工程光學(xué) 第7章 典型光學(xué)系統(tǒng)

2023/2/11第七章典型光學(xué)系統(tǒng)2023/2/122023/2/13由于成像理論的逐步完善，構(gòu)成了許多在科技和經(jīng)濟中得到廣泛應(yīng)用的光學(xué)系統(tǒng)，例如放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、攝影儀器和投影儀器等。本章主要學(xué)習(xí)這些光學(xué)系統(tǒng)的成像特性和設(shè)計要求，組成這些光學(xué)系統(tǒng)的物鏡和目鏡的結(jié)構(gòu)型式及其主要光學(xué)參數(shù)等。2023/2/14已學(xué)過：折射定律——單個折射球面——理想光組——平面系統(tǒng)——光束限制——像差根據(jù)光學(xué)基本理論，將光學(xué)元件合理組合，得到光學(xué)儀器。由使用要求決定成像要求，根據(jù)成像要求設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)。設(shè)計過程就是合理的組合過程。目的：組成儀器，得到實際應(yīng)用的光學(xué)系統(tǒng)2023/2/15

§7-1人眼及其光學(xué)系統(tǒng)一、眼睛的結(jié)構(gòu)——成像光學(xué)系統(tǒng)

人眼本身相當(dāng)于攝影光學(xué)系統(tǒng)，在角膜和視網(wǎng)膜之間的生物構(gòu)造均可以看作成像元。人眼的構(gòu)造剖視圖2023/2/16人眼的構(gòu)造剖視圖*鞏膜是眼球的第一層保護膜，白色、不透明、堅硬；*角膜是鞏膜的最前端部分，無色而透明；眼睛內(nèi)的折射主要發(fā)生在角膜上；鞏膜角膜脈絡(luò)膜*脈絡(luò)膜是眼球的第二層膜，上面有供給眼睛營養(yǎng)的網(wǎng)狀微血管；7人眼的構(gòu)造剖視圖*虹膜是脈絡(luò)膜的最前端部分，含有色素細(xì)胞，決定眼的顏色；鞏膜角膜脈絡(luò)膜虹膜瞳孔*瞳孔是虹膜中間的小孔，隨著外界明亮程度的不同，虹膜肌肉能使瞳孔的直徑在2~8mm范圍內(nèi)變化；它是人眼的孔徑光闌。2023/2/18人眼的構(gòu)造剖視圖細(xì)胞，錐狀細(xì)胞直徑約5微米，長約35微米；桿狀細(xì)胞直徑約2微米，長約60微米。它們在網(wǎng)膜上的分布式不均勻的。在黃斑中心凹處*網(wǎng)膜是眼球的第三層膜，上面布滿著感光元素，即錐狀細(xì)胞和桿狀是錐狀細(xì)胞的密集區(qū)而沒有桿狀細(xì)胞，由中心向外，逐漸相對變化；鞏膜角膜脈絡(luò)膜虹膜瞳孔網(wǎng)膜黃斑中心凹9人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜

光脈絡(luò)膜

盲斑是網(wǎng)膜上沒有感光元素的地方，不能引起光刺激。虹膜瞳孔網(wǎng)膜黃斑中心凹是人眼視覺最靈敏的地方。視神經(jīng)細(xì)胞晶狀體在虹膜后面，是由兩個不同曲率的面組成的透明體，黃斑中心凹神經(jīng)纖維盲斑大腦盲斑晶狀體10人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜脈絡(luò)膜晶狀體的平均折射率為1.40，其周圍是毛狀肌能改變晶狀體的表面曲率，使人眼在看遠(yuǎn)近不同的物體總能將像成在網(wǎng)膜上。虹膜瞳孔網(wǎng)膜晶狀體似雙凸透鏡，是眼睛光學(xué)系統(tǒng)的成像元件，其密度和折射率都是不均勻的，由里層到外層逐漸減少，有利于提高成像質(zhì)量。黃斑中心凹

盲斑晶狀體人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜角膜和晶狀體之間的空間稱為前室；充滿1.336的水狀液；脈絡(luò)膜

晶狀體和網(wǎng)膜所包圍的空間稱為后室;充滿1.336的玻狀體虹膜瞳孔網(wǎng)膜黃斑中心凹

盲斑晶狀體前室后室12人眼的構(gòu)造剖視圖鞏膜角膜

脈絡(luò)膜眼睛的像方節(jié)點與中心凹的連線為眼睛的視軸,

在觀察物虹膜瞳孔網(wǎng)膜

體時眼睛本能地把物體瞄準(zhǔn)在這根軸上。黃斑中心凹

盲斑晶狀體前室后室1.3761.3361.336光軸視軸2023/2/113

眼睛的視場很大，可達150?，但只有黃斑附近才能清晰識別，其他部分比較模糊，所以能看清物體的角度范圍為6~8?。

從光學(xué)角度看，眼睛中最主要的是：水晶體、視網(wǎng)膜和瞳孔。

人眼水晶體視網(wǎng)膜瞳孔

眼睛和照相機很相似，如果對應(yīng)起來看：

????

照相機鏡頭底片光闌2023/2/114人眼相當(dāng)于一架照相機，它可以自動對目標(biāo)調(diào)焦照相機中，正立的人在底片上成倒像，人眼也是成倒像但我們感覺為什么還是正立的？這是視神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部作用的結(jié)果。2023/2/115標(biāo)準(zhǔn)眼：

根據(jù)大量的測量結(jié)果，定出了眼睛的各項光學(xué)常數(shù)，包括角膜、水狀液、玻狀液和水晶體的折射率、各光學(xué)表面的曲率半徑、以及各有關(guān)距離。稱滿足這些光學(xué)常數(shù)值的眼睛為標(biāo)準(zhǔn)眼。簡約眼：把標(biāo)準(zhǔn)眼簡化為一個折射球面的模型。簡約眼參數(shù)：2023/2/116二、眼睛的調(diào)節(jié)

眼睛有兩類調(diào)節(jié)功能：視度調(diào)節(jié)和瞳孔調(diào)節(jié)。1．視度調(diào)節(jié)

遠(yuǎn)近不同的物體，物距不同，則不會成像在視網(wǎng)膜上，這樣我們就看不清。

要想看清其他的物體，人眼就要自動地調(diào)節(jié)眼睛中水晶體的焦距，使像落在視網(wǎng)膜上。眼睛自動改變焦距的過程稱為眼睛的調(diào)節(jié)。2023/2/117

