【導讀】的像，水晶體是眼睛光學系統(tǒng)的主要成像器件。須相應地改變?nèi)搜鬯w的焦距。當肌肉用力時，水晶。變小，可看清遠處物體。眼睛的這種自動調(diào)焦以看清不。同遠近物體的過程，稱為視度調(diào)節(jié)。距離l的單位為米，視度的單位為屈光度，此外，人眼還有一個明視距離，是指正常的眼。距離，一般認為，該距離為250毫米。二者之差以字母（8-2）表示，即。對于每個人來說，近點距離和遠點距離是隨年齡而變化的。到45歲時，近點已在明視距離250毫米以外。因此，我們稱45歲以后的眼睛為老年性遠視眼或老花眼。光學儀器時必須要考慮和人眼瞳孔大小的配合。光亮度的變化范圍很大，其比值可達。但經(jīng)一定的時間，睛感受的最低光照度值，這一值稱之為絕對暗閾限。若不符合這一條件。非正常眼有很多種情況，最常見的有近視眼和遠視眼。其近視程度就是－2屈光度，寫作－。上式中，為物體輻射的波長，D為入瞳直徑，若

　　

【正文】 攝影系統(tǒng) 一、攝影物鏡的光學特性 39。f /39。Df 2? 攝影物鏡的作用是將外界景物成像在感光膠片或 CCD等接收器上，產(chǎn)生景物像。攝影物鏡的光學特性由焦距 、相對孔徑 和視場角 表示， 下面分別介紹。 1．焦距 2．相對孔徑 3．視場 4．分辨力 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 1．焦距 焦距決定成像的大小比例，對于同一目標，焦距越長，所成像的比例越大，焦距越短，成像的比例越小。在拍攝遠處物體時，像的大小為 39。39。y f tg??? （ 853） 在拍攝近處物體時，像的大小取決于垂軸放大率 39。 39。/y y y f x??? （ 854） 可見像的大小都是與焦距成正比，為了獲得大比例尺的像，必須增大物鏡的焦距，例如航攝鏡頭，焦距可達數(shù)百毫米甚至數(shù)米。 返回 為系統(tǒng)透過率。對大視場物鏡，其視場邊緣的照度要比視場中心小得多，在光度學中我們得知 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 2．相對孔徑 相對孔徑?jīng)Q定像面照度。由光度學理論可知，攝影物鏡像平面的光照度與相對孔徑的平方成正比，當物體在無限遠時，像面中心照度 39。E 為 22139。439。DELf???（ 855） 式中， L為物體的亮度， ?439。 39。 c o sMEE ? ?? （ 856） 式中， ?? 為像方視場角。 由式（ 856）可知，大視場物鏡視場邊緣的照度急劇下降。為了控制像面照度，一般照相物鏡都利用可變光闌來控制孔徑光闌的大小。 為入瞳的直徑。由式（ 857）可知，光圈數(shù)是相對孔徑的倒數(shù)。為了方便選擇，光圈按一定的分值標注在鏡頭上，分值的方法一般是按每增大一擋光圈值，對應的像平面照度依次減半。由于像平面的照度與相對孔徑平方成正比，所以光圈值按公比為 等比級數(shù)變化），國家標準是按表 83來分檔的。因像面照度與曝光時間成正比，故曝光時間按公比為 2的等比級數(shù)變化。 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 光闌的大小用光圈數(shù) F 來表示 DfF 39。? （ 857） 39。f D21/ 2式中， 為攝影物鏡的焦距， 的等比級數(shù)變化（相對孔徑按 D/f′ 1: 1:2 1: 1:4 1: 1:8 1:11 1:16 1:22 F 2 4 8 11 16 22 表 83 返回 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 3．視場 39。h ? 視場決定攝影系統(tǒng)成像的范圍，攝影物鏡視場的大小由物鏡的焦距和接收器的尺寸決定。在接收器的尺寸確定以后，一般來說，焦距越長，成像的范圍越小，焦距越短，則其成像范圍越大。若接收器的最大橫向尺寸為 ，在拍攝遠處物體時，視場 的大小為 39。39。fhtg ?? （ 858） 拍攝近距離物體時，視場 y 的大小為 xfhy ?? 39。39。（ 859） 由此可見，在接收器確定以后，視場與焦距成反比。對應長焦距和短焦距這兩種情況的物鏡分別稱作遠攝物鏡和廣角物鏡。普通照相機標準鏡頭的焦距介于兩者之間。 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 攝影物鏡的接收器元件框是視場光闌和出射窗，它的大小尺寸決定了像面的最大尺寸，表 82列出了幾種常用攝影膠片的規(guī)格以及近年來常用的 CCD尺寸的規(guī)格。 名 稱 長 寬(mm mm) 名 稱 長 寬(mm mm) 135膠片 36 24 1〞 CCD 120膠片 60 60 2/3〞 CCD 16mm電影膠片 1/2〞 CCD 35mm電影膠片 22 16 1/3〞 CCD 航攝膠片 180 180 1/4〞 CCD 230 230 表 82 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 由表 82可以看出，膠片的尺寸比 CCD要大得多，要求物鏡的焦距也大得多。