第7章 典型光学系统 §7.1 眼睛及其光学系统 §7.2 放大镜 §7.3 显微镜系统 §7.4 望远镜系统 §7.5 目镜 第7章 典型光学系统 §7.1 眼睛及其光学系统 §7.2 放大镜 §7.3 显微镜系统 §7.4 望远镜系统 §7.5 目镜 §7.6 摄影系统 §7.7 投影系统

眼睛及其光学系统 第七章 典型光学系统 §7.1 眼睛及其光学系统 一、结构 精巧的照相机

令 表示其发散度（会聚度） 眼睛及其光学系统 二.眼睛的调节及校正 眼睛的调节：眼睛成像系统对任意距离的物体自动调焦的过程。 调节能力用能清晰调焦的极限距离表示：lr、lp(远点、近点) 令 表示其发散度（会聚度） 14 10 7 4.5 2.5 1 0.25 0 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 200 80 40 Lr /cm -7 -10 -14 -22 -40 -200 100 40 Lp /cm 10 20 30 40 50 60 70 80 年龄 正常眼：眼睛的远点在∞,或眼睛光学系统的后焦点在视网膜上。 反常眼：近视眼：远点位于眼前有限距——加负透镜。 远视眼：远点位于眼后有限距——加正透镜。 散光眼、斜视眼、散光近视

眼睛及其光学系统 物在远点之外有限距离处（调节时） 物在明视距离处（调节时） 近点 明视

眼睛及其光学系统 三.光学仪器中目镜的视度调节 光学仪器要考虑到不同眼睛不同视度的观察者都能使用，仪器的目镜相对于分划板要能作前后移动，使分划板目镜成像于不同眼睛的远点处，以适应不同眼睛的观察需要。——目镜的视度调节。 正常眼：物体的像恰好使眼睛在放松状态下成像在视网膜上。   近视眼：向内移目镜，使分划板和物体的像A位于目镜焦平面F目 以内， A经目镜后发散交于其远点A’，从而在放松状态下成像于视网膜A’’。 远视眼：目镜远离物镜向外移，使A位于F目以外，经目镜会聚于远点 A’，经眼睛成像于A’’。一般光学仪器的视度调节范围为5屈光度，视度的分划直接刻在目镜圈上，视度调节范围所相应的目镜移动量：

眼睛及其光学系统 为分划板和物体的像 A

y’ l’ 眼睛及其光学系统 四、眼睛的视角 物体对眼的水晶体中心所成的角w(眼睛看该物体的视角)。 同一物体在视网膜上像的大小，取决于物体对眼睛的张角的大小。 l’变化甚小，视为常数 y l2 l1 l’ w1 w2 y2’ y1’ 所以，观察物体细节时，移近眼睛，以增大w。 五、光学仪器的视角放大率 眼睛通过仪器观察物体时视网膜上的像高yi’，与不用仪器直接观察物体时视网膜上的像高ye’之比。 y’ l’

眼睛及其光学系统 六、眼睛——辐射接收器 视网膜：锥状细胞 (感色) 、杆状细胞(感光) 在明亮的环境中圆锥视神经细胞起作用，在昏暗的环境中圆柱视神经细胞起作用 适应：眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程度，通过瞳孔的自动增大或缩小完成。 明适应：暗——亮，瞳孔自动缩小。 暗适应：亮——暗，瞳孔自动增大。 七、眼睛的分辨本领（分辨率） 眼睛能分辨开两个很靠近点的能力——眼睛的分辨本领（分辨率或视觉敏锐度） 刚刚能分辨开的二点对眼睛物方节点所张的角度——极限分辨角e 。

瑞利判断：当一个像点衍射斑中心落在另一像点衍射光环第一个暗环时，则两像点刚好能被分辨（即两相邻点之间隔等于艾里斑半径时）。 眼睛及其光学系统 瑞利判断：当一个像点衍射斑中心落在另一像点衍射光环第一个暗环时，则两像点刚好能被分辨（即两相邻点之间隔等于艾里斑半径时）。 艾里斑半径：a=0.61l /n’sinu’ 分辨率是能分辨两点间最短距离s： y1’ y l2 l1 l’ w1 w2 y2’ 极限分辨角满足： 设计目视光学仪器时，应满足： 眼睛的分辨率等于光学系统的放大率和被观察物体所需的分辨率（角）的乘积。 G仪f = e

