工程光学 第八章 典型光学系统

传统135mm胶片相机 < 20mm 21~35mm 典型的数码相机 < 4.3mm 4.7~7.5mm 视场范围 超广角 广角
50mm
70~200mm
10.7mm
14~43mm
表8-3
普通
远摄
10
8.1.2 摄影物镜的光束限制
在摄影系统中，底片框就是视场光阑。
11
8.1.3 摄影物镜的分辨率
摄影系统的分辨率是以像平面上每毫米内能分辨开的 线对数来表示，其大小取决于物镜的分辨率和接收器的 分辨率。设物镜的分辨率为 N L ，接收器的分辨率是 N r， 按经验公式，系统的分辨率N为
行调焦；
（2）结构上：体积小，质量小； （3）像质：力求达到定焦距物镜的质量。
28
§ 8.2
投影系统
投影系统——被照明的物体，以一定大小倍率成 像在屏幕上的光学系统。
投影系统与摄影系统恰恰相反，如果把摄影系统颠倒 过来使用，就成了投影系统。投影系统的作用是把一平 面物体（如幻灯片或电影正片）放大成一平面实像在一 屏幕上。幻灯机、电影放映机、照相放大机、测量投影 仪、微缩胶片阅读仪等都属于投影系统。
' 7 0 .4 m m ，相对孔径
，2ω=1220，如下图为其结构型式。
F’ H’ f’ lF’
负镜在前，像方主面后移
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鱼眼镜头

鱼眼镜头又称全景镜头，它是一种超广角镜头， 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。 圆形
20
D/f′
1:1.4
1:2
1:2.8
1:4
1:5.6
1:8
1:11 1:16 1:22

1.0
0.8
光谱光效率
为什么暗环境下能
0.6
做饭、洗衣，但不
0.4
能描龙绣凤？
0.2
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0.0 400 500 600 700 800
l(nm)
光谱光效率函数曲线
第七章 光度学基础
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§8.1.5 眼睛的分辨率
眼睛刚能分辨开二个很靠近点的能力称为眼睛的分辨率。 二者成反 比
刚能分辨的二个点对眼睛物方节点的张角称为极限分辨角。
瞄准精度和前面讲到的分辨率是不是一个概念？
瞄准精度随所选取的瞄准标志而异，最高精度可达人眼分辨率的1/6到1/10。
二实线重合 60
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二直线端部对准 叉线对准单线
（10～20）
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第七章 光度学基础
双线对称夹单线 （5～10）
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§8.1.7 眼睛的立体视觉
眼睛观察空间物体时，能区别它们的相对远近而具有立体视觉。简称体视。 C
若以50％渐晕点为界来决定线视场2 y
F
2 y 2B2F
f tanW2
f h d
250 f
2 y 500h d
W F
f 眼瞳
W3W2 W1 2a 2h
眼瞳
d
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第七章 光度学基础
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讨论：
逢年过节，要买放大镜孝敬老人， 该如何选择其放大倍率？
2y h
2y 1
2y 1 d
（2）与照明光谱成份有关：单色光分辨率高（眼睛有色差）； （3）与视网膜上成像位置有关，黄斑处分辨率最高。
对眼睛张角小物体的要借助望远镜或显微镜等仪器，仪器 应有适当的放大率，使能被仪器分辨的也能被眼睛分辨。

物体位于明视距离处对人眼的张角放大镜的工作原理
250mm,
r=−
两块密接透镜构成的放大镜
显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距。

适用于远视眼的视度调节
适用于近视眼的视度调节
F e
F F e
F
满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像——物镜共轭距不变加反射棱镜、平行平板
望远镜系统的结构
望远镜中的轴外光束走向
'tan '
o y f ω=−
视角放大率：
'tan '
f ω望远镜系统中平行于光轴的光线
(a)
(b)两类望远镜系统中的轴外光束走向(a)开普勒望远镜系统和(b)伽利略望远镜系统
开普勒式望远系统加入场镜的系统
=1:2.8
照相镜头可变光圈
孔径光阑探测器
视场光阑
01.22d λ=
艾里斑Airy disk
2
)实验系统相同，所用光波波长愈短则艾里斑愈小；刚能分辩的两个像点
min
0.15
≈
视觉细胞的直径，约5μm
角距离时人眼还
2mm
显微物镜的分辨率
'σβσ
=显微镜的几何景深
2''
x u δ≈Δ⋅弥散斑。

人眼除了能够随物体距离的改变而调节水 晶体的曲率以外，还能在不同亮暗程度的条 件下工作。
一、眼睛的调节和适应
眼睛所能感受的光亮度的变化范围很大， 其比值可达 1012 :1。这是因为眼睛对不同 亮度条件有适应的能力，这种能力称为眼 睛的适应。
适应是一种当周围照明条件发生变化时 眼睛所产生的状态变化过程，可分为对暗 适应和对亮适应两种，前者发生在自光亮 处到黑暗处的时候，后者发生在自黑暗处 到光亮处的时候。
据物理光学中衍射理论的分析可知，其极
限分辨角为 上式中
1.22 （8-3）
D
为物体辐射的波长，D为入瞳直径
三、眼睛的分辨力
若 以秒表示，D用毫米表示，则对波长
为0.00055mm的光而言，眼睛的极限分辨角 为
1.220.00055 206265 140
D
D
（秒）（8-4）
对于眼睛而言，上式中的D就是瞳孔直径，
第三节 显微镜系统
一、显微镜的视觉放大率
图8-7
第三节 显微镜系统
显微镜由物镜和目镜组成，其成像原理 如图8-7所示，它有二次成像过程。首先， 近距离物体经物镜成像在目镜的物方焦点 附近，再经目镜按放大镜的方式成像。
人眼直接在明视距离处观察物体时，有
tge
y 250
人眼通过显微镜观察时，按显微镜系统中
第八章 典型光学系统
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第八章 典型光学系统
1
眼睛的光学成像特性
2
放大镜
3
显微镜系统
4
望远镜系统
第八章 典型光学系统
5
目镜
6
摄影系统
7
投影系统
第一节 眼睛的光学成像特性
▪ 一、眼睛的调节和适应 ➢1．视度调节 ➢2．瞳孔调节 ➢3．适应