工程光學第四章_光學系統(tǒng)中的光闌與光束限制

1、第一節(jié)第一節(jié) 光闌光闌 第二節(jié)第二節(jié) 照相系統(tǒng)的光闌照相系統(tǒng)的光闌 第三節(jié)第三節(jié) 望遠鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇 第四節(jié)第四節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析 第五節(jié)第五節(jié) 光學系統(tǒng)的景深光學系統(tǒng)的景深 第四章 光學系統(tǒng)中的光闌光學系統(tǒng)中的光闌(Stops) 以前主要討論以前主要討論理想光學系統(tǒng)的特性理想光學系統(tǒng)的特性：理想光學系：理想光學系 統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)點對點成像，而且可以對任意物以任統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)點對點成像，而且可以對任意物以任 意寬的光束給出某一定倍率的像。當共軛距一定時，意寬的光束給出某一定倍率的像。當共軛距一定時， 物的大小與像的大小

2、成比例。物的大小與像的大小成比例。 但實際光學系統(tǒng)的成像光束將會受到限制。但實際光學系統(tǒng)的成像光束將會受到限制。透鏡透鏡 的大小和像面的大小有限，從而限制了成像光束的寬的大小和像面的大小有限，從而限制了成像光束的寬 度和成像范圍。度和成像范圍。 透鏡的大小限制透鏡的大小限制A A點發(fā)出的成像光束的點發(fā)出的成像光束的孔徑角孔徑角， 底片的大小限制底片的大小限制成像范圍成像范圍，它們都是對光束的，它們都是對光束的 限制，稱為限制，稱為光闌光闌。 D D P D D P M N N M 結(jié)論：結(jié)論： 光闌（或其像）對入射光束的限制與光闌的像（或光闌）光闌（或其像）對入射光束的限制與光闌的像（或光闌）

3、 對其共軛出射光束的限制，兩者完全等價。對其共軛出射光束的限制，兩者完全等價。 如果任意入射線如果任意入射線PM與與 DD的邊框部分相交，的邊框部分相交， 其共軛出射線必被其共軛出射線必被DD 阻擋；同理，另一入射阻擋；同理，另一入射 線線PN能能“通過通過” DD， 其共軛出射線必能通過其共軛出射線必能通過 DD。 概述概述 一、光闌的概念一、光闌的概念 光闌光闌起限起限 制成像光束作制成像光束作 用的透光孔。用的透光孔。 孔徑光闌孔徑光闌限制軸上點成像光束限制軸上點成像光束 中邊緣光線的最大傾角（孔徑角）中邊緣光線的最大傾角（孔徑角） 視場光闌視場光闌限制物平面或物空間能限制物平面或物空間

4、能 被系統(tǒng)成像的最大范圍（視場）被系統(tǒng)成像的最大范圍（視場） 漸暈光闌漸暈光闌限制物空間軸外點發(fā)出限制物空間軸外點發(fā)出 的、本來能通過上述兩種光孔的成像的、本來能通過上述兩種光孔的成像 光束光束 消雜光光闌消雜光光闌限制雜散光（從視場外限制雜散光（從視場外 射入系統(tǒng)，或由鏡頭內(nèi)部的光學表面、射入系統(tǒng)，或由鏡頭內(nèi)部的光學表面、 金屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)金屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn) 生）生） 所有光所有光 學系統(tǒng)學系統(tǒng) 都有都有 二、光闌的位置二、光闌的位置 一般是在實像面或中間實像面上，也可以沒有一般是在實像面或中間實像面上，也可以沒有 視場光闌視場光闌 孔徑光闌孔徑光闌隨系統(tǒng)而

