典型光学系统课件

第七章第七章 典型光学系统典型光学系统眼睛及其光学系统眼睛及其光学系统 放大镜放大镜 显微系统显微系统 望远系统望远系统 投影系统和照相系统投影系统和照相系统 第七章 典型光学系统眼睛及其光学系统 第一节第一节 眼睛及其光学系统眼睛及其光学系统 眼眼睛睛是是一一个个完完整整的的成成像像光光学学系系统统，同同时时又又是是目目视视光光学学系系统统的的接接收收器器，可可以以看看成成是整个光学系统的一个组成部分。是整个光学系统的一个组成部分。一、眼睛结构一、眼睛结构二、人眼的调节和适应二、人眼的调节和适应 三、人眼的分辨率和瞄准精度三、人眼的分辨率和瞄准精度 四、人眼的屈光度误差及其校正四、人眼的屈光度误差及其校正第一节 眼睛及其光学系统 眼睛是一个完整的成像光学系统，同人眼的结构人眼的结构 人眼的生理结构人眼的生理结构人眼的光学结构简约眼人眼的光学结构简约眼人眼相当于照相机人眼相当于照相机人眼的结构 人眼的生理结构人眼的结构黄斑盲点角膜前室虹彩视轴后室水晶体巩膜脉络膜网膜人眼的结构黄斑盲点角膜前室虹彩视轴后室水晶体巩膜脉络膜网膜典型光学系统课件简约眼简约眼眼睛简化成一个折射球面的模型，即简约眼眼睛简化成一个折射球面的模型，即简约眼 折射面的曲率半径折射面的曲率半径像方介质的折射率像方介质的折射率网膜的曲率半径网膜的曲率半径物方焦距物方焦距像方焦距像方焦距光焦度光焦度5.56mm1.3339.7 mm-16.70mm22.26 mm59.88D简约眼眼睛简化成一个折射球面的模型，即简约眼 折射面的曲率简约眼简约眼n=1.33n=1.0R=5.56R=9.7简约眼n=1.33n=1.0R=5.56R=9.7人眼与照相机人眼与照相机 眼眼睛睛如如同同一一只只自自动动变变焦焦和和自自动动改改变变光光圈圈大大小小的的照照相相机机。从从光光学学角角度度看看，眼眼睛睛中中三三个个最最重重要要的的部部分分是是水水晶晶体体、瞳瞳孔孔和和网网膜膜，它它们们分分别别对对应与照相机中的镜头、光阑和底片。应与照相机中的镜头、光阑和底片。人眼与照相机 眼睛如同一只自动变焦和自动改变光圈大小的照人眼的调节人眼的调节调节：调节：眼睛通过睫状肌作用改变光焦度的大小眼睛通过睫状肌作用改变光焦度的大小 以看清不同距离物体的过程称为调节。以看清不同距离物体的过程称为调节。远点：远点：眼睛能看清的最远点称为远点，用眼睛能看清的最远点称为远点，用r r表示表示近点近点：眼睛能看清的最近点称为近点，用：眼睛能看清的最近点称为近点，用p p表示表示调节范围调节范围：调节范围：调节范围A A表示为远点距和近点距的表示为远点距和近点距的 倒数之差倒数之差 A、R、P的单位是屈光度的单位是屈光度（D），），。人眼的调节调节：眼睛通过睫状肌作用改变光焦度的大小眼睛在不同年龄时的调节能力和调节范围眼睛在不同年龄时的调节能力和调节范围年年 龄龄1020304050607080近点距近点距(cm)-7-10-14-22-40-20010040远点距远点距（cm)2008040A=R-P(屈光度)141074.52.510.250眼睛在不同年龄时的调节能力和调节范围年 龄102030人眼的适应人眼的适应 眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适应应。适适应应可可分分为为明明适适应应和和暗暗适适应应。前前者者发发生生在在由由暗暗处处到到亮亮处处时时，适适应应时时间间大大约约几几分分钟钟；后后者者发发生生在在由由亮亮处处到到暗暗处处时时，适适应时间大约应时间大约30-6030-60分钟分钟。