几何光学（新形态版）课件6 典型成像系统-应用光学

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.1.1眼睛的构造眼睛是我们身上重要的感官器官，也是一个非常精妙的光学系统。通过眼睛，我们接收来自这个世界的图像信息。下面，我们来了解这个重要的成像系统。晶状体（水晶体）：成像系统的镜头；瞳孔：孔阑；视网膜：像面。6.1.1眼睛的构造晶状体的屈光能力受睫状肌控制可自动调节睫状肌放松，晶状体凸度减小，屈光能力减弱，其焦点刚好位于视网膜上，可将远处物体的像成像在视网膜上。睫状肌收缩，晶状体凸度增加，屈光能力增强，其焦点位于视网膜前，可将近处物体的像成像在视网膜上。此外，晶状体也能滤去一部分紫外线，保护视网膜。6.1.1眼睛的构造瞳孔，是虹膜中心的小圆孔，瞳孔的开大与缩小控制进入视网膜的光量。瞳孔括约肌的收缩使瞳孔缩小瞳孔开大肌的收缩使瞳孔开大6.1.1眼睛的构造视网膜上密集的锥状细胞和杆状细胞能感光成像锥体细胞拥有极高的视锐度和色觉能力，但对弱光的敏感度较低，主要集中在黄斑区(视网膜上对光感应最灵敏处)，使得这个区域在明视场下对光感应最灵敏。杆状细胞色觉能力缺乏，且视锐度较低，但对弱光极为敏感，主要分布在视网膜黄斑的周边区域，在暗视场时起主导作用。6.1.1眼睛的构造视轴：黄斑与眼睛节点的连线双目视物，眼球转动，两眼视轴瞄准该物，将其像成于双眼黄斑处，周边物体则成像于黄斑周围(余光)盲斑：视神经入口处。两种感光细胞皆无，不能感光验证盲斑的存在6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.1.2眼睛的调节——1、调节原理远点:当睫状肌完全放松，处于没有调节的自然状态时，晶状体凸度最小，眼睛所能看清的最远点近点:当睫状肌最紧张时，晶状体凸度最大，眼睛所能看清的最近点远点距:远点到眼睛物方主点的距离，用符号r表示近点距:近点到眼睛物方主点的距离，用符号p表示注意，r、p遵循长度量的符号规则6.1.2眼睛的调节——1、调节原理正常眼的远点距不随年龄变化正常眼的近点距随年龄变化年龄/岁101520253035404550近点/cm-7-8.3-10-12-14-18-22-29-406.1.2眼睛的调节——1、调节原理

6.1.2眼睛的调节——2、常见眼的调节因为生活中用眼看远是一种常态，通常将远点光线会聚度R作为评判眼睛性能的一项重要指标R=0(远点在∞)称为正常眼，R≠0称为非正常眼能看清和能分辨：能看清指物刚好成像在视网膜上，但能否分辨则和分辨率相关老花眼也是正常眼，远点距正常非正常眼:常见的有近视眼和远视眼，需配镜以看清远方，非正常眼的配镜光焦度(度数)等于其远点视度。如近视眼的远点在眼前0.5m，即r=-0.5m，其远点视度R=1/r=-2m-1，需配镜光焦度φ=R=-2m-1，即-200度的近视镜。如远视眼的远点在眼后0.5m，即r=0.5m，其远点视度R=1/r=2m-1，需配镜光焦度φ=R=2m-1，即200度的远视镜6.1.2眼睛的调节——2、常见眼的调节下面，借助示意图，我们能更直观的理解正常眼、近视眼、远视眼和老花眼（年老后的正常眼）的成像原理及区别,图示眼球内、外小圆点为晶状体像方焦点。1）正常眼6.1.2眼睛的调节——2、常见眼的调节2）近视眼远点在眼前有限远处，需佩戴负光焦度眼镜看远处长期高强度的近处视物致使睫状肌调节能力疲劳、眼球变长、视网膜后移导致。6.1.2眼睛的调节——2、常见眼的调节3）远视眼远点在眼睛之后，看远看近均需佩戴正光焦度眼镜。婴儿的远视眼是生理性的，眼球短于成人。眼的发育：随着婴儿眼球的发育，眼的前后轴也慢慢增长，部分幼童在眼的发育过程中，由于内在遗传和后天发育的影响使眼球过慢或停止发育，即使成年后眼轴也达不到正常眼的长度，仍保持婴幼儿时的远视状态6.1.2眼睛的调节——2、常见眼的调节4）老花眼老花眼也是正常眼，远点距正常，能正常看清远处，近点距较远，看近处(书、报)时需佩戴正光焦度眼镜6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度眼睛的极限分辨本领用极限分辨角表示,当两点对眼睛的张角大于眼睛的极限分辨角时，才能为眼睛所分辨。根据物理光学夫琅和费圆孔衍射理论，理想成像系统（无像差系统）极限分辨角为：φ=1.22λ/Dλ为成像波长，D为系统入瞳直径，φ的单位为弧度6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度