5、異，目視光學系統(tǒng)要求孔闌或孔闌的隨系統(tǒng)而異，目視光學系統(tǒng)要求孔闌或孔闌的 像一定要在外面，以與眼瞳重合；遠心光學系統(tǒng)要求孔像一定要在外面，以與眼瞳重合；遠心光學系統(tǒng)要求孔 闌在焦面上。其他無特殊要求的可以選擇。闌在焦面上。其他無特殊要求的可以選擇。 漸暈光闌漸暈光闌位置可選擇，以改善成像質(zhì)量，與視場光闌二者位置可選擇，以改善成像質(zhì)量，與視場光闌二者 必有其一必有其一 消雜光光闌消雜光光闌位置可選擇，以達到限制雜散光的目的，位置可選擇，以達到限制雜散光的目的， 也可以沒有也可以沒有 孔徑光闌孔徑光闌 A. S.的作用的作用： 限制成像光束限制成像光束口徑口徑 控制到達像面的光能控制到達像面的光能

6、 視場光闌視場光闌 F. S.的作用的作用： 限制物面上能成像的限制物面上能成像的范圍范圍 限制視場的大小限制視場的大小 L P Q D D SA. P Q P 1 Q Q F L F SF. D D P Q 1 Q 三三. .孔徑光闌和孔徑光闌和視場光闌視場光闌 第一節(jié)第一節(jié) 光闌光闌 1 1、孔徑光闌的定義和作用、孔徑光闌的定義和作用 一、孔徑光闌一、孔徑光闌 (Aperture Stops) 含義含義1 1：限制軸上物點成像光束孔徑角大小的光闌。限制軸上物點成像光束孔徑角大小的光闌。 限制成像光束和成像范圍限制成像光束和成像范圍 含義含義2 2：孔徑光闌的位置不同，但孔徑光闌的位置不同，

7、但都起到了對軸上物點成都起到了對軸上物點成 像光束寬度的限制作用像光束寬度的限制作用；只需相應的改變光闌大小，即可保；只需相應的改變光闌大小，即可保 證軸上物點成像光束的孔徑角不變。證軸上物點成像光束的孔徑角不變。 含義含義3 3：孔徑光闌的位置不同，則對應于孔徑光闌的位置不同，則對應于選擇軸外物點選擇軸外物點 發(fā)出光束的不同部分參與成像發(fā)出光束的不同部分參與成像。 （a a）物點有限遠）物點有限遠 L 1 M1 N1 M2 N2 2 （b b）物點無限遠）物點無限遠 孔徑光闌的定義：孔徑光闌的定義： 1 1）限制軸上物點成像光束孔徑角的大小（寬度）；）限制軸上物點成像光束孔徑角的大?。▽挾龋?/p>

8、； 2 2）選擇軸外物點成像光束的位置。）選擇軸外物點成像光束的位置。 D D P D D P M N N M 結(jié)論：光闌（或其像）對入射光束的限制與光闌結(jié)論：光闌（或其像）對入射光束的限制與光闌 的像（或光闌）對其共軛出射光束的限制，兩者的像（或光闌）對其共軛出射光束的限制，兩者 完全等價。完全等價。 如果任意入射線如果任意入射線PM與與 DD的邊框部分相交，的邊框部分相交， 其共軛出射線必被其共軛出射線必被DD 阻擋；同理，另一入射阻擋；同理，另一入射 線線PN能能“通過通過” DD， 其共軛出射線必能通過其共軛出射線必能通過 DD。 2 2、入射光瞳與出射光瞳、入射光瞳與出射光瞳( (E

9、ntrance and Exit pupils) Pupils： The image of the Aperture Stops 入射光瞳：入射光瞳：孔徑光闌經(jīng)其前面光學系統(tǒng)所成的像（物空間）孔徑光闌經(jīng)其前面光學系統(tǒng)所成的像（物空間） 出射光瞳：出射光瞳：孔徑光闌經(jīng)其后面光學系統(tǒng)所成的像（像空間）孔徑光闌經(jīng)其后面光學系統(tǒng)所成的像（像空間） 照相機鏡頭中的孔徑光闌照相機鏡頭中的孔徑光闌 F 孔徑光闌孔徑光闌 F 孔徑光闌孔徑光闌 孔闌、入瞳和出瞳之間的共軛關(guān)系可用下圖表示：孔闌、入瞳和出瞳之間的共軛關(guān)系可用下圖表示： 孔徑光闌、入瞳、出瞳三者之間互為共軛關(guān)系。孔徑光闌、入瞳、出瞳三者之間互為共軛