正常人眼在完全放松的自然狀態(tài)下，無限遠(yuǎn)目標(biāo)成像在視網(wǎng)膜上，即眼睛的像方焦點在視網(wǎng)膜上。

在觀察近距離物體時，人眼水晶體周圍肌肉收縮，使水晶體前表面半徑變小眼睛光學(xué)系統(tǒng)的焦距變短，后焦點前移，從而使該物體的像成在視網(wǎng)膜上。2023/2/118

當(dāng)肌肉在最緊張時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最近的點稱為近點，其相應(yīng)的距離稱為近點距離，以

表示（米）

正常眼睛的遠(yuǎn)點距為負(fù)的無限遠(yuǎn)，非正常眼睛（遠(yuǎn)視或近視）的遠(yuǎn)點距為一正/負(fù)的有限值。

這里必須指出，近點距離并不是明視距離

當(dāng)肌肉在最放松時（通過調(diào)節(jié)），眼睛所能看清的最遠(yuǎn)的點稱為遠(yuǎn)點，其相應(yīng)的距離稱為遠(yuǎn)點距離，以

表示（米）2023/2/119明視距離

是指正常的眼睛在正常照明（約50勒克斯）下最方便和最習(xí)慣的工作距離，它等于250mm。

它不同于人眼的近點距，兩者不能混淆

人眼的調(diào)節(jié)能力是用遠(yuǎn)點距離的倒數(shù)和近點距離的倒數(shù)之差來描述，用A來表示，即A稱為眼睛的調(diào)節(jié)范圍或調(diào)節(jié)能力。2023/2/120

當(dāng)人眼觀察在調(diào)解范圍內(nèi)的某一距離l處的物體時，它總能清晰地成像在視網(wǎng)膜上。l的單位為米，則其倒數(shù)稱為視度，單位為屈光度如觀察眼前10米的物體，對應(yīng)的視度為

屈光度。近點距倒數(shù)稱為近點視度。

在醫(yī)院和眼鏡店通常把1屈光度稱為100度。

人眼的調(diào)節(jié)能力隨年齡的增加而變化。隨著年齡的增大，遠(yuǎn)點位置往近移，近點位置往遠(yuǎn)移，因而調(diào)節(jié)范圍減少。

遠(yuǎn)點距倒數(shù)稱為遠(yuǎn)點視度，2023/2/122正常眼在不同年齡時的調(diào)節(jié)能力：年

齡

(歲)近點距p

(米)

(屈光度)遠(yuǎn)點距r

(米)

(屈光度)

(屈光度)

10-0.071-14∞

01420-0.100-10∞

01030-0.143-7∞

0740-0.222-4.5∞

04.550-0.40-2.5∞

02.560-2.00-0.52.00.51.00701.001.000.801.250.25800.402.500.402.50.002023/2/1232、眼睛的缺陷和矯正正常眼在肌肉完全放松的自然狀態(tài)下，能夠看清楚無限遠(yuǎn)處的物體，即遠(yuǎn)點應(yīng)在無限遠(yuǎn)，像方焦點正好和視網(wǎng)膜重合F'

若不符合這一條件就是非正常眼，或稱視力不正常

最常見的有近視眼和遠(yuǎn)視眼2023/2/124

所謂近視眼就是其遠(yuǎn)點在眼睛前方有限距離處（r<0）-----即遠(yuǎn)點變近。

這是由于眼球太長或者晶狀體曲率太小，像方焦點位于視網(wǎng)膜的前面所致。因此，只有眼前有限距離處的物體才能成像在視網(wǎng)膜上。配上適當(dāng)?shù)呢?fù)光焦度眼鏡后，即可使無限遠(yuǎn)物體成像于眼睛的遠(yuǎn)點上，然后再經(jīng)眼睛成像于網(wǎng)膜上，因而眼鏡矯正了眼睛的缺陷。所謂遠(yuǎn)視眼就是其遠(yuǎn)點在眼睛之后（r>0），近點在明視距離以外，即近點變遠(yuǎn)。這是由于眼球偏短晶狀體曲率太大，像方焦點位于視網(wǎng)膜的之后所致。因此，射入眼睛的光束只有是會聚時，才能正好聚焦在視網(wǎng)膜上。對應(yīng)著正視度，需以正透鏡來使其遠(yuǎn)點恢復(fù)到無限遠(yuǎn)。遠(yuǎn)點距的倒數(shù)，表示近視眼或遠(yuǎn)視眼的視度，單位為屈光度D，醫(yī)院把1D稱為100度。統(tǒng)一思想：先將無限遠(yuǎn)物體成像于遠(yuǎn)點，再經(jīng)遠(yuǎn)點成像于視網(wǎng)膜：所需透鏡（即眼鏡）的焦距為：例題1：一個年齡50歲的人，近點距離為-0.4m，遠(yuǎn)點距離為無限遠(yuǎn)，試求他的眼睛的調(diào)節(jié)范圍。例題2：某人對其眼前2m遠(yuǎn)的物體看不清，另一人對其眼前0.5m以內(nèi)的物體看不清，問分別需要配上怎樣光焦度的眼鏡才能恢復(fù)正常？例題2解：第一個為近視，所需眼鏡的光焦度為

第二個為遠(yuǎn)視，所需眼鏡的光焦度為2023/2/1272023/2/128目視光學(xué)儀器視度調(diào)節(jié)人眼的視覺缺陷可以在眼前加以透鏡可以矯正目視光學(xué)儀器要適應(yīng)不同視力的人使用為此，目鏡可以改變其前后的位置，使儀器所成的像不再位于無限遠(yuǎn)，而位于目鏡的前方或后方一定的位置這就是目視光學(xué)儀器的視度調(diào)節(jié)2023/2/129物鏡目鏡正常眼近視眼遠(yuǎn)視眼F眼’F眼’F眼’2023/2/130三．眼睛—輻射接收器人眼還能在不同亮暗程度的條件下工作。這就是人眼的另一個特性，具有對周圍空間光亮情況適應(yīng)的過程稱為適應(yīng)（即為瞳孔的調(diào)節(jié)）。適應(yīng)有暗適應(yīng)和亮適應(yīng)兩種，前者發(fā)生在自亮處到暗處時，過程較慢，極限為60分鐘；后者發(fā)生在自暗處到亮處時，過程較快，只需要幾分鐘。

