第八章嘉應(yīng)學(xué)院典型光學(xué)系統(tǒng)1

1、第八章 典型光學(xué)系統(tǒng) 第八章 典型光學(xué)系統(tǒng) 眼睛的光學(xué)成像特性眼睛的光學(xué)成像特性 1放大鏡放大鏡 2顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng) 3望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng) 4第八章 典型光學(xué)系統(tǒng) 攝影系統(tǒng)攝影系統(tǒng) 6第一節(jié) 眼睛的光學(xué)成像特性 一、眼睛的調(diào)節(jié)和適應(yīng)1視度調(diào)節(jié)視度調(diào)節(jié)2瞳孔調(diào)節(jié)瞳孔調(diào)節(jié)3適應(yīng)適應(yīng) 二、眼睛的缺陷及矯正 三、眼睛的分辨力 四、雙目立體視覺一、眼睛的調(diào)節(jié)和適應(yīng)人眼有兩種調(diào)節(jié)功能：視度調(diào)節(jié)和瞳孔調(diào)節(jié)。人眼有兩種調(diào)節(jié)功能：視度調(diào)節(jié)和瞳孔調(diào)節(jié)。1視度調(diào)節(jié)視度調(diào)節(jié)人眼觀察物體時(shí)，要使物體在網(wǎng)膜上形成一個(gè)清晰的像，水晶體人眼觀察物體時(shí)，要使物體在網(wǎng)膜上形成一個(gè)清晰的像，水晶體是眼睛光學(xué)系統(tǒng)的主要成像器件

2、是眼睛光學(xué)系統(tǒng)的主要成像器件黃斑盲點(diǎn)角膜前室虹彩視軸后室水晶體鞏膜脈絡(luò)膜網(wǎng)膜為使遠(yuǎn)近不同的物體都能成像為使遠(yuǎn)近不同的物體都能成像在網(wǎng)膜上，必須相應(yīng)地改變?nèi)嗽诰W(wǎng)膜上，必須相應(yīng)地改變?nèi)搜鬯w的焦距。眼水晶體的焦距。當(dāng)肌肉用力時(shí)，水晶體曲率增大，可看清近物；當(dāng)肌肉放松當(dāng)肌肉用力時(shí)，水晶體曲率增大，可看清近物；當(dāng)肌肉放松時(shí)，水晶體曲率變小，可看清遠(yuǎn)處物體。眼睛的這種自動(dòng)調(diào)時(shí)，水晶體曲率變小，可看清遠(yuǎn)處物體。眼睛的這種自動(dòng)調(diào)焦以看清不同遠(yuǎn)近物體的過程，稱為視度調(diào)節(jié)焦以看清不同遠(yuǎn)近物體的過程，稱為視度調(diào)節(jié)一、眼睛的調(diào)節(jié)和適應(yīng)lSD1視度視度-描述人眼視度調(diào)節(jié)的能力描述人眼視度調(diào)節(jié)的能力視度（視度（SD）

3、：與視網(wǎng)膜相共軛的物面到人眼距離的倒數(shù)）：與視網(wǎng)膜相共軛的物面到人眼距離的倒數(shù)單位：單位： 1/m 屈光度（屈光度（D） 1D1/m遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn):當(dāng)肌肉完全放松時(shí)，眼睛所能看清楚的最遠(yuǎn)的點(diǎn)當(dāng)肌肉完全放松時(shí)，眼睛所能看清楚的最遠(yuǎn)的點(diǎn)近點(diǎn)近點(diǎn):當(dāng)肌肉在最緊張時(shí)，眼睛所能看清楚的最近的點(diǎn)當(dāng)肌肉在最緊張時(shí)，眼睛所能看清楚的最近的點(diǎn)近點(diǎn)距離近點(diǎn)距離lp：近點(diǎn)到眼睛物方主點(diǎn)的距離近點(diǎn)到眼睛物方主點(diǎn)的距離遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)lr:距離到眼睛物方主點(diǎn)的距離距離到眼睛物方主點(diǎn)的距離plP1rlR1眼睛的視度調(diào)節(jié)范圍或調(diào)節(jié)能力：眼睛的視度調(diào)節(jié)范圍或調(diào)節(jié)能力：prllPRA11 單位：單位： 1/m 屈光度（屈光度（D）一、眼睛的

4、調(diào)節(jié)和適應(yīng)明視距離明視距離:正常的眼睛在正常照明（約正常的眼睛在正常照明（約50勒克斯）下最方便和最勒克斯）下最方便和最習(xí)慣的閱讀距離，一般認(rèn)為，該距離為習(xí)慣的閱讀距離，一般認(rèn)為，該距離為250毫米毫米近點(diǎn)距離和遠(yuǎn)點(diǎn)距離是隨年齡而變化的。隨著年齡的增大，眼近點(diǎn)距離和遠(yuǎn)點(diǎn)距離是隨年齡而變化的。隨著年齡的增大，眼睛調(diào)節(jié)范圍變小睛調(diào)節(jié)范圍變小 年齡（米） (屈光度) (米)（屈光度） （屈光度）10-000.100-1001025-0.118-8.508.530-0.143-70735-0.182-5.505.540-0.222-4.504.545

5、-0.286-3.503.560-0.400-2.502.5plPrlRA一、眼睛的調(diào)節(jié)和適應(yīng)2瞳孔調(diào)節(jié)瞳孔調(diào)節(jié)瞳孔調(diào)節(jié)瞳孔調(diào)節(jié):人眼的瞳孔根據(jù)環(huán)境光的強(qiáng)弱，自動(dòng)調(diào)節(jié)瞳孔直徑，人眼的瞳孔根據(jù)環(huán)境光的強(qiáng)弱，自動(dòng)調(diào)節(jié)瞳孔直徑，以控制進(jìn)光量的多少。以控制進(jìn)光量的多少。一般白天光線較強(qiáng)，瞳孔縮小到一般白天光線較強(qiáng)，瞳孔縮小到2mm左右左右夜晚光線較暗時(shí)可以擴(kuò)大到夜晚光線較暗時(shí)可以擴(kuò)大到8mm設(shè)計(jì)目視光學(xué)儀器時(shí)，必須要考慮和人眼瞳孔大小的配合設(shè)計(jì)目視光學(xué)儀器時(shí)，必須要考慮和人眼瞳孔大小的配合3適應(yīng)適應(yīng)人眼能在不同亮暗程度的條件下逐步適應(yīng)環(huán)境工作人眼能在不同亮暗程度的條件下逐步適應(yīng)環(huán)境工作二、眼睛的缺陷及

6、矯正二、眼睛的缺陷及矯正rl正常眼在肌肉完全放松的自然狀態(tài)下，遠(yuǎn)點(diǎn)在無限遠(yuǎn)正常眼在肌肉完全放松的自然狀態(tài)下，遠(yuǎn)點(diǎn)在無限遠(yuǎn)近視眼：遠(yuǎn)點(diǎn)在眼睛前方有限距離處（近視眼：遠(yuǎn)點(diǎn)在眼睛前方有限距離處（ 0）正常眼正常眼rl 近視眼近視眼遠(yuǎn)視眼：近點(diǎn)較正常人變遠(yuǎn)遠(yuǎn)視眼：近點(diǎn)較正常人變遠(yuǎn) 原因眼睛肌肉松弛原因眼睛肌肉松弛 晶狀體焦距變大晶狀體焦距變大遠(yuǎn)視眼遠(yuǎn)視眼正常近點(diǎn)正常近點(diǎn)相當(dāng)于眼相當(dāng)于眼球變短球變短眼睛的缺陷眼睛的缺陷遠(yuǎn)視眼近點(diǎn)遠(yuǎn)視眼近點(diǎn)近視眼近視眼遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)相當(dāng)于眼相當(dāng)于眼球變長球變長二、眼睛的缺陷及矯正二、眼睛的缺陷及矯正眼睛缺陷的矯正眼睛缺陷的矯正近視眼矯正：佩戴負(fù)透鏡，使無窮遠(yuǎn)近視眼矯正：佩戴負(fù)透

