計(jì)量光學(xué)技術(shù) 放大鏡和視角放大率

2.1助視儀器放大率、目鏡引言：

1、復(fù)色光經(jīng)透鏡折射，不同波長(zhǎng)的光折射率不同，同一物點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同像點(diǎn)，產(chǎn)生色差。2、單色光作光源，s′=s′（u），非近軸物非近軸光線產(chǎn)生像差。像差和色差都嚴(yán)重破壞像之清晰程度。另外，如果從能量方面考慮，進(jìn)入光具組的光束不宜過(guò)窄；而且為了使視場(chǎng)廣闊，物體也不宜限于近軸范圍以內(nèi)，像之清晰程度與能量聚集程度和視場(chǎng)廣闊程度之間存在矛盾。3、光束受限制，產(chǎn)生衍射，一個(gè)物點(diǎn)成像一個(gè)光斑，不易分辨。清晰度與細(xì)節(jié)分辨程度之間存在矛盾。實(shí)際光學(xué)儀器放大本領(lǐng)聚光本領(lǐng)分辨本領(lǐng)兼顧人獲取的外界信息80%~90%來(lái)自眼睛！俗話說(shuō)：眼見為實(shí)！

§1人眼的光學(xué)特性交叉點(diǎn)有黑點(diǎn)?這些都是平行線?中間是一個(gè)圓?中間的圓是一樣大的?圖案是否在旋轉(zhuǎn)？一、眼睛的結(jié)構(gòu)人眼的構(gòu)造剖視圖人眼本身相當(dāng)于攝影光學(xué)系統(tǒng)，直徑約25mm，重量：約7克人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜*鞏膜是眼球的第一層保護(hù)膜，白色、不透明、堅(jiān)硬；角膜*角膜是鞏膜的最前端部分，無(wú)色而透明；厚度：0.55mm,折射率：1.3771人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜前室：角膜后的空間，充滿了折射率為1.336的透明水狀液脈絡(luò)膜前室人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜脈絡(luò)膜虹膜*虹膜是脈絡(luò)膜的最前端部分，含有色素細(xì)胞，決定眼的顏色；*瞳孔是虹膜中間的小孔，隨著外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直徑在2~8mm范圍內(nèi)變化；它是人眼的孔徑光闌。鞏膜角膜脈絡(luò)膜虹膜瞳孔鞏膜角膜脈絡(luò)膜虹膜瞳孔網(wǎng)膜網(wǎng)膜是眼球的第三層膜，上面布滿著微血管和感光元素，即錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞，錐狀細(xì)胞直徑約5微米，長(zhǎng)約35微米；桿狀細(xì)胞直徑約2微米，長(zhǎng)約60微米。光敏細(xì)胞錐狀細(xì)胞（主司白晝視力和色覺）桿狀細(xì)胞（主司夜間視力）紅綠藍(lán)在黃斑處是錐狀細(xì)胞的密集區(qū)而沒有桿狀細(xì)胞，由中心向外，錐狀細(xì)胞逐漸減少桿狀細(xì)胞逐漸增多。鞏膜角膜

脈絡(luò)膜眼睛的像方節(jié)點(diǎn)與中心凹的連線為眼睛的視軸,在觀察物體時(shí)眼睛本能地把物體瞄準(zhǔn)在這根軸上。虹膜瞳孔網(wǎng)膜

