攝影係統及其物鏡的光學成像特性

正文

攝影係統及其物鏡的光學成像特性

攝影係統的工作原理

攝影係統主要由攝影鏡頭、可變光闌和感光底片三部分組成。攝影鏡頭將位於(yu) 無限遠或準無限遠的景物成像在感光底片上，可變光闌起到調節光能量以適應外界不同照明條件的作用。其係統結構如圖所示。

攝影係統中，可變光闌即為(wei) 係統的孔徑光闌，底片框為(wei) 視場光闌。為(wei) 保證軸外光束的像質，可變光闌的實際位置大致設在攝影物鏡的某個(ge) 空氣間隔中。孔徑光闌的形狀一般為(wei) 圓形，而視場光闌的形狀為(wei) 圓形或矩形等。

攝影物鏡的光學成像特性

攝影物鏡的光學成像特性主要由三個(ge) 參數決(jue) 定，即焦距 f' 、相對孔徑 D/f' 和視場角 2ω。

焦距 f'

物鏡的焦距決(jue) 定了物體(ti) 在接收器上成像的大小。用不同焦距的物鏡對同一位置物體(ti) 進行成像時,焦距越大,所得的像也越大。

為(wei) 滿足各種成像要求，物鏡焦距值相差很大，短的隻有幾毫米，長的達數十米。變焦鏡頭，當其焦距改變時，可以獲得不同放大倍率的像。

相對孔徑 D/f'

物鏡人瞳的直徑與(yu) 其焦距之比稱為(wei) 物鏡的相對孔徑，用 D/f' 表示。相對孔徑的大小決(jue) 定了特鏡的分辨率、像麵照度和成像質量。

攝影物鏡的分辨率用單位長度（1mm）內(nei) 可以分辨出的線對數N來表示.，攝影物鏡的理論分辨率完全由相對孔徑決(jue) 定，相對孔徑越大，鏡頭的分辨率就越高實際上，在視場邊緣，分辨率有所下降，再加上像差的影響，實際分辨率還會(hui) 更低。此外，物鏡的辨率還與(yu) 被攝物的對比度有關(guan) ，同一物鏡對不同對比度的目標（分辨率板）進行測試，其分辨率值不同。

依據光度學理論，攝影係統視場中心的像麵照度與(yu) 相對孔徑的平方成正比，相對孔徑越大，像麵照度越大。軸外像點的照度與(yu) 像方視場角ω'有關(guan) 。大視場物鏡視場邊緣的照度急劇下降。

在攝影物鏡的外鏡簡上標示有與(yu) 相對孔徑對應的數字。數字為(wei) 相對孔徑的倒數，俗稱為(wei) 光圈或光圈數F。

視場角 2ω

物鏡的視場角決(jue) 定了能在接收器上成良好像的空間範圍。當物鏡焦距一定時，視場角越大，成的像也越大。當接收器尺寸一定時，焦距越長，視場角越小。

決(jue) 定攝影物鏡特性的三個(ge) 參數之間，有著相互製約的關(guan) 係，這主要反映在像差的校正上。所謂像差，即光學係統成像時實際像與(yu) 理想像之間的差異。當物鏡的相對孔徑和視場角一定時，像差與(yu) 焦距成正比。但像差的容限並不因焦距的增大而放寬，所以必須減小相對孔徑的值，以滿足長焦距的要求。另外，對於(yu) 大相對孔徑的物鏡來說，同時要求大視場是難於(yu) 實現的。實際上，常根據物鏡的具體(ti) 用途滿足其主要的性能參數即可。

按照用途不同，攝影係統物鏡可分為(wei) 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五種。

在光電圖像轉換係統中，為(wei) 了充分利用物鏡的分辨率，物鏡的光譜特性應與(yu) 使用條件密切配。即要求物鏡的較高分辨率光線應與(yu) 照明波長、圖像轉換器件的接收波長相匹配，並使物鏡對該做長的光線的透過率盡可能地提高。

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