人眼最敏感的波長為，555nm。2023/2/131四、眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）人眼的分辨率一般用極限分辨角來表示。人眼的分辨率是眼睛的重要光學(xué)特性，同時也是目視光學(xué)儀器設(shè)計的重要依據(jù)之一。用其它觀測設(shè)備（如照相機、CCD等）替代人眼時也可據(jù)此作為參考。眼睛能分辨出兩個非常近的點的能力稱為眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）2023/2/132四、眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）人眼的分辨率一般用極限分辨角來表示。人眼的分辨率是眼睛的重要光學(xué)特性，同時也是目視光學(xué)儀器設(shè)計的重要依據(jù)之一。用其它觀測設(shè)備（如照相機、CCD等）替代人眼時也可據(jù)此作為參考。眼睛能分辨出兩個非常近的點的能力稱為眼睛的分辨率（分辨本領(lǐng)）2023/2/133人眼剛能將兩點分開的視角稱為眼睛的極限分辨角人眼分辨率與極限分辨角成反比關(guān)系現(xiàn)在從兩個不同的角度來分析眼睛的極限分辨角的大小。首先從人眼的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)上來分析：眼睛在看物空間兩點時，這兩點對眼睛物方節(jié)點的張角成為兩點間的角距離或稱為視角2023/2/134如果兩個點的像分別落在被分隔開的兩個視網(wǎng)膜細(xì)胞上，即得到兩個點的視覺由此可見，眼睛的分辨率與視網(wǎng)膜上兩像點距離及視覺細(xì)胞的直徑大小有關(guān)當(dāng)兩像點的間距大于（或等于）視覺細(xì)胞的直徑時，就認(rèn)為眼睛可以分辨。人眼的極限分辨角可表示為2023/2/135可以看出，極限分辨角不僅與入射光線的波長有關(guān)，而且還與眼睛的瞳孔直徑有關(guān)。ε=50~120”；在良好的照明條件下，一般認(rèn)為ε=60”=1’為人眼的極限分辨角為。在設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)時就必須考慮眼睛的分辨率。例題：迎面而來的汽車的兩個頭燈，相距1m。問，汽車在離多遠(yuǎn)時，它們剛能為人眼所分辨？假定人眼瞳孔直徑為3mm，光在空氣中的波長為500nm。作業(yè)：求人眼可分辨明視距處的最小線距離為多少？

已知人眼瞳孔直徑D為5mm，人眼最敏感的波長為550nm，人眼的明視距離為25cm，視網(wǎng)膜至瞳孔的距離為22mm。解：人眼的極限分辨角為：設(shè)汽車在遠(yuǎn)時剛能被人眼所分辨，則兩車燈對人眼的張角為：得2023/2/137經(jīng)常需要將一條直線重合到另一條直線，但是，要使兩條直線完全重合是不可能的眼睛雖具有發(fā)現(xiàn)一個平面上兩根平行直線的不重合能力，但也有一定的限度這個不重合限度的極限值稱為人眼的瞄準(zhǔn)精度。人眼的瞄準(zhǔn)精度一般用角度值來表示五、眼睛的瞄準(zhǔn)精度2023/2/138即兩線寬的幾何中心線對人眼的張角小于某一角度值α?xí)r，雖然還存在著不重合，但眼睛已經(jīng)認(rèn)為是完全重合的，這時α角度值即為人眼瞄準(zhǔn)精度。人眼對于線條的變形或兩條線錯開造成的外形變化或比較兩條線寬的變化具有很高的靈敏度。形成對眼睛瞄準(zhǔn)有利的條件。2023/2/139瞄準(zhǔn)精度和分辨率是兩個概念。又有一定的聯(lián)系，經(jīng)驗證明，人眼的最高瞄準(zhǔn)精度約為分辨率的1/6至1/10。1、兩實線瞄準(zhǔn)±60"2、兩實線端部瞄準(zhǔn)±10~20"4、雙線平分或?qū)ΨQ瞄準(zhǔn)±5~10"3、叉線瞄準(zhǔn)精度±5~10"2023/2/140眼睛在觀察物體時，除了一般的物體特征外，還能夠產(chǎn)生遠(yuǎn)近的感覺，被稱為“空間深度感覺”六、空間深度感覺和雙眼立體視覺單眼或雙眼都能產(chǎn)生這種感覺單眼深度感覺來源：1）物體高度已知，它所對應(yīng)的視角大小來判斷其遠(yuǎn)近2）物體之間的遮蔽關(guān)系和陽光的陰影來判斷它們相對位置3）對物體細(xì)節(jié)的鑒別程度和空氣的透明度所產(chǎn)生的深度感覺4）眼睛的調(diào)節(jié)程度來判斷物體的遠(yuǎn)近。2023/2/141雙眼觀察的深度感覺除上述因素外：5）物體的距離越近，視軸之間的夾角越大，這種感覺使眼球發(fā)生轉(zhuǎn)動的肌肉緊張程度就不同，據(jù)此就能判斷物體的遠(yuǎn)近；6）雙眼立體視覺（簡稱體視）

稱為“視差角”BAθBθAa2b2a1b1Aθa1a2bl2023/2/142其極限值稱為“體視銳度”當(dāng)A、B兩點距離不等時，或產(chǎn)生了遠(yuǎn)近的感覺被稱為雙眼立體視覺ABθAθBb2a2a1b1lbABθAθBb2a2a1b1約為10”，有可能達到5”或3”2023/2/143當(dāng)物點對應(yīng)的視角差α等于時，人眼剛能分辨出它和無限遠(yuǎn)物點之間的距離差別即反映了人眼可能分辨出物點遠(yuǎn)近的最大距離人眼瞳孔之間的平均距離為b=62mm，Lmax稱為立體視覺半徑2023/2/144利用儀器觀察物體時，必須采用雙眼儀器來保持人眼的體視能力，這種儀器稱為“雙眼望遠(yuǎn)鏡”和“雙眼顯微鏡”利用體視儀器可以提高人眼的體視能力雙眼儀器的體視放大率人眼直接觀察時的視角差θ眼為BAθBθAθA-θB2023/2/145視覺錯覺2023/2/1462023/2/1472023/2/1482023/2/149

§7.2放大鏡物體對眼睛的視角，不僅取決于物體的大小，還取決于該物體到眼睛的距離，距離越近視角越大在近處觀察細(xì)小物體其視角小于人眼極限分辨角在遠(yuǎn)處觀察相鄰物體其視角小于人眼極限分辨角就需要借助放大鏡、顯微鏡或望遠(yuǎn)鏡將其放大，使像的視角大于人眼的極限分辨角

—

擴大視角是目視光學(xué)儀器的第一個要求一、放大鏡的工作原理2023/2/150

因為眼睛通過放大鏡或顯微鏡等目視光學(xué)儀器來觀察物體時，所看到的是在眼睛視網(wǎng)膜上的物體像的大小。放大鏡的放大率應(yīng)為：通過放大鏡觀察物體時，物體像的視角ω’正切與人眼直接觀察該物體時的視角ω正切之比。這種放大率稱為視角放大率。用字母Γ表示放大鏡的放大率與眼睛一起使用的目視光學(xué)儀器，其放大作用不能由橫向放大率來表征。2023/2/151