而數(shù)碼相機中的 CCD比膠卷相機中的接收器要小得多，因此所有的鏡頭焦距也都要小。使用 615mm 鏡頭和一定大小 CCD的數(shù)碼相機與使用 2872mm鏡頭的傳統(tǒng)膠卷相機的視場范圍可以是完全一樣的。數(shù)碼相機中使用的 CCD 大小并非完全一樣。一般人使用 135mm 膠卷的相機時，很容易根據(jù)視場要求選擇鏡頭的類型。為使數(shù)碼相機的此參數(shù)也容易識別，許多制造商都將 CCD鏡頭的焦距用等價 135mm膠片的焦距來標稱，稱作等價 135mm，表 83是部分典型的值。 傳統(tǒng) 135mm膠片相機 典型的數(shù)碼相機 視場范圍 20mm 超廣角 21~35mm ~ 廣角 50mm 普通 70~200mm 14~43mm 遠攝 表 83 返回 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 4．分辨力 LN rN 攝影系統(tǒng)的分辨率是以像平面上每毫米內(nèi)能分辨開的線對數(shù)來表示，其大小取決于物鏡的分辨率和接收器的分辨率。設物鏡的分辨率為 ，接收器的分辨率是 按經(jīng)驗公式，系統(tǒng)的分辨率 N為 ， rL NNN111 ?? （ 860） 按瑞利準則，物鏡的理論分辨率為 39。1fDNL ??? ??0. 55 5 m???147 5 / 39。 147 5 /LN D f F??取 ，則 （ 861） 式中 F為物鏡的光圈數(shù)。所以，物鏡的理論分辨力與相對孔徑 )39。/( fD 成正比。 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 由于攝影物鏡有較大的像差，且存在著衍射效應，所以物鏡的實際分辨率要低于理論分辨率。此外物鏡的分辨率還與被攝目標的對比度有關，同一物鏡對不同對比度的目標（分辨率板）進行測試，其分辨率值也是不同的。因此評價攝影物鏡像質(zhì)的科學方法是利用光學傳遞函數(shù)（ OTF）。 不同接收器的分辨力有很大的差別，攝影膠片的分辨力普遍比 CCD高，攝影膠片的分辨力很容易達到每毫米200線，而 CCD的分辨力取決于象素的大小，目前 CCD的象素尺寸為 6～ 14微米，對應的線對數(shù)為每毫米 85～35線。 返回 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 二、攝影物鏡的類型 攝影物鏡屬大視場、大相對孔徑的光學系統(tǒng)，為了獲得較好的成像質(zhì)量，它既要校正軸上點像差，又要校正軸外點像差。攝影物鏡根據(jù)不同的使用要求，其光學參數(shù)和像差校正也不盡相同。因此，攝影物鏡的結構形式是多種多樣的。 攝影物鏡主要分為普通攝影物鏡、大孔徑攝影物鏡、廣角攝影物鏡、遠攝物鏡和變焦距物鏡等。 普通攝影物鏡是應用最廣的物鏡。一般具有下列光學參數(shù)，焦距 20~500mm，相對孔徑 D/f′=1:9~1:，視場角可達64176。 。圖 827示出最流行的著名的天塞（ Tessar）物鏡的結構型式，其相對孔徑 1:~1:， 2ω=55176。 。 圖 827 廣角攝影物鏡多為短焦距物鏡，以便獲得更大的視場。其結構型式一般采用反遠距型物鏡。廣角物鏡中最著名的應屬魯沙爾－ 32型，其焦距 大相對孔徑攝影物鏡相對比較復雜。圖 828給出雙高斯（ Guass）物鏡的結構型式，其光學參數(shù) 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 39。 50f mm?/ 39。 1 : 2Df ? 2 4 0 ~ 6 0? ?， ， 。 39。 70 .4f mm?/ 39。 1 : 6. 8Df ?，相對孔徑 ， 2ω=122○ ，圖 829為其結構型式。 圖 828 圖 829 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 遠攝物鏡一般在高空攝影中使用，為獲得較大的像面。攝遠物鏡的焦距可達到 3m以上。但其機械筒長 L小于焦距，遠攝比 L/f′ 。隨著焦距的增加，系統(tǒng)的二級光譜也增加，設計時常用特種火石玻璃。為縮短筒長，也可以采用折反型物鏡，但其孔徑中心光束有遮攔。圖 830為蔡司公司的遠攝天塞物鏡，其相對孔徑 / 39。 1 : 6Df ? 2 30? ?， 。 圖 830 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 變焦距物鏡的焦距可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，故對一定距離的物體其成像的放大率也在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。