工程光学4课件

第四章典型成像光学系统一个光学系统的设计大致分为两个步骤：(如光学性能、外形、重量及有关技术条件)拟定光学系统原理图，并确定系统中各透镜组的焦距，各光学部件和零件的尺寸，相互间的间隔等，称为初步设计，亦即外形尺寸计算。第二步，进行像差设计，通过大量的光线追迹和人工或利用程序对结构参数的修改确定保证成像质量优良的各种透镜的半径r、厚度和间隔d以及透镜的材料等。本章学习目的：通过解剖典型光学系统，初步具备设计光学系统的能力很久以前，人们就利用透镜、反射镜和棱镜等制成各种仪器来达到一定的成像要求。（1）帮助人眼观察近处微小的物体——显微镜（2）帮助人眼观察远处的物体——望远镜（3）为了在屏上得到一个放大或缩小的像——投影仪和照相机。（4）有些物体本身不发光，为了能清晰地观察，必须研究照明系统。显微镜、望远镜、放大镜等光学系统是直接扩大人眼的视觉能力的，称为目视光学系统

4.1眼睛4.1.1眼睛的结构——成像光学系统

人眼本身相当于摄影光学系统

在角膜和视网膜之间的生物构造均可以看作成像元件。人眼是与目视光学系统配合使用的，所以眼睛应该看成是整个光学系统的一个部分。人眼的构造剖视图巩膜*巩膜是眼球的第一层保护膜，白色、不透明、坚硬；角膜*角膜是巩膜的最前端部分，无色而透明；脉络膜*脉络膜是眼球的第二层膜，上面有供给眼睛营养的网状微血管；虹膜*虹膜是脉络膜的最前端部分，含有色素细胞，决定眼的颜色；瞳孔*瞳孔是虹膜中间的小孔，随外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直径在2~8mm范围内变化；是人眼的孔径光阑。网膜黄斑中心凹盲斑晶状体前室后室视轴1.3761.3361.336

光

盲斑是网膜上没有感光元素的地方，不能引起光刺激。黄斑中心凹是人眼视觉最灵敏的地方。视神经细胞晶状体（水晶体）在虹膜后面，是由两个不同曲率的面组成的透明体，似双凸透镜，是眼睛光学系统的成像元件，其密度和折射率都是不均匀的，由里层到外层逐渐减少，有利于提高成像质量。晶状体的平均折射率为1.40，其周围是毛状肌能改变晶状体的表面曲率，使人眼在看远近不同的物体时，总能将像成在网膜上。神经纤维盲斑大脑

*网膜是眼球的第三层膜，上面布满着感光元素，即锥状细胞（形）和杆状细胞（色）。它们在网膜上的分布是不均匀的。在黄斑中心凹处是锥状细胞的密集区而没有杆状细胞，由中心向外，逐渐相对变化；

晶状体和网膜所包围的空间称为后室;充满1.336的玻状体眼睛的像方节点与中心凹的连线为眼睛的视轴,在观察物体时眼睛本能地把物体瞄准在这根轴上。

眼睛的视场很大，可达150˚，但只有黄斑附近才能清晰识别，其他部分比较模糊，所以能看清物体的角度范围为6～8˚。

角膜和晶状体之间的空间称为前室；充满1.336的水状液；4.1.2眼睛的调节能力要想看清远近不同的物体，人眼就要自动地调节眼睛中水晶体的焦距，使像落在视网膜上。眼睛自动改变焦距的过程称为眼睛的调节。当肌肉完全放松时（通过调节），眼睛所能看清的最远的点称为远点，其相应的距离称为远点距，以r表示（米）

当肌肉在最紧张时（通过调节），眼睛所能看清的最近的点称为近点，其相应的距离称为近点距，以p表示（米）正常眼睛的远点距为负的无限远。非正常眼睛（远视或近视）的远点距为一正/负的有限值。

