摄影及投影光学系统
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应用光学_第7章_摄影和投影光学系统
解决方案：
正负两光组分离；
采用反射镜。
超广角型系统
视场角大于90度
应用场合：航拍，光纤内 窥，光电监控...... 技术难点：
后工作距离短（mm级） 像面渐晕严重 畸变大
解决方案：
负、正两光组组合（加长工作距离）
增加像方远心光路
轴外扩束，像差渐晕
变透光率滤光片（中间透光率小）
所以：（D/f '）= 0.11，查表7.1，光圈数F选8或 11。
相对孔径D/f '
与景深程非线性关系，通常D/f '越大，景深越小。 与焦深程线性反比关系。 小结：相对孔径大，利于提高分辨率和照度， 但减少景深和焦深。所以，在分辨率和照度够 用的时候，尽量减少相对孔径。
视场角2ω
视场角决定被摄景物的范围。允许的成像范围 是由放在像面附近的视场光阑来限定的。 在电影摄影机和普通照相机中，视场光阑是片 门框，矩形。 则有：y'= -f ' ×tgω
用不同焦距的镜头对同一距离位置的物体摄影时，焦 距长的成像大，焦距小的成像小。
ref: 镜头分类
按焦距的长短，摄影物镜可分为：
标准镜头，长焦距镜头和短焦距镜头。
标准镜头：其焦距约等于底片画幅对角线的长 度。普通标准镜头的视角与人眼的水平清晰视 角相当，约50°左右。
ref: 镜头分类
长焦距镜头：放大率较大，视场角小于标准镜 头，能远距离摄取景物的较大影像而不易干扰 被摄对象。景深小，有利于摄取虚实结合的形 象。能使纵深景物的远大近小的比例缩小，使 前后景物透视感减小 。 注意：调焦要格外小心；勿震动，曝光时间应 等于或小于焦距值的倒数。
第七章典型的光学系统详解
1）视差角（ J1AJ 2 角）
A B
须物要位于有限距离处。
弥补近视眼的缺陷，采用的方法就是戴负透镜。
该负透镜的焦距大小为： f ' lr 2）远视眼：远点位于人眼之后；点取决于人眼的调节能力。
由于人的眼球较短，水晶体像方焦点位于视网膜之后。所以远视眼矫正的方
法，佩戴正透镜。
3）老花眼：远点位于无限远处；近点则因受调节能力的限制而距眼较远。 矫正的方法佩戴凸透镜。
A CB
J1 B'1 A'1 C1'
J2 A'2 B'2C2'
图 7—5 双目立体成像 人眼注视 A 点，将在二眼各自黄斑处产生一个像。现在 J1AJ 2 范围内取一点 B，当物点 A 成像时，B 也将同时在双眼各自成像。但是由于 B'1成像于黄斑的左 侧；而 B'2 成像于黄斑的右侧，由于分别成像于黄斑的不同侧，所以成双像。 即有：在角 J1AJ 2 范围内的空间所有点都成双像。而在角 J1AJ 2 范围外的空 间所有点都单一像。 所以按照我们刚才的分析讨论的，当观察周围空间时应该既有双像存在，也 有单像存在的。但实际上我们感受不到双像的存在，是因为双眼不断的转动，注 视点在不断的改变的缘故，所以日常不易察觉双像的那部分空间在人眼中的影 响。 2、 双眼立体视觉 立体视觉是双眼一个非常重要的特性主要原因是视差角的不同。
c)
b)
d)
图 7—4 对准形式Biblioteka (1 ~ 1 ) 6 10
即对准误差为分辨率的 1／6~1／10。 六、双目立体视觉 1、 双眼视觉
这是绝大部分人观察物体的情况，由于正常人都有二只眼，故当观察周围物 体时，二眼并用，由于二眼可分别看作是一光学系统，所以物体将在左右二眼中 各自成像，成二个像，并最终在大脑中汇合为单一像。
A B
须物要位于有限距离处。
弥补近视眼的缺陷，采用的方法就是戴负透镜。
该负透镜的焦距大小为： f ' lr 2）远视眼：远点位于人眼之后；点取决于人眼的调节能力。
由于人的眼球较短，水晶体像方焦点位于视网膜之后。所以远视眼矫正的方
法，佩戴正透镜。
3）老花眼：远点位于无限远处；近点则因受调节能力的限制而距眼较远。 矫正的方法佩戴凸透镜。
A CB
J1 B'1 A'1 C1'
J2 A'2 B'2C2'
图 7—5 双目立体成像 人眼注视 A 点，将在二眼各自黄斑处产生一个像。现在 J1AJ 2 范围内取一点 B，当物点 A 成像时，B 也将同时在双眼各自成像。但是由于 B'1成像于黄斑的左 侧；而 B'2 成像于黄斑的右侧，由于分别成像于黄斑的不同侧，所以成双像。 即有：在角 J1AJ 2 范围内的空间所有点都成双像。而在角 J1AJ 2 范围外的空 间所有点都单一像。 所以按照我们刚才的分析讨论的，当观察周围空间时应该既有双像存在，也 有单像存在的。但实际上我们感受不到双像的存在，是因为双眼不断的转动，注 视点在不断的改变的缘故，所以日常不易察觉双像的那部分空间在人眼中的影 响。 2、 双眼立体视觉 立体视觉是双眼一个非常重要的特性主要原因是视差角的不同。
c)
b)
d)
图 7—4 对准形式Biblioteka (1 ~ 1 ) 6 10
即对准误差为分辨率的 1／6~1／10。 六、双目立体视觉 1、 双眼视觉
这是绝大部分人观察物体的情况，由于正常人都有二只眼，故当观察周围物 体时，二眼并用，由于二眼可分别看作是一光学系统，所以物体将在左右二眼中 各自成像，成二个像，并最终在大脑中汇合为单一像。
应用光学各章知识点归纳
第一章 几何光学基本定律与成像概念波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。
光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。
波前：某一瞬间波动所到达的位置。
光线的四个传播定律：1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。
2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。
3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。
4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即nn I I ''sin sin = 光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。