人眼的适应 眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适应。人眼的分辨力人眼的分辨力明明视视距距离离：人人眼眼在在近近距距离离工工作作时时的的通通常常距离距离 250 mm.250 mm.分分辨辨力力：眼眼睛睛能能分分辩辩两两个个很很靠靠近近的的点点的的能力称为眼睛的分辨率。能力称为眼睛的分辨率。最最小小分分辨辨角角：能能够够分分辩辩的的最最近近两两点点对对眼眼睛的张角称为眼睛的最小分辩角：睛的张角称为眼睛的最小分辩角：6060秒秒最最小小分分辨辨距距离离：在在明明视视距距离离处处（250mm250mm）最小分辨角对应的线量：最小分辨角对应的线量：0.0725mm0.0725mm。人眼的分辨力明视距离：人眼在近距离工作时的通常距离 250 人眼的瞄准精度人眼的瞄准精度人人眼眼认认为为标标志志对对目目标标重重合合而而实实际际未未重合的最大误差重合的最大误差 。瞄瞄准准精精度度与与分分辨辨力力成成正正比比，但但不不等等于分辨力。于分辨力。人眼的瞄准精度人眼认为标志对目标重合而实际未重合的最大误差 分辩力和瞄准精度分辩力和瞄准精度 两个不同的概念两个不同的概念分辨力是对分辨力是对静止静止的两个点的分辨能力的两个点的分辨能力瞄准精度是对两个瞄准精度是对两个相对运动相对运动点重合的判断。点重合的判断。两两个个概概念念又又是是相相互互联联系系的的，高高的的瞄瞄准准精精度度不不仅仅取取决决于于高高的的分分辩辩力力，同同时时也也取取决决合合适适的的瞄瞄准方式。一般有准方式。一般有 其中其中K 11，与瞄准方式有关，与瞄准方式有关 分辩力和瞄准精度 两个不同的概念人眼的屈光度误差及其校正人眼的屈光度误差及其校正 正正常常人人眼眼完完全全放放松松时时，眼眼睛睛的的远远点点在在无无限限 远远，则则称称其其为为正正常常眼眼，反反之之，称称为为非非正正常常眼。非正常眼主要有以下三种类型：眼。非正常眼主要有以下三种类型：近视眼近视眼：远点距为负值，有限远：远点距为负值，有限远 远视眼远视眼：远点距为正值，有限远远点距为正值，有限远 散光眼散光眼：两个垂直子午面的远点距不同两个垂直子午面的远点距不同人眼的屈光度误差及其校正 正常人眼完全放松时，眼睛的远点在无近视眼近视眼-r近视眼-r远视眼远视眼：r远视眼：r散光眼散光眼-r-r第一子午面第二子午面散光眼-r-r第一子午面第二子午面第二节第二节 放大镜放大镜放大镜概述放大镜概述放大镜的工作原理放大镜的工作原理放大镜的视放大率放大镜的视放大率放大镜的光束限制放大镜的光束限制第二节 放大镜放大镜概述放大镜概述放大镜概述放大镜又称助视镜，放大镜又称助视镜，当被观察物体当被观察物体的细节对眼睛的张角小于最小分辩的细节对眼睛的张角小于最小分辩角（角（1 1）时，眼睛便无法分辩其细）时，眼睛便无法分辩其细节，只能借助于目视光学仪器将其节，只能借助于目视光学仪器将其放大后再去观察。由此引入放大后再去观察。由此引入视觉放视觉放大率大率。放大镜概述放大镜又称助视镜，当被观察物体的细节对眼睛的张角小放大镜的工作原理图放大镜的工作原理图放大镜的工作原理图视觉放大率视觉放大率 定义：定义：通过目视光学仪器观察物体时，通过目视光学仪器观察物体时，其像对眼睛张角的正切与直接看物体时其像对眼睛张角的正切与直接看物体时物体对眼睛张角的正切之比物体对眼睛张角的正切之比 视放大率是一种主观放大率，不同于前视放大率是一种主观放大率，不同于前面介绍的三种客观放大率。面介绍的三种客观放大率。