10、關(guān)系。 孔徑光闌、入瞳與出瞳孔徑光闌、入瞳與出瞳 1 L 2 L Q 1 Q 2 Q )U 2 Q 1 Q Q 2 Q 1 Q Q A y B A y B 出瞳出瞳 入瞳入瞳 孔徑孔徑 光闌光闌 ( U 1 1）入瞳：決定光學系統(tǒng)的物方光束的孔徑角。）入瞳：決定光學系統(tǒng)的物方光束的孔徑角。 2 2）出瞳：決定光學系統(tǒng)的像方光束的孔徑角。）出瞳：決定光學系統(tǒng)的像方光束的孔徑角。 3 3）孔徑光闌：實際起對光束限制作用的元件，決定了）孔徑光闌：實際起對光束限制作用的元件，決定了 入瞳、出瞳；三者互為物像關(guān)系。入瞳、出瞳；三者互為物像關(guān)系。 一個光學系統(tǒng)有若干個透光孔，其中哪一個是孔徑光闌？一個光學

11、系統(tǒng)有若干個透光孔，其中哪一個是孔徑光闌？ 是最前面的一個嗎？是最小的一個嗎？是最前面的一個嗎？是最小的一個嗎？ 何為孔闌要依當時條件而確定，物體的位置變了，何為孔闌要依當時條件而確定，物體的位置變了， 孔闌可能會變。當物體位置一定時，有一個光孔孔闌可能會變。當物體位置一定時，有一個光孔 最限制成像光束的寬（角）度最限制成像光束的寬（角）度孔闌孔闌 ? 3 3、關(guān)于孔徑光闌需要注意的幾個問題、關(guān)于孔徑光闌需要注意的幾個問題 (1)(1) 軸上物點的位置發(fā)生變化，孔徑光闌也會變化。軸上物點的位置發(fā)生變化，孔徑光闌也會變化。 追跡光線法：追跡光線法：過軸上物點的任一條近軸光線，求其在每過軸上物點的

12、任一條近軸光線，求其在每 個折射面的投射高度與實際口徑的比值，比值最大的折射個折射面的投射高度與實際口徑的比值，比值最大的折射 面的邊框為透鏡組的孔徑光闌。面的邊框為透鏡組的孔徑光闌。 (2)(2)幾個口徑一定的透鏡組合幾個口徑一定的透鏡組合： a、無限遠物點無限遠物點的孔徑光闌：求各個透鏡的像，的孔徑光闌：求各個透鏡的像， 最小的即為孔徑光闌最小的即為孔徑光闌 b、確定的軸上物點位置確定的軸上物點位置的孔徑光闌：的孔徑光闌： 成像張角比較法：成像張角比較法： 1 L 2 L Q 1 Q 2 Q )U 2 Q 2 L 1 Q Q A a. a. 將光學系統(tǒng)所有光闌（各個透鏡和光圈等），對其前面

13、將光學系統(tǒng)所有光闌（各個透鏡和光圈等），對其前面 的光學系統(tǒng)（物空間）成像，求像之大小和位置；的光學系統(tǒng)（物空間）成像，求像之大小和位置； b. b. 由物位置（軸上點）向各像邊緣、第一個透鏡邊緣分別由物位置（軸上點）向各像邊緣、第一個透鏡邊緣分別 作連線，求張角最小值即為入瞳，相應的共軛物為孔徑作連線，求張角最小值即為入瞳，相應的共軛物為孔徑 光闌；光闌； c. c. 孔徑光闌對后面光學系統(tǒng)（像空間）所成像即是出瞳。孔徑光闌對后面光學系統(tǒng)（像空間）所成像即是出瞳。 A A (3) (3) 孔徑光闌位置的安放原則：孔徑光闌位置的安放原則： a. a. 目視光學系統(tǒng)，出瞳與人眼瞳孔銜接目視光學系

