： 近軸：近軸物點、近軸光線 單色：物體所發光線是單色的實際光學儀器情況：非近軸和復色光。會造成如下矛盾：2、兩大矛盾 像的清晰度與像場能量聚集程度的矛盾 幾何光學觀點：必須

4、滿足單色、近軸條件 復色色差(色散) 非近軸象差 能量觀點：不宜限于近軸區域。要得明亮像，必須使進入光學儀器的光束盡量寬。 成像清晰度與細節分辨程度的矛盾 波動光學觀點：光線越近軸光束受限越緊衍射越明顯 像的清晰度越低 幾何光學觀點：減小象差滿足近軸條件像的清晰度與像面亮度、分辨本領不能同時兼得，而矛盾不可避免。 因而，實際光學儀器要根據用途，權衡輕重，有針對性地進行設計制造。4.1 4.1 人人 眼眼一、構造一、構造1.鞏膜：白色堅韌,厚0.40.8mm2.角膜：透明，R:8mm14.視神經3.脈絡膜：黑色不透光8.前房液水狀體:淡鹽溶液,折射率1.3379.后房液玻璃體:含大量水份膠狀物,

5、折射率1.3364.虹膜：帶色的彩帶5.瞳孔：直徑：1.48mm6.水晶體眼珠,折射率為1.42的膠狀物,前后曲面半徑:10mm,6mm7.睫狀肌10.視網膜:視神經網11.盲點:不引起視覺12.黃斑點直徑:2mm13.中央窩:最敏感直徑0.25mm二、簡化眼二、簡化眼 從上頁圖看出：人眼是一個由角膜、水狀液、晶狀體和玻璃液所組成的，物、像方折射率近似相等的，可變焦距的，共軸復雜光學系統（光具組）。它能在視網膜上清晰成像。 它是一個能自動調節有精密的光學儀器。其結構相當復雜。在許多情況下將其簡化成如下的模型：34nmmf8 .22mmf1 .17mmR8.9mmR7 . 5D48.58高爾斯特

6、蘭簡化眼F OF光心三、人眼的調節功能三、人眼的調節功能1、定義：為使不同距離的物體都能在視網膜上成清晰像而改變眼睛的 焦距的過程。人眼的調節方式有兩種：自動調節（自調節）和被動調節（矯正）。2、自調節：正常人眼靠睫狀肌的松馳或緊張來改變晶狀體的曲率半徑，從而改變人眼焦距的過程。是人眼自動完成的。說明： 自調節有一定的限度：近點和遠點之間。 遠點：人眼能看清楚的最遠點。人眼看遠點處的物體時，睫狀肌處于 完全松馳的狀態，晶狀體曲面的曲率半徑最大。 近點：人眼能看清楚的最近點。人眼看近點處的物體時，睫狀肌處于 最緊張的狀態，晶狀體曲面的曲率半徑最小。 人眼疲勞程度與睫狀肌的松緊程度有關：看遠物時，

7、肌肉松馳，不易疲勞；看近物時，肌肉緊張，容易疲勞。 近點、遠點和調節范圍隨年齡的增長而變化；近點變遠：幼年78cm；中年25cm；老年12m。遠點變近：幼年無限遠；老年數米。隨年齡的增長，肌肉老化，自調節范圍變窄。 適當照明下，正常眼觀察眼前25cm處的物體是輕松的，且能看清物體 的細節。稱25cm為明視距離。 因此，在設計和使用助視儀器時一般都使虛像成于明視距離、無窮遠處或其間的某一位置處。3、人眼的缺陷及矯正被動調節：外加輔助儀器改變焦距的過程。具備完善的自調節功能的人眼稱為正常眼；反之，稱為非正常眼。 近視眼：遠點在有限遠處的人眼。特點：晶狀體曲率半徑比正常眼小，外形凸出；像方焦點在視網