调节能力随年龄增大而减少年龄1020304050607080p(cm)-7-10-14-22-40-20010040r(cm)-∞-∞-∞-∞-∞2008040(D)141074.52.510.250人眼的调节能力随年龄的增加而变化。随着年龄的增大，近点位置往远移，远点位置往近移，因而调节范围减少。所谓远视眼就是其远点在眼睛之后（r>0），这是由于眼球偏短，像方焦点位于视网膜之后所致。因此，射入眼睛的光束只有是会聚时，才能正好聚焦在视网膜上。对应着正视度，需以正透镜来使其远点恢复到无限远。散光眼：由于水晶体或角膜表面的不对称，散光眼的光焦度在不同方向上不同，造成物点发出的光束经眼睛不能相交于一点。散光眼需用柱面透镜矫正。4.1.4眼睛对光强变化的适应人眼还能在不同亮暗程度的条件下工作。这就是人眼的另一个特性，具有对周围空间光亮情况适应的过程称为适应（即为瞳孔的调节）。眼睛的虹膜可以自动改变瞳孔的大小，以控制眼睛的进光量（2mm~8mm)。在设计目视光学仪器时要充分考虑与眼瞳大小的配合。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。4.1.5眼睛的分辨率和瞄准精度眼睛能分辨出两个非常近的点的能力称为眼睛的分辨率（分辨本领）人眼的分辨率是眼睛的重要光学特性，同时也是目视光学仪器设计的重要依据之一。人眼刚能将两点分开的视角称为眼睛的极限分辨角眼睛在看物空间两点时，这两点对眼睛物方节点的张角称为两点间的角距离或称为视角在良好的照明条件下，一般认为人眼的极限分辨角为1´。眼睛发现一个平面上两根平行直线不重合能力的限度称为人眼的瞄准精度。人眼的瞄准精度一般用角度值来表示，即两线宽的几何中心线对人眼的张角小于某一角度值α时，虽然还存在着不重合，但眼睛已经认为是完全重合的，这时α角度值即为人眼瞄准精度。瞄准精度瞄准精度和分辨率是两个概念。又有一定的联系，ε=Kα经验证明，人眼的最高瞄准精度约为极限分辨角的1/6至1/10。4.1.6目视光学仪器视度调节人眼的视觉缺陷可以在眼前加以透镜矫正目视光学仪器要适应不同视力的人使用，为此，目镜可以改变其前后的位置，使仪器所成的像不再位于无限远，而位于目镜的前方或后方一定的位置，这就是目视光学仪器的视度调节N≤5m-1设观察者视力调节为N视度，则目镜轴向移动距离为：物镜目镜正常眼近视眼远视眼F眼’F眼’F眼’BAαBαAa2b2a1b1双眼立体视觉（简称体视）α称为“视差角”Aαa2a1lb其极限值称为“体视锐度”当A、B两点距离不等时，或产生了远近的感觉被称为双眼立体视觉ABαAαBb2a2a1b1lbABαAαBb2a2a1b1约为10”，有可能达到5”或3”立体视差双眼观察仪器利用仪器观察物体时，必须采用双眼仪器来保持人眼的体视能力，这种仪器称为体视仪器，如“双眼望远镜”和“双眼显微镜”利用体视仪器可以提高人眼的体视能力双眼仪器的体视放大率人眼直接观察时的视角差α眼为BAαBαAαA-αB假设双眼望远镜的二个入射光轴之间为距离B,称为该仪器的基线长，则同一物体对仪器的二入射瞳孔所构成的视角差α为若系统的视觉放大率为Г，则物方视角差α和像方视角差α’存在以下关系

4.2目视光学系统物体对眼睛的视角，不仅取决于物体的大小，还取决于该物体到眼睛的距离，距离越近视角越大若在近点处观察细小物体其视角仍小于人眼极限分辨角，就需要借助放大镜或显微镜将其放大，使像的视角大于人眼的极限分辨角

