➢涂敷层在包层的外面。作用保护光纤不受水汽侵蚀和
机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。
一次涂敷层—丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶
涂
敷
缓冲层—性能较好的填充油膏
层 二次涂敷层—聚丙烯或尼龙等高聚物
• （二）光纤的种类
• 按折射率分布及光传输方式分：突变（阶跃）型 和渐变（梯度）型光纤。
• 突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变 的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通 讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小， 所以单模光纤都采用突变型。
• 视网膜：后室的内壁是一层由视神经细胞和神经纤维构 成 的膜，称为网膜或视网膜，它是眼睛的感光部分。
• 脉胳膜：也称黑衣。它的作用是吸收透过网膜的光线， 把后室变成一个暗室。
• 黄斑：位于视网膜上，四周略呈黄色，它的中心有一个 中心凹，此凹处是网膜上视觉最灵敏的区域，黄斑中心 与水晶体象方节点的连线，叫作眼睛的视轴。
• 标准镜头的视场角和人眼相当，可以拍出人眼看起来很自然的照 片，而不会在照片上附加任何感觉。
• 广角镜头具有更大的视场角，善于营造方向线，拍出的照片具有 空间延伸感。由于近大远小的透视效果，用于拍摄人物要注意人 物的变形。
• 鱼眼镜头是广角镜头的极端，它不满足理想的物像关系，而是具 有很大的负畸变，可以把180度甚至更大的视场摄入画面。
• 焦距为300至500mm甚至更长的远摄镜头是新闻报道、野生动物 摄影的重要创作工具。
• 一些镜头被称为快速镜头，它在同样焦距下具有更大的相对孔径， 因而可以以更短的曝光时间捕捉画面。
第六节 现代光学系统
• 一、光纤学系统 • 光纤：光导纤维，能将进入光纤一端的光线
传送到另一端。 • （一）结构
• 1、激光束的发散角
• 激光束的发散角、束腰位置是由激光谐振腔 和激光束的模式决定的。热透镜效应可能会改变 激光谐振腔的腔形，因此发散角和束腰的位置也 要随着改变
• 2、激光束的聚焦与准直
• （1）聚焦：采用短焦距透镜
• （2）准直：激光准直系统多采用二次透镜 变换形式，第一次透镜变换用来压缩高斯 光束的束腰半径，用短焦距透镜；第二次 使用较大焦距的变换透镜，用来减小高斯 光束的发散角。
• 光纤的结构
➢光纤由纤芯、包层、涂敷层组成。
➢纤芯位于光纤的中心部位。作用是传导光波。主要成
分是高纯度的二氧化硅。其余成分为极少量掺杂剂， 如五氧化二磷和二氧化锗。掺杂剂的作用是提高纤芯 的折射率。
➢包层也是含有少量掺杂剂的高纯度的二氧化硅。作用
是将光波限制在纤芯中传播。掺杂剂有氟或硼。这些 掺杂剂的作用是降低包层的折射率。