8、膜 前，焦距短。度數度數=100屈光度屈光度P OF OF遠點矯正前P OF遠點遠物矯正后例例4-1 一個遠點為0.2m的近視眼戴上眼鏡后遠點可恢復到無窮遠。 求所戴眼鏡的光焦度。)(500)(52 . 011111:1112 . 0: 屈光度有由空氣中的高斯公式已知解Dsssffssmss 遠視眼：近點比正常眼遠的人眼特點：晶狀體曲率半徑比正常眼大；像方焦點在視網膜后，焦距長。 OF明視距離 OF近點矯正前明視距離 OF近點矯正后明視距離 OF近點例例4-2 求一個近點為125cm的遠視眼所戴眼鏡的光焦度.ss)(320)(2 . 325. 0125. 11111:25. 125. 0,:

9、屈光度式有由空氣中的透鏡成像公已知對所戴凸透鏡而言解Dssfmsms4.2 4.2 助視儀器的放大本領助視儀器的放大本領助視儀器：幫助人眼（正常、非正常）看清物體（遠、近、大、小）的光學儀器。一、放大本領一、放大本領1、定義：如右圖示llMP OQPQHHUl OPQUl 物體PQ經助視儀器成虛像PQ，再經人眼成像于視網膜上，其像長為 ；去掉助視儀器后將同一物體置于原虛像所在處，對人眼直接所成像長為 ，則兩個像長的比值稱為該助視儀器的放大本領。用M表示。ll2、說明： 必須將物放在同一特定位置比較兩像大小。放大鏡和顯微鏡：明視距離處（25cm）；望遠鏡：無窮遠處。由上式可看出：助視儀器的作用就

10、是增大人眼視角，從而改善和擴展視野。注意放大本領 與角放大率 的區別。UUMuu.,:,;,:,不是共軛量無助視儀器時的視角是對有是一對共軛量出射線的傾角是對一個光具組的入、UU、uu 在近軸條件下UUllMUstgUslUstgUsl即：即：M等于兩視角之比等于兩視角之比SP OQPQHHUl OPQUl 二、放大鏡二、放大鏡1、定義：幫助人眼看清微小物體及其細節的助視儀器。2、放大本領： QPyP QyFLO-f-slUOly QPUcm25使用放大鏡的視角：fyfysyU未用放大鏡的視角：25yU 以最簡單的放大鏡-凸透鏡為例:簡單放大鏡的放大本領：簡單放大鏡的放大本領：為單位以 cm

11、f25fUUM作用：將被觀察物體成一放大虛像，從而增大其對人眼的視角， 并非將物體移近。 例：f =10cm，則 M=2.5倍，記為2.5。 M 與f 成反比。由于短焦距透鏡像差大，所以M很大的放大鏡沒有實用 價值。常用的放大鏡M3；若采用復合透鏡，可使M達到20 。作業：作業：P300 1、24.3 4.3 目目 鏡鏡一、目鏡一、目鏡 從上節知，放大鏡是一種通過直接放大實物達到增大視角的助視儀器。下面將介紹一種放大像的助視儀器目鏡。1、定義：用于觀察其它光學系統所成像的放大鏡。 性質：放大鏡。由復合透鏡組構成的放大光具組。 作用：放大其它光具組的像，從而增大視角。 要求：A、具有較高的放大本

12、領和較大的視角； B、具有一定的校正像差和色差的能力。 目鏡通常由兩個或多個透鏡組合而成。復雜的助視儀器總是由物鏡和目鏡組成，靠近物體的稱為物鏡；靠近人眼的稱為目鏡。目鏡通過放大物鏡所成的像達到增大人眼視角的目的。2、結構： 場鏡+視鏡+（分劃板或稱刻度尺） 場鏡： 面向物體（即物鏡的像）的透鏡（或透鏡組） 視鏡： 接近人眼的透鏡（或透鏡組） 分劃板：包含可移動叉絲的透明刻度尺，用于提高測量精度二、常用目鏡：惠更斯目鏡和冉斯登目鏡二、常用目鏡：惠更斯目鏡和冉斯登目鏡1、惠更斯目鏡 結構：如圖示Q 特點： 場鏡、視鏡均為同種材料的平凸透鏡，且均以凸面朝向物體。 場鏡焦距為視鏡焦距的3倍，兩透鏡光