7、鏡，使無窮遠(yuǎn)處物體成像于近視眼患者遠(yuǎn)點(diǎn)位置處物體成像于近視眼患者遠(yuǎn)點(diǎn)位置近視眼近視眼遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)視眼矯正：佩戴正透鏡，使距遠(yuǎn)遠(yuǎn)視眼矯正：佩戴正透鏡，使距遠(yuǎn)視眼患者眼球距離為正常人近點(diǎn)距視眼患者眼球距離為正常人近點(diǎn)距離的物體，成像于遠(yuǎn)視眼患者近點(diǎn)離的物體，成像于遠(yuǎn)視眼患者近點(diǎn)位置位置正常近點(diǎn)正常近點(diǎn)遠(yuǎn)視眼近點(diǎn)遠(yuǎn)視眼近點(diǎn)遠(yuǎn)點(diǎn)為遠(yuǎn)點(diǎn)為0.5米，佩戴眼鏡？米，佩戴眼鏡？-2D -200度度 近視近視200度度 1D稱為稱為100度。度。矯正眼睛的度數(shù)：眼鏡的像方焦距的倒數(shù)乘以矯正眼睛的度數(shù)：眼鏡的像方焦距的倒數(shù)乘以100近點(diǎn)為近點(diǎn)為125cm，佩戴，佩戴3.2D，遠(yuǎn)視，遠(yuǎn)視320度度三、眼睛的分辨力三、

8、眼睛的分辨力極限分辨角：眼睛剛能分辨開的兩點(diǎn)對眼睛物方節(jié)點(diǎn)所極限分辨角：眼睛剛能分辨開的兩點(diǎn)對眼睛物方節(jié)點(diǎn)所張的角度，稱為極限分辨角。張的角度，稱為極限分辨角。 （8-3）1.22 0.00055140206265DD （秒）（秒） （8-4） 601 1.22D 物體輻射的波長物體輻射的波長 通常取通常取550nmD：瞳孔直徑瞳孔直徑 2mm白天當(dāng)瞳孔直徑為白天當(dāng)瞳孔直徑為2毫米，眼睛的極限分辨角約為毫米，眼睛的極限分辨角約為70極限分辨角越小，分辨能力越強(qiáng)，分辨率為極限分辨角倒數(shù)極限分辨角越小，分辨能力越強(qiáng)，分辨率為極限分辨角倒數(shù)視差角視差角 ：雙目觀察物點(diǎn)雙目觀察物點(diǎn)A時(shí)，兩眼的視軸對準(zhǔn)

9、時(shí)，兩眼的視軸對準(zhǔn)A點(diǎn)，兩視軸之點(diǎn)，兩視軸之間夾角間夾角/Ab L （8-5）感覺雙目觀察物體，能夠感知物體遠(yuǎn)近感覺雙目觀察物體，能夠感知物體遠(yuǎn)近-眼睛的空間深度眼睛的空間深度根據(jù)雙目觀察物體的視差角感知物體遠(yuǎn)近根據(jù)雙目觀察物體的視差角感知物體遠(yuǎn)近視軸：眼睛的節(jié)點(diǎn)與視網(wǎng)膜黃斑中心的連線視軸：眼睛的節(jié)點(diǎn)與視網(wǎng)膜黃斑中心的連線眼睛的節(jié)點(diǎn)眼睛的節(jié)點(diǎn)J1和和J2連線連線稱為視覺基線稱為視覺基線 長度為長度為b視差角為視差角為物體遠(yuǎn)近不同，視差角不同物體遠(yuǎn)近不同，視差角不同min12 0無限遠(yuǎn)物點(diǎn)對應(yīng)的視差角無限遠(yuǎn)物點(diǎn)對應(yīng)的視差角maxmin/62206265/101200Lbmmm稱作為立體視覺半徑。

10、稱作為立體視覺半徑。 觀察兩物點(diǎn)，若兩物點(diǎn)和觀察者的距離不同，它們在兩眼中所形觀察兩物點(diǎn)，若兩物點(diǎn)和觀察者的距離不同，它們在兩眼中所形成的像與黃斑中心有不同的距離成的像與黃斑中心有不同的距離不同距離的物體對應(yīng)視差角的差值不同距離的物體對應(yīng)視差角的差值- “立體視差立體視差”，簡稱視差，簡稱視差大，人眼感覺兩物體的縱向深度大大，人眼感覺兩物體的縱向深度大min 人眼剛能分辨出它和無限遠(yuǎn)物點(diǎn)的距人眼剛能分辨出它和無限遠(yuǎn)物點(diǎn)的距離差別，即是人眼能分辨遠(yuǎn)近的最大距離。離差別，即是人眼能分辨遠(yuǎn)近的最大距離。 min人眼能感覺到人眼能感覺到 的極限值的極限值 稱為稱為“體視銳體視銳度度” ； 大約為大約為

11、10A點(diǎn)和點(diǎn)和C點(diǎn)的視差點(diǎn)的視差講解習(xí)題講解習(xí)題1某人看不清眼前某人看不清眼前2.5米以外的物體，需佩戴眼鏡的光焦度是多少？米以外的物體，需佩戴眼鏡的光焦度是多少？某人看不清眼前一米內(nèi)的物體，需佩戴眼鏡的光焦度是多少？某人看不清眼前一米內(nèi)的物體，需佩戴眼鏡的光焦度是多少？第二節(jié)放大鏡 一、視覺放大率一、視覺放大率 二、光束限制和線視場二、光束限制和線視場結(jié)束結(jié)束視視覺覺放放大大率率表表示示目目視視儀儀器器的的放放大大本本領(lǐng)領(lǐng)用用的的比比值值視視網(wǎng)網(wǎng)膜膜上上像像高高用用人人眼眼直直接接觀觀察察物物體體時(shí)時(shí)與與上上所所成成像像高高器器觀觀察察物物體體時(shí)時(shí)，視視網(wǎng)網(wǎng)膜膜視視覺覺放放大大率率：用用目目

12、視視儀儀eiyyeieill tantantantanyyei 一、視覺放大率一、視覺放大率眼睛感覺物體大小，由物體在視網(wǎng)膜上成像大小眼睛感覺物體大小，由物體在視網(wǎng)膜上成像大小目視儀器對物體有放大作用，由于物體在視網(wǎng)膜上所成像，比目視儀器對物體有放大作用，由于物體在視網(wǎng)膜上所成像，比直接觀看物體所成像大直接觀看物體所成像大l eye i iyl 對人眼所張視角對人眼所張視角為人眼直接觀察物體為人眼直接觀察物體對人眼所張視角，對人眼所張視角，為目視系統(tǒng)所成像為目視系統(tǒng)所成像e i第二節(jié)放大鏡第二節(jié)放大鏡視覺放大率是用人眼來視覺放大率是用人眼來“測量測量”像的大小變化，因此也像的大小變化，因此也稱