在攝影領域，變焦距物鏡幾乎代替了定焦距物鏡，并已用于望遠系統(tǒng)、顯微系統(tǒng)、投影系統(tǒng)等。變焦系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成。焦距變化是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。其變倍比為 23m a x m a xm in 2 3 m in39。39。kkfMf? ? ?? ? ?????????（ 862） 焦距為 1 2 339。39。 kff ? ? ?? ??? （ 863） 變焦距物鏡在設計時應滿足三個基本要求 : 1. 焦距變化時 ,成像的位置保持不變； ； 3. 各個焦距所對應的成像質(zhì)量和照度分布應達到使用要求。 第六節(jié) 攝影系統(tǒng) 圖 831表示一種變焦距物鏡的結構組合。透鏡組 1為前固定組，透鏡組 2為變倍組，透鏡組 3為補償組，透鏡組 4為后固定組。透鏡組 2可沿光軸做等速的往返運動，當透鏡組 2移動時，物鏡的焦距也在變化，物體通過透鏡組 1和 2所形成的像隨之沿光軸移動。為了使物鏡的原像面不變，應該在移動透鏡組 2的同時，按非線性規(guī)律移動透鏡組 3，使像點通過透鏡組 3時仍成像在處。這就保證了像面的穩(wěn)定。透鏡組 2和 3的變動是相關的，它們靠精密的凸輪機構來實現(xiàn)控制的。 固定組 固定組 變倍組 補償組 圖 831 返回 結束 第七節(jié) 投影系統(tǒng) 投影系統(tǒng)與攝影系統(tǒng)恰恰相反，如果把攝影系統(tǒng)顛倒過來使用，就成了投影系統(tǒng)。投影系統(tǒng)的作用是把一平面物體（如幻燈片或電影正片）放大成一平面實像在一屏幕上?；脽魴C、電影放映機、照相放大機、測量投影儀、微縮膠片閱讀儀等都屬于投影系統(tǒng)。 一、投影物鏡的特點 二、投影物鏡的結構形式 三、照明系統(tǒng) 對投影系統(tǒng)的主要要求取決于其使用目的。例如，圖片投影儀要求有較強的照明，而測量投影儀則要求像面無畸變，兩者都要求在像面上有足夠的亮度。任何接收屏的像面亮度 L都和接收屏的照度 E′與反射比 第七節(jié) 投影系統(tǒng) 一 、投影物鏡的特點 ?42( 25 ~ 50) 10 /L c d m??42( 3 ~ 5 0 ) 1 0 /L c d m??42(1 ~ 5 ) 10 /L c d m??有關，實驗研究 表明，投影接收屏的亮度根據(jù)其不同用途有不同的要求，例如 電影投影 幻燈片投影 反射投影 或者 和亮度 L，則可以根據(jù)下式確定接收屏所需的照度。 第七節(jié) 投影系統(tǒng) 1??? ?? ?碳酸鋇制作的屏 白色的膠紙 此式具有實際應用意義，因在我們周圍的大部分物體都是通過反射光發(fā)光的，用其亮度來確定其輻射，從而可以確定入射到光屏的光通量 。設屏的面積為 ,則 下面給出幾種漫射屏的反射比 白色理想的漫射屏 ?39。/EL???39。/LE???知道了反射比（ 864） 39。? S39。39。ES? ? （ 865） 通過選擇光源和投影系統(tǒng)相應的參數(shù)來保證光通量 。 39。? 第七節(jié) 投影系統(tǒng) 如果光源僅給出光通量大小和發(fā)光體尺寸 dS ，那么對于平面發(fā)光的物體，發(fā)光強度（法線方向）和亮度為 0 22L dS I? ? ???（ 866） （ 867） （ 868） 0 /2I ???對于點光源的發(fā)光強度為 0 /4I ???垂軸放大率由銀幕尺寸對圖片尺寸之比確定，即 39。/yy? ? 。 投影物鏡的光學特性以放大率、視場、焦距和相對孔徑來表示。 焦距由下式計算出 239。39。 ( 1 ) 1Llf ?????? ? ?（ 869） 式中， L為物像間的共軛距。 視場角 39。? 滿足 39。39。 39。 39。(1 )yytg lf ?? ??? ? （ 870） 根據(jù)式（ 857），取光瞳放大率為 1，則相對孔徑為 / 39。 2( 1 ) 39。/D f E L? ???? （ 871） 返回 第七節(jié) 投影系統(tǒng) 二、投影物鏡的結構形式 投影系統(tǒng)類似于倒置的攝影系統(tǒng)。因此，普通攝影物鏡倒置使用時，均可用作為投影系統(tǒng)。例如匹茲伐爾型物鏡、天塞物鏡和雙高斯物鏡等。 在寬銀幕電影中，寬銀幕物鏡將銀幕加寬以使放映出來的景物對觀察者有更大的張角，從而給觀察者的真實感更強。但寬銀幕僅在寬度方向加大，而高度并無變化，即畫面在水平和垂直方向有不同的放大率，其比值稱為壓縮比 K ， /stK ??? ，通常取 1 .5 ~ 2 .0K ? 。 寬銀幕物鏡是在普通的攝影物鏡和投影物鏡前加一變