工程光学第四章1PPT课件.ppt

•实际光学系统与理想光学系统不同，其参与成像的光束宽度和成像范围需要限制:•(1) 自然限制：光学元件的有限尺寸；•(2) 人为限制：金属圈(框)或成像底片• 如何合理的选择成像光束是必须分析的问题光学系统不同，对参与成像的光束位置和宽度要求也不同• 以几种典型系统的简化模型为例来分析成像光束的选择，并通过对这些具体系统的分析来掌握合理选择成像光束的一般原则 照相系统的基本结构 成像系统：即镜头，对外界景物成像可变光圈：调节成像光束宽度和光能量底片架框：确定景物的成像范围在光学系统中，用于限制成像光束口径、或者限制成像范围的光孔或框，都统称为“光阑”　　一、光阑的概念一、光阑的概念1）孔径光阑：限制轴上物点孔径角大小，并有选择轴外物点成像光束位置作用的光阑例如照像系统中的光圈就是孔径光阑2）视场光阑：限制成像范围的光阑，例如照像系统中的底片框就是视场光阑二、光阑的作用二、光阑的作用1. 限制成像光束孔径角大小限制成像光束孔径角大小2. 限制和选择轴外点成象光束限制和选择轴外点成象光束3. 控制光通量控制光通量4. 挡掉杂散光挡掉杂散光孔径光阑：限制和选择成像光束，调节入射光能和像质；视场光阑：确定成像范围。

孔径光阑对入射光束有很直接的选择作用，对于轴上物点和轴外物点，其限制或选择作用不同孔径光阑对轴上点光束的限制： 孔径光阑的位于A和A’点差不多孔径光阑对轴外点光束的限制： 渐晕：由于实际透镜的有限口径尺寸，轴外点光束较之轴上点光束宽度小很多，导致像平面边缘部分成像比中心部分暗的现象渐晕光阑： 由于透镜的边框起到了“拦光”作用，产生渐晕，故称为渐晕光阑•孔径光阑经其前面的透镜或透镜组在物空间所成的像称为入射光瞳，简称入瞳，它是入射光束的入口•孔径光阑经其后面的透镜或透镜组在像空间所成的像称为出射光瞳，简称出瞳，它是出射光束的出口入瞳、出瞳及其共轭关系• 若孔径光阑位于光学系统的最前端，则孔径光阑就是入瞳；• 若孔径光阑位于光学系统的最后端，则孔径光阑就是出瞳•通过入瞳中心的光线称为主光线•对理想光学系统而言，主光线（或主光线的延长线）必通过入瞳、孔径光阑和出瞳的中心• 在照相系统中，总结如下几点（1）在照像系统中，根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的位置，其大致位置在照像物镜的某个空气间隔中，如图a,b,c所示（2）在照像光学系统中，感光底片的框子就是视场光阑。

3）孔径光阑的形状一般为圆形（光圈），而视场光阑的形状为圆形或矩形等 典型的双目望远镜系统是由一个物镜、一对转像棱镜、一个分划板和一组目镜构成的，如图4-7所示等效光学系统•当光学系统联用时，大多遵循光瞳衔接原则：前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合，否则会产生光束切割即前面系统的成像光束中有一部分将被后面的系统拦截，不再能够参与成像•双目望远镜系统与人眼联用，人眼的瞳孔就是入瞳因此，满足光瞳衔接原则的望远镜系统的出瞳应该位于目镜之后，而且应距离目镜最后一面有一段距离这段距离称为“出瞳距”•为了避免眼睫毛和目镜相接触而影响观察，出瞳距一般不短于6mm典型的双目望远镜系统有关光学数据如下：•　视角放大率：•　视场角：•　出瞳直径：•　出瞳距离：• 物镜焦距： f’=108mm• 目镜焦距： f2=18mm望远镜系统中成像光束的选择•　对望远系统，总结如下：　（1）两个光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则 （2）目视光学系统的出瞳在目镜外，且出瞳距不能短于6mm　（3）望远系统的孔径光阑大致在物镜左右，具体位置可根据尽量减小光学零件的尺寸和体积的考虑来设定。

　（4）可放分划板的望远系统中，分划板框是望远系统的视场光阑•显微镜系统的光束限制与分析 （自学）第四节 光学系统的景深主要内容:一.光学系统的空间像1.空间物点的平面像: 对准平面与景像平面,成像规则;2.光瞳对成像的作用: 透视失真3.视场对成像的影响: 景像畸变二. 光学系统的景深1.基本概念: 景深,远(近)景深度;2.景深的计算: 正确透视位置条件下;3.特殊情况讨论;一.光学系统的空间像理想光学系统:点物成点像;平面物成平面像;空间物成空间像.Ø垂轴平面内的物点成像: 完善成像于共轭像面内;Ø空间物点的平面像: 空间像点在景像平面内的投影;平面成像问题:1.基本概念:2. 景物(空间物点)景象(空间像点)Ø景像平面: 空间景物的成像平面,1. 或空间景象的投影平面;2.对准平面:3. 景像平面在物空间的共轭平面;景像平面A’B’对准平面AB2. 成像过程: 如图示Ø忽略入瞳的有限尺度清晰像点B1’Ø当入瞳具有一定尺度弥散斑a’b’PP’成像规则:(1)先投影后成像: 在物空间内，以入射光瞳中心为投影中心,以主光线为投影线,将空间点在对准平面上投影,再将投影点成像于景像平面;•(2)先成像后投影： 先将空间点完善成像于像空间。

在像空间内，以出射光瞳中心为投影中心，以主光线为投影线，将空间像点在景像平面上投影3. 光瞳对成像的作用: 透视失真:当入瞳中心沿轴位移时，景象位置也随之改变,且景象的变化和景物不成比例的现象 景像分离景像重合4. 视场对成像的影响: 景像畸变: 锥状光束在景像平面上的投影随光束轴线的倾角不同而变化,导致景象与景物不成比例的现象. 球状物体对应的所有主线形成锥状光束,其共轭光束亦为锥状光束.显然,不同轴线倾角的锥状光束在景像平面上投影(或截面) 不同.由光轴至边缘,投影由圆形变成椭圆形,且椭偏度逐渐增大.景像畸变二. 光学系统的景深1.基本概念:Ø景深: 在景像平面上能获得清晰成像的空间深度称为成像空间的深度. 即当入射光瞳一定时,在此空间深度内景物对一定分辨率的接收器可得清晰像.1.远景平面:能成清晰像得最远平面;2.近景平面:能成清晰像的最近平面;Ø远景深度:远景平面到对准平面的距离;Ø近景深度:近景平面到对准平面的距离;Ø景深:远景深度与近景深度之和.2. 景深的计算: 正确透视距离条件下;正确透视距离: 为了获得正确的空间感觉,而不发生景象歪曲,应使照片上的像点对眼睛的张角与直接观察该空间物点对眼睛的张角相等,符合这一条件的距离用D表示.。