眼睛、望远镜、显微镜的放大率与分辨率

一、引言望远镜和显微镜是两种最基本而普遍的光学助视仪器,在设计制造和实际应用时,一定要知道它们的放大率和分辨率是多少,这里特别指出,放大率与分辨率不是两个孤立的数值,而是彼此密切关联、互相配合,从而决定了仪器的主要性能的两个数值。关于放大率方面,请参阅本刊1956年4月份“望远镜、放大镜和显微镜成像的位置与放大率”一文,这里不再重复。本文着重讨论分辨率以及放大率与分辨率的关系,由于在讨论中必然要牵涉到眼睛的分辨率,因此对眼睛的光学系统也略加叙述;最后对一般读者可能发生的疑问,列举数点,简单的加以说明。如果读者有兴趣深人研究,可继续阅读文后提供的几种参     

望远镜、放大镜和显微镜成像的位置与放大率

由于眼睛构造的自然条件,我们的视力是有一定限度的,因此在日常生活中,我们制造光学仪器来辅助眼睛,扩大视力的范围。这类仪器称为助视仪器。为了不同的使用目的,现代光学仪器的制造,是多种多样的。望远镜,放大镜和显微镜是光学仪器中常用的基本助视仪器。在一般的物理学课本上,对这三种仪器的构造原理,都有说明。但不同的课本所讲的内容,并不完全一致,有的解释似不够全面和清楚。最近许多读者来信,对上述三种仪器的成像和放大率提出问题,因此我们认为有必要就成像的位置和放大率这两方面,作一个比较全面的讨论。     

厄米-高斯光束在内含硬边光阑光学系统中的传输

把硬边光阑从复杂光学系统中“移”出来,即把任意一个含有硬边光阑的复杂光学系统体现到含有入射光瞳和出射光瞳的光学系统中，使硬边光阑的作用转化为出射光瞳的作用，以便求出观察面上的解析解。对入射面上的二维厄米 高斯光束，利用柯林斯公式和入射光瞳与出射光瞳的物像关系，可得到所要求观察面的场分布和解析结果，通过数值模拟验证了其正确性。通过分析计算得到如下结论：对于任意一个含有硬边光阑的复杂光学系统，都可以把光阑的作用从系统中“移”出来，把其看作是出射光瞳的作用，从而可以较为简便地求出观察面上的场分布。     

傅里叶变换光学基本原理讲座 第八讲 点扩展函数与光学传递函数

一、关于光学系统的象质评价问题 对于显微镜、望远镜、照相机一类光学仪器,人们要求它们尽可能完善地成象,即要求象面上的光强分布尽可能准确地反映物面上的光强分布.怎样评价象质的优劣,这是一个很复杂的问题.在几何光学中,人们用光线追迹的手段,研究各种几何象差.但在实际成象过程中,即使是较简单的三级象差理论给出的五种象差,也是同时并存的.人们又曾在波动光学中根据衍射的理论讨论过仪器的象分辨本领,用能分辨测试板上两条刻线的最小极限距离来衡量镜头的好坏.然而实际问题是复杂的,镜头某一两个简单的指标都不足以全面地评价它的性…     

关于望远镜成象的大小与远近的说明

高中物理课本第三册§110“望远镜”中,对于望远镜为什么可以帮助我们看清远处物体的问题,是从视角的大小来说明的。例如开普勒(天文)望远镜,课本在介绍了成象的光路图以后指出,用这种望远镜观察天体时的视角,显然比用肉眼直接观察时的视角大:“视角增大了,我们就觉得物体距我们近了”。又例如伽利略(观剧)望远镜,课本中也说,用这种望远镜观察物体时的视角,“比用肉眼直接观察时的大了”。     

如何检查学生实验中的调焦情况

辅导大学物理实验时,常常发现学生使用光学助视仪器(读数显微镜、望远镜)时,还没有严格地调焦,就对一个模糊的物象进行观测,致使测量结果误差很大。作为实验辅导教师,应该及时发现这个问题,并帮助学生正确调焦。可是由于每个人眼睛的视力确有差别,对一台经过仔细调焦的光学仪器,不同的人来观察,完全可能得到不同的清晰感觉,所以我们还不能简单     