物體經(jīng)放大鏡成像的簡圖y'yABA'B'FF'ω’P'-ff’-x’a’虛像A′B′對眼睛所張的視角的正切為眼睛直接去觀察物體時，是將其放在明視距離250mm處。此時物體對人眼張角的正切為2023/2/152放大鏡的放大率?？捎上率角蟮脤M向放大率代入上式得2023/2/153由此可見，放大鏡的放大率，除了和其焦距有關(guān)之外，還和眼睛離開放大鏡的距離有關(guān)在實際使用過程中，眼瞳大致位于放大鏡的像方焦點的附近放大鏡的放大率僅由放大鏡的焦距f′所決定，焦距越大則放大率越小。

上式分母中的a′相對于x′而言，是一個很小的值，可以略去。放大鏡放大率的公式，通常采用以下形式2023/2/154二、光束限制和線視場

一般情況下，眼瞳為孔闌也是出瞳，放大鏡是漸暈光闌。本系統(tǒng)沒有實像面，因此沒有視場光闌。

漸暈系數(shù)K=50%時，

因為放大鏡用于觀察近距離小物體，故放大鏡的視場通常用物方線視場2y表示。2023/2/155以50%時的線視場為例，有放大鏡直徑大，則視場大人眼離放大鏡距離近，則視場大放大鏡倍率小，則視場大2023/2/156例題：有一焦距為50mm，口徑為50mm的放大鏡，眼睛到它的距離為125mm，求放大鏡的視放大率和視場例題解：視放大率線視場為：角視場為：2023/2/157§7.3顯微鏡系統(tǒng)對于工作在可見光波長范圍的光學(xué)顯微鏡按用途區(qū)分，使用量較大的有三種：工具顯微鏡（主要應(yīng)用于精密機構(gòu)制造工業(yè)等方面進行精密測量）；生物顯微鏡（主要應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等方面）；金相顯微鏡（主要應(yīng)用于冶金和機械制造工業(yè)，觀察研究金相組織結(jié)構(gòu)）。顯微鏡是人眼的輔助工具，顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)由物鏡和目鏡兩個部分組成。2023/2/158

一、顯微鏡系統(tǒng)成像原理顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用

物鏡目鏡F1F1’F2BAA’B’A”B”2023/2/159

物鏡目鏡F1F1’F2BAA’B’A”B”

A’B’

位于目鏡的物方焦點F2上或在很靠近F2

的位置上

此像在經(jīng)目鏡放大為虛像A”B”

后供眼睛觀察。這說明目鏡與放大鏡的作用一樣。位于無窮遠(yuǎn)處或明視距離處。2023/2/160

經(jīng)過物鏡和目鏡的兩次放大，所以顯微鏡系統(tǒng)總的放大率Γ應(yīng)該是物鏡橫向放大率β和目鏡放大率Γe的乘積。物體關(guān)于物鏡成的像A’B’

位于目鏡的物方焦點上或附近，此像相對于物鏡像方焦點的距離為Δ（物鏡和目鏡的光學(xué)間隔），在顯微鏡系統(tǒng)中稱為光學(xué)筒長設(shè)物鏡的焦距為f1′,則物鏡的放大率為2023/2/161物鏡的像被目鏡放大，其放大率為式中：f2'

為目鏡的焦距。由此，顯微鏡系統(tǒng)的總放大率為可見顯微鏡系統(tǒng)的放大率與光學(xué)筒長Δ成正比，和物鏡及目鏡的焦距成反比。式中有負(fù)號，即當(dāng)顯微鏡系統(tǒng)具有正物鏡和正目鏡時（常用這種結(jié)構(gòu)），則整個顯微鏡系統(tǒng)給出倒像。

2023/2/162根據(jù)組合光組的焦距公式可知，整個顯微鏡的總焦距f’

和物鏡及目鏡焦距之間符合以下關(guān)系：將其代入上式中，則有它與放大鏡公式具有完全相同的形式。顯微鏡系統(tǒng)實質(zhì)上就是一個復(fù)雜化了的放大鏡2023/2/163二、顯微鏡的機構(gòu)

物鏡通過轉(zhuǎn)換器旋轉(zhuǎn)式接到鏡筒的下端面目鏡以插入式接鏡筒的上端面應(yīng)滿足齊焦要求：調(diào)換物鏡后，不需再調(diào)焦就能看到像。a.物鏡調(diào)換后，像面不動，物面不動——物鏡共軛距不變（195mm)b.物鏡像面即目鏡前焦面不動——在上端面以下10mm處c.機械筒長——上下端面之間的距離（160mm），有的顯微鏡機械筒長可調(diào)調(diào)換物鏡（目鏡）后微調(diào)焦不可避免，故還必須有微動機構(gòu)2023/2/164雙目鏡筒是通過加反射棱鏡和平行平板實現(xiàn)的，要使兩條光路光程相同金相顯微鏡的物鏡常用前置物鏡和鏡筒透鏡構(gòu)成，前置物鏡為無窮遠(yuǎn)共軛距的2023/2/1652023/2/166顯微鏡和放大鏡的比較①具有更大的放大率，二次放大

②人眼離物面較遠(yuǎn)，使用方便

③物鏡和目鏡可調(diào)換，從而得到多種放大率

④具有中間實像面，可放置分劃板，用于測量（構(gòu)成測微目鏡）

⑤當(dāng)中間實像A’位于Fe之前時，A”為實像，可投影到屏上。也可用圖像傳感器接收實像，構(gòu)成電子目鏡三、顯微鏡的光束限制

1.孔徑光闌低倍物鏡的孔徑光闌——為單組物鏡框本身

高倍物鏡的孔徑光闌——多組物鏡的最后一組鏡框，或在Fo’處專設(shè)孔闌2.出瞳位置相對于目鏡或Fe位置差不多，可認(rèn)為位置在F總’上，人眼瞳有可能與之重合，接收所有成像光2023/2/1683、出瞳大小出瞳與整個系統(tǒng)的像方焦面重合，設(shè)像方孔徑角U’，則滿足正弦條件：即因為故