眼睛在松弛状态：f ’ =23mm 得 e = 60"（良好照明） 定义：眼睛分辨率=视角敏锐度=1/e 眼睛及其光学系统 眼睛在松弛状态：f ’ =23mm 得 e = 60"（良好照明） 定义：眼睛分辨率=视角敏锐度=1/e 八、眼睛的瞄准精度（对准精度） 分辨：眼睛能区分开两个点或线之间的线距离或角距离的能力。 对准：垂直于视轴方向上的重合或置中过程。 对准误差（精度）：对准后，偏离置中或重合的线距离或角距离。 ±60" ±10~20" ±5~10" ±10" 不同瞄准方式的瞄准精度

当眼睛调焦在某一对准平面时，眼睛不必调节即可同时看清对准平面前、后某一距离的物体——眼睛的景深。 眼睛及其光学系统 九、估读精度 指估计确定刻线间隔的分数值的精度。也是瞄准和分辨的另一种形式。经验表明：在标尺的刻线间隔和刻线的宽度及长度等各方面条件都较合适时，人眼的估读精度为刻线间隔的1/10(即D/10 ) D 十、眼睛的景深 当眼睛调焦在某一对准平面时，眼睛不必调节即可同时看清对准平面前、后某一距离的物体——眼睛的景深。

眼睛及其光学系统 P b -P1 D1 A2’ D2 -P -P2 a A1 A2 e P1 P2 A1’ A A’ a’ b’ DP J

眼睛及其光学系统 十一.双目立体视觉 对物体位置在空间分布以及对物体体积的感觉——立体视觉。 单眼观察 近距离物体：利用眼睛的调节而产生远近的距离。 物体位置较远：估计不准确。 物体位置较远且熟悉的物体：从物体对眼睛张角大小来估计其远近 非常熟悉的物体：常利用能分辨物体细节程度来决定其远近。 2．双眼观察 双像 单一像

§7.2 放大镜 一、视觉放大率 放大镜 人眼直接观察时： 通过放大镜观察时： §7.2 放大镜 一、视觉放大率 y y’ -l’ f’ lZ’ F’ w’ 人眼直接观察时： 通过放大镜观察时： -L -w -y A B 使用放大镜时，应使物体位于其物方焦平面上或焦点以内很靠近焦点的位置。同样，眼瞳应位于放大镜的像方焦点或其附近。

结论 当l’= ∞时，G0=250/f ’ 正常视力的眼， lz’-l’= 250， 看书用 如眼睛紧贴放大镜，即lz’=0，则 放大镜 常识： 常用的放大镜：G=2.5х~25 х 单透镜： G=3х 组合透镜：G 较大 如果放大镜的物是前面光学系统所成的像,此时的放大镜——目镜.

放大镜框：场阑，入窗，出窗，同时也是渐晕光阑 渐晕系数K: 二．光束限制和线视场 眼瞳：系统的出瞳，孔阑 放大镜框：场阑，入窗，出窗，同时也是渐晕光阑 渐晕系数K: w’ w1’ w2’ 2a’ 2h lz’ 场阑 出瞳 虚像平面

线视场2y（50%渐晕）: 当物面位于放大镜前焦面时: （G，2y  ） w’ 2h y F lz’ f’

w’ 2h lz’ y F f’ w’ 2h y F lz’ f’

§7.3 显微镜系统 显微镜系统 一．显微镜的视觉放大率 场阑 眼瞳 y’ -y 显微镜成像原理图 w’ F1’ F2 w’ A’’ A’ §7.3 显微镜系统 一．显微镜的视觉放大率 -y w’ F1’ F2 眼瞳 y’ 场阑 w’ A’’ A’ B’’ A B’ B w’ 显微镜成像原理图

齐焦条件：更换物镜后不需调焦就能看到物体的像。为此，不同倍率的物镜需有不同的光学筒长。 显微镜系统 齐焦条件：更换物镜后不需调焦就能看到物体的像。为此，不同倍率的物镜需有不同的光学筒长。 为增加互换性，规定： 1．不同倍率的物镜物平面到像平面的距离（共轭距）相等，约为180mm。生物显微镜，我国规定为195mm. 2．机械筒长也是固定的。有160mm，170mm，190mm。 我国规定为160mm. 3．物镜的像面到镜筒的端面即目镜的支承面的距离固定。 我国10mm

显微镜系统 4．为了调换目镜后也不需要调焦，目镜的物方焦面与物镜的像面重合。 5．物镜和目镜各有数个，组成一套，便于调换获取各种放大率。 几个物镜可以同时装在一个旋转圆盘上，方便选用； 目镜一般是插入式的。 常用的：物镜4个：3  、10  、40  、100  目镜3个：5  、10  、15  组成： 15  ~1500  （光学筒长随 f ’ 不同而不同）

