w
目镜Le
Fo Fe w y
fo
fe
伽利略望远镜
w w´
物镜Lo
Fo Fe
y
目镜Le
伽利略望远镜用发散透镜作目镜，物镜的像方焦点仍和 目镜的物方焦点重合。 -y’ 是物镜的实像，是目镜的虚物。 最后成正立的虚像（无穷远），增大了视角。
tan w tan w f o f e
物镜Lo
y
Fo

Fe
y
w
目镜Le
Fo
y
2.2 显微镜的分辨本领
由于放大的目的最终为了分辨细节，所以显微镜除应 有足够的放大本领外，还要有相应的分辨本领。 由于光的衍射, 即使光学仪器的像差得到很好的校正， 点物也不能形成点像. 而是形成一个光斑（艾里斑）， 这就有了光学仪器的分辨本领．
2.1 显微镜的放大原理 显微镜是由两个会聚系统组成。两会聚系统可以视 为两个正透镜。靠近物体的叫物镜（焦距很短）,靠近人 眼的叫目镜。 目镜Le 物镜Lo
y
Fo
Fe
y
Fo
y
w
Fo Fe f o, f e
光学间隔
通过目镜看物镜的像，目镜相当于放大镜. 最后像所张的视角，也是 中间像所张的视角:
在要求不高的情况下，常采用显微镜的物镜作为扩束 器使用。
F1
§4 光谱仪器分类和基本性能
4.1 4.2 光谱仪器分类 色散光谱仪的基本性能参数
4.1
光谱仪器分类
光谱仪：将混合光按不同波长分成谱的光学仪器。
光谱仪由三部分组成：照明系统、分光系统和接 收系统。分光系统是光谱仪的核心部分。
光谱仪按分光原理可分成三类：棱镜光谱仪、光栅 光谱仪和干涉光谱仪。 光谱仪按用途可分成三类：分光计、摄谱仪和单色仪。
像方焦距和物方焦距
f
n
,
f
n
1 p 1 f
p p
凸透镜：f ´ > 0 凹透镜：f ´ < 0
空气中的薄透镜（ n = n’ = 1.0 ）
f 1 , f 1
1 p

空气中薄透镜成像横向放大率

np n p

薄透镜成像规律
凸透镜：
物
在2F外侧 在2F处 在2F与F之间 在F处
§1 §2 §3 §4 §5 放大镜 显微镜 望远镜 光谱仪器分类和基本性能 棱镜、光栅和F-P干涉仪的分光性能
投影仪器、照相机、眼睛都相当于一凸透镜，使 物体成一倒立的实像。
投影仪器： 物体（画片）放在物方焦
面附近，成放大、倒立的实像。 F
p f,

p p

p f
照相机：物体（景物）较远，像平面（感光片）在像
其中:

y y
, 是物镜的横向放大率
Me 25cm f e
是目镜的视角放大率

y y

p p

f o
25cm f o f e
M
tan w tan w
Me
光学显微镜可以看清 0.1 微米的结构，常用于观察 细胞的结构、动植物的组织、金属的结构等。
即
M
tan w tan w

25cm f
y
y
F
25cm
w
f
F
由于像差等原因，放大镜的放大本领只能达到几倍。 如 2 .5 , 3
为了减少像差，常采用目镜。 目镜通常由不相接触的两个薄透镜(复合透镜)组成。 目镜等效于一块正透镜的放大镜，目镜放大本领在 20 左右。

§2 显微镜
像
倒立、缩小、实像 倒立、等大、实像 倒立、放大、实像 平行光，无像
在F内侧
凹透镜： 正立、缩小、虚像
正立、放大、虚像
11. 光阑
光阑的作用： 1）提高成像质量 2) 控制通光量 3) 限制成像范围
4) 拦截有害的散射光
景深，像差，作图法确定光阑（孔径光阑或者视场光阑）
第 六 章 成像仪器与光谱仪
x w 25cm 0.1mm
考虑眼睛内玻璃状液的折射率n=1.33，眼睛内的角度为：
1.22