2023/2/1694、顯微系統(tǒng)的視場光闌顯微鏡的線視場取決于放在目鏡前焦平面上的視場光闌的大小，物體經(jīng)物鏡就成像在視場光闌上。理論上，D越大，則2y越大，實際上2y很小。因為僅當(dāng)時，才能給出滿意的像質(zhì)。設(shè)視場光闌直徑為D，則顯微鏡的線視場為：--無漸暈光闌，視場有清晰邊界四、顯微鏡的分辨率和有效放大率光學(xué)儀器的分辨率受光學(xué)系統(tǒng)中孔徑光闌的衍射影響，點光源經(jīng)任何光學(xué)系統(tǒng)形成的像都不可能是一個幾何點，而是一個衍射斑。其圖樣的光環(huán)能量分布曲線見圖所示。中央亮斑稱為愛里斑其上集中了總能量的83.78%接著是第一級暗環(huán)然后是第一級亮環(huán)，其能量是總能量的7.22%；

因為光環(huán)的能量主要集中在愛里斑上，所以可以把它看作理想系統(tǒng)的點像；當(dāng)兩個獨立的光強度相等的發(fā)光點逐漸靠近時，其在系統(tǒng)像面上的愛里斑也逐漸靠近，并開始有重疊的部分。這就引出光學(xué)系統(tǒng)對相鄰兩物點的分辨問題。2023/2/172當(dāng)相鄰兩點的間隔，正好使一個衍射圖樣中的愛里斑中心和另一個圖樣的第一暗環(huán)重合時，兩個衍射圖樣的光強分布曲線相加而得到的合成光強分布曲線，兩個極大值之間存在的一個極小值，能量約為極大值的80%。10.8r暗1瑞利指出：這種合成的衍射圖樣還是可以看出是由兩個發(fā)光點構(gòu)成的。2023/2/17310.8r暗1從圖中可看出，兩個愛里斑的中心距正好是愛里斑的半徑。瑞利就以愛里斑半徑或衍射圖樣的第一暗環(huán)半徑（r暗1）作為光學(xué)系統(tǒng)能對無限遠(yuǎn)兩點的像分辨得開的最小距離稱之為瑞利判據(jù)；按此判據(jù)，即可確定光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)。2023/2/174顯微系統(tǒng)的分辨率是以剛能分辨的兩物點之間的距離來表示的，稱為最小分辨距。孔徑光闌（出瞳）P1’P2’z-Umaxσ′θ1U’maxA’-σ由于顯微物鏡滿足正弦條件，即有式中，n′—像方介質(zhì)的折射率，總是空氣，n′=1，而σ是在物空間與σ′共軛的線量

2023/2/175

式中，即為前面所提的顯微物鏡的數(shù)值孔徑（NA）

它就是顯微物鏡的最小分辨距即分辨率，故有

表明:顯微鏡的分辨本領(lǐng)取決于所用的光波波長和物鏡的數(shù)值孔徑。上式的得出是假設(shè)物點本身發(fā)光，并且兩個發(fā)光點是獨立的（即非相干光源）。這種情況與實際情況不相符。若考慮部分相干情況，被照明物點所產(chǎn)生的衍射圖樣，在滿足瑞利判據(jù)時，上式中的系數(shù)一般要加以修正。2023/2/176這種修正是以道威(Dawas)判斷為依據(jù)的。道威判斷：兩個相鄰像點之間的兩衍射斑中心距為0.85愛里斑半徑時，則能被光學(xué)系統(tǒng)分辨。應(yīng)充分利用物鏡的分辨率，使以被顯微鏡物鏡分辨出來的細(xì)節(jié)能同時被眼睛所看清，顯微鏡必須有恰當(dāng)?shù)姆糯舐?/p>

便于眼睛分辨的角距離為2′~4′。2023/2/177

設(shè)所使用光線的波長為550nm，上式成為取2′為分辨角的下限，4′為上限，則在明視距離250mm處能分辨開兩點之間的距離σ′為

σ′是顯微鏡像空間被人眼所能分辨的線距離換算到顯微鏡的物方，相當(dāng)于顯微鏡的分辨率乘以視覺放大率，得到滿足上式的放大率稱為顯微鏡的有效放大率2023/2/178五、顯微鏡的照明系統(tǒng)(一)照明系統(tǒng)的設(shè)計原則照明系統(tǒng)要滿足以下要求：1）保證有足夠的光能；2）有足夠的照明范圍和均勻的亮度；3）照明光束應(yīng)充滿物鏡的入瞳；4）盡可能減少雜光進入物鏡，以免降低像面的對比度；5）滿足儀器尺寸布局要求；2023/2/1792、照明系統(tǒng)的拉赫不變量應(yīng)大于或等于物鏡的拉赫不變量，即根據(jù)上述要求，照明系統(tǒng)在設(shè)計上應(yīng)滿足以下兩個原則：1、光瞳銜接原則設(shè)照明系統(tǒng)的入瞳位置為光源的位置，則照明系統(tǒng)的出瞳應(yīng)與物鏡的入瞳重合；（二）亮視場的照明方式1、直接照明利用自然光或燈泡照明。2023/2/180其缺點是光源亮度的不均勻性將直接反映在物面上，同時也不滿足光瞳銜接原則，即聚光鏡的出瞳位置和物鏡的入瞳位置不重合。電影放映機大多采用這種照明方式。讀數(shù)顯微鏡中刻線尺或度盤的照明也常采用。2、臨界照明--光源發(fā)光面通過聚光鏡成像在物面上或其附近的照明方式2023/2/1813、柯勒照明集光鏡視場光闌孔徑光闌聚光鏡物面這種照明方式克服了臨界照明不均勻的缺點。它的構(gòu)成有以下兩個特點：（1）發(fā)光面通過集光鏡成實像。該像面上可安放可調(diào)的孔徑光闌，再經(jīng)聚光鏡成像于物鏡的入瞳位置。因此充分利用了光能并滿足光孔轉(zhuǎn)接原則。2023/2/182柯勒照明系統(tǒng)分為遠(yuǎn)心照明和非遠(yuǎn)心照明。

遠(yuǎn)心柯勒照明特點：孔徑光闌位于聚光鏡的物方焦面上，組成像方遠(yuǎn)心光路；視場光闌的位置根據(jù)需要選定。（2）集光鏡框或其后面附近可安放可變的視場光闌，控制照明視場的大小，避免雜光射入物鏡。2023/2/183六、顯微鏡的物鏡由于顯微鏡要求分辨率高，則數(shù)值孔徑NA大，放大率要與之相適應(yīng)，因而物鏡的放大率也要相應(yīng)匹配，并在規(guī)定機械筒長下使用（例如，160mm）。生物顯微鏡的標(biāo)本放在載玻片上，上面蓋上蓋玻片，在設(shè)計時必須考慮蓋玻片。物鏡的參數(shù)標(biāo)明在外殼上。隨著放大倍數(shù)由低到高，其結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜。低倍物鏡可以用雙膠合，中倍物鏡用雙雙膠合，高倍物鏡用雙膠合＋前片，數(shù)值孔徑更大的阿貝物鏡則需要浸油。光學(xué)系統(tǒng)的主要參數(shù)是焦距、孔徑和視場，在此與

