工程光学第8章
工程光学基础 习题参考答案
1.β = 0, l' = 0, l = −50 2.β = −0.1, l' = −550, l = −55 3.β = −0.2, l' = −60, l = −300 4.β = −1, l'= −100, l = −100 5.β = 1, l' = 0, l = 0 6.β = 5, l' = −200, l = −40 7.β = 10, l' = −450, l = 45 8.β = ∞, l' = +∞, l = −50
n
1.5 10 15
Q L = −∞,∴U = 0
∴U'= I − I'
L'
=
r
1
+
sin I' sin U '
=
100
1
+
1 / 15 sin(1.9166)
=
299.332
则 实 际 光 线 的 像 方 截 距 为 299.332 ， 与 高 斯 像 面 的 距 离 为 ：
根据公式 n' − n = n'−n （1-20）有： n' − 1 = n'−1 ，可以看出此种情况不存在。
l' l r
r −∞ r
计算第②种情况：易知入射光线经第一面折射后过光轴与反射面的交点。
其余参考题 14。
21、一物体位于半径为 r 的凹面镜前什么位置时，可分别得到：放大 4 倍的实 像，放大 4 倍的虚像、缩小 4 倍的实像和缩小 4 倍的虚像？ 解： （1）放大 4 倍的实像
（2）放大四倍虚像 （3）缩小四倍实像 （4）缩小四倍虚像
课件工程光学-08典型光学系统.ppt
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
2024/10/8
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
7
§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
2024/10/8
二直线端部对准 叉线对准单线
（10～20）
10
第七章 光度学基础
双线对称夹单线 （5～10）
9
§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
2024/10/8
第七章 光度学基础
14
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。
工程光学第八章知识点
⼯程光学第⼋章知识点第⼋章典型光学系统●通常把光学系统分为10个⼤类：（1）望远镜系统（2）显微镜系统（3）摄影系统（4）投影系统（5）计量光学系统（6）测绘光学系统（7）物理光学系统（8）光谱系统（9）激光光学系统（10）特殊光学系统（光电系统、光纤系统等）第⼀节眼睛的光学成像特性1.眼睛的结构⽣理学上把眼睛看作⼀个器官眼睛包括⾓膜、⽔晶体、视⽹膜等部分⼈眼的光学构造：●⾓膜：由⾓质构成的透明的球⾯薄膜，厚度为0.55mm，折射率为1.3771；●前室：⾓膜后的空间，充满折射率为1.3774的⽔状液体；●虹彩：位于前室后，中间有⼀圆孔，称为瞳孔，它限制了进⼊⼈眼的光束⼝径，可随景物的亮暗随时进⾏⼤⼩调节；●⽔晶体：由多层薄膜组成的双凸透镜，中间硬外层软，各层折射率不同，中⼼为1.42，最外层为1.373，⾃然状态下其前表⾯半径为10.2mm，后表⾯半径为6mm，⽔晶体周围肌⾁的紧张和松驰可改变前表⾯的曲率半径，从⽽改变⽔晶体焦距；2.眼睛的视觉特性●应⽤光学把眼睛看作⼀个光学系统●⼈眼对不同波长的光的敏感度不同，就形成了视觉函数●⼈眼灵敏峰值波长在555nm（黄绿光）3.眼睛的调节和适应1．调节●眼睛成像系统对任意距离的物体⾃动调焦的过程称为眼睛的调节●眼睛所能看清的最远的点称为“远点”，远点距⽤lr表⽰，正常眼lr = ∞●眼睛所能看清的最近的点称为“近点”，近点距⽤lp表⽰，正常眼的近点距随年龄⽽变化●眼睛的调节能⼒⽤“视度”来表⽰，远点视度⽤R表⽰，近点视度⽤P表⽰：●11r pR Pl l= =（8-2）●视度的单位是“屈光度”，屈光度（D）等于以⽶为单位的距离的倒数，即1D=1m-1 ●如某⼈的近点为-0.5m，则⽤视度表⽰为P=1/(-0.5)=-2D●眼睛的调节能⼒A R P=-（8-3）●在正常照明条件下，眼睛观察近物最适宜的距离为-250mm，称为“明视距离”●在明视距离下观察物体，眼睛能长时间⼯作⽽不疲劳●年龄超过45岁后，眼睛的近点远于明视距离，这时称为⽼年性远视眼即⽼花眼2．适应●眼睛能在不同亮暗条件下观察物体，这种能⼒称为“适应”●眼睛瞳孔在外界光强变化时能⾃动改变孔径，⽩天瞳孔为2mm左右，夜晚为8mm左右●当光线较暗时，杆状细胞取代锥状细胞感光，进⼀步提⾼灵敏度●从暗处到亮处称为亮适应，适应较快；从亮处到暗处称为暗适应，需较长时间3.