nD
2.19 10 rad
4
视网膜与瞳孔的距离约为2.2cm，则视网膜上所成的艾里 斑的半径为： 2.2cm 5 m
1.2
放大镜的视角放大率
正透镜是最简单的放大镜。作用是放大视角。 物放在距人眼 25cm远处,对人眼张角为wLeabharlann 显微镜的分辨极限y
被观察的物面上刚能被分辨出的两物点之间的 距离来表征（推导略）：
y 0.61 n sin u
显微镜的分辨极限 y 正比于波长， 反比于物镜的数值孔径 n sin u
物镜
目镜
y n物镜的物方折射率， u入射孔径角 显微镜的最小可分辨距离不能小于半个波长
光学显微镜（分辨极限 ~ 几百nm） ：比人眼提高几百倍； 电子显微镜（分辨极限 ~ 零点几nm）：比光学显微 镜又提高几千 倍。 电子显微镜有更高的放大本领和分辨本领。能看到原子。 第一代：光学显微镜 第二代：电子显微镜
方焦面附近，成缩小、倒立的实像。
p f ,
F’

p p

f p
§1
1.1
放大镜
人眼的视角和最小可分辨角
1.2
放大镜的视角放大率
1.1
人眼的视角和最小可分辨角
眼睛：在视网膜上形成缩小、倒立的实像。眼睛的物、
像方介质折射率不相等。 人眼的调节：人眼是一种精巧的变焦距系统。观看远处 物体时焦距最大，观看近处物体时焦距缩短，使像成在 视网膜上。
f 是物镜的焦距
它和物镜的相对孔径
D / f 成反比，和波长成正比。
物镜
y
0
0
F1 F2
目镜
3.2
激光扩束器
采用倒置的望远镜作为扩束器。即前一透镜的焦距较 短，后一透镜的焦距较长。 一束较窄的平行光束（激光束）经扩束器后，成为截 面较大的平行光束（激光束）。
F1 F2
F1 F2
n
i
n

i
y
P
•
u
O
u
C
y
•
P
p
r
p
（2） 角度
以光轴或法线为始边，沿小于 的方向旋转， 顺时针为正，逆时针为负．
n
i
n

i
y
P
•
u
O
u
C
y
•
P
p
r
p
5. 单球面折射
n p

n p

n n r
物方焦点 像方焦点
折射球面的光焦度, 它表征系统对光线 的曲折本领.
tan( w) y 25cm y f e
像所张的视角:
tan( w)
y 25cm

y f e
tan w y 25cm
而物体直接放在明视距离处所张的视角:
y
w
25cm 显微镜的视角放大率M（放大本领）为
y 25cm M Me tan w y / 25cm y f e tan w y / f e

n n r
光焦度的单位为屈光度， 1屈光度=1米-1。
0 为会聚系统， 0 为发散系统， = 0 为无焦系统.
n
i
n

i
y
P
•
u
O
u
C
y
•
P
p
r
p
6. 高斯公式
f p

f p
1
7. 牛顿公式
xx ff
n
n
P

x
F
0
f
第一章 几何光学 复习
1. 折射定律、反射定律：n1sinθ1=n2sinθ2
n1 c v1
全反射：光纤、五棱镜、海市蜃楼等等。
2. 费马原理： 可以取极大、极小或者常量 3. 物和像： 1）实像和虚像

ndl 0
2）理想光学系统 （现实中很少有理想光学系统） 3）物方空间、物方折射率、物方焦距等等
o
po po 164 4 .1 40
M oM
是放大的倒立像
(40) 20 800
显微镜的总的放大本领
e
§3 望远镜
3.1
3.2
望远镜的放大率和分辨本领
激光扩束器
3.1
望远镜的放大率和分辨本领
开普勒望远镜物镜、目镜均为会聚系统，可以等效 为两个正透镜. 目镜Le 物镜L
2.1 2.2 显微镜的放大原理 显微镜的分辨本领
复杂的助视光学仪器都是由“物镜”和“目镜”两 组透镜组成。面向物体的一组称为物镜，接近眼睛的一 组称为目镜。
增大视角的途径： （1）常用显微镜来观察细小的东西，将物体放大，以增 大视角。 （2）用望远镜来观察远处的物体（如天体），将物体拉 近，以增大视角。
o
w
Fo Fe w y
tan w
fo
y f o
fe
tan( w)
y f e
物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合。 -y’是物镜的倒 立实像，在目镜的前焦面上。最后成倒立的虚像(无穷远)，增 大了视角。
tan w
y f o
,
tan( w)
解：显微镜的物镜成像公式
f o 4 m m ,
po f o p o f o p o
1 po 1 po 1 f o