第三章.光学仪器的基本原理.ppt

第3章 光学仪器的基本原理 * 照相物镜的相对孔径：入射光瞳直径D与物方焦距f的比值D/f 。 结论： 相对孔径大小与照相物镜的光圈（孔径光阑）直径大小成正比，与物镜焦距成反比。对于给定焦距的物镜，其光圈孔径越大，像面照度越大。从而对同一种感光介质而言，所需要的曝光时间越短。 一般情况下，|V|1，上式可简化为 (2.7-6) 物体相距较远时，照相物镜的像面照度正比于其相对孔径的平方，而与物体的位置及横向放大率无关。给定物体和照相物镜时，参数kB0唯一确定。改变照相物镜像面照度的有效途径是改变其相对孔径的大小。 第3章 光学仪器的基本原理 * 光圈数：相对孔径的倒数，即f/D。所谓光圈数为5.6或F5.6，f/5.6，即表示相对孔径为1:5.6。光圈数越大，表明相对孔径越小，允许透过物镜的光通量越小，因而像面照度越小。 快门速度：曝光时间的倒数 。由于像面照度正比于相对孔径的平方，故光圈数减小21/2倍，像面照度将增大1倍，所需曝光时间将减小一半（快门速度增大1倍）。 照相机物镜上刻度数字的含义： 数字：1、1.4、2、2.8、4、5.6、8、···→光圈数 数字：1、2、4、8、16(15)、32(30)、64(60)、125、250、··· →快门速度 意义：相邻两档光圈数的比值等于21/2，而相邻两档快门速度的比值为2，或快门时间的比值为1/2。 2 光学成像的几何学原理 2.7 几何光学仪器原理 2.7.1 成像仪器 ③ 光圈数与快门速度 第3章 光学仪器的基本原理 * ④ 光圈与景深的关系 光圈的大小控制着成像光束的入射及出射孔径角的大小。孔径角越小，系统的轴向放大率越小，因而物空间成像的纵向范围越大，即景深越大。此外，景深的大小还与被摄物的相对位置有关，物的位置越远，则景深越大。 注意：物距较小、横向放大率较大时，如V=-1，则 结论：相同光圈数条件下，拍摄近距离物时的像面照度小于拍摄远距离物时的像面照度，因而需要较长的快门时间。 第3章 光学仪器的基本原理 * 结构组成：照明光源、聚光器和放大物镜 结构特点：倒置的照相机，s≈f ，V≈-s/f =-s/f 图2.7-4 放大机结构 反光镜 聚光器 光源 物镜 P2 P1 P2 P1 Q 投影屏 (2) 放大机（幻灯机、投影仪、电影放映机） 第3章 光学仪器的基本原理 * 第4章 光的电磁理论 内容框架 麦克斯韦方程组 波动方程 时谐平面波 时谐球面波 时谐柱面波 实际光波 光的电磁特性 第3章 光学仪器的基本原理 * 第4章 光的电磁理论 教学要求: 了解光的电磁理论、电磁场的波动性； 掌握光波在介质中的传播速率、介质折射率的物理意义及其表达式； 理解时谐均匀平面光波场的时间、空间特性，以及描述平面简谐光波的数学表达式（实数和复数）中各项参数的物理意义； 第3章 光学仪器的基本原理 * 第4章 光的电磁理论 掌握光强的概念和计算相对光强的方法； 理解菲涅耳公式的表达式以及它们所描述的物理内容，掌握利用菲涅耳公式计算光波在介质界面上折射、反射时光波振幅、强度、能流的方法，理解反射时的半波损失现象； 第3章 光学仪器的基本原理 * 第4章 光的电磁理论 掌握光波的布儒斯特定律和全反射定律。 了解光的频谱概念。 了解球面波可视为平面波的条件。 第3章 光学仪器的基本原理 * 第4章 光的电磁理论 思考题 光波的电磁特性 时谐平面波的数学描述（实数、复数） 研究时谐平面波的意义 光波的反射、折射的规律 布儒斯特角、全反射临界角的物理意义 相速与群速的概念及其关系 光波拍频现象的应用价值 球面波过渡到平面波的条件 谢谢大家！ 感谢您的观看！ * 光学仪器的三个要素：放大本领、聚光本领和分辩本领 分辩本领仍需要用衍射理论才能解决。 * 光学仪器拓展了人们的视野 显微镜为人类打开了“近在眼前”的微小世界的大门，望远镜则帮助人类揭示了“远在天边”的星球世界的奥秘。 助视仪器，放大视角、测量角度和长度 成像仪器，用于像的记录、缩放、显示　（照相机倒过来就是放大机，光源、聚光、放大物镜） 分光仪器，用于光谱分析 光光仪器的三个要素：放大本领、集光本领（几何光学）、分辩本领（衍射效应） * 傍轴光学的几何方法 * 人眼作为一种成像光学仪器　具有高度的准确性、极高的灵敏度、精密的分辩能力、高度的自适应性和简洁的结构等特点，但也有很大的局限性　助视仪器弥补其不足。 目视光学仪器　用眼睛来观察的光学仪器 两大部分　光学成像系统　感光层 眼睛比摄影系统复杂得多，除有一套自动调节机构外，还能将光携带的信息转化成神经电讯号，并经初步加工处理，传至大脑。 外部物在视网膜上成倒像　神经系统的“自动校正”后产生正立的感觉　 * 简化眼模型　从光学角度讨论眼的成像特