13、心之間的距離為視鏡焦距的2倍，所以場鏡視鏡的象方焦點重合。 光路圖：如上圖示。可適當調節物鏡和目鏡的距離，使Q剛好在視鏡的物方焦平面上，使出射光束為平行光束。 由于場鏡的物為虛物，所以這種目鏡無法對物鏡所成的象進行測量 分劃板應配置于F2Q處，用于測量場鏡的像的大小。由于分劃板僅對視鏡成像，場鏡的消像差作用未起作用，因而，視鏡的像差將使分劃板的像僅在中央部分清晰，測量誤差較大。 此目鏡的視角大（可達400），結構緊湊，適用于生物顯微鏡。1o2oF1F2F2FQ2、冉斯登目鏡、冉斯登目鏡 結構：如圖示 特點：1o2oF1F2FQ312123Q321 場鏡、視鏡均為同種材料的平凸透鏡，二鏡凸面相向

14、，平面朝外。場鏡、視鏡焦距相同，兩鏡光心的距離為焦距值的2/3。 光路圖：如上圖示。可適當調節物鏡和目鏡的距離，使Q剛好在視鏡的物方焦平面上，使出射光束為平行光束。 由于場鏡的物為實物，所以可用其對物鏡所成的象進行測量。分劃板應配置于FQ處，由于分劃板同物FQ一樣既對場鏡，也對視鏡成像，所以，場鏡的消像差作用起作用，因而，可在大范圍內清晰成像，測量精度高。 此目鏡既可用于觀察象，也可用于觀察物，并可由配備的分劃板對物鏡所成的象進行測量，適用于測微目鏡。注：兩種目鏡均能放大像，增大人眼視角；但冉鏡還可用于直接觀察實物， 配上分劃板可精確測量實物和物鏡所成的像的長度。4.4 4.4 顯微鏡的放大本

15、領顯微鏡的放大本領 幫助人眼觀察微小物體的放大鏡，稱為顯微鏡。其物鏡和目鏡均由共軸光具組構成。其放大本領遠大于簡單放大鏡和目鏡。一、結構F1o1 F1F2o2目鏡系統物鏡系統-UO-UP QPQyyPQ特點：物體PQ置于物鏡系統（焦距很短）的物方焦平面F1附近，成實象PQ；PQ位于目鏡系統（焦距很短）物方焦平面F2附近，成放大的虛象PQ。整個顯微鏡系統最終成放大倒立虛象于明視距離處。二、光路圖惠更斯目鏡明視距離三、放大本領三、放大本領整個系統的像方焦距為：21fff顯微鏡作為一個放大鏡，其放大本領為：212525fffMF1o1 F1F2o2目鏡系統物鏡系統-UO-UP QPQyyPQ明視距離

16、l2f1f鏡筒長度1sl 為保證成盡量大的像，物鏡和目鏡焦距均很小21212525fflffM1、表達式：21212525fflffM2、討論：1111111111,fxfsflxslOF幾乎重合與由于即為物鏡的橫向放大率，其中，“”號表示物鏡成倒立像2225Mf為目鏡的放大本領21MM200:,5,40:21MM則目鏡物鏡例 顯微鏡也是將物體直接放大，達到增大視角的目的。顯微鏡放大本領等于物鏡橫向放大率與目鏡放大本領 的乘積。 顯微鏡將微小物體成放大的象，常用于觀察近距離處肉眼難以看清的 細小物體。4.5 望遠鏡的放大本領望遠鏡的放大本領一、定義：一、定義：幫助人眼觀察遠處物體的放大鏡。 作