有關(guān)。2023/2/1842023/2/185七、顯微鏡的目鏡相當(dāng)于放大鏡，其入瞳就是物鏡的出瞳，其出瞳在Fe’稍后處，與F’重合一般有二片(組)：朝向物方的稱向場鏡，朝向眼睛的稱接目鏡。由

，要有一定的放大倍率應(yīng)取較小的焦距由于物鏡的放大作用，目鏡的視場較大而相對孔徑較小，是短焦距小孔徑大視場系統(tǒng)。2023/2/186目鏡還有兩個重要參數(shù)：1.鏡目距——接目鏡最后一面到眼瞳（出瞳）的距離，一般要求

2.工作距離——向場鏡第一面到目鏡前焦面（物鏡像面）的距離。由于物鏡的像面要安裝分劃板，工作距離應(yīng)保證近視眼觀察時不能因調(diào)焦而使目鏡碰到分劃板。10倍目鏡

10倍高眼點目鏡

10倍大視場目鏡

20倍目鏡

顯微鏡和放大鏡的比較

①具有更大的放大率，二次放大

②人眼離物面較遠(yuǎn)，使用方便

③物鏡和目鏡可調(diào)換，從而得到多種放大率

④具有中間實像面，可放置分劃板，用于測量（構(gòu)成測微目鏡）

⑤當(dāng)中間實像A’位于Fe之前時，A”為實像，可投影到屏上。也可用圖像傳感器接收實像，構(gòu)成電子目鏡兩個發(fā)光點的分辨率不發(fā)光物體的分辨率垂直照射：傾斜照射：要使已被顯微鏡分辨開的細(xì)節(jié)也能同時被人眼睛所分辨，必須使顯微鏡的最小分辨距離σ的像σ’對人眼構(gòu)成的視角不小于人眼的視角分辨率。設(shè)眼睛容易分辨的角距離為2’~4’，則在明視距離上對應(yīng)的線距離為：設(shè)照明光的平均波長為0.000555mm，得：滿足上式的視覺放大率稱為顯微鏡的有效放大率。（7-30）[例7-1]要求分辨相距0.000375mm的兩點，用波長0.55um的可見光斜照明，試求此顯微鏡的數(shù)值孔徑。若要求此兩點放大后的視角為2’，則顯微鏡的視放大率等于多少？人眼放在明視距離處直接觀察這兩點時，張角[例7-2]一顯微鏡的光學(xué)筒長為150mm，如果物鏡的焦距為20mm,目鏡的視放大率為12.5×,求：（1）總的視覺放大率；（2）如果數(shù)值孔徑為0.1，問該視放大率是否在適用范圍內(nèi)？牛頓公式：[例7-3]顯微鏡Γ=-200×的目鏡焦距為25mm，求顯微物鏡的垂軸放大率等于多大？如果出瞳直徑D’=1mm，顯微鏡物鏡的物像共軛距為195mm，求顯微鏡的數(shù)值孔徑多大？物鏡的通光口徑多大？由：[例7-4]有一顯微鏡，物鏡的放大率β=-40×，目鏡的倍率為Γe=15（均為薄透鏡），物鏡的共軛距為195mm，求物鏡和目鏡的焦距、物體的位置、光學(xué)筒長、物鏡和目鏡的間距、系統(tǒng)的等效焦距和總倍率。解：已知物鏡的共軛距L=195mm和放大率β=-40×第四節(jié)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)開普勒望遠(yuǎn)鏡的視覺放大率：視覺放大率是光瞳垂軸放大率的倒數(shù)，視覺放大率僅取決于結(jié)構(gòu)參數(shù)。要提高視覺放大率，必須增加物鏡的焦距或減小目鏡的焦距。目鏡焦距不能小于6mm，故手持望遠(yuǎn)鏡一般不超過10倍。視覺放大率是正值，像是正立的，反之，像是倒立的。

轉(zhuǎn)像系統(tǒng)—倒像變正像伽利略望遠(yuǎn)鏡：無需轉(zhuǎn)像，但是無法安裝分劃板一.望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率及工作放大率望遠(yuǎn)系統(tǒng)分辨率用極限分辨角表示：按道威判據(jù)：

為保證被望遠(yuǎn)鏡所分辨的細(xì)節(jié)也能被用望遠(yuǎn)鏡觀察的人眼所分辨，視覺放大率和分辨率的關(guān)系：

φΓ＝60″

上式是在滿足分辨率要求的最小視覺放大率，也稱為有效放大率。然而眼睛在極限分辨率下工作會疲勞，在設(shè)計視覺放大率按上式計算出后再放大2～3倍，稱為工作放大率，若2～3倍則Γ＝D分辨角φ：（對觀察儀器的精度要求）φ＝60″/Г

望遠(yuǎn)鏡中的輔助系統(tǒng)－場鏡場鏡是一個正透鏡組，將其放置在物鏡的焦面上，可以在不改變系統(tǒng)放大率的前提下，改變軸外光束的走向，降低其在目鏡上的高度，或讓更多的光線通過系統(tǒng)，

場鏡物鏡目鏡例1：用望遠(yuǎn)鏡觀察時要鑒別5公里處200毫米的間距，應(yīng)選用多大倍率的望遠(yuǎn)鏡？先求出直接觀察時的視角

因為人眼的視角分辨率為1’。儀器必須將視角0.138’擴大1’以上，人眼才能分辨。所以儀器的視放大率至少應(yīng)為

應(yīng)選用8X以上的望遠(yuǎn)鏡。[例7-6]有一架開普勒望遠(yuǎn)鏡，視覺放大率為-6×，物方視場角2ω=8°，出瞳直徑D’=5mm,物鏡和目鏡之間距離L=140mm，假定孔徑光闌與物鏡框重合，系統(tǒng)無漸暈，求：第五節(jié)目鏡目鏡的作用類似于放大鏡，主要參數(shù)包括：焦距、視場角、相對鏡目距、工作距離。視場角：鏡目距是目鏡后表面的頂點到出瞳的距離，相對鏡目距是其與目鏡焦距之比。目鏡的孔徑光闌和物鏡的孔徑光闌重合，出瞳位于目鏡后焦平面附近。一基本概念工作距離lF

