大学工程光学第七章2

1、 工工 程程 光光 学学望远镜与转像系统望远镜与转像系统 望远镜的成像原理望远镜的成像原理 望远镜由物镜和目镜组成，光学筒长=0。 倒像，筒长较长，有实像面，可加分划板测量，用于 观察要加转像系统，结构复杂。物镜框为望远镜系统 的孔阑，当出瞳大于眼瞳时，眼瞳为孔阑，当出瞳小 于眼瞳时物镜框为孔阑。 工工 程程 光光 学学 正像，筒长较短，无实像面，不能用于测量。 眼 瞳为孔阑，物镜为渐晕光阑，有渐晕。 工工 程程 光光 学学 望远镜的放大率望远镜的放大率 望远镜是目视光学系统，其放大率为视觉放大率： 可见，当物镜的焦距大于目镜的焦距时视觉放大。 筒长 当目镜焦距一定时，视觉放大率大要求物镜焦距

2、长， 导致筒长增大。 当像方视场角一定时，放大率越大物方视场越小。 D D f f tgw tgw e o eo ffL D是入瞳直径是入瞳直径 D是出瞳直径是出瞳直径 工工 程程 光光 学学 望远镜的分辨率与正常放大率望远镜的分辨率与正常放大率 望远镜的正常放大率应使望远镜能分辨的眼睛也 能分辨。 光学仪器的极限分辨角为 要求 得 即为正常放大率。 此时出瞳 与眼瞳相当。 工工 程程 光光 学学 因为望远镜有视觉放大作用，如果眼睛直接观察时 的瞄准精度为 望远镜的瞄准精度望远镜的瞄准精度 ，则通过望远镜观察时的瞄准精度为 主观亮度指眼睛观察到的像的明亮程度。望远镜的 主观亮度对点光源和扩展光

3、源具有不同的特征。 望远镜的主观亮度望远镜的主观亮度 e t 工工 程程 光光 学学 1.点光源：指引起视网膜上一个细胞感应的光源，这 时感觉到的明亮程度取决于光通量。 设点光源发光强度为 , I l e k观察距离为 ， 是眼睛 是望远镜的透过率。 i k的透过率， 眼睛直接观察时接收的光通量为 眼睛通过望远镜观察时接收的光通量为 工工 程程 光光 学学 当 ，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳 当 ，进入望远镜的光通量全部进入眼瞳 当 ，进入望远镜的光通量不全进入眼瞳 工工 程程 光光 学学 所以，高倍望远镜具有增大点光源主观亮度的作用。 当望远镜入瞳一定时，随倍数增大出瞳逐渐减小，至 出瞳与

4、眼瞳相当时，继续增大放大倍数不再影响主观 亮度。 2.扩展光源 眼睛通过望远镜观察扩展光源的主观亮度取决于网膜 上的照度。 由照度公式 眼睛直接观察时 工工 程程 光光 学学 用望远镜观察时望远镜像的亮度 于是 所以 因为实际的出瞳总不大于眼瞳， 所以 星星作为点光源，主观亮度增大；天空是扩展光源， 主观亮度减小。当望远镜倍数足够高时，可能在白 天看见星星。 工工 程程 光光 学学 望远镜的光束限制望远镜的光束限制 伽利略望远镜 眼瞳为孔径光阑，物镜为渐晕光阑 50%渐晕成像的物方半视场角为W，则 想一想，伽利略望远镜倍数为什么不大？ 视觉放大率越大，视场越小。视觉放大率越大，视场越小。 工工

5、 程程 光光 学学 开普勒望远镜 物镜为孔阑，目镜如拦光则为渐晕光阑 目镜直径由渐晕系数决定，视场光阑直径为 工工 程程 光光 学学 望远镜的物镜望远镜的物镜 望远镜的物镜属于长焦距中等孔径小视场系统，主 要校正轴上点像差，有折射式、反射式、折反射式 三种。折射式有双胶合物镜、双分离物镜、三片式 物镜、内调焦物镜等。当物镜直径大于60mm时不 宜胶合。反射式可以做到很大的入瞳直径，对材料 无严格要求，筒长较短，完全无色差，但对表面质 量要求更高，通常用非球面。折反射式以球面或非 球面反射镜为基础，再加上用于校正像差的折射元 件，可以做到很高的成像质量。 工工 程程 光光 学学 双胶合望远物镜