—扩大视角是目视光学仪器的作用。

y'yABA'B'FF'ω’P'-ff’-x’a’眼睛直接观察物体时，是将其放在明视距离250mm处。此时物体对人眼张角的正切为-l’P’二、放大镜的工作原理y'yABA'B'FF'ω’P'-ff’-x’a’P’-l’1）当物体放在其物方焦点上，l’=∞,有Γ0＝250/f’，称为放大镜的光学常数，标注在镜筒上。2）实际使用一般把像调焦在明视距离，则P'-l'＝250mm，眼瞳大致位于放大镜的像方焦点的附近，P'=f’，

仅由放大镜的焦距f′所决定，f′越大则放大率越小。

三、光束限制和线视场①孔径光阑（出瞳）②视场光阑（出窗）③渐晕与视场角由图可知，当渐晕系数K＝100%，K＝

50%和K＝

0tgω'1＝(h-a')/P'tgω'＝h/P'tgω'2＝(h+a')/P'

时，像方视场角分别为：④线视场:目视光学仪器视场的大小用能看到的物方直径表示，被称为物方线视场（简称为线视场）。用2y来表述线视场：入射眼瞳时，其k值为50%。当光束以放大镜倍率越大，其线视场越小。物镜目镜F1F1’F2BAA’B’A”B”

A’B’

位于目镜的物方焦点F2上或在很靠近F2的位置上

此像再经目镜放大为虚像A”B”

后供眼睛观察。这说明目镜与放大镜的作用一样。

一、显微镜的工作原理Δ：光学筒长4.2.2显微镜

经过物镜和目镜的两次放大，所以显微镜系统总的视觉放大率Γ应该是物镜横向放大率β和目镜视觉放大率Γe的乘积。设物镜的焦距为f1′,则物镜的放大率为物镜的像被目镜放大，设目镜焦距为f2‘，其视觉放大率为显微镜系统的总放大率为：根据组合光组焦距公式知，显微镜总焦距f’

在显微镜系统中存在着中间像，故可以在物镜的实像平面上放置分划板，对被观察物体进行测量，并且在该处还可以设置视场光阑以消除渐晕现象。将其代入中，则有显微镜系统实质上不就是个复杂化了的放大镜么！19JA型万能工具显微镜的光学系统图。照明光源集光镜滤色片可变光阑平面反射镜聚光镜保护玻璃工作台物镜工件光阑（孔径光阑）斯密特棱镜保护玻璃分划板目镜测角分划板测角光源滤色片读数显微镜

可变光阑位于聚光镜的物方焦平面上孔径光阑位于物镜的像方焦平面上（形成了什么光组？）物镜有四种放大倍率：1x、1.5x、3x和5x；目镜的放大率为10x

显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距，大约等于180mm,我国规定生物显微镜共轭距为195mm。在显微镜中，取下显微物镜和目镜后，所剩下的镜筒长度，即物镜支撑面到目镜支撑面之间的距离称为机械筒长。使用显微系统过程中要求一次调焦清晰后，在更换不同倍率的物镜或目镜时，不需要二次调焦，即视场中心物象位置关系不发生变动。不同倍率物镜的物像共轭加上主面之间的距离相等，称为齐焦更换物镜的倍率（1X、1.5X、3X、5X），物方线视场的大小也随之改变（21mm、14mm、7mm、4.2mm）不同的显微系统其孔径光阑的位置也不同：小倍率生物显微镜，物镜框是孔径光阑，大倍率显微镜具有复杂物镜，以最后镜组的镜框为孔径光阑用于测量的工具显微镜孔径光阑一般放在物镜像方焦平面上,构成物方远心光路。孔径光阑经目镜所成的像即为出瞳。二、显微镜的光束限制显微镜的出瞳位置与大小？孔径光阑

因为孔径光阑在F1’面上，而F1’的像在F’上，所以出瞳一般在焦平面。

若孔径光阑在无穷远，经目镜成像为出瞳，则出瞳在F2’处。故孔径光阑由无穷远向F1’移动，出瞳在F2’和F’间移动，靠近F’。F1'F2D22-f2F2'F'观点一：显微镜像方焦平面设出瞳与显微镜像方焦平面重合，A’B’是AB被显微镜所成像，则出瞳半径为显微物镜设计要求光轴附近接近理想成像，于是出瞳直径数值孔径