眼睛的缺陷与矫正●正常眼的远点在⽆限远处，即眼睛光学系统的像⽅焦点位于视⽹膜上●对于⾮正常眼来说，其远点位置发⽣变化●若远点位于眼前有限远处（lr <0），只能清晰接收发散光束，眼睛的像⽅焦点位于视⽹膜之前，称为近视眼●为了使近视眼的⼈能看清⽆限远点，须在近视眼前放置⼀负透镜，负透镜的像⽅焦点F ’与远点重合● f ’= lr●即负透镜的折光度与眼睛的视度相等●φ = R●折光度的单位为屈光度（D）●同理，若远点位于眼后有限远处（lr >0），只能清晰接收会聚光束，眼睛的像⽅焦点位于视⽹膜之后，称为远视眼。
《光学》课程教学大纲
《光学》课程教学大纲一、课程说明本课程总授课时数为64学,周学时4，学分4分，开课学期第三学期。
1.课程性质：专业必修课光学是物理学专业本科生必修的基础课程。
光学是物理学中最古老的一门基础学科，又是当前科学领域中最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。
学好光学，既能为物理学专业学生进一步学习原子物理学、量子力学、相对论、电动力学、现代光学、光电子技术、激光原理及应用、光电子学、光子学等课程准备必要的前提条件，又有助于进一步探讨微观和宏观世界的联系与规律。
通过本课程的教学，使学生系统地掌握基本原理和基本知识，培养分析问题、解决问题的能力，通过讲授（包括物理学的历史和前沿的讲授）帮助学生建立辩证唯物主义的观点，提高学生的科学素质。
从兰州大学物理学院课程的整体设置出发，考虑到物理基地班与普通班的各自办学特点和人才培养的要求，对光学课程的教学内容进行适当的调整，适当压缩几何光学部分，删除原课程中与其他学科相重复的部分以及相对陈旧的内容，吸收利用最新科学研究成果，着重加强现代光学部分的讲授内容，并注意介绍光学研究前沿新动态，按照物理学近代发展的要求和便于学习的原则组织课程体系。
通过本课程的教学，使学生系统地掌握基本原理和基本知识，培养分析问题、解决问题的能力，通过讲授（包括物理学的历史和前沿的讲授）帮助学生建立辩证唯物主义的观点，提高学生的科学素质。
2.课程教学目的与要求(1)了解光学发展的基本阶段，培养科学研究的素质，加深辩证唯物主义的理解。
(2)了解光学所研究的内容和光学前沿研究领域的概况，培养有现代意识、有远见的新一代大学生。
(3)掌握光学的基本原理、基本概念和基本规律。
培养掌握科学知识的方法。
(4)掌握处理光学现象及问题的手段和方法。
培养科学研究的方法。
(5)光学是当前科学领域中较活跃的前沿学科之一，它与科学和技术结合日益加强，在教学中要展现现代光学技术的成就。
(6)在教学中要注意培养学生严谨的治学态度，引导学生逐步掌握物理学的研究方法和培养浓厚的学习兴趣。
工程光学课后答案完整版_机械工业出版社_第二版_郁道银
第一章习题1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。
解：则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s,当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s,当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s，当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s，当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出：所以x=300mm即屏到针孔的初始距离为300mm。
3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。
若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？解：令纸片最小半径为x,则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。
而全反射临界角求取方法为：(1)其中n2=1, n1=1.5,同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为：(2)联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。