视觉放大率 定义：通过目视光学仪器观察物体时，其像对眼睛张角放大镜的视放大率放大镜的视放大率 当人眼直接观察物体时当人眼直接观察物体时当人眼通过放大镜观察物体时当人眼通过放大镜观察物体时视放大率视放大率放大镜的视放大率 当人眼直接观察物体时一般有一般有当当 时时当当 时时当当 时时一般有放大镜的光束限制放大镜的光束限制放大镜与人眼组合成一个组合系统放大镜与人眼组合成一个组合系统孔径光阑：人眼瞳孔孔径光阑：人眼瞳孔视场光阑：放大镜视场光阑：放大镜视场光阑与物（像面）不重合，必产生视场光阑与物（像面）不重合，必产生渐晕渐晕放大镜的光束限制放大镜与人眼组合成一个组合系统放大镜的光束限制图放大镜的光束限制图放大镜的光束限制图放大镜的像方视场角放大镜的像方视场角K=1.0K=0.5K=0放大镜的像方视场角K=1.0K=0.5K=0提高放大镜放大率的可能性提高放大镜放大率的可能性一一般般说说，我我们们将将 确确定定为为放大镜的视放大率。放大镜的视放大率。放放大大率率取取决决于于焦焦距距，与与焦焦距距成成反反比比。当当单单透透镜镜的的焦焦距距不不能能减减小小时时，放放大大率率受到限制，于是，有了显微镜。受到限制，于是，有了显微镜。提高放大镜放大率的可能性一般说，我们将 第三节第三节 显微系统显微系统 显微系统的构成显微系统的构成显微镜的成像原理显微镜的成像原理显微镜的视放大率显微镜的视放大率显微镜的分辨力显微镜的分辨力显微镜的有效放大率显微镜的有效放大率显微镜中的光束限制显微镜中的光束限制照明系统照明系统第三节 显微系统 显微系统的构成显微系统的构成显微系统的构成照明系统成像系统照明系统成像系统成像系统成像系统=物镜目镜物镜目镜 显微系统的构成照明系统成像系统 显微镜成像系统显微镜成像系统工作原理工作原理 显微镜成像系统工作原理显微镜成像系统工作原理显微镜成像系统工作原理显微镜成像系统工作原理显微镜的视放大率（一）显微镜的视放大率（一）人眼直接观察物体人眼直接观察物体人眼观察显微镜的像人眼观察显微镜的像显微镜的视放大率显微镜的视放大率显微镜的视放大率（一）人眼直接观察物体显微镜的视放大率（二）显微镜的视放大率（二）显微镜为两次放大，放大率为两次放大的乘积显微镜为两次放大，放大率为两次放大的乘积显微镜实质上就是一个组合的放大镜显微镜实质上就是一个组合的放大镜 显微镜的视放大率（二）显微镜为两次放大，放大率为两次放大的对显微镜成像的几点分析对显微镜成像的几点分析物平面应位于物镜的物方焦点到两倍焦物平面应位于物镜的物方焦点到两倍焦距之间，以实现物镜的一级放大。距之间，以实现物镜的一级放大。物平面应位于整个显微镜组合物方焦点物平面应位于整个显微镜组合物方焦点以内，并十分靠近物方焦点处，以使得以内，并十分靠近物方焦点处，以使得物体经显微镜成像于物体经显微镜成像于250mm250mm以外至以外至处。处。显微镜可以通过调换不同倍率的物镜和显微镜可以通过调换不同倍率的物镜和目镜，方便迅速地获得显微镜的多种放目镜，方便迅速地获得显微镜的多种放大率。大率。显显微微镜镜因因为为有有中中间间实实像像，能能实实现现对对物物体体的瞄准和测量的瞄准和测量。对显微镜成像的几点分析物平面应位于物镜的物方焦点到两倍焦距之显微镜的分辨力显微镜的分辨力 显微镜的分辨力取决于光学系统对光的衍显微镜的分辨力取决于光学系统对光的衍射状况。射状况。根据瑞利判断，两个相邻像点之根据瑞利判断，两个相邻像点之间的间隔等于艾里斑的半径时，则能被光间的间隔等于艾里斑的半径时，则能被光学系统分辨学系统分辨。显微镜的分辨力用所能分辨的物方最小距显微镜的分辨力用所能分辨的物方最小距离表示离表示NA：数值孔径数值孔径 是光学系统的重要参数是光学系统的重要参数显微镜的分辨力 显微镜的分辨力取决于光学系统对光的衍射状况。