显微镜视场光阑设在目镜的前焦面上，因此入窗和物平面重合，显微镜的线视场取决于视场光阑的大小。 显微镜系统 二、显微镜的光束限制和线视场 显微镜视场光阑设在目镜的前焦面上，因此入窗和物平面重合，显微镜的线视场取决于视场光阑的大小。 所以，显微镜的线视场： -y w’ F1’ F2 眼瞳 y’ 场阑

入瞳-∞⇨⇨物镜⇨⇨孔阑⇨⇨目镜⇨⇨出瞳 （物方远心） 显微镜系统 三．显微镜的出瞳直径 1. 普通显微镜：物镜框——孔阑。 2. 测量显微镜：物镜像方焦面——孔阑 入瞳-∞⇨⇨物镜⇨⇨孔阑⇨⇨目镜⇨⇨出瞳 （物方远心） w’ A’ A B’ B -U U’ 满足正弦条件： D’很小。一般小于眼瞳直径，只有低倍时才达到眼瞳直径。

无限筒长：物体位于物镜物方焦平面上，——附加镜筒透镜。 显微镜系统 满足正弦条件： -x’ D’ A’’ B’’ -U’ U’ w’ F’ 生物显微镜、金相显微镜物镜 无限筒长：物体位于物镜物方焦平面上，——附加镜筒透镜。 镜筒透镜焦距固定， 不同焦距的前置物镜

光学仪器的分辨本领（鉴别率），是指其分辨小物体细节的能力。以能分辨的两点间最小距离s 表示。 显微镜系统 四．显微镜的分辨本领 光学仪器的分辨本领（鉴别率），是指其分辨小物体细节的能力。以能分辨的两点间最小距离s 表示。 I合 Io I x 衍射图样 光强分布曲线 1 2 I0 I合 I x I x I合=0.735I0 I0

显微镜系统 瑞利判断：当一个像点衍射斑中心落在另一像点衍射光环第一个暗环时，则两像点刚好能被分辨（即两相邻点之间隔等于艾里斑半径时）。 艾里斑半径：a=0.61l /n’sinu’ 分辨率是能分辨物方两点间最短距离s： 道威判断：两相邻像点间隔壁0.85a时，被系统分辨： s = 0.85a =0.5l /NA 以道威判断作为系统的目视衍射分辨率或理想分辨率。

显微镜系统 五．显微镜的有效放大率 便于眼睛分辨的角距离为2'~4' ，在明视距离上对应的线距离s' ： s' = sG s = 0.85a =0.5l /NA l=555 nm 按道威判断，得： 523NA  G  1046NA 取 500NA  G  1000NA 显微镜与放大镜比较，优点如下： 有高的放大率； 眼睛与物体之间的距离适度，便于使用； 可通过调换物镜和目镜方便而迅速地改变放大率； 在物镜的实像面上安置分划板后，可对被观察物体进行测量； 通过目镜的离焦，可把微小物体经二次放大后的实像显示出来或摄影记录下来。

人眼通过显微镜调焦在对准平面时，在对准平面前、后一定范围内物体能成清晰像。 显微镜系统 六. 显微镜的景深 人眼通过显微镜调焦在对准平面时，在对准平面前、后一定范围内物体能成清晰像。 能成清晰像的远、近物平面间的距离——景深。 -x’ -Dx’ z’ F’ e’ D’ P2’ P’ b=10，NA=0.25，Ge=15，e =1’=0.00029rad，n=1；则D=0.002mm

七. 显微镜的照明方法 显微镜系统 1．反射光照明：亮视场照明：一般通过物镜从上面照明。 暗视场照明：侧面入射，从物镜侧向通过。 进入物镜成像的仅为从物体表面散射的光线。 亮视场照明图 1物镜；2小灯泡；3物体；4载物台 工具显微镜反射照明 单向暗视场照明

亮视场照明：临界照明、柯拉照明（像方远心） 显微镜系统 2. 透射光照明： 亮视场照明：临界照明、柯拉照明（像方远心） 临界照明 场阑 孔阑 F 光源 柯拉照明 孔阑 场阑 L1 L2