目鏡第一面的頂點到物方焦平面的距離，稱為工作距離lF。為適應(yīng)人眼的不同情況，需要進行視度調(diào)節(jié)。工作距離要大于視度調(diào)節(jié)深度，視度調(diào)節(jié)范圍一般在±5D。目鏡相對視場光闌（分劃板）的移動量x等于x=±5f

e'2

/1000F’1(F2)F’2F’2F’2F’-x’2x2F2-x2A’A’x’2正常遠(yuǎn)視眼近視眼二、惠更斯目鏡結(jié)構(gòu)：惠更斯目鏡是由兩個平凸薄透鏡組成，通常稱前面的透鏡為場鏡，后面的稱為接目鏡?；莞鼓跨R的視場角2ω’＝400－500相對鏡目距約P’/f

’e≈1/3特點：①場鏡、接目鏡均為平凸透鏡，且均以凸面朝向物體。②由于場鏡上入射光為會聚光，即場鏡的物為虛物，所以這種目鏡只能用來觀察物鏡所成的像，也無法對物鏡所成的像進行測量。場鏡和接目鏡的像差是相互補償?shù)?，不宜放分劃板。③此目鏡的視角大，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于生物顯微鏡。三、冉斯登目鏡結(jié)構(gòu)：冉斯登目鏡是由兩個相對兩個平凸薄透鏡組成，場鏡向接目鏡移近，使物鏡的像面移出目鏡。冉斯登目鏡的視場角2ω`＝300－400相對鏡目距約P`

/f`e≈1/3特點：①場鏡、接目鏡也同為平凸透鏡，但二鏡凸面相向，平面朝外。②此目鏡既可用于觀察像，也可用于觀察物，并可由配備的分劃板對物鏡所成的像進行測量，適用于測微目鏡。四、其他類型的目鏡（結(jié)構(gòu)與參數(shù)）1、凱涅爾目鏡凱涅爾目鏡，它是冉斯登目鏡的改進型。場鏡為平凸透鏡，而接目鏡為由正負(fù)透鏡組成的膠合透鏡，故軸上點的色差和球差較小，畸變比冉斯登目鏡小，不能消除場曲。凱涅爾目鏡的視場角2ω`＝300－400相對鏡目距約P`

/f`e≈1/2

2、無畸變目鏡

四片兩組結(jié)構(gòu)，其中場鏡為三膠合透鏡，接目鏡為平凸透鏡，該目鏡成功的控制了色差和球差，并把像散和場曲降低到難以察覺的程度，它還具有40-50度的平坦視場和足夠的出瞳距離，在各倍率都有良好表現(xiàn)，一直被廣泛采用。無畸變目鏡的視場角2ω`＝480相對鏡目距約P`

/f`≈0.8

3、長出瞳目鏡用于軍事目的儀器需要較長的出瞳距，可達22－25mm。長出瞳目鏡的視場角2ω`＝500截距l(xiāng)F≈0.3f`,l’F≈f`例2、顯微系統(tǒng)放大率與物鏡焦距成（）比，望遠(yuǎn)系統(tǒng)放大率與物鏡焦距成（）比。答案：⑴反；⑵正。顯微系統(tǒng)：望遠(yuǎn)系統(tǒng)：三、選擇題（多選）1、顯微鏡的分辨率與（）有關(guān)。(c)目鏡的數(shù)值孔徑(d)物鏡數(shù)值孔徑(a)入射光波長(b)目鏡的放大率2、照相機中的光圈指數(shù)與（）有關(guān)。(c)物鏡焦距和入瞳直徑(d)入曈直徑和數(shù)值孔徑(a)數(shù)值孔徑(b)物鏡焦距和數(shù)值孔徑答案：a,d答案：c3、望遠(yuǎn)鏡參數(shù)8×40表示()。(c)放大倍率320倍(d)物鏡直徑40mm(a)放大倍率8倍(b)放大倍率40倍答案：a,d4、有關(guān)望遠(yuǎn)鏡表述正確的有（）。(c)放大倍率越大，視場越小(d)放大倍率越大，調(diào)節(jié)景深越小(a)放大倍率=物鏡焦距/目鏡焦距(b)放大倍率=入曈直徑/出瞳直徑答案：a,b,c,d5、下列表述正確的是（）。(c)伽利略望遠(yuǎn)鏡可以用來測距(d)顯微鏡照明光波長越長，分辨率越高(b)放大鏡的放大率與焦距成正比(a)望遠(yuǎn)鏡放大率越大，景深越小答案：a例四、有一個7倍的望遠(yuǎn)鏡，長度為160mm，求（1）開普勒型望遠(yuǎn)鏡；（2）伽利略型望遠(yuǎn)鏡時的物鏡和目鏡的焦距，并畫圖示意。解：（1）開普勒型（2）伽利略型4、人眼的視角分辨率為2’(1’=0.0003弧度)，現(xiàn)欲分辨明視距離處0.0005mm的物體，采用照明光波長為550nm，應(yīng)用何種光學(xué)儀器？放大率最小應(yīng)為多少？物鏡的數(shù)值孔徑最小應(yīng)為多少？解：應(yīng)該采用顯微鏡。由顯微鏡視角放大率定義：由于角度很小，用弧度值代替正切值，有：由5、一個開普勒望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)只包括物鏡和目鏡，鏡筒長度L=250mm，放大率Γ=-24x，視場角2ω=1°40’，求該望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的（1）物鏡和目鏡焦距（2）按照正常放大率求物鏡的通光口徑（3）出瞳直徑（4）出瞳距解：（1）由開普勒型（2）由正常放大率公式求得：（3）求出曈直徑（4）求出曈距出瞳就是孔徑光闌被目鏡成的像，刻普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)的孔徑光闌就是物鏡框。由牛頓公式：物鏡框，孔徑光闌出瞳視場光闌目鏡其中，x’為出瞳到目鏡焦點的距離7.6攝影系統(tǒng)像平面（感光底片）在像方焦面附近，在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)鏡頭和底片的距離，可使不同距離以外的物體成清晰的實像于底片上。攝影系統(tǒng)是由攝影物鏡和感光元組成。感光元包括：感光膠片、CCD傳感器、電子光學(xué)變像管、電視攝像管等。常見的攝影系統(tǒng)有：照相機、攝影機、空中偵察系統(tǒng)和測繪光學(xué)系統(tǒng)等。一攝影物鏡的光學(xué)特性

攝影物鏡的光學(xué)特性由焦距f、相對孔徑D/f和視場角2表示。1.視場角

攝影物鏡的感光元件框是視場光闌和出射窗，它決定了像空間的成像范圍。攝影底片限制了攝影物鏡的視場角。

常用攝影底片規(guī)格名稱尺寸（mm×mm）136底片36×24120底片10.4×7.516mm電影片22×1635mm電影片180×180航拍底片230×230在拍攝遠(yuǎn)處物體時，像的大小為在拍攝近處物體時，像的大小取決于垂軸放大率