黃斑中心凹

盲斑晶狀體前室后室光軸視軸眼睛的視場(chǎng)很大，可達(dá)150?，但只有黃斑附近才能清晰識(shí)別，其他部分比較模糊，所以能看清物體的角度范圍為6~8?。水晶體?視網(wǎng)膜瞳孔鏡頭底片光圈??可以自動(dòng)對(duì)目標(biāo)調(diào)焦。根據(jù)景物的亮暗自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入眼睛的光能量。在視網(wǎng)膜上成倒像人眼特點(diǎn)：二、簡(jiǎn)化眼從上頁(yè)圖看出：人眼是一個(gè)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(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)（光具組）。它能在視網(wǎng)膜上清晰成像。它是一個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)有精密的光學(xué)儀器。其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。在許多情況下將其簡(jiǎn)化成如下的模型：高爾斯特蘭簡(jiǎn)化眼FOF‘光心三、人眼的調(diào)節(jié)功能1、定義：為使不同距離的物體都能在視網(wǎng)膜上成清晰像而改變眼睛的焦距的過(guò)程。人眼的調(diào)節(jié)方式有兩種：自動(dòng)調(diào)節(jié)（自調(diào)節(jié)）和被動(dòng)調(diào)節(jié)（矯正）。2、自調(diào)節(jié)：正常人眼靠睫狀肌的松馳或緊張來(lái)改變晶狀體的曲率半徑，從而改變?nèi)搜劢咕嗟倪^(guò)程。是人眼自動(dòng)完成的。說(shuō)明：①自調(diào)節(jié)有一定的限度：近點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)之間。遠(yuǎn)點(diǎn)：人眼能看清楚的最遠(yuǎn)點(diǎn)。人眼看遠(yuǎn)點(diǎn)處的物體時(shí)，睫狀肌處于完全松馳的狀態(tài)，晶狀體曲面的曲率半徑最大。近點(diǎn)：人眼能看清楚的最近點(diǎn)。人眼看近點(diǎn)處的物體時(shí)，睫狀肌處于最緊張的狀態(tài)，晶狀體曲面的曲率半徑最小。②人眼疲勞程度與睫狀肌的松緊程度有關(guān)：看遠(yuǎn)物時(shí)，肌肉松馳，不易疲勞；看近物時(shí)，肌肉緊張，容易疲勞。③近點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)和調(diào)節(jié)范圍隨年齡的增長(zhǎng)而變化；近點(diǎn)變遠(yuǎn)：幼年—7~8cm；中年—25cm；老年—1~2m。遠(yuǎn)點(diǎn)變近：幼年—無(wú)限遠(yuǎn)；老年—數(shù)米。隨年齡的增長(zhǎng)，肌肉老化，自調(diào)節(jié)范圍變窄。適當(dāng)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(xì)節(jié)。稱25cm為明視距離。因此，在設(shè)計(jì)和使用助視儀器時(shí)一般都使虛像成于明視距離、無(wú)窮遠(yuǎn)處或其間的某一位置處。3、人眼的缺陷及矯正——被動(dòng)調(diào)節(jié)：外加輔助儀器改變焦距的過(guò)程。具備完善的自調(diào)節(jié)功能的人眼稱為正常眼；反之，稱為非正常眼。①近視眼：遠(yuǎn)點(diǎn)在有限遠(yuǎn)處的人眼。特點(diǎn)：晶狀體曲率半徑比正常眼小，外形凸出；像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜前，焦距短。POF‘OF‘遠(yuǎn)點(diǎn)矯正前P‘OF‘遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)物矯正后[例]一個(gè)遠(yuǎn)點(diǎn)為0.2m的近視眼戴上眼鏡后遠(yuǎn)點(diǎn)可恢復(fù)到無(wú)窮遠(yuǎn)。求所戴眼鏡的光焦度。②遠(yuǎn)視眼：近點(diǎn)比正常眼遠(yuǎn)的人眼特點(diǎn)：晶狀體曲率半徑比正常眼大；像方焦點(diǎn)在視網(wǎng)膜后，焦距長(zhǎng)。OF‘明視距離OF‘近點(diǎn)矯正前明視距離OF‘近點(diǎn)矯正后明視距離OF‘近點(diǎn)[例]求一個(gè)近點(diǎn)為125cm的遠(yuǎn)視眼所戴眼鏡的光焦度.③散光眼：角膜為橢球面的人眼。也稱為像散眼。由于橢球有兩個(gè)對(duì)稱平面，分別包含長(zhǎng)、短軸，因而具有兩個(gè)不同的焦距。主軸上的一個(gè)物點(diǎn)將成兩條像線?！裆?。矯正方法：戴柱面透鏡。利用其像散作用，與散光眼的像散相抵消。近視（或遠(yuǎn)視）+散光：戴一付一面為球面、一面為柱面的透鏡。球面用于矯正近（遠(yuǎn)）視，柱面用于矯正散光。四、人眼的視角定義：被觀察物對(duì)人眼光心的張角稱為人眼的視角。FOF‘QPQ’P‘人眼對(duì)物體大小的感覺是以該物體在視網(wǎng)膜上所成像對(duì)光心所張角度的大小衡量的。表達(dá)式：FOF‘QPQ’P‘說(shuō)明：A、在人眼的可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)人眼對(duì)物體大小的感覺取決于其在視網(wǎng)膜上像的大小，因而取決于視角U的大小，當(dāng)U＜1‘時(shí)，人眼已無(wú)法區(qū)分了?！嘁磺兄晝x器設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就是增大人眼的視角.§2助視儀器的放大本領(lǐng)助視儀器：幫助人眼（正常、非正常）看清物體（遠(yuǎn)、近、大、?。┑墓鈱W(xué)儀器。一、放大本領(lǐng)1、定義：如右圖示POQ’P‘QH’HU’OPQU物體PQ經(jīng)助視儀器成虛像P‘Q’，再經(jīng)人眼成像于視網(wǎng)膜上，其像長(zhǎng)為；去掉助視儀器后將同一物體置于原虛像所在處，對(duì)人眼直接所成像長(zhǎng)為，則兩個(gè)像長(zhǎng)的比值稱為該助視儀器的放大本領(lǐng)。用M表示。2、說(shuō)明：①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(yuǎn)鏡：無(wú)窮遠(yuǎn)處。③由上式可看出：助視儀器的作用就是增大人眼視角，從而改善和擴(kuò)展視野。④注意放大本領(lǐng)與角放大率的區(qū)別。②在近軸條件下即：M等于兩視角之比S’POQ’P‘QH’HU’OPQU二、放大鏡1、定義：幫助人眼看清微小物體及其細(xì)節(jié)的助視儀器。2、放大本領(lǐng)：