13、主觀放大率。稱主觀放大率。 i eieieitgtgtgltglyy一、視覺放大率一、視覺放大率-描述助視儀器放大本領(lǐng)描述助視儀器放大本領(lǐng)放大鏡的視覺放大率放大鏡的視覺放大率250yDytge 當(dāng)人眼通過放大鏡觀察物體時(shí)，當(dāng)人眼通過放大鏡觀察物體時(shí)，若人眼距放大鏡的距離為若人眼距放大鏡的距離為( )y Dy Plxflyyyff flDPlf得得圖圖8-5人眼直接觀察人眼直接觀察 物體一般放在明物體一般放在明視距離上視距離上 D250mm lPytgi放大鏡的視放大鏡的視覺放大率覺放大率人眼置于放大人眼置于放大鏡的焦點(diǎn)附近：鏡的焦點(diǎn)附近：（1）當(dāng)物體放在放大鏡的前焦點(diǎn)上）當(dāng)物體放在放大鏡的前焦

14、點(diǎn)上放大鏡的放大率并非是常數(shù)放大鏡的放大率并非是常數(shù)0/250/D ffPlD25011PDPfff （2）調(diào)焦在明視距離）調(diào)焦在明視距離D（250mm）處）處得得fP 250f 0P 2501f若眼睛緊靠著若眼睛緊靠著放大鏡，即放大鏡，即仍有仍有放大鏡的視覺放大率放大鏡的視覺放大率flDPlf l二、光束限制和線視場二、光束限制和線視場1()/tghaP/tgh P2()/tghaP當(dāng)漸暈系數(shù)當(dāng)漸暈系數(shù)K分別為分別為50% 、 100%和和0時(shí)，像方視場角分別為時(shí)，像方視場角分別為 （815）放大鏡與眼睛構(gòu)成目視光學(xué)系統(tǒng)，眼瞳是孔徑光闌，又是出瞳放大鏡與眼睛構(gòu)成目視光學(xué)系統(tǒng)，眼瞳是孔徑光闌，

15、又是出瞳放大鏡框是視場光闌，也是出、入射窗，由于視場光闌不能與放大鏡框是視場光闌，也是出、入射窗，由于視場光闌不能與物（像）面重合，視場將產(chǎn)生漸暈物（像）面重合，視場將產(chǎn)生漸暈像方視場角：視場邊緣物點(diǎn)發(fā)射像方視場角：視場邊緣物點(diǎn)發(fā)射光線的像方孔徑角光線的像方孔徑角K=100%K=50%K=0%22yf tg05002hymmP放大鏡的視場通常用物方線視場放大鏡的視場通常用物方線視場2 2y代入得線視場為代入得線視場為 （816） 由此可知，放大鏡的倍率越大，線視場越小。再一次說明，放由此可知，放大鏡的倍率越大，線視場越小。再一次說明，放大鏡的放大率不能過大。大鏡的放大率不能過大。 二、光束限制

16、和線視場二、光束限制和線視場表示表示見見P163 圖圖8-7當(dāng)物位于放大鏡前焦面上漸暈當(dāng)物位于放大鏡前焦面上漸暈50%時(shí)時(shí)由圖中平行光線得由圖中平行光線得此時(shí)此時(shí)0/250/Dff/tgh P講解如何分辨凸透鏡和凹透鏡講解如何分辨凸透鏡和凹透鏡第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng) 一、顯微鏡的視覺放大率一、顯微鏡的視覺放大率二、顯微鏡的光學(xué)連接二、顯微鏡的光學(xué)連接三、顯微鏡的光束限制三、顯微鏡的光束限制四、顯微鏡的分辨力和有效放大率四、顯微鏡的分辨力和有效放大率 五、顯微物鏡五、顯微物鏡 一、顯微鏡的視覺放大率一、顯微鏡的視覺放大率1.1 顯微鏡結(jié)構(gòu)與原理顯微鏡結(jié)構(gòu)與原理物鏡焦距物鏡焦距-fo較短較短 目鏡目鏡

17、-焦距焦距fe較長較長兩次放大后成像兩次放大后成像第一次放大：第一次放大：物體置于物鏡物方焦點(diǎn)物體置于物鏡物方焦點(diǎn)F1外側(cè)附近，經(jīng)物鏡成倒立外側(cè)附近，經(jīng)物鏡成倒立放大實(shí)象放大實(shí)象y，實(shí)象，實(shí)象y位于目鏡的物方焦點(diǎn)位于目鏡的物方焦點(diǎn)F2內(nèi)側(cè)附近或內(nèi)側(cè)附近或F2處。處。第二次放大第二次放大：目鏡再將物鏡所成的象：目鏡再將物鏡所成的象y在人眼明視距離在人眼明視距離 成放大虛成放大虛象象y 目鏡相當(dāng)于放大鏡目鏡相當(dāng)于放大鏡 。顯微鏡成放大倒立的虛像顯微鏡成放大倒立的虛像目鏡和物鏡都為組合透鏡目鏡和物鏡都為組合透鏡第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)顯微鏡系統(tǒng) FoFe物鏡物鏡目鏡目鏡yy y 0 x人眼直接在明視

18、距離處觀察物體人眼直接在明視距離處觀察物體250ytge通過顯微鏡觀察時(shí)通過顯微鏡觀察時(shí)ffxyyeifyUtgtg i eeoeifftgtg 250像對人眼張角像對人眼張角 y 靠近目鏡物方焦點(diǎn)靠近目鏡物方焦點(diǎn) 出射光近似為平行光出射光近似為平行光像像FoFe物鏡物鏡目鏡目鏡yy y 0 xi U Ui U 像對目鏡中心張角像對目鏡中心張角 1.2 顯微鏡視覺放大率顯微鏡視覺放大率 顯微鏡的視覺放大率等于顯微鏡的視覺放大率等于物鏡的垂軸放大率和目鏡物鏡的垂軸放大率和目鏡的視覺放大率的視覺放大率把顯微鏡看作一個(gè)組合系統(tǒng)，其組合焦距為把顯微鏡看作一個(gè)組合系統(tǒng)，其組合焦距為0 /efff 250

19、/mmf說明顯微鏡實(shí)質(zhì)是一個(gè)組合放大鏡說明顯微鏡實(shí)質(zhì)是一個(gè)組合放大鏡 如果使用如果使用10的目鏡，則物鏡的放大倍數(shù)為的目鏡，則物鏡的放大倍數(shù)為 例例8-1 如果要求讀數(shù)顯微鏡的瞄準(zhǔn)精度為如果要求讀數(shù)顯微鏡的瞄準(zhǔn)精度為0.001mm，求顯微，求顯微鏡的放大率。鏡的放大率。 解：解： 人眼直接觀察人眼直接觀察0.001mm的物體所對應(yīng)的視角為的物體所對應(yīng)的視角為6104250001. 0etg 人眼的視角分辨力為人眼的視角分辨力為60，因此要求顯微，因此要求顯微鏡的視放大率為鏡的視放大率為73104606tgtgtg3 . 71073目由此可知，使用一個(gè)由此可知，使用一個(gè)8的顯微物鏡即能滿足要求。