17、用：將遠物從物空間移至望遠鏡的像空間，從而增大對人眼的視角。人眼以對望遠鏡像空間的觀察代替了對物空間的觀察。 性質：是一種放大鏡。只是不是將物體直接放大，而是將遠物移近， 從而增大視角。二、結構及分類二、結構及分類1、結構：物鏡系統+目鏡系統2、分類： 按物鏡的種類分：A、反射式望遠鏡：物鏡為反射鏡；B、折射式望遠鏡：物鏡為透鏡。 按目鏡種類分：A、開普勒望遠鏡：目鏡為會聚透鏡；B、伽利略望遠鏡：目鏡為以散透鏡。三、開普勒望遠鏡三、開普勒望遠鏡-UO-U1、結構特點： 物鏡和目鏡均為會聚透鏡，且物鏡像方焦點與目鏡物方焦點重合。o1F1F2o2物鏡系統目鏡系統UPQy2、原理：光路如圖示 無窮遠

18、處的物體PQ發出的平行光入射于物鏡系統，成實象PQ于象方焦平面上；因為物鏡系統的象方焦平面與目鏡系統的物方焦平面重合，故最終由目鏡系統出射的光為平行光，成倒立象于無窮遠處。（望遠鏡的結構都這樣）PQQP-UO-Uo1F1F2o2物鏡系統目鏡系統UPQyPQQPU-U1f2f3、放大本領2 fyUUQP對人眼的視角最后像由于遠物不能任意移近，但卻有一定的視角U，當人眼前后移動距離不大時，U不變；即：當去掉望遠鏡而將人眼移至P1處觀察遠物時，人眼的視角1fyU2121 ffffUUM 開普勒放大本領注：;,0,0,0:21故成倒立像MffA.,:21越大越短越長MffBC：目鏡的物方焦平面在鏡筒內

19、，可以放置分劃板叉絲進行測量；D：眼睛的位置O在鏡筒之外，望遠鏡的視場較大。E：鏡筒長度 L= f1+ f2，鏡筒較長。四、伽利略望遠鏡四、伽利略望遠鏡1、結構特點：物鏡為會聚透鏡和目鏡為發散透鏡，且物鏡像方焦點與目鏡物方焦點重合。UO1O2F1F2OUQPQUU2、原理：光路如圖示 無窮遠處的物體PQ發出的平行光入射于物鏡系統，原應成實象PQ于象方焦平面上；但成像前遇目鏡，故作虛物對目鏡成像；又因物鏡系統的象方焦平面與目鏡系統的物方焦平面重合，故最終由目鏡系統出射的光為平行光，成正立象于無窮遠處。Qy1f2f1fyU22 fyfyUU21 ffUUM3、放大本領使用望遠鏡后，無窮遠處的象對眼

20、睛的張角為：未使用望遠鏡時，無窮遠處物體對眼睛的張角為：伽利略望遠鏡的放大本領： 鏡筒長度 L = f1-f2，筒長較短。 f1為正值，f2為負值，故放大本領M為正值，望遠鏡成 正立的象；說明： 目鏡的物方焦平面在鏡筒之外，無法放置分劃板； 眼睛的位置O理論上位于鏡筒之內，實際進入眼睛的光束的范圍因此 而受限制，故視場較小；注：望遠鏡不是將物直接放大，而是將物移近，從而增大視角。注：望遠鏡不是將物直接放大，而是將物移近，從而增大視角。五、激光擴束器五、激光擴束器1、定義：擴束器將光束橫截面擴大的光學儀器。激光擴束器將激光束橫截面擴大的光學儀器。2、裝置 倒用的折射式望遠鏡是很好的激光擴束器；F