显微镜物镜和目镜的间隔比他们各自的焦距大得多，因此出瞳在目镜像方焦点以外附近处，接近目镜像方焦平面观点二：目镜像方焦面显微物镜设计要求光轴附近接近理想成像，于是设出瞳直径为D’，有出瞳直径数值孔径显微系统是用来观察、分辨物体的细节（生物显微镜）或瞄准（工具显微镜）的，要求视场内的照度适宜、均匀、成像清晰、没有渐晕、杂散光的干扰小，所以视场光阑应安放在物镜像平面处，即目镜前焦平面上。分划板（视场光阑）直径越大，线视场越大。设分划板（视场光阑）直径为D，则物镜垂轴放大率为：线视场:目视光学仪器视场的大小用能看到的物方直径表示，被称为物方线视场（简称为线视场）。视场光阑代入得显微镜线视场线视场与视觉放大率的关系：在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，线视场越小。视场光阑位于目镜的物方焦平面上或附近，其大小应与目镜（放大镜）的物方线视场相等显微镜的景深

当显微镜调焦至某一物平面（称为对准平面）时，如果位于其前后的物平面仍能被观察者看清楚，则该两平面之间的距离称为显微镜的景深。A1’B1’A’B’出瞳F’Z’ε’-dx’-x’2a’显微镜的放大率越高、数值孔径越大，景深越小。显微镜景深由显微镜的几何景深、物理景深和眼睛的调节能力带来的景深构成几何景深10.8r暗1瑞利判据：光学系统能对无限远两点的像分辨得开的最小距离即爱里斑半径。三、显微系统分辨率和有效放大率λ—波长，D—孔径光阑直径。显微系统的分辨率是以刚能分辨的两物点之间的距离来表示的，称为最小分辨距孔径光阑P1’P2’z-Umaxσ′θU’maxA’-σ相应地

因U’max角一般很小，所以有由式中n′=1，为空气折射率，σ就是显微物镜的最小分辨距即分辨率。道威判断：考虑部分相干情况，两个相邻像点之间两衍射斑中心距为0.85爱里斑半径时，则能被光学系统分辨。表明:显微镜的分辨本领取决于所用光波波长和物镜的数值孔径，与目镜无关。对于测量显微镜，有其中δ为瞄准精度，K为系数。显微系统的分辨率或瞄准精度决定了数值孔径大小。δ’为眼睛瞄准精度在明视距离处的线距离，K值大小由瞄准形式决定，δ为所要求的显微镜瞄准精度的线距离。ε’为眼睛的最小分辨角，ε为要求分辨的细节σ在明视距离R处对眼睛的张角。观察显微镜测量显微镜显微镜放大率的确定或由和推出这是显微镜应具备的最小视觉放大率，即有效放大率。实际放大率应为有效放大率2倍左右。四、显微系统的物镜在选用或设计显微物镜时所考虑的光学性能主要有：数值孔径放大率NA的大小直接影响分辨本领和成像亮度，它是物镜的主要性能指标。要得到较大的视觉放大率和较高的分辨率，必须选用数值孔径较大的物镜。对于不同倍率的物镜，像方视场2y’为一定值，所以高倍物镜视场小。线视场显微物镜的特点：大数值孔径，小视场，短焦距。显微物镜主要用来观察或测量，将近处微小物体放大到足够大并且分辨清楚细节.问题：存在像差和色差，简单结构物镜无法克服。那就整点复杂的？显微物镜的分类消色差显微物镜复消色差物镜平场消色差物镜平场复消色差物镜折反射显微物镜1、消色差物镜：普通显微物镜大多数属于消色差型，只需校正球差、正弦差、轴向色差即可，但边缘像质较差。按数值孔径NA的大小有四种型式：1）、低倍物镜：β=3~6×，NA=0.1~0.15一般双胶合可以了，可以看出Γ不大，NA也不大。2）、中倍物镜（里斯特物镜）：β=8~10×，NA=0.25~0.3，由双组双胶合构成。3）、高倍物镜（阿米西物镜）：β

