攝影系統(tǒng)及其物鏡的光學(xué)成像特性

正文

攝影系統(tǒng)及其物鏡的光學(xué)成像特性

攝影系統(tǒng)的工作原理

攝影系統(tǒng)主要由攝影鏡頭蛔屹、可變光闌和感光底片三部分組成。攝影鏡頭將位于無限遠(yuǎn)或準(zhǔn)無限遠(yuǎn)的景物成像在感光底片上豁生，可變光闌起到調(diào)節(jié)光能量以適應(yīng)外界不同照明條件的作用兔毒。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

攝影系統(tǒng)中甸箱，可變光闌即為系統(tǒng)的孔徑光闌育叁，底片框?yàn)?mark class="span_mark" data-type="1">視場(chǎng)光闌。為保證軸外光束的像質(zhì)芍殖，可變光闌的實(shí)際位置大致設(shè)在攝影物鏡的某個(gè)空氣間隔中豪嗽。孔徑光闌的形狀一般為圓形，而視場(chǎng)光闌的形狀為圓形或矩形等龟梦。

攝影物鏡的光學(xué)成像特性

攝影物鏡的光學(xué)成像特性主要由三個(gè)參數(shù)決定隐锭，即焦距 f' 、相對(duì)孔徑 D/f' 和視場(chǎng)角 2ω计贰。

焦距 f'

物鏡的焦距決定了物體在接收器上成像的大小钦睡。用不同焦距的物鏡對(duì)同一位置物體進(jìn)行成像時(shí),焦距越大,所得的像也越大。

為滿足各種成像要求躁倒，物鏡焦距值相差很大荞怒，短的只有幾毫米，長(zhǎng)的達(dá)數(shù)十米樱溉。變焦鏡頭挣输，當(dāng)其焦距改變時(shí)，可以獲得不同放大倍率的像福贞。

相對(duì)孔徑 D/f'

物鏡人瞳的直徑與其焦距之比稱為物鏡的相對(duì)孔徑撩嚼，用 D/f' 表示。相對(duì)孔徑的大小決定了特鏡的分辨率挖帘、像面照度和成像質(zhì)量完丽。

攝影物鏡的分辨率用單位長(zhǎng)度（1mm）內(nèi)可以分辨出的線對(duì)數(shù)N來表示.，攝影物鏡的理論分辨率完全由相對(duì)孔徑?jīng)Q定拇舀，相對(duì)孔徑越大逻族，鏡頭的分辨率就越高實(shí)際上，在視場(chǎng)邊緣骄崩，分辨率有所下降聘鳞，再加上像差的影響，實(shí)際分辨率還會(huì)更低要拂。此外抠璃，物鏡的辨率還與被攝物的對(duì)比度有關(guān)，同一物鏡對(duì)不同對(duì)比度的目標(biāo)（分辨率板）進(jìn)行測(cè)試脱惰，其分辨率值不同搏嗡。

依據(jù)光度學(xué)理論，攝影系統(tǒng)視場(chǎng)中心的像面照度與相對(duì)孔徑的平方成正比拉一，相對(duì)孔徑越大采盒，像面照度越大。軸外像點(diǎn)的照度與像方視場(chǎng)角ω'有關(guān)蔚润。大視場(chǎng)物鏡視場(chǎng)邊緣的照度急劇下降磅氨。

在攝影物鏡的外鏡簡(jiǎn)上標(biāo)示有與相對(duì)孔徑對(duì)應(yīng)的數(shù)字。數(shù)字為相對(duì)孔徑的倒數(shù)嫡纠，俗稱為光圈或光圈數(shù)F烦租。

視場(chǎng)角 2ω

物鏡的視場(chǎng)角決定了能在接收器上成良好像的空間范圍决瞳。當(dāng)物鏡焦距一定時(shí)，視場(chǎng)角越大左权，成的像也越大皮胡。當(dāng)接收器尺寸一定時(shí)，焦距越長(zhǎng)赏迟，視場(chǎng)角越小屡贺。

決定攝影物鏡特性的三個(gè)參數(shù)之間，有著相互制約的關(guān)系锌杀，這主要反映在像差的校正上甩栈。所謂像差，即光學(xué)系統(tǒng)成像時(shí)實(shí)際像與理想像之間的差異糕再。當(dāng)物鏡的相對(duì)孔徑和視場(chǎng)角一定時(shí)量没，像差與焦距成正比。但像差的容限并不因焦距的增大而放寬突想，所以必須減小相對(duì)孔徑的值殴蹄，以滿足長(zhǎng)焦距的要求。另外猾担，對(duì)于大相對(duì)孔徑的物鏡來說袭灯，同時(shí)要求大視場(chǎng)是難于實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上绑嘹，常根據(jù)物鏡的具體用途滿足其主要的性能參數(shù)即可稽荧。

按照用途不同，攝影系統(tǒng)物鏡可分為普通攝影物鏡工腋、大孔徑攝影物鏡姨丈、廣角攝影物鏡、遠(yuǎn)攝物鏡和變焦距物鏡等五種擅腰。

在光電圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中蟋恬，為了充分利用物鏡的分辨率，物鏡的光譜特性應(yīng)與使用條件密切配惕鼓。即要求物鏡的較高分辨率光線應(yīng)與照明波長(zhǎng)筋现、圖像轉(zhuǎn)換器件的接收波長(zhǎng)相匹配唐础，并使物鏡對(duì)該做長(zhǎng)的光線的透過率盡可能地提高箱歧。

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