光学第4章 光学仪器的基本原理.ppt

作业： 4.10 一双凸透镜两球面的曲率半径均为100cm，一高为2cm的物体在光轴上距透镜20cm，透镜材料折射率为n0=1.5，物方为空气，n=1，像方为水，n’=1.33，求： （1）透镜的焦距； （2）物体经透镜所成的像（位置及大小）； （3）作光路图。 随堂测验： 习题课（处理作业题） 例： f1‘=0.2cm，f2’=1.5cm，l=18cm 作业： 4.6 4.5 望远镜的放大本领（Amplifying power of telescope） 对望远镜像空间的观察 对物空间的观察 原理：把远处的物体移近，增大视角，以利于观察。 望远镜： 物镜 目镜 反射镜（反射式望远镜） 透 镜（折射式望远镜） 会聚透镜（开普勒望远镜） 发散透镜（伽利略望远镜） 1．开普勒望远镜（Kepler telescope） 两个会聚薄透镜所构成的天文望远镜，物镜像方焦点F1’ 结构： 和目镜的物方焦点F2重合。 光路： 远物Q经物镜会聚于Q’，再经目镜后成像Q”位于无限远处。 不用望远镜， 物镜的焦距f1’越长，目镜的焦距f2’越短， 结论 则望远镜的放大本领就越大，M为负值，故形 成的是倒立的像。 望远镜的放大本领： 2．伽俐略望远镜（Galileo telescope） 发散透镜作目镜，会聚透镜作物镜，物镜的像方 结构 焦点和目镜的物方焦点重合。 U? 远物Q射来的平行光束，经物镜会聚后，原来应成 实像于Q’, 这对于目镜来说应作虚物，最后成正立像 P”Q”于无穷远处。 光路 U? M 不用与用望远镜时的视角分别为 故 U? 结论 伽里略望远镜物镜的像方焦距为正，目镜 的像方焦距为负，放大本领为正值，故形成正 立的像。 开普勒望远镜（或伽利略望远镜）的物镜和目镜 所组成的复合光具组的光学间隔等于零，这样的 光具组叫做望远光具组。 特点： 平行光束入射时，出射的仍是平行光束，但方向改变。 整个光具组的焦点和主平面都在无限远处。 开普勒望远镜 伽利略望远镜 视场较大 视场较小 能在目镜的像方 焦平面上放置叉 丝或刻度尺 不能 镜筒较长 镜筒较短 3．反射式望远镜 结构 大型天文望远镜的物镜是 消色差，校正球差。 用孔径大的反射镜制成的。 特点 类型和光路图 牛顿式: AB（抛物面）CD（平面）目镜 格雷戈里式: AB（抛物面）CD（椭球面）目镜 卡斯格伦式: AB（抛物面）CD（双曲面）目镜 施密特物镜: CD（校正镜）AB（凹球面） 哈勃: 主镜（双曲面）副镜（双曲面） 4．激光扩束器 倒装望远镜 4.6 光阑光瞳（diaphragm pupil） 1．光阑的概念 光学元件的边缘，或者一个具有一定形状 的开孔的屏，称为光阑。 透镜的边缘其实就是光阑。 有效光阑的寻求 实际起着限制光束作用的是透镜L2的边缘。 2．有效光阑 和光瞳 已知：透镜L1、L2， 物点Ｐ 求：情况（a） L2为有效光阑。 口径为D，间距为d， 已知：透镜L1、L2， 物点Ｐ 口径为D，间距为d， 求：情况（b） 实际起着限制光束作用的是透镜L1的边缘。 L1为有效光阑。 所以，有效光阑是限制入射光束最 起作用的光阑，它和物点位置有关 有效光阑的寻求 孔径光阑 设B为有效光阑。 则它被自己前面部分的光具组（图中为L1）所成的像B’为入射光瞳；它被自己后面部分的光具组（图中为L2）所成的像B”为出射光瞳。B’和 B”对整个光具组是共轭的。 光瞳？ B’ 3．有效光阑和光瞳的计算 求：对发光点P的有效光阑。 实例1 P处在物方焦点F处。 已知：透镜L、光阑AB构成的光具组， 　 ， 解：先讨论怎样决定边缘 设想A点经透镜L所形成的 的延长线上，所以由光阑AB通过透镜L所成像A’B’ 的位置，便可确定FM和FN的夹角，因此通过整个 光线FM与FN之间的夹角u 像为A’，显然A’是在FM 光具组的光束顶角u，等于光阑像A’B’对发光点P所 张的顶角。 uL为透镜边缘对同一发光点P所张的顶角。 因为通过整个光具组的光束的顶角u等于光阑像 则AB是限制入射光束最起作用的光阑。 A’B’对发光点P所张的顶角。由于 ，故 所以AB为光具组对于F点的有效光阑。 A’B’为入射光瞳，AB为出射光瞳。 实例2 若P点在焦距以内，因为通过光阑AB的光 束的顶角u仍小于透镜边缘对P点的张角，即 故AB仍为有效光阑 A B F P A’ B’ M N u uL 有效光阑的确定：（共5条） 结论 （1）先求出每一光阑由其前面光具组所成的像； （2）找出所有这些像和第一个透镜边缘对指定的物