4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。
解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有：n0sinI1=n2sinI2 (1)而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：(2)由（1）式和（2）式联立得到n0 sinI1 .5、一束平行细光束入射到一半径r=30mm、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。
工程光学习题解答__第八章_典型光学系统
第八章 典型光学系统1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求： （1）远点距离； （2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距； （4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离； （5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。
解： ① 21-==rl R )/1(m ∴ m l r 5.0-=②P R A -= D A 8= D R 2-= ∴D A R P 1082-=--=-=m P l p 1.01011-=-== ③fD '=1∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-='m l R1-=' ⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-='D A R P 9-=-'='m l P11.091-=-=' 2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1） 视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。
eye已知：放大镜 mm f 25=' mm D 18=放 mm P 50=' mm l P 250='-'%50=K求：① Γ ② 2y ③l 解：①fDP '-'-=Γ1 25501252501250-+=''-+'=f P f 92110=-+=②由%50=K 可得： 18.050*2182=='='P D tg 放ω ωωtg tg '=Γ ∴02.0918.0==ωtg Dytg =ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二：18.0='ωtg mm tg y 45*250='='ω mm l 200-=' mm fe 250='mm l 2.22-= yy l l X '==='=92.22200β mm y 102=③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='f l l '=-'11125112001=--l mm l 22.22-=3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e 25='。
第20次课(第八章)工程光学
第三节
显微镜系统
北航仪器 光电学院
满足上式的视觉放大率称为显微镜的有效放大率。为了提高数值孔 径，一般将物镜置于油中，最大数值孔径为1.5，有效放大率不能超过 1500倍。 170mm/0.17;40/0.65的物镜。 325-650
10倍或15倍，25倍？
500 NA 1000 NA
工程光学 （上）
北航仪器 第五级
光电学院
花粉的电子显微镜图片
工程光学 （上）
北航仪器 第五级
光电学院
花粉的电子显微镜图片
工程光学 （上） 五、显微镜的景深
第三节
显微镜系统
P 1 DP /
P2 DP /
北航仪器 第五级
光电学院
1、显微镜的景深——按牛顿公式可得
★牛顿公式
1 ( p1 a) ff '
250 fe ' e
n' D ' 1 n sin u fo ' 2 fe '
★对像方孔径角
n sin u D' / 500
NA n sin u
★出瞳直径D ′
物镜数值孔径，与物镜倍率 标注在物镜框上。重要参数。
D' 500 NA / mm
工程光学 （上）
有一定大小的照明范围（视场）
工程光学 （上）
第三节
七、显微镜的照明方法
显微镜系统
北航仪器 第五级
光电学院
（一）照明分类