6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度影响眼睛的分辨本领的因素：与物体亮度及对比度有关：当照度≥50lx、且对比度大时分辨率高。与照明光谱成分有关：单色光分辨率高（眼睛有色差）。与视网膜上成像位置有关，黄斑处分辨率最高。6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度远处的物体和近处微小的物体对眼睛的张角小。由于眼睛分辨率的限制，要借助望远镜和显微镜等光学仪器来放大。光学仪器的入瞳比眼瞳大，其极限分辨角比眼睛小。光学仪器通常都有适当的放大率，以使能被仪器分辨的尺寸也刚能被眼睛分辨。6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度瞄准：用某种标志对目标进行对准的过程。由于受人眼分辨率的限制，不可能实现完全对准，对完全对准的偏离程度称为瞄准精度。要实现两点的瞄准，瞄准精度取决于前面定义的极限分辨角。要实现两直线瞄准，可获得更高的瞄准精度。下图为两直线重合对准、端部对准、叉丝对准和双线对准的瞄准标志，其瞄准精度从左到右逐渐增高，最高可以达到10''左右。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率目视光学系统的出瞳通常在系统外，以便眼睛瞳孔能与之重合，在同一位置接收系统所成的全部视场像。由于晶状体具有调节能力，目视光学系统将物体成像到无穷远或者是眼前不远处（眼睛近点外），眼睛都可以清晰成像。对于正常眼，肌肉放松看无穷远物点时的状态是最舒服的。通常目视光学系统通常从出瞳输出平行光束以供正常眼接收。非正常眼也可通过佩戴眼镜片来接收出瞳输出的平行光束。6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率当目视光学仪器倍率较大时，其出瞳离系统目镜外端比较近，使得配镜后的非正常眼的瞳孔不能与之重合，因为其眼镜片到瞳孔的间距可能大于出瞳离系统目镜外端的距离。为了使非正常眼在裸眼的状况下也能正常使用目视光学系统。应要求目视光学系统的目镜位置前后可调。使系统所成的像位于目镜前方或后方的一定距离处，以适应近视或远视眼的需求，这就是目视成像系统的视度调节。一般要求目视光学系统的视度调节范围为±5视度，即目镜的可移动范围刚好可满足±500度范围的非正常眼。6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率设计目视光学系统时，通常希望获得放大能力，以使眼睛通过这种放大能分辨对其张角微小的远物及近处微小的物体。目视光学系统怎样输出才能使眼睛获得放大的感觉呢？下面我们先来分析眼睛的放大感觉跟那些因素有关。6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率