6、CASSEGRAIN望远物镜 Maksutov望远物镜 SCHMIDT望远物镜 工工 程程 光光 学学 离轴反射物镜 离轴三反望远物镜 工工 程程 光光 学学 望远镜的目镜望远镜的目镜 属于短焦距中等孔径大视场系统。 对于瞄准、测量用望远镜，为能使非正常眼亦能观察， 目镜应能作视度调节。 设调节量为 ,则 ,其中 为远点距。 若需要调节 屈光度， 工工 程程 光光 学学 例如目镜焦距25mm，调节 屈光度， 要求工作距离不小于 。注意工作距离不是焦距！ 望远镜的转像系统望远镜的转像系统 伽利略望远镜成正像但放大倍率小，开普勒望远镜放 大倍率可以大但成倒像，用于观察时要加转像系统。 1.棱镜转像

7、系统：要求偶次反射，有利于减小筒长。 2.透镜转像系统：适用于筒长较长时 目镜第一面的顶点到其物方焦平面的距离称为目镜的目镜第一面的顶点到其物方焦平面的距离称为目镜的 工作距。工作距。 工工 程程 光光 学学 请看单组透镜转像系统，对于1倍单组转像透镜， 筒长加长了4倍转像透镜的焦距。 工工 程程 光光 学学 双组透镜转像系统使筒长加长更多。如果两个转像透 镜焦距相等，距离为d，则筒长增加了 工工 程程 光光 学学 转像系统的孔径光阑设在其内部，对称结构使垂轴像 差自动为零。 也需要加场镜使O1与P共轭。 工工 程程 光光 学学 摄影光学系统摄影光学系统 摄影光学系统的焦距、相对孔径与视场摄影

8、光学系统的焦距、相对孔径与视场 焦距决定像的大小： 远处物体 近处物体 大，视场小： 特写镜头，远摄镜头 小，视场大：全景镜头，广角镜头 工工 程程 光光 学学 相对孔径 与像面照度有关 大：强光镜头 中等：普通镜头 小：弱光镜头 工工 程程 光光 学学 视场角 能摄入接收面的视场角，由接收面大小决定 是接收面的对角线长 摄影系统中的光束限制摄影系统中的光束限制 1.孔径光阑 是特设的可变光阑， 一般在镜头内部对称 面附近。 工工 程程 光光 学学 光圈数 22.845.6811162232 曝光量 光圈优先：取决于被摄物是全景还是特定，根据景 深要求选择光圈数。 快门优先：取决于被摄物是静止

9、的还是运动的运 动速度如何。 工工 程程 光光 学学 2.视场光阑 摄影光学系统的视场光阑就是接收面，如底片框或图 像传感器成像面。 摄影光学系统的景深 景深指当调焦于某一对象时，前后能成清晰像的 空间深度。 工工 程程 光光 学学 所以，对准距离远，则景深大； 光圈数大，相对孔径小，则景深大； 焦距短，则景深大。 几何焦深 如果调焦不准，在景像平面上得一弥散斑。若将景像 平面前后移动，弥散斑的大小看起来仍为一点。这时 景像平面移动的范围称几何焦深。 F数越大，越允许调焦不准。数越大，越允许调焦不准。 工工 程程 光光 学学 摄影镜头及其拍摄效果摄影镜头及其拍摄效果 工工 程程 光光 学学 Cooke摄影物镜 Tessar摄影物镜 双高斯摄影物镜 远距型摄影物镜 工工 程程 光光 学学 反远距摄影物镜 鱼眼物镜 工工 程程 光光 学学 标准镜头的视场角和人眼相当，可以拍出人眼看起 来很自然的照片，而不会在照片上附加任何感觉。 广角镜头具有更大的视场角，善于营造方向线，拍出 的照片具有空间延伸感。由于近大远小的透视效果， 用于拍摄人物要注意人物的变形。 鱼眼镜头是广角镜头的极端，它不满足理想的物像关 系，而是具有很大的负畸变，可以把180度甚至更大 的视场摄入画面。 远摄镜头具有把距离拉近的效果，并且由于景深小， 可以突出画面