1、透射光亮视场照明 2、反射光亮视场照明 3、透射光暗视场照明 4、反射光暗视场照明
显微镜的照明方法
工程光学 （上）
北航仪器 第五级
光电学院
工程光学-物理光学智慧树知到课后章节答案2023年下北京航空航天大学
工程光学-物理光学智慧树知到课后章节答案2023年下北京航空航天大学北京航空航天大学第一章测试1.光的空间周期性可用（）这样一组物理量来表示。
A:角频率 B:波长 C:空间频率 D:空间角频率答案:波长;空间频率;空间角频率2.电磁波是恒波。
（）A:对 B:错答案:对3.驻波形成的条件：两个频率相同、振动方向相同、传播方向相同的单色光波的叠加。
（）A:错 B:对答案:错4.驻波的现象是形成合成波的强度随时间和位置而变化。
（）A:错 B:对答案:错5.光能量或光信号的传播速度是（）。
A:群速度 B:相速度答案:群速度第二章测试1.任一方位振动的光矢量E，都可分解成两个互相垂直的分量。
平行于入射面振动的分量称为光矢量的p分量；垂直于入射面振动的分量称为光矢量的s 分量。
（）A:错 B:对答案:对2.光在光密-光疏介质界面上反射时，对于正入射或掠入射时，反射光的光矢量产生π的相位改变，称为半波损失。
（）A:对 B:错答案:错3.光从光疏媒质界面上发生全反射时，透过界面进入第二媒质约波长量级，并沿着界面流过波长量级距离后返回第一媒质，沿着反射波方向出射的波称为倏逝波。
（）A:对 B:错答案:错4.光轴是晶体中存在的一个特殊方向，光在晶体中沿光轴传播时会发生双折射现象。
（）A:对 B:错答案:错5.o光的振动方向（）主平面。
A:位于 B:垂直于答案:垂直于第三章测试1.一束自然光以30度角入射到玻璃-空气界面，玻璃的折射率n=1.45，反射光的偏振度为93.8%。
（）A:对 B:错答案:错2.波片快轴的定义：在波片中传播速度慢的光矢量方向。
（）A:对 B:错答案:错3.电气石对o光的吸收系数为3.6/cm，对e光的吸收系数为0.8/cm，将它作成偏振片。
当自然光入射时，若要得到偏振度为88%的透射光，偏振片厚度为1.64cm。
（）A:错 B:对答案:错4.通过检偏器观察一束椭圆偏振光，其强度随着检偏器的旋转而改变。
工程光学-第八章-望远系统课件
入射窗和出射窗分别位于系统的物方和像方无限远，
分别与物平面和像平面重合。可消除渐晕。
→ 视场光阑半径
视场大小2 w: tg
F—f.→
10/12/2023
9
五、 望远镜的分辨率、有效和工作放大率
1、望远镜的分辨率
B
影响望远镜分辨率的因素
入瞳衍射效应 各类剩余像差 其它制造缺陷
A
均与物镜部分相关联， 衍射效应是主要因素。
划板大，放大率不能太大。
高斯型主要应用于普通光学自准直仪的光学系统。
10/12/2023
17
、阿贝型自准直平行光管
· 优点：光强度大，亮度损失小，10~15%,适用 于反射面弱，反射面小的情况。
· 缺点：它的一半视场被45 0棱镜遮挡，物镜孔径利 用率不高。
阿贝型应用于光学计的光学系统。
10/12/2023
一般天文望远镜的口径都很大， 世界上最大的天文望远镜在智利， 直径16米。美国最大的望远镜直径 为200英寸。
11
§8-2 望远物镜系统
1、望远物镜的技术参数
焦距 — —参与决定系统的视觉放大率和视场；
通光孔径——影响分辨率和工作放大率；
相对孔径
影响像面亮度和像差大小；
2、望远物镜的种类： (1).折射式；(2).折反式；(3).反射式
18
三、 双分划板型立方棱镜型自准直平行光管
优点： 视场不被遮挡；设置于目镜前面的分划板的 刻化线与自准直像(十字影像)形成反差区别， 便于观测； 目镜焦距短，放大率可以提高。
缺点： 光亮度损失较大，达50~60%。
10/12/2023
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§8-5 平直度测量仪光路系统
10— 目镜：11一千分螺丝：12—读数鼓轮
工程光学第8章
6
2、远视眼及矫正方法 远视眼：人眼在完全放松情况下， 完全放松情况下 远视眼：人眼在完全放松情况下， 无限远物体成像于视网膜后 无限远物体成像于视网膜后。 人眼在完全放松情况下， 完全放松情况下 或：人眼在完全放松情况下，眼后 有限远物体成像于视网膜上。 有限远物体成像于视网膜上。 不恰当描述： 不恰当描述：远视眼就是越远的 物体越能看清楚。 物体越能看清楚。 矫正方法： 凸透镜。 矫正方法：配戴 f ′ ≈ lr 的凸透镜。 其它矫正方法：角膜激光手术。 其它矫正方法：角膜激光手术。 3、散光眼 散光眼：不同主截面内光线汇聚点不同。 散光眼：不同主截面内光线汇聚点不同。 正常和非正常散光眼 和非正常散光眼。 有正常和非正常散光眼。 双心柱面透镜矫正正常散光眼 矫正正常散光眼。 双心柱面透镜矫正正常散光眼。