显微镜系统 a. 临界照明——“窗对窗，瞳对瞳” 光源成像于物平面。光源表面亮度的不均匀性影响观察效果。 聚光镜出瞳——物镜入瞳 ，聚光镜出窗——物镜入窗。 b. 柯拉照明——“窗对瞳，瞳对窗” 光源前聚光镜后聚光镜前焦面—照明系统的孔阑后聚光镜  （与物镜入瞳重合）。 照明系统的场栏紧贴于前聚光镜（柯拉镜）之后后聚光镜物平面。 消除了物体平面光照度不均匀的缺点。 可见：孔阑决定了照明系统的孔径角、分辨率、对比度。 场阑决定了被照明物平面的大小。

暗视场照明：光线倾斜入射，在物体旁侧向通过。 显微镜系统 暗视场照明：光线倾斜入射，在物体旁侧向通过。 环形光阑 聚光系统 显微物镜 盖玻片

显微镜系统 八，显微镜的物镜 低倍物镜 3х~6х 0.01~0.15 中倍物镜 8х~10х 0.25~0.30 高倍物镜 八，显微镜的物镜  低倍物镜 3х~6х 0.01~0.15 中倍物镜 8х~10х 0.25~0.30 高倍物镜 40х 0.65 浸液物镜 90х~100х 1.25~1.4(1.5) 复消色差物镜 90х 1.3 平视场复消色差物镜 40х 0.85

显微镜系统 复消色差物镜 平场消色差物镜 平场复消色差物镜

§7.4 望远镜系统 一、望远镜的一般特性 结论 G 与物体的位置无关。仅取决于望远镜系统的结构。 §7.4 望远镜系统 一、望远镜的一般特性 D’ -w w’ D fo’ -fe lz’ y1’ h 入瞳(孔阑) 分化板(场阑) 出瞳 u’ G 与物体的位置无关。仅取决于望远镜系统的结构。 G 随fo’、fe’符号不同而不同。G0正像， G<0倒像。 结论

开普勒望远镜 伽利略望远镜 望远镜系统 分化板(场阑) D’ -w w’ D fo’ -fe lz’ y1’ h 入瞳(孔阑) 出瞳 u’ 双目望远镜 伽利略望远镜 Fo’ Fe

Gmin=60″/  =D/2.3 瑞利判断 （道威判断：Gmin=D/2） 望远镜系统 二.望远镜系统的分辨率和工作放大率 望远镜的分辨率用极限分辨角表示。艾里斑半径 a=0.61l /n’sinu’ 1.按瑞利判断 D’ -w w’ D fo’ -fe lz’ y1’ h 入瞳(孔阑) 分化板(场阑) 出瞳 u’ 2.按道威判断 最小视角放大率Gmin；（有效放大率或正常放大率） fGmin=60″ Gmin=60″/  =D/2.3 瑞利判断 （道威判断：Gmin=D/2） 一般取 G =（2~3）Gmin 常取 G =D （工作放大率） 所以，在望远镜分辨率一定时。过高提高G 也不会看到更多的物体的细节。

结论 （1）对观察仪器，精度要求是其分辨角。  =60″/ G min （2）对瞄准仪器，精度要求是其瞄准误差 D ，与瞄准方式有关： 望远镜系统 （1）对观察仪器，精度要求是其分辨角。  =60″/ G min （2）对瞄准仪器，精度要求是其瞄准误差 D ，与瞄准方式有关： a. 使用压线瞄准（两实线重合），人眼对准误差为±60″，所以 D=60″/ G b. 使用双线或叉线瞄准，人眼对准误差为±10″， D=10″/ G 结论

三.望远镜的视场 1.开普勒望远镜 物镜框：孔阑、入瞳； 目镜框：渐晕光阑，允许50%渐晕； tgw=y1’/ fo’ 望远镜系统 三.望远镜的视场 1.开普勒望远镜 物镜框：孔阑、入瞳； 目镜框：渐晕光阑，允许50%渐晕； tgw=y1’/ fo’ 分划板：场阑（物镜后焦面）。 出瞳在目镜外，与人眼重合，观察时，必须使眼瞳位于系统的出瞳处，才能观察到望远镜的全视场，一般 2w≤150 。 D’ -w w’ D fo’ -fe lz’ y1’ h 入瞳(孔阑) 分化板(场阑) 出瞳 u’

场阑（入窗）与物（或像）面不重合，所以对大视场存在渐晕现象。 望远镜系统 2.伽俐略望远镜 若不考虑眼瞳的作用,物镜框——入瞳。则被目镜所成的像为一虚像，位于目镜前面（出瞳）,此时眼瞳无法与出瞳重合。所以轴外光有一部分不能进入眼瞳，产生拦遮现象。 Fo’ Fe lz lz’ 出窗 (场阑、入窗） -Li’ -Li(L) DP y y’ w’ l’ 孔阑 场阑（入窗）与物（或像）面不重合，所以对大视场存在渐晕现象。