14、統(tǒng)，出瞳與人眼瞳孔銜接（光瞳銜接原則）（光瞳銜接原則）； b. b. 投影計量光學系統(tǒng)，保證投影像的倍率不因物距變化；投影計量光學系統(tǒng)，保證投影像的倍率不因物距變化； c. c. 對軸外光束像差校正；對軸外光束像差校正； d.d. 各光學元件的口徑匹配。各光學元件的口徑匹配。 例例1：已知物點：已知物點A離透鏡離透鏡1的距離為的距離為-l1=30mm，透鏡，透鏡1的通光口徑的通光口徑D1=30mm,光光 孔孔2的直徑的直徑D2=22mm，像點，像點A離透鏡的距離離透鏡的距離l1 =60mm，透鏡與光孔之間距，透鏡與光孔之間距 離為離為d=10mm，試確定這個系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳和出瞳。，試確定

15、這個系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳和出瞳。 A B A B 1 2 解解：判斷孔徑光闌：判斷孔徑光闌：軸上物點的成像張角比較法軸上物點的成像張角比較法 1）透鏡）透鏡1框內(nèi)孔相對于前面光學系統(tǒng)的像與自身重合?？騼?nèi)孔相對于前面光學系統(tǒng)的像與自身重合。 2）光孔）光孔2相對于前面透鏡成像：相對于前面透鏡成像： 111 llf 2 11 22 2 222 2 60,3020; 10,2020 44 llf ldfl l DDDmm l 透鏡焦距： 光孔關(guān)于透鏡的像： ，； 像的大?。?20,20,10 22 lfdl A B A B 1 2 1 1 1 2 2 12 2 30 26.565 2 ( 30) 2

16、() 44 23.749 2 (3020) D Uarctg l arctg D Uarctg ll arctg 3）D1，D2對軸上物點對軸上物點A的張角：的張角： D2的張角最小，最能限制的張角最小，最能限制軸上物點軸上物點A的成像光束，的成像光束， 為入瞳，即光孔為入瞳，即光孔2為孔徑光闌，為孔徑光闌，U2為物方孔徑角。為物方孔徑角。 光孔光孔2后面無透鏡，孔徑光闌與出瞳重合，后面無透鏡，孔徑光闌與出瞳重合，U2為像方為像方 孔徑角。孔徑角。 1 )U 2 )U 2 2 (U 例例2：一個雙薄透鏡：一個雙薄透鏡L1，L2構(gòu)成的光學系統(tǒng)，構(gòu)成的光學系統(tǒng)， L1透鏡的焦透鏡的焦 距為距為 ，

17、通光口徑，通光口徑 ， L2透鏡的焦透鏡的焦 距為，距為， 通光口徑通光口徑 ， L2在在L1的后的后 面面50mm的位置處，的位置處，現(xiàn)一束平行于光軸的光射入現(xiàn)一束平行于光軸的光射入，1）試）試 判斷系統(tǒng)的孔徑光闌；判斷系統(tǒng)的孔徑光闌；2）求系統(tǒng)入瞳的大小和位置；）求系統(tǒng)入瞳的大小和位置；3） 求系統(tǒng)出瞳的大小和位置求系統(tǒng)出瞳的大小和位置 . mmf801mmD40 1 mmD40 2 mmf302 分析分析：該系統(tǒng)是一個沒有專設光闌的雙光組系統(tǒng)，故雙透：該系統(tǒng)是一個沒有專設光闌的雙光組系統(tǒng)，故雙透 鏡的邊框都可能是潛在的孔徑光闌，又根據(jù)題意要求射入鏡的邊框都可能是潛在的孔徑光闌，又根據(jù)題意