=25~40xNA=0.40~0.65

它是在里斯特前加一半球形透镜又称为前片。它是利用齐明点的特性来增大孔径角的。4）、阿贝油浸型β

=90~100xNA=1.25~1.40。是通过在物及物镜之间加以高折射率的介质，此种介质的折射率与载波片、前片的折射率接近，故可以认为在同一介质中。40X0.95复消色差显微物镜40X0.85平场复消色差显微物镜2、复消色差物镜：严格校正轴上点色差、球差、正弦差，且应校正二级光谱。物镜结构复杂。且有些透镜使用特殊材料制造，如：萤石等。3、平场消色差和复消色差物镜:消场曲，物镜结构十分复杂。可采用正负透镜分离、厚透镜等方法消场曲1、无限筒长物镜对近距离成像的光学系统都可以归类于显微系统。五显微镜应用举例物体处于物镜物方焦面，易于装配和调整，两透镜间可加入滤光片、偏振片等，不引起像的位置变化。待测镜片屈光度为焦度计：镜片检查仪1、分划板置于1的物方焦面，在3的像方焦面成像。2、镜片2置于1像方焦点，调节分划板，在3的像方焦面成像。激光共聚焦显微镜点光源聚焦于物点，物点发出的光被物镜1，2成像于针孔处，只有与针孔共轭物面上该点光信号被探测器接收。加以扫描可以探测样品三维结构。4.2.3望远系统一、望远镜的工作原理物镜（入瞳）视场光阑目镜出瞳F1’(F2)使入射的平行光束仍能保持平行地射出的光学系统称为望远系统或望远镜。把远距离物体的视角放大：如经纬仪、水准仪、望远镜、测距仪、自准直仪等。△=0开普勒望远镜视觉放大率：通过望远镜观察时，物体的像对眼睛视角ω′的正切与眼睛直接观察该物体时的视角ω0

正切之比。

由于物体到眼睛的距离相对于望远镜的长度来说要大得多，ω0与物体对入射光瞳中心的张角ω可认为相等,ω′即为望远镜对物体成像的像方视场角（主光线与光轴夹角），因此:视觉放大率仅仅取决于望远系统的结构参数。由正物镜和负目镜按光学间隔△=0的方式组合而成。F1’F2出瞳df1’d<f1′,具有筒长短、体积小、重量轻等特点；这种望远镜没有中间实像面，无法安置分划板，不能直接作为瞄准和精确定位之用。伽利略望远镜若物镜框为孔径光阑，出瞳位于目镜前，无法与后一光学系统入瞳衔接。入瞳中心对入窗的张角即系统视角2ω。当K=50％，二、望远镜放大率的确定α’和δ’分别为眼睛瞄准精度的角距离和线距离，大小与瞄准形式有关，α和δ分别为所要求的望远镜瞄准精度的角距离和线距离。（一）根据望远镜的用途确定视觉放大率。ε’为眼睛的最小分辨角，ε为要求分辨的细节对眼睛的张角。

观察望远镜测量望远镜这是望远镜应该具备的最小视觉放大率。也是有效放大率。为了减轻操作人员的疲劳，设计望远系统时实际放大率应为有效放大率的两倍左右。若取2.3倍，则Г=D。(二)根据物镜口径确定视觉放大率望远系统的分辨率是以远处能分辨的两点对物镜入瞳中心的张角φ来表示的，称为最小分辨角。按照衍射理论和 瑞 利判据，有：D为入瞳直径，单位为mm。为充分利用望远镜的分辨率，有三、转向系统和场镜若开普勒望远镜需要得到正像，需在系统内安放转像系统分类：棱镜式转像系统和透镜式转像系统