20、的顯微物鏡即能滿足要求。 物鏡的共軛距為物鏡的共軛距為195mm 機(jī)械筒長通常為機(jī)械筒長通常為160mm 物鏡齊焦距離為物鏡齊焦距離為45mm 目鏡齊焦距離為目鏡齊焦距離為10mm 物鏡像面到物鏡定位面距離為物鏡像面到物鏡定位面距離為150mm二、顯微鏡的光學(xué)連接二、顯微鏡的光學(xué)連接為方便更換物鏡和目鏡為方便更換物鏡和目鏡, 對物鏡和目鏡的相對位置提出了齊焦的要對物鏡和目鏡的相對位置提出了齊焦的要求，以保證更換物鏡或目鏡后無需調(diào)焦或微量調(diào)焦即可觀察到圖像求，以保證更換物鏡或目鏡后無需調(diào)焦或微量調(diào)焦即可觀察到圖像三、顯微鏡的光束限制三、顯微鏡的光束限制3.1顯微鏡中的孔徑光闌顯微鏡中的孔徑光闌

21、低倍物鏡為單透鏡組，物鏡框本身就是孔徑光闌低倍物鏡為單透鏡組，物鏡框本身就是孔徑光闌高倍物鏡由多組透鏡組成，一般將最后一組透鏡框作為孔徑光闌高倍物鏡由多組透鏡組成，一般將最后一組透鏡框作為孔徑光闌用于測量的顯微鏡，為消除調(diào)焦不準(zhǔn)對測量精度的影響，一般將專用于測量的顯微鏡，為消除調(diào)焦不準(zhǔn)對測量精度的影響，一般將專門的孔徑光闌設(shè)置在物鏡的像方焦平面上，形成物方遠(yuǎn)心光路門的孔徑光闌設(shè)置在物鏡的像方焦平面上，形成物方遠(yuǎn)心光路孔徑光闌經(jīng)目鏡所成像的出瞳位置均在目鏡的像方焦點(diǎn)以外的附孔徑光闌經(jīng)目鏡所成像的出瞳位置均在目鏡的像方焦點(diǎn)以外的附近處，以方便眼瞳與之重合，它可以避免因額外的漸暈而造成的近處，以方便

22、眼瞳與之重合，它可以避免因額外的漸暈而造成的視場減小視場減小-原因：出瞳直徑小于瞳孔直徑，瞳孔在該位置對光無遮擋原因：出瞳直徑小于瞳孔直徑，瞳孔在該位置對光無遮擋顯微鏡的出瞳直徑與倍率成反比，顯微鏡的放大率通常較顯微鏡的出瞳直徑與倍率成反比，顯微鏡的放大率通常較大，因此，出瞳直徑很小，一般小于眼瞳直徑，只有在低大，因此，出瞳直徑很小，一般小于眼瞳直徑，只有在低倍時(shí)，才能達(dá)到眼瞳直徑。倍時(shí)，才能達(dá)到眼瞳直徑。 ，對于顯微鏡物鏡，應(yīng)滿足正，對于顯微鏡物鏡，應(yīng)滿足正弦條件，有弦條件，有D0sin sin /sin /nuy nuynuf 設(shè)顯微鏡的出瞳直徑為設(shè)顯微鏡的出瞳直徑為usin /2eutg

23、uDf對像方孔徑角對像方孔徑角近似地有近似地有sin/500nuDmm即即500/DNAsinNAnu顯微鏡物鏡的數(shù)值孔徑顯微鏡物鏡的數(shù)值孔徑 顯微鏡的重要光學(xué)參數(shù)顯微鏡的重要光學(xué)參數(shù)3.1顯微鏡中的孔徑光闌顯微鏡中的孔徑光闌- 出瞳直徑大小計(jì)算出瞳直徑大小計(jì)算 eeoeifftgtg 2503.2顯微鏡中的視場光闌顯微鏡中的視場光闌-物鏡像面上的分劃板物鏡像面上的分劃板顯微鏡的線視場顯微鏡的線視場由放在物鏡像面上的分劃板的大小決定，由放在物鏡像面上的分劃板的大小決定，設(shè)分劃板直徑為設(shè)分劃板直徑為D，則顯微鏡的線視場為，則顯微鏡的線視場為2/yD分劃板作為目鏡焦平面上的物分劃板作為目鏡焦平面上

24、的物2eDftg500/eDtgmm物方的線視場隨物鏡倍率的增大而減小物方的線視場隨物鏡倍率的增大而減小FoFe物鏡物鏡目鏡目鏡yy y 0 x滿足滿足ey tan5002y孔徑光闌孔徑光闌視場光闌視場光闌2yD視y-lzmm代入代入2/yD四、顯微鏡的分辨力和有效放大率四、顯微鏡的分辨力和有效放大率 顯微鏡的分辨力顯微鏡的分辨力: :指其分辨近距離物體細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力，指其分辨近距離物體細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力，通常以能分辨的物方兩點(diǎn)間最短距離通常以能分辨的物方兩點(diǎn)間最短距離表示。表示。值越小，則分辨能力越強(qiáng)。值越小，則分辨能力越強(qiáng)。 受光學(xué)系統(tǒng)中孔徑光闌的衍射影響，點(diǎn)光源經(jīng)任何光學(xué)系統(tǒng)形受光學(xué)系統(tǒng)中孔

25、徑光闌的衍射影響，點(diǎn)光源經(jīng)任何光學(xué)系統(tǒng)形成的像都不可能是一個(gè)幾何點(diǎn)，而是一個(gè)衍射斑成的像都不可能是一個(gè)幾何點(diǎn)，而是一個(gè)衍射斑-艾里斑，艾艾里斑，艾里斑的中心代表像點(diǎn)的位置。里斑的中心代表像點(diǎn)的位置。 a0.61 / sin anu 根據(jù)瑞利判斷，兩個(gè)相鄰像點(diǎn)之間的間隔等于艾里斑的半徑時(shí)，根據(jù)瑞利判斷，兩個(gè)相鄰像點(diǎn)之間的間隔等于艾里斑的半徑時(shí)，則剛能被光學(xué)系統(tǒng)分辨。設(shè)艾里斑的半徑為則剛能被光學(xué)系統(tǒng)分辨。設(shè)艾里斑的半徑為則根據(jù)衍射理論，有則根據(jù)衍射理論，有（8-28），aa對應(yīng)剛能分辨兩五點(diǎn)間距對應(yīng)剛能分辨兩五點(diǎn)間距 a u u四、顯微鏡的分辨力和有效放大率四、顯微鏡的分辨力和有效放大率 顯微物鏡

26、屬于大孔徑小視場成像系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足正弦條件顯微物鏡屬于大孔徑小視場成像系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足正弦條件yunyun sinsin近軸物點(diǎn)與軸上物點(diǎn)具有相同像差近軸物點(diǎn)與軸上物點(diǎn)具有相同像差 unyyununsinsinsinNAununa 61. 0sin61. 0sin61. 0 NA數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑unNAsin 顯微鏡的分辨力主要取決于顯微物鏡的數(shù)值孔徑顯微鏡的分辨力主要取決于顯微物鏡的數(shù)值孔徑NA提高數(shù)值孔徑的方法是增大孔徑角，物方孔徑角提高數(shù)值孔徑的方法是增大孔徑角，物方孔徑角U最大可達(dá)最大可達(dá)6070提高物方空間的折射率提高物方空間的折射率-“油浸物鏡油浸物鏡” 即在顯微鏡物鏡前片和

