目镜应能沿轴向移动以进行视度调节
? ? ? ?
目镜视度调节的范围一般要求±5D（即±5屈光度），则目镜相对于分划板（视场光阑）的移动量为
x??5fe?21000（8-56）
目镜的工作距离必须大于目镜相对于分划板的最大移动量，以免目镜在移动时碰到分划板 电子目镜 ? ? ?
利用光学系统把物镜成的像成在感光元件上（CCD或CMOS） 分辨率根据需要从几十万到几百万像素
通过USB接口把接收到的图像传送到计算机中，在屏幕上进行观察，并可以保存和进行数字图像处理
第六节 摄影系统
?
摄影系统通常指传统（胶片）照相机、数码照相机（CCD或CMOS）、电影摄影机、电视摄像机等，是光学系统和感光元件的组合
1. 摄影物镜的光学特性
? ?
摄影物镜的光学参数包括焦距f ’、相对孔径D/f ’、视场角2ω等 1）焦距 ? ? ? ? ? ? ? ?
摄影物镜的焦距基本决定了像和实物的比例
由于垂轴放大率β = f ’/x，因此当物体距离不变时（即x不变），垂轴放大率（绝对值）与焦距f ’成正比
显微照相物镜的焦距只有几毫米 航空摄影物镜的焦距可达几米
普通135胶片（35mm胶片）相机的标准焦距为38~50mm
数码相机的感光元件（CCD或CMOS）的尺寸比普通胶片（36×24）小，因此数码相机标准镜头的焦距也要短
如尼康5700的2/3”CCD的感光面尺寸为8.8×6.6mm，其镜头的焦距为8.9～71.2mm，等效焦距为35～280mm 2）相对孔径 ? ? ? ?
摄影物镜的相对孔径用入瞳直径与焦距之比D/f ’表示，其值越大，物镜的理论分辨率和像面照度越高
摄影物镜利用可变光阑作为孔径光阑，用于控制曝光量，以适应被摄物体照度的变化 摄影物镜上用相对孔径的倒数即光圈数F来表示孔径的大小
3）视场
47
? 摄影物镜的视场用物方视场角表示。一般来说，摄影物镜的焦距越长，其视场角越小：
tan??? ? ? ? ?
? ?
h?f?（8-63）
式中，h’为接收器的最大横向尺寸
一般标准镜头的视场角（2ω）40°~50°，60°以上称为广角镜头 变焦物镜的物方视场角随焦距的改变而改变
摄影系统的分辨率用像面上所能分辨的2点间最小距离的倒数表示，与摄影物镜的分辨率和接收元件的分辨率有关 系统的分辨率为
4）分辨率
? ? ?
111??NNLNr（8-65）
式中，NL为物镜分辨率，Nr为接收器分辨率 在自然光照明下，物镜的分辨率为
NL?1475? ? ? ? ? ?
D?(mm?1)f?（8-66）
分辨率的单位是每mm的线对数 物镜相对孔径越大，分辨率越高
式（8-66）给出的是理论分辨率，由于摄影物镜是大像差系统，实际分辨率较理论分辨率要低许多
由于接收器的分辨率通常为每mm几十线对，与物镜的实际分辨率是匹配的
物镜有较大的相对孔径（1:2或更大）主要不是为了获得较高分辨率，而是为了获得较高像面照度
2.摄影物镜的景深
? ?
在明视距离观察照片时，焦距越短、入瞳直径越小、拍摄距离越远，则景深越大 景深在表现照片的艺术感染力上有很大作用
2. 摄影物镜的类型
? ? ? ? ?
摄影物镜属大视场、大孔径系统，既要校正轴上点像差，又要校正轴外点像差
摄影物镜的形式较多。双高斯物镜是不少标准镜头采用的结构 变焦距物镜的焦距可以在一定范围内连续变化
不仅在摄影系统，还包括望远系统、显微系统、投影系统等，变焦距物镜应用越来越广泛，甚至在某些领域几乎已经取代定焦距物镜 焦距的变化是通过一个或多个子系统的轴向移动、改变光组间隔来实现的
焦距范围38.5~151mm，2ω=40°，全长
48
第七节 投影系统
? ? ? ?
一个被照明的物体以一定的倍率投影成像在屏上，这种光学系统称为投影系统
投影系统类似倒置的摄影系统，如幻灯机、电影放映机、多媒体投影仪、缩微资料阅读机、测量投影仪等
描述投影系统的光学系统的参数主要有共轭距、工作距、放大率、视场、数值孔径等 共轭距 ? ?
共轭距L受到投影系统结构尺寸的限制 与放大率、焦距的关系为
L??? ? ?
f?(??1)2?（8-71）
共轭距有“齐焦”的要求，即当投影系统更换不同倍率的物镜时，不必重新调焦，即不同倍率的物镜应具有相同的共轭距
工作距 ? ? ?
工作距指物体到投影物镜第一面的距离
如果物体是图片之类的平面物体，则对于工作距没有特殊要求
而对于测量用投影系统来说，被投影物体往往是形状复杂的零件，对工作距有一定要求 放大率是关系到测量精度、孔径大小、观测范围和结构尺寸的重要参数
放大率越大，投影系统的测量精度越高，同时物镜所需孔径越大，而被投影范围越小，共轭距越长，相应的结构尺寸也越大 ?
目前，常用的投影系统物镜的放大率有10×、20×、50×、100×等 投影物镜的视场一般用物方线视场2y表示，它反映了被投影物体的观察范围
由于投影屏实际上就是投影物镜的视场光阑，所以投影系统的视场也常用投影屏的直径（像方视场）表示
? 放大率 ? ?
? 视场 ? ?
? 孔径
投影物镜的数值孔径与放大率的关系
投影物镜的孔径用数值孔径表示
第八节 光学系统外形尺寸计算
例1 万能工具显微镜主显微镜光学系统设计。已知：瞄准精度δ = 0.8μm（用叉丝瞄准），物方线视场2y = 8mm，物方工作距l1= -60mm，带有斯密特屋脊棱镜作为转像系统。求： （1）整个系统的像的坐标系； （2）总放大率；
（3）物镜、目镜放大率分配； （4）物镜数值孔径；
49
（5）物镜焦距；
（6）物镜通光孔径、孔径光阑直径、视场光阑直径； （7）目镜焦距和视场角； （8）出瞳距、出瞳直径；
（9）若目镜的视度调节为±5屈光度，求目镜的移动量。 解：
（1）设入射坐标系为左手系，则出射坐标系也为左手系，即出射坐标系与入射坐标系一致，得正立一致像。
??（2）总放大率应满足
???
其中，σ’是人眼在明视距离上所能分辨的最小距离，σ是物镜所能分辨的最小距离
由题意，σ = δ = 0.8μm；用叉丝瞄准时，瞄准精度为±10” ；为使眼睛长时间观察而不致疲劳，取瞄准精度为20”，有
250?20???4.8?10?6???30?0.8?10?34.8×10-6为把秒换算成弧度的单位
3）物镜、目镜放大率分配的方案可以有很多种。
考虑到物镜的工作距要求较大（60mm），为使总共轭距不致太大，物镜的倍率不宜取得过大。 另一方面，目镜的倍率也不宜取得过大，以免出瞳距过短，故取 β1= -3×， Γ2=10×
NA?（4）对于测量用显微镜可以按Γ = 300NA计算放大率和数值孔径的关系
?30??0.1300300（5）
显微系统的结构图
求物镜的焦距
?1??
f1x1∵l1?x1?f1
50