對于遠(yuǎn)處物體，當(dāng)焦距確定時，根據(jù)膠片規(guī)格，物方最大視場角為底片的對角線長度。

攝影物鏡視場的大小是由物鏡的焦距和接收器的尺寸決定。物鏡的焦距越短，則其視場角越大；焦距越長，視場角越小。普通標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的視場角為40～600。

2.焦距f

在攝影系統(tǒng)中，焦距決定了拍攝像的放大率。

用不同焦距物鏡，對前方同一距離處的物體進行拍攝時，焦距長則像放大倍率大，焦距短則像放大倍率小。

根據(jù)焦距不同，普通照相機鏡頭可分為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、廣角鏡頭、

超廣角鏡頭、中焦鏡頭、攝遠(yuǎn)鏡頭和超攝遠(yuǎn)鏡頭。

變焦鏡頭較常見的變焦范圍為35mm~70mm。這種鏡頭可取代普通標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，使用起來更為靈活。

對于同樣的接收器尺寸，放大倍率小的物鏡，拍攝范圍就大；

放大倍率大的物鏡，拍攝范圍就小。

135mm膠片相機典型的數(shù)碼相機視場范圍<20mm

<4.3mm

超廣角

21~35mm

4.7~7.5mm

廣角

50mm

10.7mm

普通

70~200mm

14~43mm

遠(yuǎn)攝

3.相對孔徑D/f

入射光瞳口徑D與焦距f之比定義為相對孔徑．它是決定攝影系統(tǒng)分辨率和像面光照度的重要參數(shù)，同時還與景深、焦深有關(guān)。a.分辨率攝影系統(tǒng)的分辨率取決于物鏡的分辨率和接收器的分辨率。物鏡的理論分辨率為:分辨率是以像平面上每毫米內(nèi)能分辨開的線對數(shù)表示。?。?.555m，則顯然物鏡的分辨率與相對孔徑成正比。F＝f/D稱作物鏡的光圈數(shù)，也稱F數(shù)。像面照度主要取決于相對孔徑：b.像面照度

在拍攝速度相同的情況，為了適應(yīng)不同天氣以保證像面照度，一般照相物鏡都利用可變光闌來控制孔徑光闌的大小?？勺児怅@的分檔是依據(jù)光圈數(shù)F按公比為來變化。表3-3國家標(biāo)準(zhǔn)光圈數(shù)的分檔D/f1:1.41:21:2.81:41:5.61:81:111:161:22F1.422.845.68111622當(dāng)物體在無限遠(yuǎn)時，像面照度為：

顯然像平面的照度與相對孔平方成正比。二.攝影物鏡的景深照相制版、放映和投影物鏡等只需要對一對共軛面成像。而電視、電影、照相系統(tǒng)則要求對整個或部分物空間同時成像于一個像平面上。因為對準(zhǔn)平面到物鏡的距離p>>f'可認(rèn)為x＝p－f'≈p，則β＝f'/x≈f'/p當(dāng)在明視距離觀察照片時，焦距越長，入瞳直徑越大，景深越?。慌臄z距離越大，景深越大。在使用照相機拍攝時，選用光圈數(shù)越大，景深越大。（光圈、曝光量）三.攝影物鏡的類型普通攝影物鏡大孔徑攝影物鏡廣角物鏡遠(yuǎn)攝物鏡變焦距物鏡變焦距物鏡的焦距可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，所以對一定距離的物體其成像的放大率也在一定范圍內(nèi)變化，但系統(tǒng)的像面位置保持不變。變焦系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，通過一個或多個子系統(tǒng)的軸向移動、改變光組間隔來實現(xiàn)的。135mm膠片相機典型的數(shù)碼相機視場范圍<20mm

<4.3mm

超廣角

21~35mm

4.7~7.5mm

廣角

50mm

10.7mm

普通

70~200mm

14~43mm

遠(yuǎn)攝

三、攝影物鏡的類型★屬于大視場、大孔徑的光學(xué)系統(tǒng)；★需校正全部像差（單色像差、色差）。四類攝影物鏡：1）大孔徑物鏡（常用，匹茲萬物鏡、柯克物鏡）；2）廣角物鏡（短焦距）；3）長焦距物鏡（長焦距）；4）變焦距物鏡（焦距可調(diào)節(jié)）。

★關(guān)鍵：高級像差的校正——選擇物鏡的類型。

大相對孔徑攝影物鏡（高斯物鏡）

天塞物鏡（海利亞物鏡）1、大孔徑物鏡

1）匹茲萬物鏡A、沒考慮場曲的校正，兩個分開的鏡組均是正光焦度；B、不利于場曲校正，也不利于其它像差的校正：鏡頭的場曲只靠像散的平衡得到部分的補償；C、兩個鏡組承擔(dān)了全部孔徑負(fù)擔(dān)，容易校正球差；D、常用作放映鏡頭，較大的相對孔徑，；偏小的視場，2）柯克物鏡A、柯克物鏡由三片薄透鏡組成，中間是一個負(fù)透鏡，兩邊是兩塊正透鏡；B、柯克物鏡的光學(xué)性能指標(biāo)是：相對孔徑，視場角；C、是薄透鏡結(jié)構(gòu)中能夠校正全部七種像差的最簡單結(jié)構(gòu)。

2、廣角物鏡廣角物鏡多為短焦距物鏡，可得更大的視場。

1）反遠(yuǎn)距型物鏡A、用普通物鏡結(jié)構(gòu)作成短焦距物鏡時，其后工作距離很短，在物鏡后面不能放置反射棱鏡或反射鏡；B、短焦距物鏡采取反遠(yuǎn)距形式，以增大后工作距離；C、前組為負(fù)，后組為正，使后主面移到系統(tǒng)的后面，增大了后工作距離；D、短的焦距，大的視場和長的后工作距離，而且像方視場角小于物方視場角。

2）超廣角物鏡A、視場角的物鏡為超廣角物鏡；B、問題：像面邊緣照度下降厲害；C、結(jié)構(gòu)形式：超廣角物鏡多采用對稱式結(jié)構(gòu)；反遠(yuǎn)距型物鏡不適用于超廣角物鏡的結(jié)構(gòu)要求，因為其結(jié)構(gòu)的不對稱，難于校正好垂軸像差。

D、像面照度不均勻：采用像差漸暈即保留光闌彗差的方法；