18、要求射入 系統(tǒng)的是平行光，故而孔徑光闌的判斷需要根據(jù)系統(tǒng)的是平行光，故而孔徑光闌的判斷需要根據(jù)物在無限物在無限 遠時的方法遠時的方法來加以分析，來加以分析，即將兩個透鏡的邊框都通過前面即將兩個透鏡的邊框都通過前面 的光組進行成像，各像的大小和位置可以根據(jù)高斯公式進的光組進行成像，各像的大小和位置可以根據(jù)高斯公式進 行計算。再根據(jù)入瞳判斷出孔徑光闌，而孔徑光闌經(jīng)過后行計算。再根據(jù)入瞳判斷出孔徑光闌，而孔徑光闌經(jīng)過后 面系統(tǒng)在像空間所成的像就為出瞳面系統(tǒng)在像空間所成的像就為出瞳. 1、將、將L1的邊框經(jīng)過前面的光學系統(tǒng)成像到系統(tǒng)的物空間，由的邊框經(jīng)過前面的光學系統(tǒng)成像到系統(tǒng)的物空間，由 于前面沒有

19、成像元件故于前面沒有成像元件故L1邊框的像邊框的像 就是自身，即就是自身，即 mmD401 1 L 2、將、將L2的邊框經(jīng)過前面的光學系統(tǒng)的邊框經(jīng)過前面的光學系統(tǒng)L1成像到系統(tǒng)的物空間，設成像到系統(tǒng)的物空間，設 像像 為，則由高斯公式有為，則由高斯公式有 1） 的位置：的位置： 2 L 2 L mml lfll 133 80 1 50 1 1 11 1 1 1111 即即 位于位于L1 右側(cè)約右側(cè)約133mm處處 2 L 解：解：（一）判斷系統(tǒng)的孔徑光闌（一）判斷系統(tǒng)的孔徑光闌 mmDy y l l y y 1072 50 133 20 21 1 1 1 1 1 2） 的大?。旱拇笮。?2 L

20、 3、比較兩個像、比較兩個像 的大小，并判斷入瞳及孔徑光闌的大小，并判斷入瞳及孔徑光闌 21 , DD 由于由于 故故 對入射光束起對入射光束起 到最大的限制作用，為系統(tǒng)入瞳，與入瞳到最大的限制作用，為系統(tǒng)入瞳，與入瞳 相對相對 應的透鏡應的透鏡L1的邊框即為系統(tǒng)的孔徑光闌。的邊框即為系統(tǒng)的孔徑光闌。 1 L mmDmmD10740 21 1 L （二）系統(tǒng)入瞳的大小及位置（二）系統(tǒng)入瞳的大小及位置 根據(jù)上面的分析可知，根據(jù)上面的分析可知， （或（或L1的邊框）的邊框）為系統(tǒng)為系統(tǒng) 入瞳，入瞳的大小為入瞳，入瞳的大小為40mm，位置與第一塊透鏡相重合，位置與第一塊透鏡相重合， 也可以說也可以說

21、L1即是孔徑光闌又是入瞳。即是孔徑光闌又是入瞳。 1 L （三）系統(tǒng)出瞳的大小及位置（三）系統(tǒng)出瞳的大小及位置 根據(jù)高斯公式及出瞳的定義有根據(jù)高斯公式及出瞳的定義有 1)出瞳的位置出瞳的位置 mml lfll 75 30 1 50 1 1 11 1 2 1222 2)出瞳的大小出瞳的大小 mmDy y l l y y 602 50 75 20 2 2 2 2 2 2 出 即系統(tǒng)的出瞳位于即系統(tǒng)的出瞳位于 右側(cè)處右側(cè)處75mm，口徑為，口徑為60mm 2 L 例例2：兩個薄透鏡：兩個薄透鏡 的口徑分別為的口徑分別為 ， 焦距分別為焦距分別為 ，在，在 之間距離之間距離 為為20mm處放入一個帶有