(2)当K=0时，由入窗边缘和入瞳边缘的光线决定。 lz lz’ 出窗 (场阑、入窗） -Li’ -Li(L) DP y y’ w’ l’ 望远镜系统 (1)当K=50%，tgw = -D/2lz (2)当K=0时，由入窗边缘和入瞳边缘的光线决定。 总结：伽俐略望远镜的 G 都不大。 优点：结构简单，筒长短、轻便、光能损失少、成正像。 缺点：无中间实像面，不能用来瞄准和定位。

§7.5 目镜 同放大镜： G =250/fe’ 一.目镜的主要光学参数 2w’ 、fe’、p’/ fe’、lF §7.5 目镜 同放大镜： G =250/fe’ 一.目镜的主要光学参数 2w’ 、fe’、p’/ fe’、lF 视场角2w’ tgw’=G tgw 一般目镜：400~500 广角目镜： 600~800 超广角目镜： 900以上 双目仪器的目镜： 750

2. 镜目距p’: 出瞳到目镜后表面的距离，6mm 相对镜目距p’/ fe’ ： 对一定型式的目镜，p’/ fe’近似地等于一个常数. 孔阑 场阑 Fo’ Fe fo’ lF P’ lF’ Fe’ 出瞳 -x

工作距——目镜第一面的顶点到其物方焦点平面的距离。 lF > 视度调节的深度， 视度调节的范围一般在±5D（即±5屈光度） 每调节一个屈光度，则目镜相对场栏（分划板）移动: Dx=fe’2/1000 所以，视度调节范围所对应的目镜移动量： x= ±5 fe’2/1000

二.类型 惠更斯目镜 2w’=400~500 p’/ fe’ =1/3 fe’ 15mm 场镜将物镜所成的像再一次成像在两透镜之间—接目镜物方焦面处，然后再经接目镜成像于无限远。优点：缩短仪器长度。 d稍大 接目镜 场镜 出瞳 F接 d 场阑

d 较小，所以可使物镜的像平面位于目镜之外（左侧）。因此可设分划板，但工作距、出瞳距都很小。用于简单仪器。 冉斯登目镜 2w’=300~400 p’/ fe’ =1/3~1/4 d 较小，所以可使物镜的像平面位于目镜之外（左侧）。因此可设分划板，但工作距、出瞳距都很小。用于简单仪器。 对称式目镜 2w’=400~420 p’/ fe’ =1/1.3 两组完全相同的双胶合透镜对称排列构成。中间间隙很小，要求各组自行校色差，这样倍率色差也得到校正。而且，还能校彗差、像散. 比较可知：对称式目镜结构更紧凑，因而场曲更小，且镜目距和工作距均较大。

2w’=450~500 p’/ fe’ =1/2 目镜总长约：1.25 fe’ 可认为是将冉斯登目镜的接目镜改成双胶合镜组合而成。 凯涅尔目镜 2w’=450~500 p’/ fe’ =1/2 目镜总长约：1.25 fe’ 可认为是将冉斯登目镜的接目镜改成双胶合镜组合而成。 此时，能在校彗差、像散的同时，校正倍率色差，但不能校像面弯曲。 无畸变目镜 2w’=480 p’/ fe’ =0.8 三胶合正透镜组场镜和一平凸接目镜组成。结构更紧凑。并非完全校正了畸变，只是小一些。当2w’=400时，相对畸变3%-4%，同时校上述象差。适用于大地测量仪器和军用仪器，减少视距测量误差。

另外，还有广角目镜、超广角目镜。目镜型式较多，设计时在满足光学特性要求时，要兼顾成像质量和结构的简单化。 长出瞳距目镜 2w’=500 ~700 p’/ fe’ =1/1.7 军用仪器要求较长的出瞳距，为22-25mm F’ F lF’ -lF 广角目镜 艾尔弗目镜 2w’＝650 ~720 lz’/ fe’=3/4 应用较广的广角目镜，大视场、长出瞳距。 另外，还有广角目镜、超广角目镜。目镜型式较多，设计时在满足光学特性要求时，要兼顾成像质量和结构的简单化。 显微镜的目镜：1、2、3 望远镜的目镜：4、5、6、7、广角、超广角。