三、望远目镜
• 分类： • 惠更斯目镜 • 冉斯登目镜 • 对称目镜 • 艾弗尔目镜
四、反射式与折反式望远系统
• 常见反射式光学系统 • 牛顿 • 卡塞格尔 • 格里高利 • 常见折反式光学系统 • 结合了反射式和透射式的优点。 • 施密特光学系统 • 马克苏托夫光学系统
第五节 摄影系统
• 摄影系统：指把外界物体缩小成像于感光 胶片或光电器件光敏面上的光学系统。
n2 n02 1 a2r 2
光纤中 心的n
常数
光纤截面 的半径
• 梯度型光纤中的传播是一个非均匀介质中光线的传播， 其传播的简化方程为：
• 梯度型光纤折射率分布满足：y x B sinax
说明光线在介质中传播轨迹是正弦曲线。
• 梯度型光纤，又称自聚焦光纤，光线以某 一角度射 入光纤介质，逐渐折射到内侧，
• 远摄镜头具有把距离拉近的效果，并且由于景深小，可以突出画 面上的被摄主体，而使背景变得简洁。
• 焦距在70mm至100mm左右的镜头在远摄镜头家族中焦距算是短 的，特别适合拍摄人像特写，又叫人像镜头。
• 焦距在100mm至135mm的中等焦距远摄镜头在微距下特别善于 表现物体的细节与质感。
• 焦距在200mm左右的中长焦距远摄镜头常用于拍摄远处的新闻 画面，如报道体育比赛等。
Q
D
P
P
D
Q
视场光阑 F. S.的作用： 限制物面上能成像的范围 限制视场的大小
孔径光阑 A. S.的作用：
限制成像光束立体角 （口径）
控制到达像面的光能
L
Q
F.S
D
Q1
PF
F
P
Q1
Q
D
• 判断孔径光阑的方法：
• 1、求出所有光阑被它前面光组在系统物空间所 成像的位置及大小；
• 2、求出这些光阑像对轴上物点的孔径角（当物 在无限远时，确定所允许的孔径高度）；
• 包括：传统光学照相机、电视摄像机、 CCD摄像机和数码照相机等。
摄影光学系统的主要参数
焦距 相对孔径 视场角
决定像的大小：
远处
近处
大视场小：特写镜头，远 摄镜头
小视场大：全景镜头，广 角镜头
与像面照度有
关
焦距长时球差大，相对孔径 要小些
大：强光镜头 中等：普通镜头 小：弱光镜头
能摄入接收面的视场角，由 接收面大小决定
人眼
望远镜系统 照相系统
显微镜系统 投影系统
第一节 人的眼睛
• 一、人眼的结构
• （一）人眼的结构
• 巩膜：维持眼睛的一定形状，并可保护眼睛内部。
– 角膜：位于巩膜的前部，是一个凸形透明球面，厚度约为 0.55mm，折射率为1.3771，外界的光线首先通过角膜进入 眼睛。
– 前室：角膜后面的一部分空间称为前室，前室中充满了折 射率为1.3374的透明
• 明视觉：光亮度在几个cd/m2以上时正常人眼的 视觉。
• 暗视觉：光亮度在百分之几cd/m2以下时正常人 眼的视觉。
二、人眼的调节 （一）视度调节 可以看成是一个变焦距系统。人眼的焦 距可以根据物体的远近，通过改变眼中 水晶体的曲率半径，而自行调节，其调 节能力随年龄的增加而减弱。
近点和远 点的视度
– 液体，称为水状液， – 前室的深度 – 约为3.05mm。
• 水晶体：由多层薄膜构成的一个双凸透镜，中间较硬， 外层较软，借助于水晶体的周围肌肉的作用，可以使其 前表面的半径发生变化，以改变眼睛的焦距，使不同距 离的物体能成象在网膜上。
• 虹膜：是限制进入眼睛的光束口径，称为瞳孔。
• 后室：水晶体和视网膜之间的空隙称为后室，里面充满 了透明液体，叫作玻璃液。
是接收面的对角线长
• 摄影系统的分辨率：
• 根据光学系统的分辨率
，
像面上的最小辨距为
。
• 摄影系统的分辨率常用每毫米能区分的线 条数表示，即
• 对人眼最灵敏的555nm波长，
，
当然视场边缘的会有所降低。
• •
Cooke摄影物镜 • •
Tessar摄影物镜
双高斯摄影物镜
远距型摄影物镜 反远距摄影物镜 鱼眼物镜
（二）
三、
30～ 60分
10～20分 5分
10分
第二节 光学系统中光束的限制
一、光阑
系统中的一些固定或可变的带孔屏障或光学元 件的边缘——光阑
孔径光阑 光阑
视场光阑
D
M
PN
D

D
N
P M D
光阑（或其像）对入射光束的限制 光阑的像（或光阑）对共轭出射光束的• 渐变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐 变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模 间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本 较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
• （三）光纤的传光原理
• 1、阶跃型光纤的传光原理
• 阶跃型光纤利用全反射原理传输光，满足全反射条件的 光线在光纤内不断地被反射，从光纤的一端传播到另一 端，其传播途径为折线。
• 高斯光束
• 垂直于光波传播方向的电矢量的振幅呈高斯函数 分布的光束。
• （一）激光束的结构
• 激光束不同于普通的光束，其光束截面半径ω所 确定的光束截面边界的连线并不是直线，而是曲 线，光束截面半径ω随传播距离Z的变化是非线 性的，截面最小的位置称为激光束的束腰，对应 的半径是束腰半径ω0
• （二）激光束的传播特性
二、 显微镜系统的成像原理
三、显微系统的主要技术参数
如采用光电摄影器件(CCD)时的有效放大率： 4NA • d

CCD的像素 间距
第四节 望远系统
（二）分辨率和工作放大率
• 分辨率
1.22
D

D
瑞利判据 道威判据
人眼极限分辨角为60秒，因此，两物点满足：
60
与景深对应
五
用于显微镜瞄准、读数 和精密测量，消除景深
引起的测量误差
用于大地测量中的测距， 消除焦深引起的测量误
差
第三节 放大镜
（二）目视光学仪器的作用
• 1、扩大视角 • 人眼的分辨率有一定限制，如观察物的视
角小于人眼的极限分辨率，就要借助于目 视光学仪器来扩大物体的视角。 • 2、将物体成像在无穷远 • 人眼在正常情况下，无限远目标成像在视 网膜上，为使人眼在观察时不至于疲劳， 常将目标通过光学仪器后，成像在无限远。
• 盲斑：神经纤维的出口，无感光细胞，不能产生视返觉回。
• （二） 人眼的视觉
• 人眼视网膜中有两种感光细胞：
• 一种是杆体细胞，灵敏度高，能感受弱光刺激， 但不能分辨颜色和视场中的细节；
• 另一种是锥体细胞，灵敏度低，只能感受较亮的 物体，但能很好的区分颜色，辨别细节。
• 正常颜色视觉的人，视网膜中央向外围部分过渡， 锥体细胞减少，杆体细胞增多，对颜色的分辨能 力逐渐减弱，直到颜色的感觉消失。
• 3、比较得出其中最小孔径角（物在无限远时为 孔径高度最小）所对应光阑像的物就是系统的孔 径光阑。
• 例：2.1P38