远点 不恰当描述： 不恰当描述：近视眼就是越近的 物体越能看清楚。 物体越能看清楚。 矫正方法： 凹透镜。 矫正方法：配戴 f ′ ≈ lr 的凹透镜。
F’
F’
原理： 原理：加凹透镜使无限远物体经凹透镜后 成像于该近视眼的远点 远点处 成像于该近视眼的远点处。 其它矫正方法：角膜激光手术。 其它矫正方法：角膜激光手术。
9
课程设计（几何光学部分） 课程设计（几何光学部分）
题目一：设计一用于中小学生观察月球、 题目一：设计一用于中小学生观察月球、近距彗星等较大 天体，中低倍率(30 60倍 的简易天文望远镜。 (30— 天体，中低倍率(30—60倍)的简易天文望远镜。 题目二：设计一用于野外中远距离( 500米左右 题目二：设计一用于野外中远距离( 500米左右 )测距的测 距仪。倍率和测量精度自行确定。 距仪。倍率和测量精度自行确定。 题目三：同学们可根据自己的兴趣和能力自行拟订设计题目。 题目三：同学们可根据自己的兴趣和能力自行拟订设计题目。
工程光学课后答案完整版
6．希望得到一个对无限远成像的长焦距物镜，焦距 =1200mm，由物镜顶点到像面的距离L=700 mm，由系统最后一面到像平面的距离（工作距）为 ，按最简单结构的薄透镜系统考虑，求系统结构，并画出光路图。
解：
7．一短焦距物镜，已知其焦距为35 mm，筒长L=65 mm，工作距 ,按最简单结构的薄透镜系统考虑，求系统结构。
解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决，
设凸面为第一面，凹面为第二面。
（1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式：
会聚点位于第二面后15mm处。
（2）将第一面镀膜，就相当于凸面镜
像位于第一面的右侧，只是延长线的交点，因此是虚像。
还可以用β正负判断：
（3）光线经过第一面折射： ,虚像
第二面镀膜，则：
得到：
（4）再经过第一面折射
物像相反为虚像。
6、一直径为400mm，折射率为1.5的玻璃球中有两个小气泡，一个位于球心，另一个位于1／2半径处。沿两气泡连线方向在球两边观察，问看到的气泡在何处？如果在水中观察，看到的气泡又在何处？
解：设一个气泡在中心处，另一个在第二面和中心之间。
（1）从第一面向第二面看
当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s，
当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s，
当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。
2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。
解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则可以根据三角形相似得出：
解：（1）
（2）同理，
第19次课(第八章)工程光学分析
工程光学 （上）
第一节 眼睛及其光学系统
北航仪器 光电学院
眼睛的分辨率：
眼睛的分辨率：眼睛能区分两个点或线之间的线距离或角距离的能力。
极限分辨角：刚好能分辨开的二点对眼睛物方节点所张的角。视网膜 上的最小鉴别距离至少等于两个视神经细胞的直径，约0.006mm。
分辨率与分辨角成反比。
物体对人眼的张角，称作视角；人眼能分辨的物点间最小视角，称作 视角分辩率ε。（点目标：60 ″；线目标：10 ″ ）
f 16.68mm
0.006 206000 60
16.68
工程光学
第一节 眼睛及其光学系统
（上） 四、眼睛的对准精度
第五级北航仪器 光电学院
★对准——垂直于视轴方向的重合 或置中过程
★若眼睛调节在无限远 p P1 DP / P2 DP /
工程光学
第一节 眼睛及其光学系统
（上） 七、双目立体视觉
第五级北航仪器 光电学院
1、视差角：双目观察物点A时，两眼视轴的夹角。 A b / L
2、立体视差 min
★不同距离物体对应不同的视差角
3、体视锐度 ★视差角的极限：10 ″，训练后可 达5 ″ -3 ″
第三节 显微镜系统
1 0.00029弧度
第五级北航仪器 光电学院
★则在明视距离上对应的线距离
22500.00029mm 42500.00029mm
★把 ' 换算到显微镜的物空间，按道威判断取