21、1F2物鏡系統目鏡系統F1F2目鏡目鏡開氏伽氏 顯微鏡的物鏡（40、100）也可作簡單的激光擴束器。作業：作業：P300 4、5、64.6 光闌光闌 光瞳光瞳從本節開始，對光能量的傳播所涉及的基本概念進行介紹。一、光闌一、光闌1、定義：光學系統中凡是對光能量具有限制作用的元件。如：光學系統中的透鏡的外緣、開孔、光屏等。2、有效光闌：在光學系統中，對整個系統光能量的傳播范圍起決定性 限制作用的那一個光闌。1F2o1oPP1F2o1oPP有效光闌有效光闌注意：有效光闌的確定是以成象物體的確定為前提的，即同一系統中， 當物體的位置不同時，有效光闌可能會不同。1uu2u2uu1u二、光瞳二、光瞳入射光

22、瞳（入瞳）有效光闌經其前方光學系統所成的象。出射光瞳（出瞳）有效光闌經其后方光學系統所成的象。1F2o1oBBPPBB B B有效光闌入瞳出瞳uu入射孔徑角出射孔徑角三、有效光闌、入瞳和出瞳的確定方法三、有效光闌、入瞳和出瞳的確定方法對一個確定的物點：1、求出系統中每一個光闌經其前方光學系統所成的象。2、由確定的物點對各個象作張角，通過比較確定其中張角最小的象。3、張角最小的象對應的物（光闌）即為有效光闌。4、張角最小的象為入瞳；將已確定的有效光闌經其后方光學系統成 象，即可求得出瞳。四、討論四、討論1、若有效光闌在整個系統最前面，則有效光闌與入瞳重合； 若有效光闌在整個系統最后面，則有效光闌

23、與出瞳重合。2、入瞳、出瞳可能是實像，也可能是虛像；3、入瞳并非一定在出瞳的前面；4、通過有效光闌中心的光線稱為主光線，由于共軛性，入、出瞳的中心也在主 光線上；5、人眼的有效光闌就是瞳孔；6、有效光闌、出瞳和入瞳均是對給定物點而言的。4.7 4.7 光度學概要光度學概要-光能量的傳播光能量的傳播1、定義：單位時間、單位面積元上輻射的所有波長的能量。 即：光源表面上單位面積的輻射功率。2、意義：描述光源發射輻射的能力。Sds e4、分布函數一、一、 輻射通量輻射通量 定義：單位時間、單位面積元在某波長附近單位波長間隔內輻射的能量。 意義：描述不同波長的光波在輻射通量中所占的比例。5、 與 的關

24、系： e dededd0, 單位：1nmW3、單位：W 人眼對不同波長（或顏色）的光波具有不同的敏感程度，即使接收到相同的輻射通量，不同波長的光給人眼的感覺也不一樣。如正常人眼對黃綠光最敏感，紅光和紫光較差，而對紅外和紫外載無反應。 在引起相同視覺的情況下，若所需某單色的輻射通量越小，則說明人眼對該光敏感度越高；反之，越低。為描述這一敏感度，引入視見函數。二、視見函數二、視見函數 1、定義：、定義：人眼對各種單色光的平均敏感度。 555555,555則和所需的輻射通量分別為產生相同的亮暗視覺的黃綠光的單色光和設波長為nm2、意義、意義：描述在輻射通量相同的情況下，人的眼睛對各種不同波長的 輻射

25、產生的主觀感覺。3、實驗曲線：、實驗曲線： 人眼對波長為555nm的黃綠光最敏感，光度學中規定其視見函數為1，則視見函數的實驗曲線如下圖示：400500600790nm: 1700暗視覺555明視覺三、光通量三、光通量1、定義、定義：輻射通量與視見函數的乘積。 00683683683:683deddd最大功光當量其中2、意義：、意義：描述客觀輻射通量在人的眼睛中引起的主觀視覺強度。3、單位、單位：流明（lm） 功光當量對其它單色光最大功光當量對黃綠光lmwlmw6831:6831:四、發光強度四、發光強度I1、定義：、定義：點光源在單位立體角內發出的光通量。ddISdd2、意義：、意義：描述光