§7.6 摄影系统 一、摄影物镜的光学特性 摄影系统：摄影物镜、感光元 光学特性 焦距f ’——成像大小 §7.6 摄影系统 摄影系统：摄影物镜、感光元 一、摄影物镜的光学特性 光学特性 焦距f ’——成像大小 相对孔径D/ f ’——像面（照片）照度 视场2w——成像范围。 视场 视场的大小由物镜的f ’和接收器的尺寸2y’决定。 （1）拍摄远处的物体时：y’=-f’ tgw （2）拍摄近处的物体时：y’=yb=y f’/x 感光元件框——场阑、出窗决定像空间成像范围（像的最大尺寸）----底片 y’ F’ -w

摄影物镜的光学特性极大地影响了摄影系统的特性，摄影系统的光学特性，以其分辨率、像面照度、光谱吸收特性、焦深和景深来表示。 当接收器尺寸一定时： 广角物镜: f’ 小， 2w大 1200 鱼眼镜头 远摄物镜: f’ 大， 2w小 十几度 普通相机标准镜头：f ’≈画面对角线长度 变焦镜头 像差——f’ 当拍摄远处的物体时，物方最大视场角： tgwmax= s’max /2f ’ 摄影物镜的光学特性极大地影响了摄影系统的特性，摄影系统的光学特性，以其分辨率、像面照度、光谱吸收特性、焦深和景深来表示。

摄影系统 3、光束限制

二. 分辨率 理解 按瑞利判断，两点间距离σ等于艾里斑半径a时即可分辨: 物镜的理论分辨率： 摄影系统 二. 分辨率 按瑞利判断，两点间距离σ等于艾里斑半径a时即可分辨: 物镜的理论分辨率： F——物镜的光圈数。 相对孔径（光圈数F  ），则NL （分辨开的线对数越多）. 此公式决定了视场中心的分辨率。视场边缘由于成像光束的孔径角比轴上点小分辨率有所降低，且在子午和弧矢方向也有差异。 分辨率是衡量摄影物镜的像质指标之一。 理解

（1）由于摄影物镜（大孔径、大视角——轴上点、轴外点像差）有较大的像差，且存在衍射效应，因为实际分辨率低于理论分辨率。 摄影系统 注意： （1）由于摄影物镜（大孔径、大视角——轴上点、轴外点像差）有较大的像差，且存在衍射效应，因为实际分辨率低于理论分辨率。 （2）分辨率还与被摄目标的对比度有关，同一物镜对不同对比度的目标（分辨率板）进行测试，其分辨率值不同。 如图三种测试摄影物镜分辨率的图案。

检验时，分辨率图表须给予充分而均匀的照明。 摄影系统 检验时，分辨率图表须给予充分而均匀的照明。 测试方式: 测试方式可以是直接用显微镜来观察图案被物镜所成的像，得到物镜的目视分辨率。此时显微物镜的数值孔径应与被检物镜的像方孔径角匹配。 也可以用显微镜来观察图案被物镜所拍摄得的底片，得到物镜的照相分辨率。显然，照相分辨率同时被摄影物镜的分辨率和底片的分辨率所决定。照相分辨率要比目视分辨率低得多。 分辨率以像面上每mm内能分辨开的线对数来表示。 系统的分辨率N以经验公式表示：

三.景深 照相制版、放映、投影物镜等只需对一对共轭面成像。 电视、电影系统、照相系统则要求光学系统对整个或部分物空间同时成像于一个像平面上。 摄影系统 三.景深 照相制版、放映、投影物镜等只需对一对共轭面成像。 电视、电影系统、照相系统则要求光学系统对整个或部分物空间同时成像于一个像平面上。 z=z’/b 眼睛观察照片时，z’ 对人眼的张角：e = z’/L (e=z’/250) 2a: P:

（2）入瞳直径 2a （此时，F=f ’/2a  ），则D； （3）拍摄距离 P ，则D 。 摄影系统 当观察距离一定时（为明视距离） （1）f ’，则D； （2）入瞳直径 2a （此时，F=f ’/2a  ），则D； （3）拍摄距离 P ，则D 。 因此，用照相机拍摄时，选用光圈指数F，则D 。