6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.2放大镜眼睛要能辨别被观察物体细节。这些细节对眼睛的张角必须大于眼睛的极限分辨角。被观察细节的张角往往取决于该物体到眼睛的距离。距离越近视角越大。但是被观察物体不可能无限地移近眼睛，它必须处于眼睛的近点以外才能观察。当物体细节位于近点处，其张角仍小于极限分辨角时，就必须借助于放大镜或显微镜将其放大，使放大像的张角大于眼睛的极限分辨角，才能看清其细微结构。从发现凸透镜对物体有放大作用时起，人们便利用凸透镜的放大作用来观察近距离的小物体。由此人们将直接用来观察近距离微小物体的凸透镜，称为放大镜。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.2.1成像原理及视觉放大倍率放大镜是一个简单的目视仪器，其放大像应位于无穷远或眼前近点开外供眼睛观察，所以其放大对象应放在物方焦面上或以内一点。通常将人眼瞳孔放在放大镜像方焦点或其附近。物体经放大镜放大后的像对人眼的张角为ω’，有tanω’=y’/-x’+b。人眼直接视物时，通常将物体放在明视距离(250mm)处，设物体对眼睛的直接张角为ω，有tanω=y/250。6.2.1成像原理及视觉放大倍率

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.2.2光阑放大镜和眼睛的组合系统只有两个光阑——放大镜框和眼瞳优先判断孔阑，将两光阑成像到系统像方，其像均为光阑本身。因像点在在眼前有限远处（或无穷远），则对轴上像点张角小（或口径小）的光阑像——眼瞳为出瞳，同时也为孔阑系统无中间实像面，则无视场光阑无视场光阑的系统必有渐晕光阑限制视场，剩下的唯一光阑——放大镜框为渐晕光阑。如光线由渐晕光阑边缘出射至出瞳同侧边缘，则充满出瞳的光束不会被渐晕光阑阻拦，所以由渐晕光阑边缘出射至出瞳同侧边缘的光线可确定渐晕系数为1的视场边界；如光线由渐晕光阑边缘出射至出瞳中心，则充满出瞳的光束的一半会被渐晕光阑阻拦，所以由渐晕光阑边缘出射至出瞳中心的光线可确定渐晕系数为0.5的视场边界；如光线由渐晕光阑边缘出射至出瞳异侧边缘，则充满出瞳的光束将全部被渐晕光阑阻拦，所以由渐晕光阑边缘出射至出瞳异侧边缘的光线可确定渐晕系数为0的视场边界。6.2.2光阑6.2.2光阑例6-1：放大镜和眼瞳组合系统图如下图所示，通过作图找出物方焦平面上渐晕系数为0.5的物点。6.2.2光阑解：以“由渐晕光阑边缘出射至出瞳中心的光线可确定渐晕系数为0.5的视场边界”为切入点，作出射光线1’；过顶点O作光线1’的平行光线，O右侧为出射光线2’，O左侧为入射光线2；根据作图法则第⑤条，过2与物方焦面F交点可作入射光线1，2与物方焦面F交点即为渐晕系数为0.5的视场边界。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.3显微镜光学显微镜发展简史1595年，荷兰眼镜商詹森父子尝试把数个镜片安置在一个筒子里，发现透过镜片所见到的物体被放大，它们发明了最原始的显微镜。6.3显微镜光学显微镜发展简史1665年，英国科学家罗伯特胡克发明了一种简单的复式显微镜来观察软木塞上的组织，发明“细胞”一词，并收集了很多生物显微图片。6.3显微镜光学显微镜发展简史1674年，荷兰科学家列文胡克改进了使用显微镜来观察生物的方法，并成为首位发现细菌存在的人。6.3显微镜光学显微镜发展简史1872年，德国科学家阿贝提出阿贝正弦条件，从而令显微镜在设计过程中能达到最高清晰度。1886年，卡尔蔡司与阿贝合作，制作出了复消色差显微镜，并改进了油浸物镜，至此普通光学显微镜技术基本成熟。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.3.1显微镜成像原理微小物体A1B1位于物镜一倍焦距外侧附近，通过物镜获得一放大倒立实像A1’B1’。物镜的像A1’B1’（A2B2）置于目镜的一倍焦距内附近（或焦面上），再被目镜进行第二次放大，最终得到一倒立放大虚像A2’B2’。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.3.2显微镜视觉放大倍率裸眼直接观看微小物体A1B1，通常将其放置在明视距离处观察。设物体对眼睛的张角为ω1，则有tanω1=y1/250。人眼通过显微镜观察A1B1，其放大的虚像A2’B2’对眼睛张角为ω2，则有tanω2=-tan(-ω2)=-[-y2’’/(-x2’+b)]≈-y2’’/x2’。6.3.2显微镜视觉放大倍率