分光计调整方法的改进

分光计的调整是光学实验中的一个赡点。本文介绍的分光计调节方法的基本依据是： “调节望远镜的光轴垂直于仪器转轴”和“调节待测光路平面垂直于仪器转轴”。     

分形—它的应用与进展讲座第五讲 如何测量分形维数

在传统的欧几里德几何中研究的结构,比如正方形、圆、直线、柱体等,都可以用一定的特征长度来完全描述.比如知道圆的半径,就可以画出来.对于自然界的几何结构,象树、云、山脉、波浪、海岸线等,都是不规则的,没有特征长度,如何来定量特征这些结构呢? Mandelbrot发现在这些不规则结构中有一类非常普遍的结构,从不同的尺度范围来看,它们与整体是自相似的[1,2].比如树,它的一支树枝与整体是自相似的.用放大镜来观察水中的旋涡与不用放大镜时看到的相似.望远镜中看到的云的那部分与不用望远镜时看到的整块也是相似的.对于这种实际的客体,用自相…     

谈谈地面大型天文望远镜

观测天体的重要手段是天文望远镜。自从1609年伽利略自制天文望远镜成功,约400年来,望远镜早已从小型手控的发展到由计算机控制的庞大复杂的天文仪器。随着望远镜在各方面性能的不断改进和提高,天文学也正经历着巨大的飞跃,迅速推进着人类对宇宙的认识。在过去的一百年中,“世界上最大的天文望远镜”的称号曾几易其主。从美国威尔逊山上的胡克望远镜,到雄据宝座达50年之久的帕洛马天文台口径5米的海尔望远镜,再到夏威夷莫纳克亚山上口径10米的一对凯克望远镜,     

空间太阳极紫外(EUV)成像望远镜

太阳极紫外和X射线成像观测是空间天气研究的重要内容,空间太阳极紫外(EUV)成像望远镜是为空间天气研究和预报研制的仪器。介绍了国内外太阳极紫外和X射线成像的发展状况,在此基础上引入19.5nm成像观测的科学目标。阐述了望远镜光学系统和成像相机传感器的设计。前者包括光学结构和基本参数、光学窗口的选择、多层膜设计、光学系统仿真结果;后者包括两种不同成像传感器的对比和选择、控制系统的设计。     

用于空间目标偏振探测的望远镜系统偏振分析

基于地基大口径自适应望远镜构建成像偏振探测系统,可以同时获取空间目标的光强和偏振图像,将光强信息和偏振信息相结合,能为空间目标的探测和识别提供更多依据。现有的1.23m自适应望远镜在设计时并未采用保偏设计,在开展观测研究前需得到光学系统的偏振传输特性。但目前难以直接对大口径望远镜进行偏振标定,为了分析1.23m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性,基于相干矩阵和光线追迹法建立了望远镜系统偏振传输特性分析模型。仿真得出了1.23m自适应望远镜光学系统的偏振传输特性,发现光学系统会引入较大的偏振探测偏差。为减小偏振探测偏差,给出了一个可行的保偏改进方案,并通过已建立的模型验证了该方案的有效性。     

空间光学的发展与波前传感技术

摘要：进入21世纪，国际上一些发达国家和有关部门都已制定了空间发展战略规划，如美国航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）和俄罗斯政府相关部门等都提出空间发展战略规划，这些规划提出了今后一段时间内空间科学要解决的问题和发展的方向，而解决这些问题并推进空间技术的发展很大程度上依赖于先进的光学和无线电望远镜及仪器设备。因此，本文介绍本世纪初国际上空间科学应用的大型天文望远镜的发展情况，重点描述了大口径光学望远镜的光学系统以及实现这类天文望远镜的关键技术之一一波前传感技术。     

新当选的中国科学院学部委员介绍(Ⅱ)

苏定强──中国科学院南京天文仪器研制中心研究员,1936年 6月出生于江苏省武进县,1959年他毕业于南京大学天文系并留校任教,1962年应聘在中国科学院南京天文仪器厂(1990年易名为中国科学院南京天文仪器研制中心)进行研究和设计工作,1978年被聘为副总工程师,1986年被聘为研究员,1991年11月当选为中国科学院数学物理学部委员。他主要从事天文光学方面的科学研究和光学天文仪器的设计工作,并取得多项重要成果.在大望远镜光学系统的研究设计方面,他首先提出在大望远镜光学系统中,折轴系统和卡氏系统公用同一块副镜的设计思想,并提出了加有中继…     