27、物體即在顯微鏡物鏡前片和物體之間浸以液體（如杉木油或二碘甲烷等），可使數(shù)值孔徑達(dá)到之間浸以液體（如杉木油或二碘甲烷等），可使數(shù)值孔徑達(dá)到1.5，因此，光學(xué)顯微鏡的極限分辨距約為因此，光學(xué)顯微鏡的極限分辨距約為/3。 0.61 / sin anu兩個(gè)相鄰像點(diǎn)之間的間隔等于艾里斑的半徑，兩像點(diǎn)間距兩個(gè)相鄰像點(diǎn)之間的間隔等于艾里斑的半徑，兩像點(diǎn)間距a為為公式推導(dǎo)公式推導(dǎo)aa u ul o Dllao 22. 1aunun sinsin lDuu 2/sin顯微鏡小視場成像，滿足正弦條件顯微鏡小視場成像，滿足正弦條件詳細(xì)推導(dǎo)見石順祥詳細(xì)推導(dǎo)見石順祥P144（1）（2）由上圖得：由上圖得：(2)代入（代

28、入（1）得）得unDllao sin61. 022. 1 像方折射率像方折射率1 nNAununa 61. 0sin61. 0sin61. 0 ，滿足正弦，滿足正弦mm0725. 000029. 02501 線距離必須不小于線距離必須不小于四、顯微鏡的分辨力和有效放大率四、顯微鏡的分辨力和有效放大率 有效放大率是指對顯微鏡達(dá)到的分辨極限經(jīng)適當(dāng)?shù)姆糯蠛笄『糜行Х糯舐适侵笇︼@微鏡達(dá)到的分辨極限經(jīng)適當(dāng)?shù)姆糯蠛笄『眠_(dá)到人眼的分辨能力的適當(dāng)放大率。達(dá)到人眼的分辨能力的適當(dāng)放大率。人眼的極限分辨角為人眼的極限分辨角為1，在明視距離上，在明視距離上,人眼能分辨的最小線距離人眼能分辨的最小線距離顯微鏡能夠分辨

29、的最小線距離顯微鏡能夠分辨的最小線距離aa ，經(jīng)顯微鏡放大后所稱的像的，經(jīng)顯微鏡放大后所稱的像的 顯微鏡的放大率必須滿足顯微鏡的放大率必須滿足瑞利分辨率標(biāo)準(zhǔn)是比較保守的，以道威判斷給出的分辨率瑞利分辨率標(biāo)準(zhǔn)是比較保守的，以道威判斷給出的分辨率道威判斷：兩個(gè)相鄰像點(diǎn)之間的兩衍射斑中心距為道威判斷：兩個(gè)相鄰像點(diǎn)之間的兩衍射斑中心距為0.85a時(shí)，光時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)分辨（學(xué)系統(tǒng)分辨（a 為艾里斑半徑）為艾里斑半徑）aa 道威判斷下，物空間能道威判斷下，物空間能夠分辨的兩點(diǎn)間線距離夠分辨的兩點(diǎn)間線距離NAununa 61. 0sin61. 0sin5 . 085. 0 道道四、顯微鏡的分辨力和有效放大率四

30、、顯微鏡的分辨力和有效放大率 aa 道威判斷下，顯道威判斷下，顯微鏡的放大率微鏡的放大率 道道道道放大率低于放大率低于500NA時(shí)，物鏡的分辨能力沒有被充分利用，人眼不能時(shí)，物鏡的分辨能力沒有被充分利用，人眼不能分辨已被物鏡分辨的物體細(xì)節(jié)；放大率高于分辨已被物鏡分辨的物體細(xì)節(jié)；放大率高于1000NA，稱作無效放，稱作無效放大，不能使被觀察的物體細(xì)節(jié)分辨得更細(xì)微。一般浸液物鏡的最大大，不能使被觀察的物體細(xì)節(jié)分辨得更細(xì)微。一般浸液物鏡的最大數(shù)值孔徑為數(shù)值孔徑為1.5，故顯微鏡能達(dá)到的有效放大率不超過，故顯微鏡能達(dá)到的有效放大率不超過1500 。mmNA0725. 05 . 0NA2642 4按道威

31、判斷取按道威判斷取設(shè)照明光的平均波長為設(shè)照明光的平均波長為0.000555mm，得，得人眼在人眼在1的極限分辨狀態(tài)下容易疲勞，故常取眼睛容易分辨的角的極限分辨狀態(tài)下容易疲勞，故常取眼睛容易分辨的角距離為距離為（8-32）500NA1000NA（8-33）四、顯微鏡的分辨力和有效放大率四、顯微鏡的分辨力和有效放大率 NAa 5 . 085. 0 道道顯微鏡的極限有效放大率顯微鏡的極限有效放大率顯微鏡的極限有效放大率顯微鏡的極限有效放大率設(shè)為式（設(shè)為式（8-32）的）的24倍倍實(shí)際有效放大率近似表示為實(shí)際有效放大率近似表示為 ，求該顯微鏡，求該顯微鏡的放大率、物鏡和目鏡的放大率、物鏡的數(shù)值孔徑、物

32、的放大率、物鏡和目鏡的放大率、物鏡的數(shù)值孔徑、物鏡的焦距以及工作距離。鏡的焦距以及工作距離。第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)例例 8-2 8-2 一臺(tái)生物顯微鏡的分辨力一臺(tái)生物顯微鏡的分辨力m23625 .727214. 0255. 05 . 05 . 0NA612ell9 .2771951lll9 .23llllfo考慮到物鏡的放大率與數(shù)值孔徑的關(guān)系，取物鏡的放大考慮到物鏡的放大率與數(shù)值孔徑的關(guān)系，取物鏡的放大率為率為則目鏡的放大率為則目鏡的放大率為一般生物顯微鏡的共軛距一般生物顯微鏡的共軛距( ( ) )國家規(guī)定為國家規(guī)定為195195毫米，毫米，則工作距離則工作距離物鏡的焦距物鏡的焦距取實(shí)際放大率為取

33、實(shí)際放大率為 mmmm解：由式（解：由式（8-31）得顯微鏡的有效放大率）得顯微鏡的有效放大率由式（由式（3-13）得物鏡的數(shù)值孔徑）得物鏡的數(shù)值孔徑第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng) 一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理二、望遠(yuǎn)鏡的視放大率二、望遠(yuǎn)鏡的視放大率三、望遠(yuǎn)鏡的光束限制三、望遠(yuǎn)鏡的光束限制 四、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力及有效放大率四、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力及有效放大率五、望遠(yuǎn)鏡中的輔助系統(tǒng)五、望遠(yuǎn)鏡中的輔助系統(tǒng) 六、望遠(yuǎn)物鏡的類型六、望遠(yuǎn)物鏡的類型七、望遠(yuǎn)鏡計(jì)算舉例七、望遠(yuǎn)鏡計(jì)算舉例一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理望遠(yuǎn)鏡由物鏡和目鏡組成，物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)望遠(yuǎn)鏡由物鏡和目鏡組成，

34、物鏡的像方焦點(diǎn)和目鏡的物方焦點(diǎn)重合，即光學(xué)間隔重合，即光學(xué)間隔=0，望遠(yuǎn)鏡是無焦系統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡是無焦系統(tǒng)無限遠(yuǎn)物無限遠(yuǎn)物Q經(jīng)物鏡會(huì)聚于經(jīng)物鏡會(huì)聚于Q，再經(jīng)目鏡后成像于無限遠(yuǎn)的，再經(jīng)目鏡后成像于無限遠(yuǎn)的Q”處處 刻普勒型望遠(yuǎn)鏡刻普勒型望遠(yuǎn)鏡無限遠(yuǎn)物無限遠(yuǎn)物Q對人眼視角對人眼視角0fytgU 無限遠(yuǎn)的無限遠(yuǎn)的Q”對人眼視角對人眼視角)()(efyUtgUtg 望遠(yuǎn)鏡的視覺放大本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡的視覺放大本領(lǐng))()(00eeffffUtgUtg 0fef 0eff 望遠(yuǎn)鏡放大視角望遠(yuǎn)鏡放大視角 使視網(wǎng)膜上所成像增大使視網(wǎng)膜上所成像增大倒立虛像倒立虛像0 一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理刻普勒型望遠(yuǎn)鏡