22、內(nèi)孔的光闌處放入一個帶有內(nèi)孔的光闌AB，內(nèi)孔的，內(nèi)孔的 直徑為直徑為 。L1L2間距為間距為50mm若物點位于前若物點位于前 方方120mm處，試判斷系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳及出瞳的處，試判斷系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳及出瞳的 大小及位置。大小及位置。 21,L LmmDmmD40,60 21 mmfmmf50,90 21 21,L L mmD60 3 2 L 分析：分析：本題是由三個元件構(gòu)成的光學系統(tǒng)，分別為成像本題是由三個元件構(gòu)成的光學系統(tǒng)，分別為成像 元件透鏡元件透鏡 ，及非成像元件光闌，及非成像元件光闌AB，每一個元件，每一個元件 都有一定的通光孔徑，并且物位于有限遠處，故孔徑光都有一定的通光孔

23、徑，并且物位于有限遠處，故孔徑光 闌的判斷可根據(jù)闌的判斷可根據(jù)有限遠處的方法有限遠處的方法進行判斷分析進行判斷分析 21,L L 例例3：兩個薄透鏡：兩個薄透鏡 的口徑分別為的口徑分別為 ， 焦距分別為焦距分別為 ，在，在 之間距離之間距離 為為20mm處放入一個帶有內(nèi)孔的光闌處放入一個帶有內(nèi)孔的光闌AB，內(nèi)孔的，內(nèi)孔的 直徑為直徑為 。L1L2間距為間距為50mm若物點位于若物點位于前前 方方120mm處，試判斷系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳及出瞳的處，試判斷系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳及出瞳的 大小及位置。大小及位置。 21,L LmmDmmD40,60 21 mmfmmf50,90 21 21,L L m

24、mD60 3 2 L 解：解：（一）判斷系統(tǒng)的孔徑光闌（一）判斷系統(tǒng)的孔徑光闌 25. 0 120 30 1 tgu 1、將、將 的邊框經(jīng)過前面的光學系統(tǒng)成像到系統(tǒng)的物空間，的邊框經(jīng)過前面的光學系統(tǒng)成像到系統(tǒng)的物空間， 由于前面沒有成像元件故由于前面沒有成像元件故 邊框的像邊框的像 就是自身，就是自身， 即即 ，若，若 對軸上物點的張角為對軸上物點的張角為 則有則有 1 L 1 L 1 L mmDD60 11 1 u1 L 1） 的位置：的位置：BA 2、將光闌、將光闌AB經(jīng)過前面的光學系統(tǒng)經(jīng)過前面的光學系統(tǒng) 成像到系統(tǒng)的物空成像到系統(tǒng)的物空 間，設其像為間，設其像為 則由高斯公式有則由高斯公

25、式有 1 L BA mml lfll 45 90 1 30 1 1 11 1 1 1111 2） 的大小：的大?。築A 即即 位于右側(cè)約位于右側(cè)約45mm處。處。 BA mmymmy y l l y y 90245 30 45 30 11 1 1 1 1 1 BA 即即 的孔徑大小為的孔徑大小為90mm 3）若）若 對軸上物點的張角為對軸上物點的張角為 ，則，則BA 2 u 27. 0 45120 45 2 tgu 2 L 3、將透鏡、將透鏡L2的邊框經(jīng)過前面的光學系統(tǒng)成像到系統(tǒng)的的邊框經(jīng)過前面的光學系統(tǒng)成像到系統(tǒng)的 物空間，設其像為物空間，設其像為 則則 1） 的位置：的位置： 2 L 即即

26、 位于位于L1右側(cè)約右側(cè)約112.5mm處處. 2 L mml lfll 5 .112 90 1 50 1 1 11 1 2 2122 mmymmy y l l y y 90245 50 5 .112 30 22 2 2 2 2 2 2） 的大小：的大?。?2 L 3）若）若 對軸上物點的張角為對軸上物點的張角為 ，則，則 2 L 3 u 19. 0 5 .112120 45 3 tgu 4、比較三個像、比較三個像 對軸上物點張角的大小，并對軸上物點張角的大小，并 判斷入瞳及孔徑光闌判斷入瞳及孔徑光闌 , 21 BALL 由于由于 ，顯然張角，顯然張角 最小，即最小，即 對入射光束起到最大的限