摄影系统 四、摄影物镜的类型 大孔径大视场 匹兹伐尔物镜 D/f’: 1:3.4 2w: 250 电影放映物镜

D/f’: 1:9~1:2.8 天塞物镜： D/f’: 1:3.5~1:2.8 2w: 640 2w: 550 摄影系统 普通物镜 应用范围广。 f’: 20~500mm D/f’: 1:9~1:2.8 天塞物镜： D/f’: 1:3.5~1:2.8 2w: 640 2w: 550 柯克三片式 天塞物镜 海利亚物镜 大相对孔径物镜 相对比较复杂，双高斯物镜： f’: 50mm （对称型） D/f’: 1:2 2w: 400~600 双高斯物镜

特点：焦距较短，后截距较长，视场照度比较均匀。视场角可达600以上。 常用于摄制彩色电影。后截距较长，便于物镜和感光片之间安放分光元件。 摄影系统 广角物镜 反摄远物镜 特点：焦距较短，后截距较长，视场照度比较均匀。视场角可达600以上。 常用于摄制彩色电影。后截距较长，便于物镜和感光片之间安放分光元件。 (2)超广角物镜 2w＞900的物镜称为超广角物镜。通常，超广角物镜是一种对称式的 球壳型结构，由两个反摄远物镜对称于光阑 放置而成。像面边缘照度下降很厉害，不考虑渐晕时，按cos4w下降，边缘照度是中心照度的6.25％ 。 f’ lF’ F’ H’

鲁沙尔物镜。鲁沙尔-32型： f’: 70.4mm D/f’: 1:6.8 （D/f’: 1:5.6） 摄影系统 鲁沙尔物镜。鲁沙尔-32型： f’: 70.4mm D/f’: 1:6.8 （D/f’: 1:5.6） 2w: 1220 （2w: 1000） 阿维岗物镜。该镜头包括了4—6个球壳透镜，成像质量很理想，D/f’达1: 5.6，用镀不均匀逆光膜的方式改善像面照度分布，中心附近照度比例于cos2w，照度分布呈cos3w规律变化。常用于航测相机镜头。 阿维岗物镜 鲁沙尔物镜

摄影系统 3)鱼眼镜头 鱼眼镜头又称全景镜头，它仍是一种超广角镜头，视场角等于或大于1800，镜头的前镜片突出，犹如鱼眼。这种镜头的外壳上常刻有“fish—eye”字样，如图所示。

一种是圆形鱼眼镜头，它拍出的像画面在底片上呈圆形. 另一种拍出的像画面呈矩形。 摄影系统 鱼眼镜头有两种： 一种是圆形鱼眼镜头，它拍出的像画面在底片上呈圆形. 另一种拍出的像画面呈矩形。 尼康35mm照相机用的鱼眼镜头：“Fish—eye— Nikkon”，焦距为7.5mm，相对孔径1:5.6，拍摄后得到的画面为直径23mm的圆形。 由于鱼眼镜头的视场角特别大，焦距非常短，所以它的景深特别深，从1米到无穷远都可以成清晰的像，但有严重的畸变，画面感光亦不均匀，出现中心亮四周暗的情况。 鱼眼镜头适用于拍摄圆形的景物，如圆形剧场、广场全景和天空等。

摄影系统

调节焦距时，保持人物大小不变而改变拍摄位置。通过背景中柱拍摄的情况的不同，可以看出望远端和广角端的区别。 比较望远和广角端的区别。 调节焦距时，保持人物大小不变而改变拍摄位置。通过背景中柱拍摄的情况的不同，可以看出望远端和广角端的区别。 「望远镜端拍摄」 「使用广角端拍摄」

高空摄影物镜,f’可达3m以上。普通相机也可配600mm的长焦镜头。 摄影系统 远摄物镜 由正负透镜组成，正透镜在前，主面前移，机械筒长 L(=d+lF’) f ’， L／f ’为摄远比，L／f ’0.8 ， 一般 L＝0.7 f ’ 。 高空摄影物镜,f’可达3m以上。普通相机也可配600mm的长焦镜头。 如图， (蔡司)远摄天塞物镜: D/f’<1:6 2w < 300 f’ d lF’ F’ H’ L’

摄影系统

摄影系统

摄影系统 长焦镜头19.75mm（相当于77mm）

摄影系统 广角镜头9.625mm（相当于37mm）

摄影系统 超广角镜头7.4375mm（相当于29mm）

摄影系统 标准镜头11.625mm（相当于45mm）

摄影系统 移轴镜头

摄影系统 变焦距物镜 f ’在一定范围内连续变化，而像面位置固定不变，且像面上得到的是连续改变成像放大率即（不同比例的）像。当焦距连续变化时，像面上的景物由小变大，或由大变小，给人以由远到近，或由近及远的感觉，这是定焦距镜头难以达到的。