光程：光在介质中传播的几何路程S 和介质折射率n 的乘积。
各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。
各向异性介质：单晶体（双折射现象）马吕斯定律：光束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。
全反射临界角：12arcsinn n C = 全反射条件：1）光线从光密介质向光疏介质入射。
2）入射角大于临界角。
共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。
物点/像点：物/像光束的交点。
实物/实像点：实际光线的汇聚点。
虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。
共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。
（A ，A’的对称性）完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。
每一个物点都对应唯一的像点。
理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。
工程光学第七章典型光学系统
六、显微镜的照明方式
①透射光亮视场照明。光通过透明物体产生亮视场。 ②反射光亮视场照明。对不透明的物体，从上面照射产生漫射或规 则的反射形成亮视场。 ③透射光暗视场照明。倾斜入射的照明光束在物体旁侧向通过，光 束通过物体结构的衍射、折射和反射，射向物镜，形成物体的像， 则获得暗视场。 ④反射光暗视场照明。在旁侧入射到物体上的照明光束经反射后在 物镜侧向通过，若无缺陷的放射镜作为物体，得到一均匀暗视2场2 。
距离
距离
R为远点视度，P为近点视度，单位为屈光度（D）=1/m。 医学上， 1D=100度。 随着年龄增大，肌肉调节能力下降，调节范围减小。
（二）眼的缺陷及校正
眼睛的远点在无限远或眼光学系统的后焦点在视网膜上，称
为正常眼。
正常眼观察近物时，物体距眼最适宜的距离是250mm，称
为明视距离M。
4
①近视眼 近视眼的网膜离水晶体太远或水晶体表面曲率太大，无限 远物点成像在网膜之前，远点在眼前有限远。 需配一负光角度凹面透镜，透镜的像方焦点与眼睛的远点 重合，这样，无限远物点就能成像在网膜上。
大小应与目 500tgw 6，8，11，16，22，32。 镜的视场角 250 D ②成实像的眼睛、摄影和投影系统。
f e
e
一致： e
2 y 5 0 0tg w e
5 0 0tg w
表明：在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，其在物
空间的线视场越小。
18
三、显微镜的出瞳直径 普通显微镜，物镜框是孔径光阑。 复杂物镜，其最后镜组的镜框为孔径光阑。 测量用显微镜，物镜像方焦平面上设置专门的孔径光阑， 经目镜所成的像为出瞳（直径为D‘）。 则有： n ysinun ysinu nsinuyn sinu y n sinu fo
①透射光亮视场照明。光通过透明物体产生亮视场。 ②反射光亮视场照明。对不透明的物体，从上面照射产生漫射或规 则的反射形成亮视场。 ③透射光暗视场照明。倾斜入射的照明光束在物体旁侧向通过，光 束通过物体结构的衍射、折射和反射，射向物镜，形成物体的像， 则获得暗视场。 ④反射光暗视场照明。在旁侧入射到物体上的照明光束经反射后在 物镜侧向通过，若无缺陷的放射镜作为物体，得到一均匀暗视2场2 。
距离
距离
R为远点视度，P为近点视度，单位为屈光度（D）=1/m。 医学上， 1D=100度。 随着年龄增大，肌肉调节能力下降，调节范围减小。
（二）眼的缺陷及校正
眼睛的远点在无限远或眼光学系统的后焦点在视网膜上，称
为正常眼。
正常眼观察近物时，物体距眼最适宜的距离是250mm，称
为明视距离M。
4
①近视眼 近视眼的网膜离水晶体太远或水晶体表面曲率太大，无限 远物点成像在网膜之前，远点在眼前有限远。 需配一负光角度凹面透镜，透镜的像方焦点与眼睛的远点 重合，这样，无限远物点就能成像在网膜上。
大小应与目 500tgw 6，8，11，16，22，32。 镜的视场角 250 D ②成实像的眼睛、摄影和投影系统。
f e
e
一致： e
2 y 5 0 0tg w e
5 0 0tg w
表明：在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，其在物
空间的线视场越小。
18
三、显微镜的出瞳直径 普通显微镜，物镜框是孔径光阑。 复杂物镜，其最后镜组的镜框为孔径光阑。 测量用显微镜，物镜像方焦平面上设置专门的孔径光阑， 经目镜所成的像为出瞳（直径为D‘）。 则有： n ysinun ysinu nsinuyn sinu y n sinu fo
第19次课(第八章)工程光学分析
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
工程光学
第三节 显微镜系统
（上）
显微镜的组成：
第五级北航仪器 光电学院
显微镜是由物镜、目镜和照明系统三部分组成。
物体经显微镜的物镜放大成像后，其像再经目镜放大以
供人眼观察。
工程光学
第三节 显微镜系统
（上） 一、显微镜的视觉放大率：
tan y
L
tan' y' y
fe' fe' fo'
tan' L tan fe ' fo '
4、立体视角半径
Lmax b / min
62mm 206265 /10 1200m
双目观察物体
工程光学 （上）
第五级北航仪器 光电学院
工程光学 （上）
第五级北航仪器 光电学院
工程光学
第一节 眼睛及其光学系统
（上）
5、立体视角阀
★双目能分辨两点间的最短深度距离称为立体视觉阈。
L L2 / b L 8104 L2
250 f
（2）把物像调焦到明视距离： P' －l' =D
北航仪器 光电学院
1 l 1 250 P
f
f f