35、刻普勒型望遠(yuǎn)鏡eoffL筒長筒長0fef 成倒立的虛像，為了便于觀測，開普勒望遠(yuǎn)鏡內(nèi)加入保羅棱鏡成正成倒立的虛像，為了便于觀測，開普勒望遠(yuǎn)鏡內(nèi)加入保羅棱鏡成正立像立像 ，像與物的坐標(biāo)系屬性不發(fā)生改變（，像與物的坐標(biāo)系屬性不發(fā)生改變（175頁圖頁圖8-17）物鏡在其像方焦面上成一倒立的實(shí)像，故可在中間像的位置處放置物鏡在其像方焦面上成一倒立的實(shí)像，故可在中間像的位置處放置一分劃板，用作瞄準(zhǔn)或測量，開普勒望遠(yuǎn)鏡較為常用一分劃板，用作瞄準(zhǔn)或測量，開普勒望遠(yuǎn)鏡較為常用一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理伽利略望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡物體經(jīng)物鏡所成的像在目鏡的虛焦點(diǎn)處，系統(tǒng)不能形成中間實(shí)像，物體經(jīng)物鏡

36、所成的像在目鏡的虛焦點(diǎn)處，系統(tǒng)不能形成中間實(shí)像，因此無法安裝分劃板，不能應(yīng)用于測量系統(tǒng)，因此無法安裝分劃板，不能應(yīng)用于測量系統(tǒng)，)()(00eeffffUtgUtg 望遠(yuǎn)鏡的視覺放大本領(lǐng)望遠(yuǎn)鏡的視覺放大本領(lǐng)eoffL筒長筒長伽利略望遠(yuǎn)鏡過去主要用于觀劇，現(xiàn)在常用在照相機(jī)中作為取景和伽利略望遠(yuǎn)鏡過去主要用于觀劇，現(xiàn)在常用在照相機(jī)中作為取景和測距系統(tǒng)，在激光應(yīng)用中作為擴(kuò)束系統(tǒng)。測距系統(tǒng)，在激光應(yīng)用中作為擴(kuò)束系統(tǒng)。望遠(yuǎn)鏡的物方視場角望遠(yuǎn)鏡的物方視場角二、望遠(yuǎn)鏡的光束限制二、望遠(yuǎn)鏡的光束限制 0/tgyf為為（8-41） y是視場光闌即分劃板半徑。是視場光闌即分劃板半徑。215由于物鏡的焦距較長，刻普

37、勒望遠(yuǎn)鏡的視場由于物鏡的焦距較長，刻普勒望遠(yuǎn)鏡的視場一般不超過一般不超過人眼通過開普勒望遠(yuǎn)鏡觀察時(shí)，必須使眼瞳位于系統(tǒng)的出瞳處，人眼通過開普勒望遠(yuǎn)鏡觀察時(shí)，必須使眼瞳位于系統(tǒng)的出瞳處，才能觀察到望遠(yuǎn)鏡的全視場。才能觀察到望遠(yuǎn)鏡的全視場。 在開普勒望遠(yuǎn)鏡中，物鏡框是孔徑光闌，也是入瞳在開普勒望遠(yuǎn)鏡中，物鏡框是孔徑光闌，也是入瞳出瞳在目鏡的像方焦點(diǎn)以外的附近處，與人眼重合（見圖出瞳在目鏡的像方焦點(diǎn)以外的附近處，與人眼重合（見圖8-16）物鏡后焦平面可放置分劃板，分劃板框即是望遠(yuǎn)鏡的視場光闌物鏡后焦平面可放置分劃板，分劃板框即是望遠(yuǎn)鏡的視場光闌 y 分劃板分劃板三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力及有效放大率三、望

38、遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力及有效放大率000.61sinafnu f望遠(yuǎn)系統(tǒng)衍射分辨力用極限分辨角望遠(yuǎn)系統(tǒng)衍射分辨力用極限分辨角表示表示（8-45）aa望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力由物鏡衍射效應(yīng)決定望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力由物鏡衍射效應(yīng)決定 of兩物點(diǎn)所張視角為兩物點(diǎn)所張視角為時(shí)，物鏡像平面上兩像點(diǎn)間距離為艾里斑半徑時(shí)，物鏡像平面上兩像點(diǎn)間距離為艾里斑半徑a1n 0sin /2uDf因像空間折射率因像空間折射率（?。ㄈ?）0.000555mm140/ DD物鏡直徑物鏡直徑道威判斷道威判斷120/ D望遠(yuǎn)鏡的入射光瞳直徑望遠(yuǎn)鏡的入射光瞳直徑D越大，極限分辨力就越高。越大，極限分辨力就越高。單位：單位：mm兩個(gè)觀察物點(diǎn)通過望遠(yuǎn)鏡

39、成像后，對人眼的視角必須大于人眼的兩個(gè)觀察物點(diǎn)通過望遠(yuǎn)鏡成像后，對人眼的視角必須大于人眼的視覺分辨力視覺分辨力60望遠(yuǎn)鏡的滿足一定的視覺放大率，以使放大后像對人眼所張視角望遠(yuǎn)鏡的滿足一定的視覺放大率，以使放大后像對人眼所張視角 6060/2.3D取取從上式求得的視覺放大率是滿足分辨要求的最小視覺放大率，從上式求得的視覺放大率是滿足分辨要求的最小視覺放大率，稱為極限有效放大率。稱為極限有效放大率。 三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力及有效放大率三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力及有效放大率aa 06 瑞利判據(jù)瑞利判據(jù) ）觀察物像時(shí)會(huì)使眼睛感）觀察物像時(shí)會(huì)使眼睛感覺疲勞，故在設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，一般比按式（覺疲勞，故在設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡時(shí)

40、，一般比按式（8-49）求得）求得的數(shù)值大的數(shù)值大23倍來作為倍來作為工作放大率工作放大率。若取。若取2.3倍，則有倍，則有60D眼睛處于分辨極限條件下（眼睛處于分辨極限條件下（8-50） 由此可知，望遠(yuǎn)鏡的放大率與入瞳直徑要有合適的匹由此可知，望遠(yuǎn)鏡的放大率與入瞳直徑要有合適的匹配關(guān)系，視放大率過小，將不能充分利用望遠(yuǎn)鏡的分辨配關(guān)系，視放大率過小，將不能充分利用望遠(yuǎn)鏡的分辨力，視放大率過大，則并不能改善分辨力被稱為無效放力，視放大率過大，則并不能改善分辨力被稱為無效放大。大。 60/2.3D三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力及有效放大率三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨力及有效放大率4353 . 210003 . 2D8