26、源發出的光通量在空間一定范圍內的分布值。3、單位：、單位：坎德拉cd球面度對綠黃光srsrcdlm11: 通常 隨方向而異。當 不隨方向變化時，發光物體稱均勻發光體。II 一般均假設點光源表征的物體為均勻發光體，故點光源輻射的光通量：I4五、照度五、照度E1、定義：定義：入射在受照物體單位面積上的光通量。dsdE2、意義意義：描述受照物體被照明的程度。3、單位：單位：勒克斯lx211mlmlx4、點光源的照度：dOds22coscosrIdsIddsdErdsd輻透：phlxph4101六、亮度六、亮度L1、定義：、定義：單位面積的發光表面，在其法線方向單位立體角內發出的 光通量。ddsdLc

27、os2、意義、意義：描述發光表面發光能力的強弱。211mcdsb3、單位：、單位：熙提sbdNS4、朗伯光源：。、LdIdsdIL毛玻璃等如太陽體或朗伯光源此類光源稱為余弦發射無關與時當由定義可得.,coscos:七、三原色原理七、三原色原理 將紅 、綠 、藍 三種色光按不同的光通量比例混合發出時，可以讓人眼感受到自然界絕大多數顏色的光。)700(nm)8 .435(nm)1 .546(nm4.8 4.8 物鏡的聚光本領物鏡的聚光本領 在光學儀器中，目鏡的作用主要是將物鏡所成的像的視角放大；而物鏡除了承擔將物放大之外，還要承擔校正像差和增大像面照度的任務。所以，光學儀器的聚光本領是針對物鏡而言

28、的。一、定義一、定義 描述物鏡聚集光通量能力的物理量，稱為物鏡的聚光本領。它通過像面的照度來度量。 顯而易見：光學儀器入瞳面積越大，能夠進入物鏡的光通量就越多，像面照度就越大，物鏡的聚光本領就越強。二、光源在較近距離時的聚光本領二、光源在較近距離時的聚光本領 數值孔徑數值孔徑dsABCDdRuu1du1d1設：光具組的入瞳（園形，ABCD）大小一定。ds為垂直于主軸的近軸物面積元，它在物方折射率為n的介質中的亮度為L設：物面為朗伯光源且光在經過整個光具組時不被吸收則：像面照度為（計算過程略）：物方折射率物鏡橫向放大率入射孔徑角真空中物面照度其中nuLunLdsdsunLdsdE,:1sinsi

29、n0220220說明： 當 一定時2sinunE un sin稱為數值孔徑，記為RN.A. 提高聚光本領的方法：A、增大入射孔徑角；B、增大物空間折射率。結論：光源在較近距離時，物鏡的聚光本領取決于數值孔徑取決于數值孔徑。 顯微鏡的聚光本領： 顯微鏡的使用條件屬于光源在近距離的情況 由于放大本領的要求，顯微鏡物鏡系統的焦距較小，因此其孔徑有限，要提高顯微鏡的聚光本領，單靠增大孔徑 u是不夠的，而且u 的增大會受到全反射臨界角的限制。有效的辦法是提高數值孔徑RN.A.，因此設計了顯微鏡的油浸油浸式鏡頭式鏡頭。三、光源在遠距離時的聚光本領三、光源在遠距離時的聚光本領 相對孔徑相對孔徑ABCDFud

30、s-xPx2d圖中ABCD為出瞳，其直徑為d；F為物鏡系統象方焦點；ds為物面元ds的象。則：像面照度為（計算過程略）：真空中物面亮度物鏡像方焦距像方折射率其中022202220,:414LfddfdnLfdnLEppppn光瞳橫向放大率,說明： 在其它條件相同時，2fdEfd相對孔徑結論：光源在較遠距離時，物鏡的聚光本領取決于相對孔徑。 望遠鏡屬于光源在較遠距離時的情況。望遠鏡中相對孔徑值的增大，通常需要制造孔徑很大的物鏡才能實現，這在制造上有一定困難。因此，反射式望遠鏡在大型望遠鏡中占主流。 對無窮無處物體，物鏡所成像大大縮小，即：022 04fdnLE四、照相機的聚光本領四、照相機的聚光