提高显微镜分辨力的可能性提高显微镜分辨力的可能性显微镜的分辨力主要取决于显微物镜的显微镜的分辨力主要取决于显微物镜的数值孔径数值孔径NA提高数值孔径的方法是增大孔径角，物提高数值孔径的方法是增大孔径角，物方孔径角方孔径角U最大可达最大可达6070，因此，显，因此，显微物镜属于大孔径系统。微物镜属于大孔径系统。提高数值孔径的另一方法是提高物方空提高数值孔径的另一方法是提高物方空间的折射率，间的折射率，“油浸物镜油浸物镜”便是用于这便是用于这一目的。（如杉木油或二碘甲烷等），一目的。（如杉木油或二碘甲烷等），可使数值孔径达到可使数值孔径达到1.51.5光学显微镜的极限分辨距约为光学显微镜的极限分辨距约为/3/3。提高显微镜分辨力的可能性显微镜的分辨力主要取决于显微物镜的数提高显微镜分辨力的可能性提高显微镜分辨力的可能性提高显微镜分辨率的另一途径就是用电提高显微镜分辨率的另一途径就是用电子束来代替光。根据德布罗意的物质波子束来代替光。根据德布罗意的物质波理论，运动的电子具有波动性，而且速理论，运动的电子具有波动性，而且速度越快，它的度越快，它的“波长波长”就越短。就越短。电子显微镜是电子显微镜是2020世纪最重要的发明之一。世纪最重要的发明之一。由于电子的速度可以加到很高，电子显由于电子的速度可以加到很高，电子显微镜的分辨率可以达到纳米级（微镜的分辨率可以达到纳米级（1010-9-9m m）。）。提高显微镜分辨力的可能性提高显微镜分辨率的另一途径就是用电子例题：如果要求读数显微镜的瞄准精例题：如果要求读数显微镜的瞄准精度为度为0.001mm0.001mm，求显微镜的放大率。，求显微镜的放大率。解解 人人眼眼直直接接观观察察0.001mm的的物物体体所所对对应应的视角为的视角为 人人眼眼的的视视角角分分辨辨力力为为60，因因此此要要求求显显微镜的视放大率为微镜的视放大率为例题：如果要求读数显微镜的瞄准精度为0.001mm，求显微镜分析如如果果使使用用10的的目目镜镜，则则根根据据公公式式可可以以求求得物镜的放大倍数为得物镜的放大倍数为由此可知，使用一个由此可知，使用一个8的显微物镜即能的显微物镜即能满足要求。满足要求。分析如果使用10的目镜，则根据公式可以求得物镜的放大倍数为显微镜的有效放大率显微镜的有效放大率 有效放大率是对设计显微镜提出的技术有效放大率是对设计显微镜提出的技术要求要求有效放大率的确定原则：有效放大率的确定原则：被被显显微微镜镜分分辨辨的的细细节节经经显显微微镜镜放放大大后后也要能被人眼所分辨也要能被人眼所分辨。取人眼观察取人眼观察2 4时时显微镜的有效放大率 有效放大率是对设计显微镜提出的技术要求显微镜的光束限制显微镜的光束限制孔径光阑孔径光阑 低倍物镜为单组透镜，物镜框为孔径光阑低倍物镜为单组透镜，物镜框为孔径光阑高倍物镜为多组透镜，后组透镜框为孔径光阑高倍物镜为多组透镜，后组透镜框为孔径光阑测量显微镜用物方远心光路，孔径光阑设置在测量显微镜用物方远心光路，孔径光阑设置在物镜的像方焦平面上物镜的像方焦平面上孔径光阑经目镜所成的像即为显微镜的出瞳孔径光阑经目镜所成的像即为显微镜的出瞳 ，观察时，眼瞳要与出瞳重合观察时，眼瞳要与出瞳重合 。显微镜的光束大小常用显微镜的光束大小常用NA表示表示出瞳直径与入射光束的大小及放大率有关出瞳直径与入射光束的大小及放大率有关显微镜的光束限制孔径光阑 低倍物镜为单组透镜，物镜框为孔径显微镜的光束限制显微镜的光束限制视场光阑视场光阑显微镜要求无渐晕成像，因而视场光显微镜要求无渐晕成像，因而视场光阑须设置在物镜实像平面上阑须设置在物镜实像平面上 。