（一）棱镜式转像系统加上转像系统后，物镜的像方焦平面和目镜的物方焦平面是分开的转像的物面是物镜的像方焦平面，其像面是目镜的物方焦平面增加了光学长度。当物象分别处于转向透镜2倍物象方焦距处时，增加的光学长度最小，为4f’F’1F2（二）透镜式转像系统

单透镜转像焦平面F’1F2目镜物镜双透镜转像3的物方焦面与物镜像方焦面重合，4的像方焦面与目镜物方焦面重合，则构成前后两个望远镜。当f3’=f4’=f’时，不改变望远镜视觉放大率，增加光学长度2f’+d（三）场镜具有转像系统的光学系统，为使通过物镜后的轴外光束折向转像系统，减少转像系统的横向尺寸在物镜的像平面上或附近增设一块透镜——场镜像与主平面重合，放大率为1根据像差理论知：场镜不产生球差、彗差、像散和色散，只产生较小的场曲和畸变四、望远系统的物镜望远物镜的光学特性都用相对孔径D/f

′、焦距f

′和视场角2ω表示。物镜这些性能参数决定了它的分辨能力、像的亮度和结构尺寸。望远物镜可分为三种结构型式：即折射式、反射式和折反射式望远物镜。当目镜焦距确定以后，物镜焦距由系统视觉放大率决定。望远物镜相对孔径一般小于1/5，为了满足分辨率的要求，焦距和孔径较大，视场角较小，一般小于10度。结构较简单。（一）折射式望远物镜(1)双胶合物镜：结构简单，制造方便，光能损失少。可以同时校正球差、正弦差和色差。因为胶合面上产生比较大的正高级球差，且大孔径时透镜重量过大，胶合不牢，故相对孔径要受到限制。这种物镜不能消除像散、场曲和畸变，所以视场角2ω不得超过8~10°，一般在焦距不长，相对孔径不大的系统中采用。（2）双分离物镜

相对孔径可稍大些，视场角达12o，与双胶合物镜相比，其可以在更大的范围内选择玻璃对，使球差、色差和正弦差同时得到校正（但不能校正色球差），只是装配校正比较困难，共轴性不易保证。（3）三分离物镜透镜的弯曲比较自由，可以使之成为校正色球差的有利形状。它适于长焦距平行光管使用。物镜分划板目镜若以目镜相对于物镜的位置变化实现调焦称外调焦系统。外调焦系统的结构比较简单，像质也比较好。但外形尺寸较大，密封性能很差。用光学零件位置的变化，实现调焦作用的光学系统称为调焦系统。调焦系统分为外调焦和内调焦。（4）内调焦望远物镜

当物体在有限远时，移动物镜中的一块负透镜，使物镜所成的像仍然在固定的分划板处。这种系统就称为内调焦系统。该系统尺寸小，携带方便，密封性能好，在大堤测量仪器中多采用此光路（二）反射式望远物镜完全没有色差；可以在紫外到红外很大波长范围内工作；反射镜的材料比透镜的材料容易制造，特别对大口径零件更是如此。天文望远镜常用反射式物镜。目前，多采用双反射系统来做为天文望远镜的物镜。比较著名的双反射系统有两种：卡塞格林系统格列果里系统。卡塞格林系统是由两个反射镜组成，主镜是抛物面，副镜是双曲面，所成的是倒像，这种结构的筒长比较短。主镜副镜F’格列果里系统也是有两个反射面组成，主镜仍为抛物面，副镜改为椭球面，所成的像正像,这种结构的筒长比较长。（三）折反射系统主镜由于非球面的加工困难，且很难校正轴外像差，因此为了获得较大视场，出现了折反射系统。F’副镜折反射型望远物镜比较典型的有施密特物镜和马克苏托夫物镜施密特物镜由球面主镜和在球心的施密特校正板组成。校正板是个透射元件，其中一个面是平面，另一个面是非球面。

非球面的面型能够使中央的光束略有会聚，而使边缘的光束略有发散，这样球差得到很好校正。F’施密特校正板马克苏托夫物镜由球面主镜和副弯月型厚透镜组成。弯月形厚透镜的结构若满足下面条件就可以不产生色差，所以可用它来补偿主镜产生的球差dr2r1F’五、目镜目镜是望远镜和显微镜的重要组成部分。目镜的作用：对物镜成的像再次放大。