22500.00029mm 0.5 / NA• 42500.00029mm
★设照明光的平均波长为555.0nm，得
2 fo' fe'
工程光学11年秋季第八章
注意：焦距一般用毫米作单位，式中mm不能漏掉。 原则上，焦距越短放大倍率越高；但因受限于像差并 考虑实用，倍率较大的放大镜由组合透镜组成。
三、眼睛与放大镜联用——观察近距离小物体
1、眼瞳——孔径光阑；放大镜——视场光阑、渐晕光阑
2、渐晕与光束限制
1 ） 无 渐 晕 视 场 ： 1 以 内 的 各 物 点 均 以 充 满 眼 瞳 的 全 光 束 成 像 。
2 ） 5 0 % 渐 晕 视 场 ： 对 应 于 成 像 光 束 刚 好 充 满 眼 瞳 的 一 半 。
3 ） 最 大 像 方 视 场 角 2 ： 放 大 镜 所 可 能 成 像 的 范 围 。
P2 '
P'
tanh/P
P1'
各虚线为对应像点 成像光束最上沿的光线
3、50%渐晕的线视场
tanh/P
二、眼睛——共轴光学系统
1、成像过程： ——折射球面：外界光线经角膜折射 ——孔径光阑：瞳孔自动调节直径控制入射光能 ——变焦系统：水晶体自动调节，保证成像于视网膜上 ——成像面： 视网膜
2、视轴：黄斑中心与眼睛光学系统像方节点的连线。
——眼球转动，使视轴对准观察物体并成像于黄斑上，视觉最清晰。
3、 视场(角度) 水平视场约达160°
五、眼睛的分辨率
1、概念
★ 眼睛的分辨能力：人眼能分开最靠近两个相邻点的距离. ★ 视角：物体对人眼的张角。
★ 眼睛的极限分辨角 ：
刚能分辨开的两点对人眼的张角，即人眼最小的视角。
补充：根据瑞利判据计算理想光学系统分辨率（波动性）
= 1.22 D
0.555m
1弧 度 1803600206265 3.1415926
y i
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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
19
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
F
1.4
2
2.8
4
表8-3
5.6
8
11
16
22
6
f-number
距离
7
8.1.1 摄影物镜的光学特性
3．视场 视场决定摄影系统成像的范围，摄影物镜视场的大小 由物镜的焦距和接收器的尺寸决定。在接收器的尺寸确 定以后，一般来说，焦距越长，成像的范围越小，焦距 越短，则其成像范围越大。若接收器的最大横向尺寸为 h ' ，在拍摄远处物体时，视场 的大小为
35mm电影胶片
22 × 16
180 × 180
航摄胶片 230 × 230
表8-2
9
第六节 摄影系统
由表8-2可以看出，胶片的尺寸比CCD要大得多，要求 物镜的焦距也大得多。而数码相机中的CCD比胶卷相机 中的接收器要小得多，因此所有的镜头焦距也都要小。 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。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，表8-3是部分典型的值。
1 N 1 N
L
1 N
r
（8-60）
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。
按瑞利准则，物镜的理论分辨率为
N
L
1
D 1 . 22 f '
取
0 .5 5 5 m ，则
N L 1477 D / f ' 1477 / F
（8-61）
式中F为物镜的光圈数。所以，物镜的理论分辨力与 相对孔径 ( D / f ' ) 成正比。
图8-27
15
1） 普通摄影物镜
普通摄影物镜是应用最广的物镜。一般具有下列光学参 数，焦距20~500mm，相对孔径D/f′=1:9~1:2.8，视场角 可达64°。
柯克三片式物镜： D/f’: 1:9~1:2.8
2 : 640
天塞物镜：
D/f’: 1:3.5~1:2.8
2: 500~600
（a）柯克物镜
23
2. 变焦距物镜
图8-31表示一种变焦距物镜的结构组合。透镜组1为前 固定组，透镜组2为变倍组，透镜组3为补偿组，透镜组4 为后固定组。透镜组2可沿光轴做等速的往返运动，当透 镜组2移动时，物镜的焦距也在变化，物体通过透镜组1 和2所形成的像随之沿光轴移动。为了使物镜的原像面不 变，应该在移动透镜组2的同时，按非线性规律移动透镜 组3，使像点通过透镜组3时仍成像在固定像面处。这就 保证了像面的稳定。透镜组2和3的变动是相关的，它们 靠精密的凸轮机构来实现控制的。