显微显微镜的线视场为镜的线视场为显微镜的光束限制视场光阑显微镜要求无渐晕成像，因而视场光阑照明系统照明系统直接照明直接照明反射式照明反射式照明透射照明透射照明聚光镜照明聚光镜照明 临界照明临界照明 柯勒照明柯勒照明照明系统直接照明临界照明临界照明光源光源 物面（特点：窗对窗）物面（特点：窗对窗）优点：亮度高，结构简单优点：亮度高，结构简单缺点：照度不均匀缺点：照度不均匀 临界照明光源 物面（特点：窗对窗）柯勒照明柯勒照明 光源光源 成像系统的入瞳（窗对瞳）成像系统的入瞳（窗对瞳）集光镜集光镜 物面（瞳对窗）物面（瞳对窗）优点：照度均匀优点：照度均匀缺点：结构复杂缺点：结构复杂柯勒照明 光源 成像系统的入瞳（窗对瞳）照明系统与成像系统的匹配照明系统与成像系统的匹配 照明系统与成像系统的配合应注意两点照明系统与成像系统的配合应注意两点瞳窗要衔接，这样既能保证物体的照明瞳窗要衔接，这样既能保证物体的照明范围又可以充分利用光能范围又可以充分利用光能照明系统必须提供被照物体有足够的孔照明系统必须提供被照物体有足够的孔径角，能满足成像系统的数值孔径，以径角，能满足成像系统的数值孔径，以确保成像系统的性能。确保成像系统的性能。照明系统与成像系统的匹配 照明系统与成像系统的配合应注意显微镜应用的拓展显微镜应用的拓展 从对物体成像的特点来分，对近距离成从对物体成像的特点来分，对近距离成像的光学系统都可以归类于显微镜，近像的光学系统都可以归类于显微镜，近代显微镜常在系统中加入其它镜组，以代显微镜常在系统中加入其它镜组，以扩大显微镜的功能。扩大显微镜的功能。显微镜应用的拓展 从对物体成像的特点来分，对近距离成像的光学筒长无限的显微物镜筒长无限的显微物镜 优点：物镜和辅助物镜之间是平行光，有利优点：物镜和辅助物镜之间是平行光，有利于装配和调整，可以在其间加入棱镜、滤光于装配和调整，可以在其间加入棱镜、滤光片和偏振片，而不会引起像点位置的变化及片和偏振片，而不会引起像点位置的变化及产生双像、叠影等。产生双像、叠影等。物镜物镜 辅助物镜辅助物镜筒长无限的显微物镜 优点：物镜和辅助物镜之间是平行光，有利于显微摄影系统显微摄影系统显微镜与摄影系统组合显微镜与摄影系统组合摄影物镜直接置于目镜的后方，使目镜摄影物镜直接置于目镜的后方，使目镜所成的虚像，成像在照相底片或所成的虚像，成像在照相底片或CCDCCD上。上。摄影物镜直接代替目镜，该目镜称为摄摄影物镜直接代替目镜，该目镜称为摄影目镜，为使整个共轭物像距不致于太影目镜，为使整个共轭物像距不致于太大，目镜应设计成负光组。大，目镜应设计成负光组。显微摄影系统显微镜与摄影系统组合摄影物镜直接置于目镜的后数字显微镜数字显微镜显微物镜的像面上，直接放置显微物镜的像面上，直接放置CCDCCD接收器，连接收器，连接到计算机上，还可以对显微镜的图像进行测接到计算机上，还可以对显微镜的图像进行测量和实时处理，图像的大小也可以通过量和实时处理，图像的大小也可以通过CCDCCD靶靶面上的象素面积计算出来面上的象素面积计算出来 数字显微镜习题（p.140页第5题）100习题（p.140页第5题）100望远系统望远系统望远系统的组成望远系统的组成望远系统的放大率望远系统的放大率望远系统的分类及特点望远系统的分类及特点望远系统的分辨力望远系统的分辨力望远系统的有效放大率望远系统的有效放大率望远系统的光束限制望远系统的光束限制望远镜的辅助系统望远镜的辅助系统目镜目镜望远系统望远系统的组成望远系统的组成及工作原理望远系统的组成及工作原理组成：物镜组成：物镜+目镜目镜特点：物镜的像方焦点重合于目镜的物特点：物镜的像方焦点重合于目镜的物方焦点。无焦系统方焦点。