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.3.3显微镜的机构——1、典型显微镜机构通常显微镜都配备有多个物镜及目镜，以便通过互换获得不同的放大倍率组合。显微镜目镜是插入式的显微镜物镜则是转盘转换式的6.3.3显微镜的机构——1、典型显微镜机构把物、目镜取下后，所剩的镜筒长度称为机械筒长。不同国家的机械筒长有不同的标准，我国采用的机械筒长为160mm。为使显微镜调换不同倍率的物、目镜后，不需再调焦就能看到原物的像，显微镜在光学上和机械上需满足齐焦条件：调换不同倍率或厂家的物镜后，在物面不动的情况下，像面也应不动。对于生物显微镜，我国规定该物、像共轭距为195mm；调换不同倍率或厂家的目镜后，目镜前焦面位置不变，在上端面以下10mm处，该位置也是物镜的一次像面位置。6.3.3显微镜的机构——2、无限筒长物镜

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.3.4显微镜光阑显微镜有3个光阑：物、目镜框、分划板框分划板框处于中间实像平面上，为视场光阑物镜框为孔阑将其它2个光阑成像到系统像空间，物镜框像如目镜后虚线框所示，目镜框像为其本身，相对于像点A2’，虚线框张角更小，所以为出瞳无渐晕光阑，视场有清晰边界6.3.4显微镜光阑眼瞳为眼睛的入瞳，将眼瞳置于显微镜出瞳处如图a，如眼瞳大于或等于显微镜出瞳，则能接收显微镜全孔径和全视场光束如图b，如眼瞳小于显微镜出瞳，则能接收显微镜部分孔径和全视场光束6.3.4显微镜光阑如图c和d，保持眼瞳大于或等于显微镜出瞳，如眼瞳和显微镜出瞳不重合，此时，对于显微镜和眼睛的组合系统，眼瞳为孔阑，物镜为渐晕光阑。眼瞳除接收轴上视场全孔径光束外，轴外视场随着视场增大能接收的光束孔径逐渐减小，渐晕逐渐严重，对于较大的视场甚至起到视场光阑的作用。所以，使用显微镜时眼瞳一定和显微镜出瞳重合，以避免视场受限。6.3.4显微镜光阑

6.3.4显微镜光阑

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.3.5显微镜分辨率与有效放大倍率

6.3.5显微镜分辨率与有效放大倍率

6.3.5显微镜分辨率与有效放大倍率

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.3.6显微镜景深

6.3.6显微镜景深

6.3.6显微镜景深如图，物面1前的物面3通过显微镜成像于虚像面3’’，虚像面3’’在眼睛调节景深外。虽然眼睛不能对其完善成像，但如果其上物点成像光束在虚像面1’’处的弥散斑对眼睛张角刚好等于眼睛的极限分辨角，那么可以认为处于物面1和物面3之间的物面都是可以分辨的。物面1和物面3间的间距即为∆，称为显微镜本身的前景深。6.3.6显微镜景深