光束限制与视场
若眼睛紧贴着放大镜： P'=0
《医疗器械概论》 第二篇第5章 医用光学仪器
第一节 光学基础
1.光学基础
人类对光的利用
望远镜、显微镜、光谱仪、光学计量仪器和技术、照相机（摄像机）、激光等。
光在医学中的应用
眼科光学仪器 显微镜 医用内窥镜 医用激光仪器 红外热像
光学系统的光学零件主要由透镜、柱镜、 反射镜及平行平板等组成。
2.显微电视图像系统
为了满足一机多用的要求，显微镜还设有为各种特殊用途而附加的装置， 如摄影，投影，荧光光源等带有摄影装置的显微镜叫做摄影显微镜。
电视显微镜和电荷耦合器显微镜是以电视摄像靶或电荷耦合器作为接收元 件的显微镜，在显微镜的实相面处装入电视摄像靶或电荷耦合器取代人眼 作为接收器，通过这些光电器件将光学图像转换成电信号，然后对之进行 尺寸检测、颗粒计数等工作。
第五章 医用光学仪器
THANKS
谢谢观看
（1）硬性内镜。 （2）纤维内镜。 （3）电子内镜。
第三节 医用内镜
1.医用内镜的组成原理
硬性内镜 硬性内镜的发展已经历了漫长的历史。早在1795年Bozzine就首次制造 出一个以烛光为光源的硬件内镜，可观察到直肠和子宫内腔。 硬性内镜以金属管为外壳，内装有物镜，目镜、棱镜、反光镜等光学元 件的硬性直管性内镜。 其种类主要有腹腔镜、宫腔镜、尿道膀恍镜、关节镜、胸腔镜、脑颅镜、 直肠镜、鼻窦镜等。
一个光学系统可以由一个或几个部件组 成，每个部件可以由一个或几个透镜组成， 组成的部件称为光组。
实际工作中，常把几个光组组合在一起， 通常两个光组的组合最常见，也是最基本的 组合。
光学系统
第一节 光学基础
2.光学系统
光学系统的基本组成 – 透镜
正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜 会聚作用：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转
典型光学系统
f1 tg
f 2 tg
f1 tg tg f 2 D D D 2 f1 2 f 2 D
1、D 为望远镜的入射光瞳直径 ；D‘ 为望远镜的出射光瞳直径 ； 2、望远镜的视觉放大率决定于望远系统的结构。
三、分辨率及工作放大率
2y
4、显微镜的景深
2 y
物
nf 250 mm n 2dx NA NA
显微镜的放大率越高，数值孔径越大，景深越小。
三、显微镜的分辨率和有效放大率
1、分辨率（用分辨距离σ 表示）
1）两个发光点的分辨率：
1.22 0.61 2n sin U NA
这些特性参数决定了望远镜的分辨率，像的主观亮度，和系统的 外形尺寸。
2）物镜的焦距 f1 ：在目镜焦距 f 2 选定后，由视觉放大率决定； 3）望远物镜需校正的主要象差：有球差、色差和正弦差； 4）物镜后有 透镜转象系统时，二者可分别校正象差； 棱镜转象系统时，必须用物镜和棱镜的象差互相补偿。
2、望远目镜
五、显微目镜
主要光学特性参数有： 1、视觉放大率：
250 0 f目
2、目镜的线视场（由视场光阑的大小决定）
3、镜目距（出瞳距离）： l Z 6mm
4、目镜的通光口径： 由渐晕系数及几何关系决定。
习题2：一个显微镜物镜的垂轴放大倍率为-3倍，数值孔径为
0.2，共轭距L为180毫米，物镜框为孔阑，目镜焦距为30毫米，求：
0.5 NA
设所用照明的平均波长为0.00055mm， 有
近似为： 显微镜的放大率取决于物镜的分辨率或数值孔径。当使用比有效 放大率下限(500NA)更小的放大率时，不能看清物镜已分辨出的某些 细节。若用比有效放大率上限(1000NA)更高的放大率，是无效放大， 并不能使被观察物体的细节更清晰。
应用光学-第九章(3)摄影与投影系统
投影系统的核心部分是物镜。 一、主要参数：共轭距、工作距、放大率、视场、相对孔 径等。 1、共轭距（M） 共轭距的大小影响轴向尺寸。
y'
− U max
H
H'
U ' max
y
工作距离
−l
M + HH '
l'
共轭距和放大率、焦距之间的关系如下：
M = − f ' (β − 1) β
2
共轭距与焦距成正比，当横向放大率一定时，共轭距 增大使物镜焦距增大。 小型：M=1m左右、中型M=1~2m、大型M>2m
光圈系数 景深 相对孔径越大，景深越小。
利用光圈与快门配合可以实现特殊摄影效果
摄影物镜的主要光学参数：
1、焦距f ’ 用某一镜头拍摄一定距离的物体时，像高y’为
yf ' y' = = kf ' x
k是常量
焦距不同的镜头，拍摄同一距离的景物，像的大小也不同
2、相对孔径或光圈系数
相对孔径越大，景深越小。 光圈系数 景深
像面能在一定范围内沿轴移动的量称为几何焦深。
几何焦深的大小与像点所允许的弥散斑直径有关。
设弥散斑允许的直径为z′,焦深2△′与z′的关系可由下 图求出：
z' 2Δ' = tgU'
入瞳
出瞳
像平面
A
-U F H
D H’
U’ F’ △’ A’ △’
Z’
-l
f’ l’
x’
在对称式的摄影物镜中，入瞳和出瞳分别靠近物镜的前主 面和后主面，它们有同样的通光孔径，
3、画面大小2y’或物方视场角2ω
2 y ' = 2 f ' tgω
典型光学系统
• 当人眼通过放大镜观察物体时
y' f 'l ' y tg ' P'l ' P'l ' f '
• 视放大率
tg ' f 'l ' D tg P'l ' f '
一般有：
tg ' f 'l ' D tg P'l ' f '
当l ' 当 P' f '
70
80
近点距 (cm)
远点距 （cm) A=R-P (屈光度)
-10 -14 -22 -40 -200 100 40 200 80 40
14
10
7
4.5
2.5
1
0.25
0
人眼的适应
眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适应。
适应可分为明适应和暗适应。前者发生在由暗处 到亮处时，适应时间大约几分钟；后者发生在由亮
近视眼
-r
远视眼：
r
散光眼
第一子午面
-r
第二子午面 -r
1.4 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 MM.