无焦系统望远系统的组成及工作原理组成：物镜+目镜望远镜的工作原理图望远镜的工作原理图改变目镜位置可以观察近距离物体改变目镜位置可以观察近距离物体望远镜的工作原理图改变目镜位置可以观察近距离物体望远系统的放大率望远系统的放大率人眼直接观察事物体对人眼的张角与物体对仪器人眼直接观察事物体对人眼的张角与物体对仪器的张角相等的张角相等望远系统的视放大率等于仪器的角放大率望远系统的视放大率等于仪器的角放大率视放大率还可以表示为视放大率还可以表示为 望远系统的放大率人眼直接观察事物体对人眼的张角与物体对仪器的望远系统的分类望远系统的分类柯普勒型柯普勒型 特点：目镜焦距为正光组特点：目镜焦距为正光组 有中间实像，成倒像有中间实像，成倒像 结构长结构长伽利略型伽利略型 特点：目镜焦距为负光组特点：目镜焦距为负光组 无中间实像，成正立像无中间实像，成正立像 结构短结构短望远系统的分类柯普勒型刻普勒型刻普勒型伽利略型伽利略型刻普勒型伽利略型望远镜的分辨力望远镜的分辨力理论极限分辨角理论极限分辨角 望远镜的分辨力取决于入瞳直径望远镜的分辨力取决于入瞳直径D（mm）望远镜的分辨力理论极限分辨角 有效放大率和工作放大率有效放大率和工作放大率 有有效效放放大大率率是是指指望望远远系系统统的的分分辨辨角角经经放放大大后后也也恰恰能能被被人人眼眼极极限限分分辨辨角角的的放放大大率率，即即望望远远系系统统的分辨率与人眼分辨率相匹配的放大率的分辨率与人眼分辨率相匹配的放大率。=60/=D/2.3工作放大率工作放大率是指满足人眼极限分辨率是指满足人眼极限分辨率2 23 3倍时倍时的放大率的放大率.=D相对孔径相对孔径：D/f。f 为物镜焦距，为物镜焦距，D为为入瞳直径入瞳直径有效放大率和工作放大率 有效放大率是指望远系统的分辨角经放大例题例题 经纬仪望远镜视觉放大率，使用经纬仪望远镜视觉放大率，使用夹线瞄准形式，求望远镜的瞄准精度夹线瞄准形式，求望远镜的瞄准精度。解解 夹线瞄准形式下眼睛的瞄准精度夹线瞄准形式下眼睛的瞄准精度 则望远镜的瞄准精度则望远镜的瞄准精度例题 经纬仪望远镜视觉放大率，使用夹线瞄准形式，求望远镜的望远系统的光束限制望远系统的光束限制孔孔径径光光阑阑 ：望望远远镜镜的的物物镜镜框框就就是是孔孔径径光光阑阑，也是入瞳，出瞳位于目镜像方焦点外侧附近。也是入瞳，出瞳位于目镜像方焦点外侧附近。视视场场光光阑阑 ：物物镜镜像像方方焦焦面面上上的的分分划划板板是是视视场场光阑，直径为：光阑，直径为：或或望远系统的光束限制孔径光阑：望远镜的物镜框就是孔径光阑，也开普勒型和伽利略型开普勒型和伽利略型光束限制的比较光束限制的比较 孔径光阑：孔径光阑：物镜框物镜框 眼瞳眼瞳视场光阑：视场光阑：分划板分划板 物镜框（有渐晕）物镜框（有渐晕）渐晕光阑：渐晕光阑：目镜目镜 视场大小视场大小：类型：类型：开普勒型开普勒型 伽利略型伽利略型开普勒型和伽利略型光束限制的比较 望远镜中的辅助系统望远镜中的辅助系统转像系统转像系统 透镜转像透镜转像 一般有两种形式，单组正透镜和双组正一般有两种形式，单组正透镜和双组正透镜透镜 棱镜转像棱镜转像望远镜中的辅助系统转像系统 透镜转像透镜转像系统透镜转像系统单透镜组转像单透镜组转像双透镜组转像双透镜组转像透镜转像系统单透镜组转像双透镜组转像棱镜转像系统棱镜转像系统棱镜转像系统望远镜中的辅助系统望远镜中的辅助系统场镜场镜场镜是一个正透镜组，将其放置在物镜的焦面场镜是一个正透镜组，将其放置在物镜的焦面上，可以在不改变系统放大率的前提下，改变上，可以在不改变系统放大率的前提下，改变轴外光束的走向，降低其在目镜上的高度，或轴外光束的走向，降低其在目镜上的高度，或让更多的光线通过系统，让更多的光线通过系统，场镜场镜物镜物镜目镜目镜望远镜中的辅助系统场镜场镜是一个正透镜组，将其放置在物镜的目镜目镜的放大率目镜的放大率目镜的孔径与视场目镜的孔径与视场目镜的视度调节目镜的视度调节目镜目镜的放大率目镜的放大率目镜的放大率目镜相当于放大镜目镜相当于放大镜 将位于焦点附近的物体成像于无限远将位于焦点附近的物体成像于无限远至至250mm250mm处。