41、00例例8-3 8-3 天文望遠(yuǎn)鏡物鏡口徑天文望遠(yuǎn)鏡物鏡口徑D=1000mmD=1000mm，問視覺放大率應(yīng)，問視覺放大率應(yīng)取多少？取多少？解：解： 根據(jù)式（根據(jù)式（8 84949），有），有 可取可取 第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)七、望遠(yuǎn)鏡計(jì)算舉例七、望遠(yuǎn)鏡計(jì)算舉例例例8-4 一個(gè)折射式小型刻普勒型望遠(yuǎn)鏡，要求筒長一個(gè)折射式小型刻普勒型望遠(yuǎn)鏡，要求筒長500mm，分辨力為分辨力為1.5，物方視場，物方視場2 為為2（無漸暈），計(jì)算該（無漸暈），計(jì)算該望遠(yuǎn)鏡的主要參數(shù)。望遠(yuǎn)鏡的主要參數(shù)。 405 . 160 401Lfo1Lfe解：根據(jù)人眼角分辨力為解：根據(jù)人眼角分辨力為60，我們得到望遠(yuǎn)鏡的放大率為，

42、我們得到望遠(yuǎn)鏡的放大率為開普勒望遠(yuǎn)鏡的放大率為負(fù)值，計(jì)算時(shí)用開普勒望遠(yuǎn)鏡的放大率為負(fù)值，計(jì)算時(shí)用由放大率與筒長的關(guān)系式（由放大率與筒長的關(guān)系式（8-38）和望遠(yuǎn)鏡放大率與焦）和望遠(yuǎn)鏡放大率與焦距的關(guān)系式（距的關(guān)系式（8-40），可以推得），可以推得 代入。代入。mmfo8 .48714050040mmfe2 .12401500由此得到物鏡和目鏡的焦距為由此得到物鏡和目鏡的焦距為 ， 第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)mmD3 .935 . 114014023.5:18 .4873 .93fD由望遠(yuǎn)鏡的分辨力公式（由望遠(yuǎn)鏡的分辨力公式（8-46），可得望遠(yuǎn)物鏡的口徑為），可得望遠(yuǎn)物鏡的口徑為物鏡的相對孔徑為物鏡

43、的相對孔徑為111fllmmflfll5 .122 .125002 .12500刻普勒望遠(yuǎn)鏡的物鏡框即為孔徑光闌，因此目鏡對物鏡刻普勒望遠(yuǎn)鏡的物鏡框即為孔徑光闌，因此目鏡對物鏡所成的像就是出瞳，由此可以根據(jù)高斯公式計(jì)算出瞳距所成的像就是出瞳，由此可以根據(jù)高斯公式計(jì)算出瞳距出瞳的直徑為出瞳的直徑為mmDD33. 2403 .93目鏡的相對孔徑為目鏡的相對孔徑為92:12 .1233. 2efD？第四節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)mmtgtgfDo03.1718 .48722視mmDy51. 82視mmfytge7 . 02 .1251. 8702物鏡焦面處的視場光闌直徑為物鏡焦面處的視場光闌直徑為半視場高度為半

44、視場高度為目鏡的視場角為目鏡的視場角為得目鏡的全視場角為得目鏡的全視場角為 由此看來，目鏡的視場很大。由此看來，目鏡的視場很大。 ，下面計(jì)算目鏡的通光口徑下面計(jì)算目鏡的通光口徑 當(dāng)不產(chǎn)生漸暈時(shí)，半視場高度的全部光線都應(yīng)該充滿出瞳當(dāng)不產(chǎn)生漸暈時(shí)，半視場高度的全部光線都應(yīng)該充滿出瞳出射，因此有出射，因此有 mmDtglDZe41.1933. 27 . 05 .1222結(jié)束結(jié)束8.6 攝影系統(tǒng) 攝影系統(tǒng)由攝影物鏡和感光器件組成。攝影系統(tǒng)由攝影物鏡和感光器件組成。一、攝影物鏡的光學(xué)特性一、攝影物鏡的光學(xué)特性二、攝影物鏡的類型二、攝影物鏡的類型 傳統(tǒng)光學(xué)照相機(jī)、電視攝像機(jī)、傳統(tǒng)光學(xué)照相機(jī)、電視攝像機(jī)、C

45、CD攝像機(jī)和數(shù)碼照相機(jī)等。攝像機(jī)和數(shù)碼照相機(jī)等。 8.6.1、攝影物鏡的光學(xué)特性、攝影物鏡的光學(xué)特性攝影物鏡的光學(xué)特性由焦距攝影物鏡的光學(xué)特性由焦距f、相對孔徑相對孔徑D/f和視場角和視場角2表示表示攝影物鏡的作用是將外界景物成像在感光膠片或攝影物鏡的作用是將外界景物成像在感光膠片或CCD等等接收器上，產(chǎn)生景物像接收器上，產(chǎn)生景物像感光元件感光元件Df h 照相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖照相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1焦距焦距 （焦距對成像特性影響）（焦距對成像特性影響）拍攝遠(yuǎn)距離物體，為了獲得大比例尺的像，使用長焦鏡頭拍攝遠(yuǎn)距離物體，為了獲得大比例尺的像，使用長焦鏡頭8.6.1、攝影物鏡的光學(xué)特性、攝影物鏡的光學(xué)特性焦

46、距決定成像的大小比例焦距決定成像的大小比例y yf xfylyftgfy l 對于同一目標(biāo)，成像大小與焦距成正比，焦距越大，成像越大對于同一目標(biāo)，成像大小與焦距成正比，焦距越大，成像越大成像大小與物體距離像機(jī)距離成反比，物體越遠(yuǎn)成像越小成像大小與物體距離像機(jī)距離成反比，物體越遠(yuǎn)成像越小佳能佳能sx30 焦距焦距:24mm 佳能佳能sx30 焦距焦距:840mm 問題：焦距問題：焦距840mm物鏡成像大小是焦距物鏡成像大小是焦距24mm物鏡成像大小幾倍？物鏡成像大小幾倍？ xfylyftgfy 倍倍3524840 35倍光學(xué)變焦倍光學(xué)變焦佳能佳能sx30 照片照片2相對孔徑相對孔徑感光元件感光元

47、件Dfh 照相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖照相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖相對孔徑：相對孔徑：可變光闌可變光闌可變光闌為孔徑光闌，口徑可變光闌為孔徑光闌，口徑D可變，控制通光量，可變，控制通光量，fD 相對孔徑?jīng)Q定像面照度相對孔徑?jīng)Q定像面照度當(dāng)物體在無限遠(yuǎn)時(shí)，像面中心照度當(dāng)物體在無限遠(yuǎn)時(shí)，像面中心照度2214DELfL為物體為物體的亮度，的亮度，系統(tǒng)透過率系統(tǒng)透過率-入射到光學(xué)系統(tǒng)光通量與出射光通量比值入射到光學(xué)系統(tǒng)光通量與出射光通量比值攝影物鏡像平面的光照度與相對孔徑的平方成正比攝影物鏡像平面的光照度與相對孔徑的平方成正比2相對孔徑相對孔徑-光圈數(shù)光圈數(shù)F相對孔徑的倒數(shù)相對孔徑的倒數(shù)-光圈數(shù)光圈數(shù)FD/f1:1.41:21