• 分辨力：眼睛能分辩两个很靠近的点的能力称为眼睛的
分辨率。
• 最小分辨角：能够分辩的最近两点对眼睛的张角称为眼 睛的最小分辩角：60秒 • 最小分辨距离：在明视距离处（ 250MM ）最小分辨角对 应的线量：0.0725MM。
• 望远系统的视放大率等于仪器的角放大率
f '物 tg ' tg ' tg tg f '目
《应用光学》第12章 照相机和投影仪
图12.12
机械补偿的变焦距物镜除了包含有作线性移动的变倍组以 外，还需有作非线性移动的补偿组。如图12.13所示。L1 是前固定组，L2是变倍组，L3是补偿组，L4是后固定组。
L2和L3组成了物镜的变焦部 分。当变倍组由左向右作线 性移动时，焦距由短变长， 同时像面发生位移。用补偿 组L3作相应的非线性移动， 使位移了 的像面经补偿组后 重新成在固定的位置上。总 的焦距变化是由变倍组和补 偿组同时移动的结果。变倍 组和补偿组的移动要匹配， 即两者的位置要一一对应。
另外，放大率、工作距离等也是投影系统的光学特性。 二、照明系统
1、临界照明
可使物面照度均匀化。图12.20所示为柯拉照明系统，它由两组 聚光镜L1和L2组成。光源通过L1成实像在L2的孔径光阑处，L1 的
图12.20
行光束。此时，孔径光阑是可调的，以控制物点成像光束孔径 角的大小，充分发挥物镜的分辨能力。视场光阑也是可调的， 以适应不同倍率物镜、目镜组合条件下，被照明视场大小变化 的要求；同时拦截系统中有害的杂散光，改善像面的对比度， 如图12.21所示。
隔一定距离的两个平面 A和A’之间，有两个位 置可使得两平面互为物 像关系，如图12.11所
示，其放大率分别为 和1/.即当一个位置成
缩小像时，另一位置成 放大像。而当透镜从位 置1移到位置2，放大率
图12.11
就在和1/ 之间连续变化。所以该透镜被称为变倍组或变
焦组。但只有一组透镜还不足以在满足变焦的同时满足其 他三个要求，所以就需要采取一些措施，这就是两组可移 动的透镜组，其中一组是变焦组，另一组是补偿组。如图 12.12所示
变焦物镜通常是按照系统中变焦透镜组的个数，以及是正 透镜组还是负透镜组的配置来分类的，如负-负型、负－正型 以及正－负－正型等。
机械补偿的变焦距物镜除了包含有作线性移动的变倍组以 外，还需有作非线性移动的补偿组。如图12.13所示。L1 是前固定组，L2是变倍组，L3是补偿组，L4是后固定组。
L2和L3组成了物镜的变焦部 分。当变倍组由左向右作线 性移动时，焦距由短变长， 同时像面发生位移。用补偿 组L3作相应的非线性移动， 使位移了 的像面经补偿组后 重新成在固定的位置上。总 的焦距变化是由变倍组和补 偿组同时移动的结果。变倍 组和补偿组的移动要匹配， 即两者的位置要一一对应。
另外，放大率、工作距离等也是投影系统的光学特性。 二、照明系统
1、临界照明
可使物面照度均匀化。图12.20所示为柯拉照明系统，它由两组 聚光镜L1和L2组成。光源通过L1成实像在L2的孔径光阑处，L1 的
图12.20
行光束。此时，孔径光阑是可调的，以控制物点成像光束孔径 角的大小，充分发挥物镜的分辨能力。视场光阑也是可调的， 以适应不同倍率物镜、目镜组合条件下，被照明视场大小变化 的要求；同时拦截系统中有害的杂散光，改善像面的对比度， 如图12.21所示。
隔一定距离的两个平面 A和A’之间，有两个位 置可使得两平面互为物 像关系，如图12.11所
示，其放大率分别为 和1/.即当一个位置成
缩小像时，另一位置成 放大像。而当透镜从位 置1移到位置2，放大率
图12.11
就在和1/ 之间连续变化。所以该透镜被称为变倍组或变
焦组。但只有一组透镜还不足以在满足变焦的同时满足其 他三个要求，所以就需要采取一些措施，这就是两组可移 动的透镜组，其中一组是变焦组，另一组是补偿组。如图 12.12所示
变焦物镜通常是按照系统中变焦透镜组的个数，以及是正 透镜组还是负透镜组的配置来分类的，如负-负型、负－正型 以及正－负－正型等。
第十章 照相机和投影光学系统
Wafer晶片
光刻机总体结构
照明系统 掩模台系统 自动对准系统 调平调焦测量 系统 框架减振系统 环境控制系统 掩模传输系统 投影物镜系统 硅片传输系统
工件台系统
整机控制系统
整机软件系统
Introduction to Mask
46
二、投影物镜的光学特性
投影系统
摄影物镜的光学特性以放大率、视场、焦距和相对孔径来表示。
快门速度在机身上分别标注为：1、2、4、8、15、30、60、 125、250、500、1000、2000 ……
另外很多相机还有“T门”和 “B门”
相邻两级的快门速度的曝 光量相差一倍，我们常说 相差一级。如1/60秒比 1/125秒的曝光量多一倍， 即1/60秒比1/125秒速度 慢一级或称低一级，1/60 秒的曝光量是1/125秒曝 光量的2倍。
快门特性（二）：不同的拍摄效果
快门的作用不仅是在控制通光量的多少上，还能使您的照片表现出不同的效果。 高速快门一般用作于捕捉物体瞬间的美，比如在拍摄一些转瞬即逝的画面或者拍 摄运动速度较快的物体时就需要我们用到高速快门。
高速快门能捕捉物体瞬间
13
快门特性（二）：不同的拍摄效果
较低的快门速度能让我们拍摄出过程美，当你要拍的是夜晚的车水 马龙，快门时间就要拉长，常见照片中丝绢般的水流效果也要用慢 速快门才能拍出来。快门时间可以手动调节到很长，有的时候甚至 可以达到几小时。
2
感光元包括：感光胶片、CCD传感器、电子光学变像管、电视 摄像管等。 常见的摄影系统有：照相机、摄影机、空中侦察系统和测绘光 学系统等。
像平面（感光底片）在像方焦面附近，在小范围内调节镜头和 底片的距离，可使不同距离以外的物体成清晰的实像于底片上。
光学系统设计的要求
光学系统设计的要求任何一种光学仪器的用途和使用条件必然会对它的光学系统提出一定的要求，因此，在我们进行光学设计之前一定要了解对光学系统的要求。
这些要求概括起来有以下几个方面。
一、光学系统的基本特性光学系统的基本特性有：数值孔径或相对孔径；线视场或视场角；系统的放大率或焦距。
此外还有与这些基本特性有关的一些特性参数，如光瞳的大小和位置、后工作距离、共轭距等。
二、系统的外形尺寸系统的外形尺寸，即系统的横向尺寸和纵向尺寸。
在设计多光组的复杂光学系统时，外形尺寸计算以及各光组之间光瞳的衔接都是很重要的。
三、成象质量成象质量的要求和光学系统的用途有关。
不同的光学系统按其用途可提出不同的成象质量要求。
对于望远系统和一般的显微镜只要求中心视场有较好的成象质量；对于照相物镜要求整个视场都要有较好的成象质量。
四、仪器的使用条件在对光学系统提出使用要求时，一定要考虑在技术上和物理上实现的可能性。