处。目镜的放大率目镜相当于放大镜目镜的孔径和视场目镜的孔径和视场目镜用反向光路来分析目镜用反向光路来分析 入瞳即为望远系统的出瞳，略大于人眼的瞳入瞳即为望远系统的出瞳，略大于人眼的瞳孔直径，焦距为孔直径，焦距为25mm25mm左右。左右。目镜相对孔径目镜相对孔径 较小，属小孔径系统较小，属小孔径系统 目镜视场为目镜视场为 较大，属大视场系统较大，属大视场系统目镜的孔径和视场目镜用反向光路来分析目镜的视度调节目镜的视度调节目镜的调节是为了适应不同视度的人眼目镜的调节是为了适应不同视度的人眼需要需要目镜的前后调节可以让物体的物距发生目镜的前后调节可以让物体的物距发生变化而获得不同远近距离的像，与人眼变化而获得不同远近距离的像，与人眼的远点距相匹配。的远点距相匹配。目镜的调节量目镜的调节量目镜的视度调节目镜的调节是为了适应不同视度的人眼需要照相和投影系统照相和投影系统摄影（照相）系统摄影（照相）系统 包括包括光学照相机、电视摄像机、光学照相机、电视摄像机、CCD摄摄像机和数码照相机等像机和数码照相机等 投影系统投影系统 幻灯机、书写投影仪、液晶投影仪、放幻灯机、书写投影仪、液晶投影仪、放映机等映机等照相和投影系统摄影（照相）系统照相系统照相系统组成组成 由摄影物镜和感光器件组成由摄影物镜和感光器件组成 感光器件：感光器件：感光胶片、感光胶片、CCD、电子光学变像管、电子光学变像管、电视摄像管电视摄像管 物镜物镜 主要参数主要参数：焦距：焦距：f ；视场：视场：；相对孔径：相对孔径：或光圈数：或光圈数：照相系统组成摄影物镜（一）摄影物镜（一）焦距焦距 焦距决定成像的大小比例焦距决定成像的大小比例 拍摄远处物体拍摄远处物体 拍摄近处物体拍摄近处物体 航摄镜头的焦距可达数百毫米甚至数米航摄镜头的焦距可达数百毫米甚至数米 摄影物镜（一）焦距摄影物镜（二）摄影物镜（二）相对孔径相对孔径 相对孔径决定像面照度相对孔径决定像面照度 中心中心 边缘边缘 光圈分值的方法：每增大一挡光圈值，光圈分值的方法：每增大一挡光圈值，对应的像平面照度依次减半。对应的像平面照度依次减半。光圈值按光圈值按公比公比 的等比级数变化的等比级数变化 F1.4 22.8 4 5.6 8 11 16 22摄影物镜（二）相对孔径 F1.4 22.8 4 5.6 摄影物镜（三）摄影物镜（三）视场视场 视场决定摄影系统成像的范围，视场决定摄影系统成像的范围，视场的视场的大小由物镜的焦距和接收器的尺寸决定。大小由物镜的焦距和接收器的尺寸决定。长焦距和短焦距物镜分别称作远摄物镜长焦距和短焦距物镜分别称作远摄物镜和广角物镜。普通照相机标准镜头的焦和广角物镜。普通照相机标准镜头的焦距介于两者之间距介于两者之间 摄影物镜（三）视场常用接收器规格常用接收器规格 名称名称长长宽宽（mm）名称名称长长宽宽（mm）135胶片 36 24 1CCD 12.8 9.6 120胶片 60 60 2/3CCD 8.8 6.6 16mm电影胶片 10.4 7.5 1/2CCD 6.4 4.8 35mm电影胶片 22 16 1/3CCD 4.4 3.3 航摄胶片 180 180 1/4CCD 3.2 2.4 230 230 常用接收器规格 名称长宽（mm）名称长同一视场采用不同的接收器，要求的物镜焦距也不相同。