31、本領1、照相機的結構特點： 有效光闌：光圈。成象物距：遠近均可。 象面：膠片。象距：確定。 物鏡系統前后對稱，光圈位于中間位置，所以入瞳、出瞳大小相等， P=1 ，且有 n= n 1,220114fdLE2 2、象面照度：、象面照度：204fdLE 對近處物體成象：-1，2016fdLE同等條件下，遠物的照度是近物的同等條件下，遠物的照度是近物的4 4倍。倍。3、照度調節、照度調節對遠處物體成象：0，通過光圈和暴光時間的配合調節，可獲得理想的象面照度。4.9 4.9 像差概述像差概述 采用復色光成象時的象差為色差。(4.12)對于一個位于垂軸平面內的物體，理想成象時應滿足以下四點：1、物面上每

32、一物點均成一清晰象點；2、所有象點均位于同一垂軸平面上；3、各對物象共軛點的橫向放大率均為同一常數；4、象的各部分應保持與物的對應部分有相同的色彩。 如果以上任何一點不滿足，都不能成為理想象。 實際所成象與理想象之間的差異稱為象差。 采用單色光成象時的象差有：球差、彗差、象散、場曲、畸變。結果：象面上出現頂部明亮、尾部暗淡的彗星狀光斑，無法獲得清晰的象。二、彗差（近軸物寬光束）二、彗差（近軸物寬光束）產生原因：當系統消除球差后，各象點可位于同一平面內，但不交于一點。結果：空間離散象點不能形成清晰的整體象。三、像散（遠軸物窄光束）三、像散（遠軸物窄光束）產生原因：折射后的光束在空間交于兩條互相垂

33、直的線段子午象線和 弧矢象線上，不能形成理想象點。 結果：在任何位置得到的均為大小不同、照度不勻的彌散光斑， 無法獲得清晰的象。一、球差（近軸物寬光束）一、球差（近軸物寬光束）產生原因：折射、反射面為球面，象點非唯一確定。結果：物點位于軸上時，不同波長的近軸光成象于軸上不同點， 產生縱向色差；物點位于軸外時，因距軸遠近不同而具 有不同的橫向放大率，產生橫向色差。六、色差六、色差產生原因：介質的折射率隨波長不同而發生變化。結果：象屏在任意位置均只能使一部分為清晰象，其余部分模糊。四、彎曲（遠軸物窄光束）四、彎曲（遠軸物窄光束）產生原因：較大發光平面成象后象面不為一垂軸平面，而為一回轉平面。結果：

34、物象不能保持幾何相似，雖然清晰但不是理想象。五、畸變（遠軸物窄光束）五、畸變（遠軸物窄光束）產生原因：距主軸不同位置的物體成象時的橫向放大率不同。4.10 4.10 助視儀器的分辨本領助視儀器的分辨本領一、分辨本領一、分辨本領 幾何光學觀點：對無像差系統，由于物像共軛性，每一個物點都能成一 個清晰的像點，即：物面上任何微小的細節都能在像面上 清晰反映出來； 波動光學觀點：光束總會受到系統的有限大小的有效光闌的限制，像點 應是物點的衍射花樣。所以，在像面上清晰地反映物面 的細節是不可能的。 物點所成像點就是衍射圖樣中的中央條紋或愛里斑。 光斑重疊部分的光強度將是兩衍射光斑各自光強度的簡單相加 （非相干疊加），如下圖示：設：有兩個發光強度相等的獨立發光點，經無像差系統成像。 當兩發光點較遠時，像面上兩像點（即愛里斑）可清晰區分； 隨著距離的縮小，兩像點（即愛里斑）將逐慚發生重疊。PQLPQU1UPQLPQ1UPQLPQ1U74%清晰分辨清晰分辨剛好能分辨剛好能分辨不能分辨不能分辨兩物點距離變小1、瑞利據判： 象面上的合成照度曲