如生物显微镜的放大率Г要满足500NA≤Г≤1000NA条件，望远镜的视觉放大率一定要把望远系统的极限分辨率和眼睛的极限分辨率一起来考虑。
光学系统设计过程所谓光学系统设计就是根据使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。
因此我们可以把光学设计过程分为4 个阶段：外形尺寸计算、初始结构计算、象差校正和平衡以及象质评价。
一、外形尺寸计算在这个阶段里要设计拟定出光学系统原理图，确定基本光学特性，使满足给定的技术要求，即确定放大倍率或焦距、线视场或角视视场、数值孔径或相对孔径、共轭距、后工作距离光阑位置和外形尺寸等。
因此，常把这个阶段称为外形尺寸计算。
一般都按理想光学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。
在计算时一定要考虑机械结构和电气系统，以防止在机构结构上无法实现。
每项性能的确定一定要合理，过高要求会使设计结果复杂造成浪费，过低要求会使设计不符合要求，因此这一步骤慎重行事。
二、初始结构的计算和选择、初始结构的确定常用以下两种方法：1．根据初级象差理论求解初始结构这种求解初始结构的方法就是根据外形尺寸计算得到的基本特性，利用初级象差理论来求解满足成象质量要求的初始结构。
第3章 光电测试技术常用光学系统
2
18
2.准直、自准直光学系统
准直技术 --- 利用光线做基准实现瞄准或角度测量的技术 --- 利用望远系统把视场光阑处分划板上的十字标记投射到某 一调焦位置的参考靶上，并使十字标记中心与参考靶中心重合 由两个中心所表述的参考直线 --- 准直或准线 参考直线的方向 --- 望远系统光轴的方向 自准直--- 物镜前面的平面反射镜
37
2）临界照明 ---光源发出的光通过聚光镜成像在物面上或其附近的照明方式
光源灯丝
成像
物平面
优点---视场范围内有最大的亮度，而且没有杂光 缺点---光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上， 并且不满足光孔转接原则
38
3）远心柯勒照明
集光镜 --- 光源成像到聚光镜的前焦面上 孔径光阑 --- 聚光镜的物方焦面上（像方远心光路） 视场光阑 --- 成像到物面上（聚光镜） --- 消除了临界照明中物平面照度不均匀的缺点 孔径光阑---大小可调，经聚光镜成像于物镜的入瞳位置 （满足光孔转接原则，充分利用了光能） 孔径光阑大小 ---- 决定照明系统的孔径角、分辨力和对比度； 视场光阑 --- 控制照明视场的大小，避免杂光进入物镜
接收器的尺寸一定 --- 物镜焦距与视场角成反比
拍摄远方物体时，物方最大视场角为
tg max y' max / 2 f '
y´max---感光元件的对角线长度
24
2) 相对孔径和分辨力 D ---入瞳直径（或物镜口径）与物镜焦距之比 f' 影响着物镜的鉴别率和像面照度 光圈（F 数） --- 相对孔径的倒数
NA n sin u
n---物方介质的折射率; u --- 物方孔径角 与分辨本领的关系 --- 瑞利判据或道威判据（显微系统） 投影仪的分辨力经放大倍后应与人眼的分辨本领相适应
第七章 典型光学系统
适应是指眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程 度；是通过瞳孔的自动增大或缩小完成的。
明适应：由暗处到亮处 暗适应：由亮处到暗处
三、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。 视度：眼睛的调节程度。若视网膜在物空间的共轭面离开
眼睛的距离为l（以米为单位），则l 的倒数称为视度，用 SD表示 1 SD l 正常人眼，在没有调节的自然状态下，无限远物体的像正 好成在视网膜上，即远点在无限远，此时视度为
L L2 / b
（7-10）
将b 62m m, min 10" 0.00005 代入上式, 得 L 8 104 L2
（7-11）
若通过双目光学系统来增大基线b或减少 Δθmin，则可以增大体视半径和减少立体 视觉误差。
第二节 放大镜
一、 视觉放大率
目视光学仪器的基本工作原理：使物体通过这 些仪器后，其像对人眼的张角大于直接观察 物体时对人眼的张角。
A b L
（7-8）
立体视差：不同距离的物体 对应不同的视差角， 其差 异 称为立体视差。 体视锐度：人眼能感觉到 的极限值 min 称为体视锐 度
人眼能分辨远近的最大距离
Lmax b
min
62mm 20265/ 10" 1200
（7-9）
Lmax称作立体视觉半径 立体视觉阈：双眼能分辨两点间的最 短深度距离。
第七章
典型光学系统
第一节 眼睛及其光学系统
第二节 放大镜 第三节 显微镜系统 第四节 望远镜系统 第五节 目镜 第六节 摄影系统 第七节 投影系统
第一节 眼睛及其光学系统
一、眼睛的结构——成像光学系统
工程光学第七章 典型光学系统
调节肌
★ 调节肌作用改变水晶体曲率(焦距)，不同距离物均成像于视网膜。
9、视网膜(Retina)：后室内壁、连接脉络膜的一薄膜，由神经 细胞和神经纤维构成。 调节 ——感光和成像的位置。 肌
(1) 辐射接收器 杆状细胞：对光刺激极敏感， 感光（明暗视觉） 锥状细胞：感色（色视觉） (2) 黄斑(Macula)：视网膜中部、黄色椭圆形区域。 中心凹：黄斑点中心D ≈0.25mm区域，密集感光细胞， 视觉最灵敏。 (3) 盲斑（点）：视神经的出口，无感光细胞。视网膜的像被 传输至大脑形成视觉。
★ 两物点的间距逐渐变小时，对应像点的位置变化： (a) (b) (c)
★系统的分辨率：光学系统能分开两个像点的最小距离。
二、瑞利判据 ：等亮度的两个物点，其一衍射图样的中央 极大与另一衍射图样的第一级极小重合时， 认为刚好能分辨这两个物点。
——能分辨的两个等亮度点间的距离对应于艾里斑半径。
无限远物点被理想光学系统成衍射图案：
第一暗环半径对出瞳中心的张角：
=1.22 / D, 入瞳直径D的函数
——能分辨的二点间的最小角距离
0.555 m
=140 / D, D(mm)
补充 2：目视光学仪器
一、裸眼直接成像：
★ 视角ω ：
ye y tan l l0
y
眼睛的光心O0：眼睛节点, 主点近似看做重合的位置
4、物体经眼睛成像于视网膜 ★ 眼睛的光心O0：眼睛节点、主点近似看做重合的位置。 （进一步简化）
★ 视角ω ：
y y1 tan l l0
y1
1 (
y 2 2 (
O0
l
l0
y2
y1
★ 人眼对物体大小的感觉，取决于像在视网膜上的大小； 或，视网膜上的像对眼睛光心张角（视角）的大小。 ★ 视角取决于物的大小和物距，但是物距必须在近点之外。
★ 调节肌作用改变水晶体曲率(焦距)，不同距离物均成像于视网膜。