6.3.6显微镜景深

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.4望远镜望远镜发展简史1608年，荷兰眼镜制造商的一个学徒偶然发现，将两块透镜叠在一起可以清楚看到远处的东西。1609年，意大利科学家伽利略听说这个发明以后，立刻制作了他自己的望远镜，并且用来观测星空。自此，第一台天文望远镜诞生了。6.4望远镜望远镜发展简史开普勒在《屈光学》里提出了另一种天文望远镜，这种望远镜由两个凸透镜组成，比伽利略望远镜视野宽阔。但开普勒没有将他所研究的望远镜制造出来，一位名为沙伊纳的科学家在1613至1617年间将这种望远镜从理论照进了现实,现今，几乎所有的市售望远镜都采用开普勒式的光学系统。6.4望远镜望远镜发展简史1667年，英国科学家牛顿稍微改进了格里高利的想法，制成了牛顿式反射镜，其口径只有2.5厘米，但是放大倍率超过30倍，还消除了折射望远镜的色差，这使得它非常实用。6.4望远镜望远镜发展简史1672年，法国人卡塞格林利用凹面镜和凸面镜，设计了现在最常用的卡赛格林式反射镜。这种望远镜焦距长而镜身短，放大倍率大，图象清晰，哈勃望远镜采用的就是这种结构。1931年，德国光学家施密特制成施密特式望远镜。1941年苏俄天文学家马克苏托夫制成马克苏托夫-卡塞格林式折返镜，丰富了望远镜的种类。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.4.1望远镜成像原理原理图：物、目镜的焦点重合，即光学间隔Δ=0。平行光进、平行光出，物、像均在无穷远。正正组合——开普勒望远镜筒长较长，有实像面，可加分划板对像进行瞄准、测量，成倒像，需加倒像棱镜。正负组合——伽利略望远镜。筒长较短，无实像面，成正像，结构简单，出瞳位于物、目镜之间，视场受限。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.4.2望远镜视觉放大倍率

6.4.2望远镜视觉放大倍率

6.4.2望远镜视觉放大倍率望远镜的横向放大倍率?

物镜前任意位置处的物体通过望远镜成像，其边缘物点发出的平行于光轴的光线经望远镜后也平行于光轴出射，则所得边缘点的像必在该平行出射光线上，则有βt=y’/y=-(D’/2)/(D/2)=-D’/D=1/Γ实质上望远镜对物体成缩小像，但像却拉近了，放大了对眼瞳的张角，最终实现了对眼睛的视觉上的放大。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.4.3望远镜的光阑——1、开普勒望远镜光阑3个光阑：分划板、物镜框、目镜框分划板处于中间实像平面上，为视场光阑物镜框为孔阑将物镜框和目镜框成像到系统像空间，物镜框像如目镜后虚线框所示，目镜框像为其本身，相对于无穷远轴上像点，虚线框口径更小，所以为出瞳目镜框为渐晕光阑6.4.3望远镜的光阑——1、开普勒望远镜光阑眼瞳为眼睛的入瞳，将眼瞳置于望远镜出瞳处如图a，如眼瞳大于或等于望远镜出瞳，则能接收望远镜全视场光束，受目镜框渐晕影响，边缘视场会有些许渐晕。如图b，如眼瞳小于望远镜出瞳，虽能接收望远镜全视场光束，但望远镜口径的利用率变小，边缘视场的渐晕可能会些许改善。6.4.3望远镜的光阑——1、开普勒望远镜光阑如图c和d所示，保持眼瞳大于或等于望远镜出瞳，但在出瞳前或后，此时，对于望远镜和眼睛的组合系统，眼瞳为孔阑，物镜框为渐晕光阑，随着视场的增大和眼瞳偏离出瞳间距的增加，轴外视场渐晕均会加重，甚至会导致视场减小。所以，望远镜的正确使用方法是眼瞳与其出瞳重合考虑到眼睫毛有一定的长度，望远镜的出瞳距（目镜外端面到出瞳间距）也不宜设计过小。6.4.3望远镜的光阑——2、伽利略望远镜光阑2个光阑，分别为物镜框和目镜框。物镜框为孔阑将其成像到系统像空间，物镜框像如物、目镜间虚线框所示，目镜框像为其本身，相对于无穷远轴上像点，虚线框口径更小，所以为出瞳目镜框渐晕光阑因无视场光阑，则剩下目镜框的必为渐晕光阑6.4.3望远镜的光阑——2、伽利略望远镜光阑由于望远镜出瞳处于物、目镜之间，无法将眼瞳与其重合，对于望远镜和眼瞳的组合系统，眼瞳实为孔径光阑。图a、b、c分别为眼瞳距目镜2mm、9mm和16mm的情况，由图可看出，对于组合系统，物镜变成渐晕光阑。随着眼瞳离目镜越来越远，轴外视场渐晕越来越严重，最终起到视场光阑的作用。所以对于伽利略望远镜，眼瞳应尽可能的贴近目镜观察。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.4.4望远镜分辨率、正常放大率与瞄准精度