8.2.1 投影物镜的光学特性
8.2.2 投影物镜的结构形式 8.2.3 照明系统
29
投影系统
8.2.1 投影物镜的光学特性
投影系统的关键部件是投影物镜，投影物镜的光学特性以焦距、 相对孔径、视场和放大率来表示。 1. 焦距 f’
f ' ll ' l l' l' 1
l l '
tg h' f'
（8-58）
拍摄近距离物体时，视场 y 的大小为
y h' f' x
（8-59）
由此可见，在接收器确定以后，视场与焦距成反比。对 应长焦距和短焦距这两种情况的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距介于两者之间。
8
8.1.1 摄影物镜的光学特性
摄影物镜的接收器元件框是视场光阑和出射窗，它的 大小尺寸决定了像面的最大尺寸，表8-2列出了几种常用 摄影胶片的规格以及近年来常用的CCD尺寸的规格。
2
§8.1
摄影系统
8.1.1 摄影物镜的光学特性
摄影物镜的作用是将外界景物成像在感光胶片或CCD 等接收器上，产生景物像。摄影物镜的光学特性由焦距 f ' 、相对孔径 D / f ' 和视场角 2 表示， 下面分别介绍。
1．焦距 2．相对孔径 3．视场
3
8.1.1 摄影物镜的光学特性
1．焦距 f ' 焦距决定成像的大小比例，对于同一目标，焦距越 长，所成像的比例越大，焦距越短，成像的比例越小。 在拍摄远处物体时，像的大小为
1800鱼眼
1500鱼眼
1200鱼眼
900鱼眼
21
2. 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。
22
2. 变焦距物镜
变焦距物镜的焦距可以在一定范围内连续变化，故对 一定距离的物体其成像的放大率也在一定范围内连续变化。 在摄影领域，变焦距物镜几乎代替了定焦距物镜，并已用 于望远系统、显微系统、投影系统等。变焦系统由多个子 系统组成。焦距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。
固定组 变倍组 补偿组 固定组
图8-31
24
变焦距镜头的工作原理图
25
变焦距镜头光学元件示意图 1-前固定组，2-变倍组，3-补偿组， 4-后固定组
26
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。
H’
F’
d
f’ L
lF’
正透镜在前，像方主面前移
任何两种色光在一定位置校正后，对第三种色光的剩余色差来说可看作是二级光谱色差。
18
4）广角物镜
广角摄影物镜多为短焦距物镜，以便获得更大的视 场。其结构型式一般采用反远距型物镜。广角物镜中最 著名的应属鲁沙尔－32型，其焦距 f
D / f ' 1 : 6 .8
（b）天塞物镜
16
2） 大相对孔径物镜
大相对孔径摄影物镜相对比较复杂。下图给出双高 斯（Guass）物镜的结构型式，其光学参数 f ' 5 0 m m ， D / f ' 1 : 2 ， 40 ~ 60 。 2
双高斯物镜
17
3） 远摄物镜
远摄物镜一般在高空摄影中使用，为获得较大的像面。 摄远物镜的焦距可达到3m以上。机械筒长L’(=d+lF’) f ’ （小于焦距），远摄比L/f′<0.8。随着焦距的增加，系 统的二级光谱也增加，设计时常用特种火石玻璃。为缩 短筒长，也可以采用折反型物镜，但其孔径中心光束有 遮拦。图8-30为蔡司公司的远摄天塞物镜，其相对孔径 D / f ' 1 : 6 ， 3 0 。 2
5
8.1.1 摄影物镜的光学特性
光阑的大小用光圈数 F 来表示
F f' D
（8-57）
D f 式中，' 为摄影物镜的焦距， 为入瞳的直径。由式（8-57） 可知，光圈数是相对孔径的倒数。为了方便选择，光圈按 一定的分值标注在镜头上，分值的方法一般是按每增大一 挡光圈值，对应的像平面照度依次减半。由于像平面的照 度与相对孔径平方成正比，所以光圈值按公比为 2 的等比级数变化（相对孔径按 1 / 2 等比级数变化），国 家标准是按表8-3来分档的。因像面照度与曝光时间成正 比，故曝光时间按公比为2的等比级数变化。
名 称
长×宽 (mm×mm)
36 × 24 60 × 60 10.4 × 7.5
名 称
1〞CCD 2/3〞CCD 1/2〞CCD 1/3〞CCD 1/4〞CCD
长×宽 (mm×mm)
12.8× 9.6 8.8 × 6.6 6.4 × 4.8 4.4 × 3.3 3.2 × 2.4
135胶片 120胶片 16mm电影胶片
1
2
L
1
2