空间光学的发展与波前传感技术

进入21世纪,国际上一些发达国家和有关部门都已制定了空间发展战略规划,如美国航空航天局(NASA)、欧洲空间局(ESA)和俄罗斯政府相关部门等都提出空间发展战略规划,这些规划提出了今后一段时间内空间科学要解决的问题和发展的方向,而解决这些问题并推进空间技术的发展很大程度上依赖于先进的光学和无线电望远镜及仪器设备。因此,本文介绍本世纪初国际上空间科学应用的大型天文望远镜的发展情况,重点描述了大口径光学望远镜的光学系统以及实现这类天文望远镜的关键技术之一—波前传感技术。     

基于双波前传感器自适应光学技术的太阳光栅光谱仪

为了研究不同太阳大气高度的热力学特性,具有良好成像质量的成像型光栅光谱仪是实现这个目标的重要仪器。然而作为地基式太阳望远镜重要的终端仪器之一,光栅光谱仪的光谱成像性能不可避免的会受到动态波前像差和系统静态像差的影响。动态波前像差常通过在太阳望远镜系统中集成自适应光学系统进行补偿。针对光学系统中的由装调和光学元件加工等引起的静态波前像差,提出了一种基于自适应光学技术校正光栅光谱仪中静态波前像差的方法,并进行了数值模拟仿真和实验验证。实验结果表明,校正后系统的残余波前像差RMS≈0.025λ,此时波前像差对光谱分辨率和能量利用率的影响可忽略,提高了光栅光谱仪的光谱成像质量,证明了所提出的方法的有效性。此外它具有降低光学系统装调精度和光学元件加工精度要求的优点。     

分块拼接望远镜的数值仿真

为了更好地了解拼接望远镜光学系统的光学性能,对拼接主镜中分块镜的各种误差对望远镜光学系统的影响进行有效的分析计算。从几何光学入手,采用光线追迹方法,建立了拼接望远镜光学系统的数值仿真模型。利用该模型,可以模拟不同口径和分块镜数拼接望远镜的光学系统;可仿真分析拼接主镜中分块镜由于轴向平移、倾斜、旋转和径向平移等各种误差引起的波像差以及对远场图像的影响。并计算了不同误差项对光学系统斯特雷尔比的影响,为发展大口径望远镜提供技术支持。     

分光计实验望远镜快速调节十二字诀

在分光计实验中,为快速调节望远镜观测到平面镜正反两面反射回来的绿色"+"字叉丝像,文章从光路入手总结出来了分光计实验中快速调节望远镜光轴与仪器中心轴垂直的十二字决,其中"水平、铅直、等高"快速使绿色"+"字叉丝像在望远镜的视场内,"调焦"则使成像清晰无视差,"寻像、调像"实现望远镜光轴与仪器中心轴垂直。并且在关键步骤给了光路和图示指引,形象直观便于实验者理解,避免盲目操作,初学者能够自主快速完成望远镜的调节。     

科学大师伽利略与2009国际天文年

自古以来,日月星辰像磁石吸光。长期以来,人们总是用肉眼直大利物理学家、数学家和天文学家次把望远镜指向星空,才结束了肉式各样的天文望远镜,望远镜成为伽利略是历史上一位重量级的有关运动物体的实验,推翻了以亚念,还自己动手制造望远镜,并率望远镜观天在科学史上非同小可,激动人心的天文新发现事实证明了性．开创了宇宙探索历史的新纪元!     

嵌套双自适应光学系统的控制特性分析

望远镜等光学系统常常受到大气湍流以及内部像差扰动的影响,常规自适应光学系统被证明是消除外部大气湍流引起的像差的有效手段,然而当存在大幅度的内部像差扰动时,问题变得复杂。提出了一种嵌套双自适应光学系统结构,用内部独立嵌套自适应光学系统校正内部像差扰动,用常规自适应光学系统主要校正外部大气湍流扰动。进一步分析对比了它与常规自适应光学系统的校正能力,数值仿真了当同时存在上述两种像差时二者的校正效果。结果表明,合理设计嵌套双自适应光学系统的工作条件可使得在大多数情形下其校正效果优于常规单自适应光学系统,尤其在内部像差扰动相对较大时更加显著。     

高分辨和超分辨光学成像技术在空间和生物中的应用

大到天文光学望远镜观察浩瀚的宇宙,小到光学显微镜探察细微的纳米世界,光学成像技术在人类探索和发现未知世界奥秘的活动中扮演着至关重要的角色.看得更远、看得更细、看得更清楚是人们不断追求的目标.传统光学理论已证明所有经典光学系统都是一个衍射受限系统,即光学系统空间分辨率的物理极限是由光的波长和系统的相对孔径(或数值孔径)决...