胶片的尺寸大，要求物镜的焦距也大。CCD接收器小，镜头焦距也小。使用 6-15mm 镜头和一定大小CCD的数码相机与使用 28-72mm镜头的传统胶卷相机的视场范围可以是完全一样的。使问题更复杂化的是，数码相机中使用的CCD 大小并非完全一样。一般人使用 135mm 胶卷的相机时，很容易根据视场要求选择镜头的类型。为使数码相机的此参数也容易识别，许多制造商都将CCD镜头的焦距用等价135mm胶片的焦距来标称，称作等价135mm典型的值。同一视场采用不同的接收器，要求的物镜焦距也不相同。胶片的尺寸普通相机与数码相机镜头的等普通相机与数码相机镜头的等价焦距价焦距 135mm胶片相机胶片相机 典型的数码相机典型的数码相机 视场范围视场范围 20mm 4.3mm 超广角 2135mm 4.77.5mm 广角 50mm 10.7mm 普通 70200mm 1443mm 远摄 普通相机与数码相机镜头的等价焦距 135mm胶片相机 典型的分辨力分辨力摄摄影影系系统统的的分分辨辨率率是是以以像像平平面面上上每每毫毫米米内内能能分分辨辨开开的的线线对对数数来来表表示示，其其大大小小取取决于物镜的分辨率和接收器的分辨率决于物镜的分辨率和接收器的分辨率。摄摄影影胶胶片片的的分分辨辨力力很很容容易易达达到到200200l/mm，CCDCCD的的分分辨辨力力取取决决于于象象素素的的大大小小，目目前前CCDCCD的的象象素素尺尺寸寸为为6 61414微微米米，对对应应的的线线对数为对数为85853535l/mm。分辨力摄影系统的分辨率是以像平面上每毫米内能分辨开的线对数来摄影物镜的调焦摄影物镜的调焦对不同距离的物体成像时，要保证像面对不同距离的物体成像时，要保证像面位置不变，需要改变物镜位置，这一过位置不变，需要改变物镜位置，这一过程称为调焦程称为调焦外调焦外调焦 整组调焦整组调焦 前组调焦前组调焦内调焦内调焦摄影物镜的调焦对不同距离的物体成像时，要保证像面位置不变，需例题例题有一照相物镜，焦距为有一照相物镜，焦距为50 50 mm，拍摄不，拍摄不同距离时需进行调焦。当拍摄距离为同距离时需进行调焦。当拍摄距离为1 1m时，计算物镜相对于拍摄距离时的调焦时，计算物镜相对于拍摄距离时的调焦距离和方向。距离和方向。例题有一照相物镜，焦距为50 mm，拍摄不同距离时需进行调焦例题例题 上例中上例中 若整组物镜由前片和后片组成，若整组物镜由前片和后片组成，采用物镜中的前片进行调焦，设前片的采用物镜中的前片进行调焦，设前片的焦距为焦距为 mm。计算相对于拍摄距离。计算相对于拍摄距离时的调焦距离和方向时的调焦距离和方向。例题例题例题两透镜组成的系统，两透镜组成的系统，f1 1=500mm，f2 2=-400mm=-400mm，两透镜间距，两透镜间距d d=300mm=300mm，求组合透镜的焦距。若用透镜观，求组合透镜的焦距。若用透镜观察察200m200m处的物体，负透镜应如何移处的物体，负透镜应如何移动调焦才能使得像面的位置不变，动调焦才能使得像面的位置不变，此时透镜组的焦距又为多少此时透镜组的焦距又为多少例题两透镜组成的系统，f1=500mm，f2=-400投影系统投影系统组成组成 照明系统投影物镜照明系统投影物镜 照明系统：大多数采用柯拉照明方式照明系统：大多数采用柯拉照明方式 投影物镜：投影物镜：主要参数：放大率主要参数：放大率 焦距焦距 相对孔径相对孔径 视场视场投影系统组成投影物镜的光学参数投影物镜的光学参数垂轴放大率由银幕尺寸对图片尺寸之比垂轴放大率由银幕尺寸对图片尺寸之比确定确定焦距焦距 视场视场相对孔径相对孔径投影物镜的光学参数垂轴放大率由银幕尺寸对图片尺寸之比确定