6.4.4望远镜分辨率、正常放大率与瞄准精度

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.5摄影系统相机镜头、手机镜头、摄像机镜头，航空摄影（航拍）镜头等统称为摄影镜头。其中照相机是摄影系统的一大分支。照相机发展简史相机的萌芽期，照相技术和感光底片先于镜头出现公元前400年，中国《墨经》，小孔成像技术16世纪文艺复兴时期，欧洲出现了供绘画用的“成像暗箱”，利用银盐、沥青感光成像。6.5摄影系统1825年，摄影之父法国人尼埃普斯用感光的方式复制了一个17世纪的荷兰版画——牵马人，这是最早的可保存感光影像。1826年,他又拍摄了第一张实景照片，是通过在针孔照相机内的一块沥青金属板上曝光8小时而形成的。6.5摄影系统1839年相机之父法国画家达盖尔公布了他发明的达盖尔银版摄影术，让曝光时间从8小时缩短到了20分钟。于是世界上诞生了第一台可携式木箱照相机。6.5摄影系统1841年光学家沃哥兰德发明了第一台全金属机身的照相机。该相机安装了世界上第一只由数学计算设计出的，最大相对孔径为1:3.4的摄影镜头。1866年德国化学家肖特与光学家阿贝在蔡司公司发明了钡冕光学玻璃，使摄影镜头的设计、制造得到迅速发展。1888年美国柯达公司生产出了新型感光材料——柔软可卷绕的胶卷，这是感光材料的一个飞跃。1975年美国人罗切斯特在柯达实验室中完成了世界上第一台数码相机的发明。6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.5.1摄影镜头成像原理

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.5.2摄影镜头的分辨率

6.5.2摄影镜头的分辨率对于实际摄影镜头，由于有像差的存在，其实际的分辨率通常比上述无像差分辨率低不少，通常用下图所示的分辨率检测光路对实际摄影镜头的分辨率进行检测。6.5.2摄影镜头的分辨率

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.5.3摄影镜头的像面照度

6.5.3摄影镜头的像面照度

6典型成像系统6.1眼睛6.1.1眼睛的构造6.1.2眼睛的调节6.1.3眼睛的分辨本领和瞄准精度6.1.4眼睛与目视光学系统的衔接及视觉放大率6.2放大镜6.2.1成像原理及视觉放大率6.2.2光阑6.3显微镜6.3.1显微镜成像原理6.3.2显微镜的视觉放大率6.3.3显微镜的机构6.3.4显微镜的光阑6.3.5显微物镜分辨率与有效放大率6.3.6显微镜的景深6.4望远镜6.4.1望远镜成像原理6.4.2望远镜的视觉放大率6.4.3望远镜的光阑6.4.4望远物镜分辨率、正常放大率与瞄准精度6.5摄影镜头6.5.1摄影镜头成像原理6.5.2摄影镜头的分辨率6.5.3摄影镜头的像面照度6.5.4摄影镜头的景深6.5.5摄影镜头的变焦原理6.5.4摄影镜头的景深摄影镜头的对准平面通常较远，像面位于焦平面附近，对准平面到入瞳的距离p通常和焦物距x相当，且远大于镜头焦距f'。将此近似代入5.4节的式(5-1)~式(5-5)可得摄影镜头的景深公式如下

影响景深的因素有：2a、f'、p。根据Δ1和Δ2表达式可获得结论为：2a越小，Δ1和Δ2越大，Δ越大，2a与Δ成反比；根据Δ1和Δ2表达式可获得结论为：f'越小，Δ1和Δ2越大，Δ越大，f'与Δ成反比；根据Δ表达式可获得结论为：p越大，Δ越大，p与Δ成正比。6.5.4摄影镜头的景深例外：设f'=50，2a=12.5，Z'=0.05。第一种情况：当p=∞时，因为从物理上来说远景平面比对准平面远，所以也有p1=∞，但根据式中的p1的代数式，只能得到p1=-2af'/Z'=25000，这个结果是不合理的。显然该代数式并不能诠释比无穷远还远是什么程度的远，应以物理现象为准。求