9、视网膜(Retina)：后室内壁、连接脉络膜的一薄膜，由神经 细胞和神经纤维构成。 调节 ——感光和成像的位置。 肌
(1) 辐射接收器 杆状细胞：对光刺激极敏感， 感光（明暗视觉） 锥状细胞：感色（色视觉） (2) 黄斑(Macula)：视网膜中部、黄色椭圆形区域。 中心凹：黄斑点中心D ≈0.25mm区域，密集感光细胞， 视觉最灵敏。 (3) 盲斑（点）：视神经的出口，无感光细胞。视网膜的像被 传输至大脑形成视觉。
★ 两物点的间距逐渐变小时，对应像点的位置变化： (a) (b) (c)
★系统的分辨率：光学系统能分开两个像点的最小距离。
二、瑞利判据 ：等亮度的两个物点，其一衍射图样的中央 极大与另一衍射图样的第一级极小重合时， 认为刚好能分辨这两个物点。
——能分辨的两个等亮度点间的距离对应于艾里斑半径。
无限远物点被理想光学系统成衍射图案：
第一暗环半径对出瞳中心的张角：
=1.22 / D, 入瞳直径D的函数
——能分辨的二点间的最小角距离
0.555 m
=140 / D, D(mm)
补充 2：目视光学仪器
一、裸眼直接成像：
★ 视角ω ：
ye y tan l l0
y
眼睛的光心O0：眼睛节点, 主点近似看做重合的位置
4、物体经眼睛成像于视网膜 ★ 眼睛的光心O0：眼睛节点、主点近似看做重合的位置。 （进一步简化）
★ 视角ω ：
y y1 tan l l0
y1
1 (
y 2 2 (
O0
l
l0
y2
y1
★ 人眼对物体大小的感觉，取决于像在视网膜上的大小； 或，视网膜上的像对眼睛光心张角（视角）的大小。 ★ 视角取决于物的大小和物距，但是物距必须在近点之外。
典型光学系统
自动化
通过自动化控制技术，实现光学系统的自动对焦、自动曝光、自动白平衡等功 能，提高系统的易用性和用户体验。
新材料、新工艺探索
新材料
探索新型光学材料，如超材料、二维材料等，为光学系统的设计提供更多可能性 和灵活性。
新工艺
发展新型加工工艺，如3D打印、微纳加工等，降低光学系统的制造成本和周期 ，推动光学系统的普及和应用。
光学系统作用
光学系统的主要作用是对光波进 行变换和处理，以满足各种光学 仪器和设备对光波传输和变换的 要求。
典型光学系统分类
01
02
03
透镜系统
由一系列透镜组成的光学 系统，如照相机的镜头、 显微镜的物镜和目镜等。
反射系统
由反射镜组成的光学系统， 如望远镜、潜望镜等。
折反射系统
由透镜和反射镜共同组成 的光学系统，如折反射望 远镜等。
航天航空领域
用于制造高性能的航天相机、星载光学系统等， 满足航天器在复杂环境下的成像需求。
军事领域
应用于制造高精度、高稳定性的军用光学系统， 如侦察望远镜、瞄准镜等。
3
民用领域
用于制造高端民用光学产品，如高清晰度相机镜 头、高端显微镜等，提升民用产品的性能和品质。
06 现代光学系统发展趋势与 挑战
镜对光线有发散作用。
反射镜与折射镜特性
反射镜特性
反射镜利用光的反射定律来改变光路。平面反射镜可形成虚 像，球面反射镜可形成实像或虚像，具体取决于球面形状和 物体位置。
折射镜特性
折射镜利用光的折射定律来改变光路。棱镜是一种常见的折 射镜，可将入射光线按一定角度折射出去。不同形状的棱镜 具有不同的折射特性，可用于实现光的色散、偏振等功能。
光学系统性能指标
通过自动化控制技术，实现光学系统的自动对焦、自动曝光、自动白平衡等功 能，提高系统的易用性和用户体验。
新材料、新工艺探索
新材料
探索新型光学材料，如超材料、二维材料等，为光学系统的设计提供更多可能性 和灵活性。
新工艺
发展新型加工工艺，如3D打印、微纳加工等，降低光学系统的制造成本和周期 ，推动光学系统的普及和应用。
光学系统作用
光学系统的主要作用是对光波进 行变换和处理，以满足各种光学 仪器和设备对光波传输和变换的 要求。
典型光学系统分类
01
02
03
透镜系统
由一系列透镜组成的光学 系统，如照相机的镜头、 显微镜的物镜和目镜等。
反射系统
由反射镜组成的光学系统， 如望远镜、潜望镜等。
折反射系统
由透镜和反射镜共同组成 的光学系统，如折反射望 远镜等。
航天航空领域
用于制造高性能的航天相机、星载光学系统等， 满足航天器在复杂环境下的成像需求。
军事领域
应用于制造高精度、高稳定性的军用光学系统， 如侦察望远镜、瞄准镜等。
3
民用领域
用于制造高端民用光学产品，如高清晰度相机镜 头、高端显微镜等，提升民用产品的性能和品质。
06 现代光学系统发展趋势与 挑战
镜对光线有发散作用。
反射镜与折射镜特性
反射镜特性
反射镜利用光的反射定律来改变光路。平面反射镜可形成虚 像，球面反射镜可形成实像或虚像，具体取决于球面形状和 物体位置。
折射镜特性
折射镜利用光的折射定律来改变光路。棱镜是一种常见的折 射镜，可将入射光线按一定角度折射出去。不同形状的棱镜 具有不同的折射特性，可用于实现光的色散、偏振等功能。
光学系统性能指标
浙大应用光学-app_opt7-4黑白
讨论
物距 p大，则景深大 光圈 F 数大，则景深大 焦距 f’小，则景深大
2. 几何焦深——调焦不准，在景像
Δ2 = 拍p −特p写2 =镜2头afp，'2+Zp应'Z '怎=样f '选2 /p择F2Z+' pZ ' 焦距、F数和物距？拍远 景镜头呢？
平面上得一弥散斑。若将景像平面 前后移动，弥散斑的大小看起来仍
要求：① 图片与聚光镜靠在一起 ② 光源像与放映物镜重合
此时
E
=
k1k 2 LS l'2
cos4
W
'
由于
l' >> f2 ' ,∴l' ≈ x' = −β2 f2 '
E
=
πk1k2 L 4β22
(
D )2 f'
cos4
W
'
所以
E
∝
⎜⎜⎝⎛
D f2'
⎟⎟⎠⎞2
,
E
∝
1
β
2 2
对反射放映，除需用大相对孔径外，还需提高光源的功率。
内 C1 L1 C2
L2
B1’
P P1
B2’
A2成像光束：A2PQ A1
A2
A1’
A2’
C2成像光束：C2P1Q1 B1
Q1
B2
C2’比A2’照度低
C1’ Q
C2’
二、放映系统中的聚光镜——要求提供充分、均匀的照明
要求：聚光镜大小 2h1 ≥图片大小2y2 光源像大小 2y1’ ≥放映物镜大小 2h2
适应较低的环境照明条件， 缩短曝光时间
光学影像资料
• 图像跟踪：跟踪图像中目标物体的运动轨迹
03
光学影像技术在医疗领域的应用
光学影像技术在诊断中的应用
光学影像技术在医学诊断中的应用
光学影像技术在疾病诊断中的优势
• 放射学诊断：如X射线摄影、CT扫描等
• 无创性：对患者身体损伤小
• 超声波诊断：如B超检查
• 高分辨率：能够清晰地显示病变部位
• 荧光成像诊断：如荧光显微镜检查
• 表面检测：如物体表面质量的检测和评估