变焦距物镜是利用系统中的镜组相对移动来达到变焦目的的。 系统中引起b变化的子系统——变倍组，相对位置不变的子系统——固定组。 摄影系统 变焦距物镜是利用系统中的镜组相对移动来达到变焦目的的。 系统中引起b变化的子系统——变倍组，相对位置不变的子系统——固定组。 如图为机械补偿法，透镜组2是沿光轴作线性移动的，而透镜3的移动规律往往是非线性的，它们用精密凸轮协调起来。 A2’ A2#’ 变焦距镜头的工作原理图

变焦系统由多个子系统组成，f ’的变化是通过一个或多个子系统的轴向移动，改变光组间隔来实现的。 摄影系统 镜头变焦距范围有两个极限焦距。 fmax’ / fmin’＝ M ——变倍比 变焦系统由多个子系统组成，f ’的变化是通过一个或多个子系统的轴向移动，改变光组间隔来实现的。

（2）各f ’所对应的相对孔径应一样（不变）； （3）各f ’所对应的成像质量和照度分布应合乎要求。 摄影系统 设计上满足以下要求： （1）f ’变化时，成像面位置固定不变； （2）各f ’所对应的相对孔径应一样（不变）； （3）各f ’所对应的成像质量和照度分布应合乎要求。 性能要求： （1）高变倍比，大相对孔径，大视场，对不同距离进行调焦； （2）结构上：体积小，重量轻； （3）像质：力求达到定焦距物镜的质量。

Pan-cinor-150系列： f’: 38.5~151mm D/f’: 1:24 2wmax: 400 全长： 280mm 摄影系统 Pan-cinor-150系列： f’: 38.5~151mm D/f’: 1:24 2wmax: 400 全长： 280mm 目前，我国己设计出一系列变焦物镜，如： 5×长焦距物镜： f’: 125~600mm , 250~1200mm D/f’: 1:5 2wmax: 200 6×广角物镜： f’: 37.5~148mm D/f’: 1:2 2wmax: 600

摄影系统

§ 7.7 投影系统 投影系统是把一平面物体放大成一平面实像以便于人眼观察。 幻灯机、电影放映机、照相机、测量投影仪、缩微胶片阅读仪. § 7.7 投影系统 投影系统是把一平面物体放大成一平面实像以便于人眼观察。 幻灯机、电影放映机、照相机、测量投影仪、缩微胶片阅读仪. 一、结构形式 投影系统类似于倒置的摄影系统（缩小成像）。 小视场，大孔径。 双高斯物镜 天塞物镜 匹兹伐尔物镜 二、照明系统 大孔径角的照明系统和适当的光源——获得均匀足够的照明。 照明系统和投影成像系统的衔接条件： 照明系统的拉赫不变量J1 > 投影成像系统的拉赫不变量J2 ； 保证两个系统的光瞳衔接和成像关系。 投影

要求： 光源的像大于投影物体面积，多用于投影物体面积比较小的情形。 电影放映机

光源成像在投影物镜的入瞳上，多用于大面积投影物体的仪器中。幻灯机和放大机。 优点：容易在像平面上获得均匀的照明。 一般在灯泡后面放一球面反射镜，以增加对光源光能的利用率。

画面在水平和垂直方向有不同的b，定义其比值——压缩比（变形比）K： 投影系统 宽银幕放映物镜的成像: 被它成像的画面是一张“变形”的图片，图片上的景物与实物的比例（b）因方位而异，在子午方向上有一个固定的比例bt ，在弧矢方向上有另一个固定的比例bs 。 因此，通常的宽银幕放映物镜是由普通物镜、变形镜组组成。其中变形镜组在子午和弧矢方向上具有不同的放大率，这两种放大率恰好与电影图片的子午、弧矢放大率匹配，使放映后银幕上重现原景的正常图样，使放映出来的景物对观察者有更大的张角，从而真实感更强。 画面在水平和垂直方向有不同的b，定义其比值——压缩比（变形比）K： K＝ bs /bt 一般K=1.5~2

透射式电子显微镜工作原理

扫描电子显微镜工作原理

w’ 2h lz’ y F w’ 2h f’ y F

放大镜 y w2’ w1’ 2h w’ 2a’ lz’ 虚像平面 虚像平面 场阑 出瞳 y F lz’ 场阑 出瞳 w’ w1’ 2h

D’ -w w’ D fo’ -fe lz’ y1’ h 入瞳(孔阑) 分化板(场阑) 出瞳 u’