目镜的光学特性由它的视场角2ω′、焦距

f′、相对镜目距lz’/f′和工作距l2来决定。镜目距lz’是目镜后表面到出瞳的距离。(1)视场角(像方视场角)2'：总的来说视场大的一般在40~50左右，小的到30

，广角目镜可达120（一）目镜概述(2)焦距一般20~30mm，小的可到4mm，大的可到50mm。焦距过短：出瞳距小，人眼不易与出瞳重合。焦距过长：为保证一定的视场角，要加大目镜口径。出瞳(3)出瞳距：一般在8mm左右，不得小于6mm，最长可达100mm(4)相对孔径(5)放大率目镜前片顶点到物方焦点的距离。要保证目镜在调焦中不能碰到分划板。摄影目镜观察目镜约1/3~1/15(6)工作距离由于观察者视力差异，目镜应能进行视度调节。§4.3摄影系统

定义：由摄影物镜及感光器件（感光胶片、CCD、电视摄像管等）组成的光学系统。例如军事上的高、低空侦察摄影、航空测量摄影、科学研究中的记录摄影和高速摄影、生物学中的显微摄影、印刷业中的照相制版、文艺方面的电影电视摄影等仪器。照相物镜的光学特性一般用焦距f'、相对孔径D/f'、视场角2ω表示。此外还提出分辨率的要求，作为保证产品质量的技术条件。4.3.1摄影物镜的光学特性①f’:决定像的大小。远处：y'=−f'tgω近处：焦距大则像大，一般十几毫米~1米以上；照相机：一般20毫米~几百毫米②D/f’：摄影系统的像面照度取决于相对孔径的大小。

D/f’大：强光镜头D/f’中：普通镜头D/f’小：弱光镜头D/f’1:1.41:21:2.81:4……1:161:22F1.422.84……1622③2ω:能摄入底片的视场角，由摄影物镜焦距和接收器尺寸决定。D：接收器对角线尺寸远物：近物：常见摄像底片及CCD规格：

按照视场的大小，或者按焦距的长短，摄影物镜可分为：

标准镜头、广角镜头、长焦镜头。

在焦距与底片对角线长度近似相等时，镜头的视场角为30°左右，称为标准镜头。焦距在35~75mm.

长焦距镜头的焦距为85~300mm,视场角比较小，最大为十几度。广角镜头视角可达120度，焦距为15~35mm.4.3.2摄影系统分辨率1、定义：以像平面上每毫米内能分辨的线对数N来表示。由于衍射的影响，点物成像为弥散斑，艾里斑的半径为其倒数：2、物镜分辨率NL现设接收器的分辨率为：Nr物镜的分辨率为：NL

由于存在较大像差，物镜实际分辨率大大低于理论分辨率，且与被摄物体对比度有关。不同接收器的分辨率有很大差别，胶片很容易达到200线/mm，CCD或CMOS的分辨率取决于像素大小。4.3.3摄影物镜的景深看图片时，一般把图片放在明视距离处，R=250mm，若弥散斑在明视距离对眼睛的张角小于分辨角，看上去就是一点.ε—人眼的分辨率

代入得：

投影仪是将一定大小的物体，用光源照明以后成像在屏幕上进行观察或测量的一种光学仪器。电影放映机、幻灯机、计量用投影仪等都属投影仪§4.4投影系统影屏上刻有瞄准线，工作台上有精密的直角坐标刻尺或度盘，可以用比较法测量各种形状复杂的高精度零件的长度、角度及坐标位置。投影像，要求成像清晰，物像相似，还要求有足够的像面光照度，且整个像面光照度尽可能一致，决定了投影系统的主要特点。投影系统一般由两部分构成，一部分是照明系统;另一部分是投影物镜。一、投影物镜的作用及光学特性投影物镜的光学特性，通常用