光学影像技术在质量检测中的优势
• 高精度：能够准确地测量出物体的尺寸和形状
• 高速度：能够快速地对物体进行检测
• 无接触：避免对物体造成损伤
光学影像技术在机器人视觉中的应用
光学影像技术在机器人视觉中的应用
光学影像技术在机器人视觉中的优势
• 目标识别：如物体识别、人脸识别等
06
光学影像技术在航空航天领域ห้องสมุดไป่ตู้应用
光学影像技术在导航系统中的应用
光学影像技术在导航系统中的应用
• 卫星导航：如全球定位系统（GPS）
• 地面导航：如地形导航、惯性导航等
• 航天导航：如航天器导航、星际导航等
光学影像技术在导航系统中的优势
• 高精度：能够准确地提供导航信息
• 高速度：能够快速地更新导航数据
• 遥感影像的处理与分析
• 安防影像的处理与分析
光学影像处理技术
• 图像预处理：对原始图像进行降噪、去模糊等处理
• 图像增强：提高图像的对比度、亮度和饱和度等
• 图像分割：将图像中的目标物体与背景分离
光学影像分析技术
• 图像识别：识别图像中的目标物体类型
• 图像测量：测量图像中目标物体的尺寸、角度等参数
03
光学影像技术在医疗领域的应用
光学影像技术在诊断中的应用
光学影像技术在医学诊断中的应用
光学影像技术在疾病诊断中的优势
• 放射学诊断：如X射线摄影、CT扫描等
• 无创性：对患者身体损伤小
• 超声波诊断：如B超检查
• 高分辨率：能够清晰地显示病变部位
• 荧光成像诊断：如荧光显微镜检查
• 表面检测：如物体表面质量的检测和评估
光学影像技术在质量检测中的优势
• 高精度：能够准确地测量出物体的尺寸和形状
• 高速度：能够快速地对物体进行检测
• 无接触：避免对物体造成损伤
光学影像技术在机器人视觉中的应用
光学影像技术在机器人视觉中的应用
光学影像技术在机器人视觉中的优势
• 目标识别：如物体识别、人脸识别等
06
光学影像技术在航空航天领域ห้องสมุดไป่ตู้应用
光学影像技术在导航系统中的应用
光学影像技术在导航系统中的应用
• 卫星导航：如全球定位系统（GPS）
• 地面导航：如地形导航、惯性导航等
• 航天导航：如航天器导航、星际导航等
光学影像技术在导航系统中的优势
• 高精度：能够准确地提供导航信息
• 高速度：能够快速地更新导航数据
• 遥感影像的处理与分析
• 安防影像的处理与分析
光学影像处理技术
• 图像预处理：对原始图像进行降噪、去模糊等处理
• 图像增强：提高图像的对比度、亮度和饱和度等
• 图像分割：将图像中的目标物体与背景分离
光学影像分析技术
• 图像识别：识别图像中的目标物体类型
• 图像测量：测量图像中目标物体的尺寸、角度等参数
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非扫描方式 感官器件
光导摄像管
热像仪的硅 靶
固体图像传 感器
胶片
电荷耦合器 件CCD
互补金属氧 化物CMOS
第 10 页
1
光电传感器的定义和分类
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
结构上：CCD和CMOS主要由光敏元件、传输电路、A/D转换电路等单元组成。 两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据。 区别：CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素 中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS 传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方 式将数据输出。如图1所示。
H=Et
彩色胶片的工作原理
第6 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
感光度 感光度是度量感光材料化学反应灵敏度的指标。在同样曝光量和同样冲洗条件下，胶片的光 密度越大，感光度越高。感光度S 数值计算方式： S=K/H0 对数定义方式：
S
1 K lg 10 H 0
反差系数γ 成像画面上各个部位明暗的差别用反差的概念描述。反差用亮度比的对数值表示，即
第四节
黑白胶片
彩色胶片
第4 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
• 彩色胶片的结构比较复杂。感光层分为三层：感蓝、感黄和感红乳剂层。每层乳 剂中除了银盐感光材料外，分别渗入黄、品红和青色的表现色彩效果的成色染料。 • 胶片的感光是一个化学反应过程，感光层在光的照射下，卤化银中的银离子还原 成银原子，沉积在受光点附近，形成银斑，构成“潜影”。用显影液处理曝光后 的胶片，潜影中的银离子继续还原，银原子的密集度增加，形成可辨认的“黑
第 18 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
如何实现照度均匀？
增大镜头口径将使像差校正困难。如果要实现像面照度均匀，应采用类似于显微 镜系统的柯拉照明方式，即照明系统的孔径光阑与成像系统的视场光阑共轭，照 明系统的视场光阑与成像系统的孔径光阑共轭。（P468图16.63）
I /I I IM ' I lg M ' 0 lg M ' lg N ' DM ' DN ' IN' I N '度 胶片所能接收的最大和最小曝光量的范围称为胶片的宽容度，显然它应该用特征曲线线性部 分对应的曝光量表示： L=lgHD-lgHC 对一定γ 值的胶片的宽容度越大，记录景物明暗的层次越丰富，使用上也越方便
② 成本差异：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺， 可以轻易地将周边电路集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的 成本；除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有 一个象素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传 感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产 品问世的半年内突破 50% 的水平，因此， CCD 传感器的成本会高于 CMOS传感器。
投影屏
被投影的实物面
投影屏 F’
被投影物面
F’
“负-正-正”投影镜头结构 放映和投影镜头的特性
10X投影镜头
第 15 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