48、:2.81:41:5.61:81:111:161:22F1.422.845.681116222241)(41FLfDLE f像面中心照度像面中心照度與與F數(shù)的平方成反比數(shù)的平方成反比F數(shù)按數(shù)按 等比級數(shù)增大等比級數(shù)增大2DfF感光元件感光元件Dh 可變光闌可變光闌相機(jī)光圈數(shù)列表相機(jī)光圈數(shù)列表增大一格，像面照度增大一倍增大一格，像面照度增大一倍快門快門1/200 F2.8改為改為F4時(shí)時(shí) 快門為多少快門為多少F2.8F16相對孔徑相對孔徑F4F8相對孔徑與景深相對孔徑與景深左圖大光圈所造成的淺景深能夠讓拍攝主體顯得更為醒目，適合左圖大光圈所造成的淺景深能夠讓拍攝主體顯得更為醒目，適合用來拍攝人像

49、。右圖小光圈能夠讓畫面的前后景深清晰范圍增加，用來拍攝人像。右圖小光圈能夠讓畫面的前后景深清晰范圍增加，適合拍攝風(fēng)景照。適合拍攝風(fēng)景照。http:/ 3視場視場視場視場-攝影系統(tǒng)成像的范圍攝影系統(tǒng)成像的范圍攝影物鏡視場的大小由物鏡的焦距和接收器的尺寸決定攝影物鏡視場的大小由物鏡的焦距和接收器的尺寸決定在拍攝遠(yuǎn)處物體時(shí)，視場大小用視場角在拍攝遠(yuǎn)處物體時(shí)，視場大小用視場角 h 2h f f fhtg 表示表示一定時(shí)一定時(shí)接收器的最大橫向尺寸接收器的最大橫向尺寸h 視場大小與視場大小與成反比成反比一定時(shí)一定時(shí)視場大小與視場大小與h 成正比成正比135膠片膠片 36 mm 24 mm 對角線長度對角線

50、長度 43.27 mm1/2.33英寸英寸 CCD對角線長度對角線長度 6.87 mm要使兩者具有相同視場要使兩者具有相同視場 兩者焦距比是多少？兩者焦距比是多少？3 . 687. 6/27.43 SX30參數(shù)參數(shù) http:/ h 2hfxhfxhy 視場大小與焦距成反比視場大小與焦距成反比 與接收器大小成正比與接收器大小成正比拍攝近距離物體時(shí)，視場用線視場大小拍攝近距離物體時(shí)，視場用線視場大小y y 表示表示3視場視場視場視場-攝影系統(tǒng)成像的范圍攝影系統(tǒng)成像的范圍y與遠(yuǎn)距離拍攝時(shí)，結(jié)論相同與遠(yuǎn)距離拍攝時(shí)，結(jié)論相同上述討論：要求不同尺寸接收器，對應(yīng)相同視場時(shí)，焦距的比值上述討論：要求不同尺寸

51、接收器，對應(yīng)相同視場時(shí)，焦距的比值計(jì)算方法仍然成立計(jì)算方法仍然成立135對角線對角線43.3 mm1/2.33英寸英寸CCD的對角線尺寸的對角線尺寸=(1/2.33)166.87mm 可得轉(zhuǎn)換系數(shù)：可得轉(zhuǎn)換系數(shù)：43.27/6.876.3 http:/ 計(jì)算計(jì)算CCD尺寸尺寸 1英寸英寸=16 mm通常通常1英寸英寸=23 mm第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 由表由表8-2可以看出，膠片的尺寸比可以看出，膠片的尺寸比CCD要大得多，要求要大得多，要求物鏡的焦距也大得多。而數(shù)碼相機(jī)中的物鏡的焦距也大得多。而數(shù)碼相機(jī)中的CCD比膠卷相機(jī)比膠卷相機(jī)中的接收器要小得多，因此所有的鏡頭焦距也都要小。中的接收器要小得多

52、，因此所有的鏡頭焦距也都要小。使用使用 6-15mm 鏡頭和一定大小鏡頭和一定大小CCD的數(shù)碼相機(jī)與使用的數(shù)碼相機(jī)與使用 28-72mm鏡頭的傳統(tǒng)膠卷相機(jī)的視場范圍可以是完全一鏡頭的傳統(tǒng)膠卷相機(jī)的視場范圍可以是完全一樣的。數(shù)碼相機(jī)中使用的樣的。數(shù)碼相機(jī)中使用的CCD 大小并非完全一樣。一般大小并非完全一樣。一般人使用人使用 135mm 膠卷的相機(jī)時(shí)，很容易根據(jù)視場要求選膠卷的相機(jī)時(shí)，很容易根據(jù)視場要求選擇鏡頭的類型。為使數(shù)碼相機(jī)的此參數(shù)也容易識(shí)別，許擇鏡頭的類型。為使數(shù)碼相機(jī)的此參數(shù)也容易識(shí)別，許多制造商都將多制造商都將CCD鏡頭的焦距用等價(jià)鏡頭的焦距用等價(jià)135mm膠片的焦距膠片的焦距來標(biāo)稱

53、，稱作等價(jià)來標(biāo)稱，稱作等價(jià)135mm，表，表8-3是部分典型的值。是部分典型的值。 傳統(tǒng)135mm膠片相機(jī)典型的數(shù)碼相機(jī)視場范圍 20mm 4.3mm超廣角2135mm4.77.5mm廣角50mm10.7mm普通70200mm1443mm遠(yuǎn)攝表表8-3返回返回4分辨力分辨力 LNrN設(shè)物鏡的分辨率為設(shè)物鏡的分辨率為，接收器的分辨率是，接收器的分辨率是按經(jīng)驗(yàn)公式，系統(tǒng)的分辨率按經(jīng)驗(yàn)公式，系統(tǒng)的分辨率N為為 rLNNN111（8-60） 按瑞利準(zhǔn)則，物鏡的理論分辨率為按瑞利準(zhǔn)則，物鏡的理論分辨率為22. 11fDNL0.555 m1475/1475/LND fF取取 ，則，則（8-61） 式中式中

54、F為物鏡的光圈數(shù)。所以，物鏡的理論分辨力與相為物鏡的光圈數(shù)。所以，物鏡的理論分辨力與相對孔徑對孔徑) /(fD成正比。成正比。 攝影系統(tǒng)的分辨率是以像平面上每毫米內(nèi)能分辨開的線對數(shù)來表攝影系統(tǒng)的分辨率是以像平面上每毫米內(nèi)能分辨開的線對數(shù)來表示，其大小取決于物鏡的分辨率和接收器的分辨率示，其大小取決于物鏡的分辨率和接收器的分辨率由于攝影物鏡有較大的像差，且存在著衍射效應(yīng)，所以物鏡的實(shí)由于攝影物鏡有較大的像差，且存在著衍射效應(yīng)，所以物鏡的實(shí)際分辨率要低于理論分辨率際分辨率要低于理論分辨率4分辨力分辨力 物鏡分辨率（分辨率板）測試物鏡分辨率（分辨率板）測試物鏡的分辨率還與被攝目標(biāo)的對比度有關(guān)，其分辨率值也是物鏡的分辨率還與被攝目標(biāo)的對比度有關(guān)，其分辨率值也是不同的。因此評價(jià)攝影物鏡像質(zhì)的科學(xué)方法是利用光學(xué)傳遞不同的。因此評價(jià)攝影物鏡像質(zhì)的科學(xué)方法是利用光學(xué)傳遞函數(shù)（函數(shù)（OTF）。）。不同接收器的分辨力有很大的差別，攝影膠片的分辨力普遍比不同接收器的分辨力有很大的差別，攝影膠片的分辨力普遍比CCD高，攝影膠片的分辨力很容易達(dá)到每毫米高，攝影膠片的分辨力很容易達(dá)到每毫米200線，線，而而CCD的分辨力取決于象素的大小，目前的分辨