Q`P`y`PQyFLO-f-s`U‘OyQPU‘使用放大鏡的視角：未用放大鏡的視角：以最簡(jiǎn)單的放大鏡--凸透鏡為例:簡(jiǎn)單放大鏡的放大本領(lǐng)：作用：將被觀察物體成一放大虛像，從而增大其對(duì)人眼的視角，并非將物體移近。§3目鏡一、目鏡從上節(jié)知，放大鏡是一種通過(guò)直接放大實(shí)物達(dá)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(xué)系統(tǒng)所成像的放大鏡。性質(zhì)：放大鏡。由復(fù)合透鏡組構(gòu)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、具有較高的放大本領(lǐng)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(gè)或多個(gè)透鏡組合而成。復(fù)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(guò)放大物鏡所成的像達(dá)到磁大人眼視角的目的。2、結(jié)構(gòu)：場(chǎng)鏡+視鏡+（分劃板或稱刻度尺）場(chǎng)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(dòng)叉絲的透明刻度尺，用于提高測(cè)量精度二、常用目鏡：惠更斯目鏡和冉斯登目鏡1、惠更斯目鏡⑴結(jié)構(gòu)：如圖示①②③①②③⑵特點(diǎn)：場(chǎng)鏡、視鏡均為同種材料的平凸透鏡，且均以凸面朝向物體。

場(chǎng)鏡焦距為視鏡焦距的3倍，兩透鏡光心之間的距離為視鏡焦距的2倍，所以場(chǎng)鏡視鏡的象方焦點(diǎn)重合。光路圖：如上圖