• 为什么需要照明？投影及放映光学系统由于要成放大像，为了保证一定的像面照度，
通常要加照明系统。因此，其光学系统包括照明系统和成像系统两部分 。
CCD与CMOS的差异
第 12 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
③ 分辨率差异：CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂，其象素尺寸很 难达到CCD传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感 器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。例如，目前市 面上 CMOS 传感器最高可达到 210 万象素的水平 (OmniVision 的 OV2610 ， 2002年6 月推出 )，其尺寸为 1/2 英寸，象素尺寸为 4.25μm，但Sony 在2002年 12月推出了ICX452，其尺寸与 OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率却能 高达513万象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。
越薄，胶片分辨率越高
感色性 黑白胶片对各波长光的敏感度称为它的感色性
彩色胶片的特性
第9 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
数码相机：以固体图像传感器替代了摄影系统中的感光胶片，以 扫描的方式把景物信息记录下来，然后以数字信号的方式传送到 存储介质中存储起来。
扫描方式感 官器件
目录CONTENTS
1 2 3
感光胶片 光电传感器 放映和投影镜头
4 放映和投影系统的照明
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
感光胶片
• 感光胶片是摄影仪器中记录和保存影像的器件，它以“潜影”的方式把影像的信息记 录下来，然后再通过显影和定影把影像重现出来。 • 感光胶片分黑白胶片和彩色胶片，由基片、感光层、保护层及辅助层组成，下图是黑 白胶片的结构示意图
• 照明系统的类型？照明系统的类型有透射光照明和反照明，前者包括电影放映机、 放大机及一些透射照明投影系统，后者有反射投影仪、某些液晶投影系统等。
• 照明系统的设计原则？光学设计时需要注意照明系统和成像系统的衔接关系，成像 系统的拉赫不变量J2等于或超过照明系统的拉赫不变量J1是设计中的原则。
放映和投影系统的照明
柯拉照明系统
第 19 页
DM ' DN ' DM ' DN ' C 1 lg H M ' lg H N ' C2 lg BM lg BN
彩色胶片的特性
第8 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
灰雾度 胶片未经曝光，显影后的胶片也不是完全透明的，它有一定的透过率，从而构成一层灰蒙蒙 的背景，称为灰雾。灰雾的量值用它的光学密度表示，称为灰雾度D0。灰雾的存在降低了画 面的对比度，影响了画面的质量 最大密度 胶片能达到最”黑“的程度称为最大密度，反转点E所代表的光学密度就是胶片的最大密度 分辨率和颗粒度 胶片的分辨率是以每毫米内它能分辨的黑白条纹的数目定义和测试的，颗粒越细，乳剂厚度
图1 CCD与CMOS的比较 CCD与CMOS的比较
第 11 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
① 灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二 极管构成 (含放大器与 A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于 象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵 敏度要低于CCD传感器。
④ 噪声差异：由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放 大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有 一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加 很多，影响图像品质。
CCD与CMOS的差异
第 13 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
KB 2a 2 ' E0 z 4 2 f '
放映和投影镜头的特性
2
第 14 页
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
• 电影放映屏幕上的亮度标准是：中心是55lx，边缘是40lx • 投影镜头屏幕的亮度标准是20~100lx • 投影镜头主要有两种结构形式：一种是在反远距结构的基础上发展起来的“负-正-正”结构； 另一种是“正-负-正”结构。
保护层 上乳剂层 结合层 片基 背面层 下乳剂层 乳剂层 结合层 片基 背面层
黑白电影底片
黑白电影正片
• 图中片基是感光材料的载体，早期胶片用硝酸纤维和醋酸纤维制成，但由于综合性能 的原因聚酯片基成为了胶片片基的主流材料。 感光胶片的定义和黑白胶片
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
点”。
彩色胶片的工作原理
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
黑点起阻光作用，设I0和It分别表示胶片某点上的投射光强和透过光强，该点的阻 光率定义为 O=I0/It 胶片的透过率定义为阻光率的倒数 T=1/O=It/I0 光学密度为 D=lgO
曝光量为
C1 lg
利用透过光强定义两点的反差
BM BN
IM ' C2 lg IN'
彩色胶片的特性
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
若用I0表示入射光强，显然有
lg
上式表明胶片的反差等于光密度差 胶片特性曲线直线部分的斜率称为胶片的反差系数，以γ 表示，即 γ =tanα 或写为
放映和投影系统的照明
第五节
• 放映和投影镜头的光学特性除了用视场、孔径、焦距表示外，因工作在有限距离上，需增设一 个倍率参数。根据集合成像关系，倍率β与镜头的焦距和物距关系是
f '
1
2