27、制作用，為系統(tǒng)對入射光束起到最大的限制作用，為系統(tǒng) 入瞳。與入瞳相對應的透鏡入瞳。與入瞳相對應的透鏡L2的邊框即為孔徑光闌。的邊框即為孔徑光闌。 19. 0,27. 0,25. 0 321 tgutgutgu 3 u 2 L （二）系統(tǒng)入瞳的大小及位置（二）系統(tǒng)入瞳的大小及位置 根據(jù)上面的分析可知，根據(jù)上面的分析可知， 為系統(tǒng)入瞳，則由前面為系統(tǒng)入瞳，則由前面 的分析中可以得到該系統(tǒng)入瞳的大小為的分析中可以得到該系統(tǒng)入瞳的大小為 ，位，位 于于L1 右側(cè)約右側(cè)約112.5mm處處 2 L mmD90 入 （三）系統(tǒng)出瞳的大小及位置（三）系統(tǒng)出瞳的大小及位置 根據(jù)出瞳的定義孔徑光闌根據(jù)出瞳的定義

28、孔徑光闌L2經(jīng)過后面系統(tǒng)所成的經(jīng)過后面系統(tǒng)所成的 像為出瞳，故透鏡像為出瞳，故透鏡L2邊框本身又為系統(tǒng)出瞳。邊框本身又為系統(tǒng)出瞳。 2 L mmD90 入 根據(jù)上面的分析可知，根據(jù)上面的分析可知， 為系統(tǒng)入瞳，則由前面為系統(tǒng)入瞳，則由前面 的分析中可以得到該系統(tǒng)入瞳的大小為的分析中可以得到該系統(tǒng)入瞳的大小為 ，位，位 于于L1 右側(cè)約右側(cè)約112.5mm處處 2 L mmD90 入 (3) (3) 孔徑光闌位置的安放原則：孔徑光闌位置的安放原則： a. a. 目視光學系統(tǒng)，出瞳與人眼瞳孔銜接目視光學系統(tǒng)，出瞳與人眼瞳孔銜接（光瞳銜接原則）（光瞳銜接原則）； b. b. 投影計量光學系統(tǒng)，保證投

29、影像的倍率不因物距變化；投影計量光學系統(tǒng)，保證投影像的倍率不因物距變化； c. c. 對軸外光束像差校正；對軸外光束像差校正； d.d. 各光學元件的口徑匹配。各光學元件的口徑匹配。 一般情況下，孔徑光闌的位置要根據(jù)一般情況下，孔徑光闌的位置要根據(jù)是否有利于改是否有利于改 善軸外點的成像質(zhì)量、縮小系統(tǒng)的外型尺寸、鏡頭的結(jié)善軸外點的成像質(zhì)量、縮小系統(tǒng)的外型尺寸、鏡頭的結(jié) 構(gòu)設計、使用方便程度等多種因素綜合考慮構(gòu)設計、使用方便程度等多種因素綜合考慮；孔徑光闌；孔徑光闌 的大小要根據(jù)軸上點所要求的最大孔徑角所對應的邊緣的大小要根據(jù)軸上點所要求的最大孔徑角所對應的邊緣 光線在光闌面上的投射高度來決定；

30、而系統(tǒng)中其它元件光線在光闌面上的投射高度來決定；而系統(tǒng)中其它元件 的通光直徑則是根據(jù)邊緣視場點的成像光束大小和軸上的通光直徑則是根據(jù)邊緣視場點的成像光束大小和軸上 點邊緣光線無阻攔通過的原則來加以確定。點邊緣光線無阻攔通過的原則來加以確定。 孔徑光闌的位置孔徑光闌的位置在某些光學系統(tǒng)中有特定的要求，在某些光學系統(tǒng)中有特定的要求， 如目視光學系統(tǒng)的孔徑光闌或其像一定要在光學系統(tǒng)之如目視光學系統(tǒng)的孔徑光闌或其像一定要在光學系統(tǒng)之 外，以便能夠使眼睛的瞳孔與之相重合，達到較好的觀外，以便能夠使眼睛的瞳孔與之相重合，達到較好的觀 察效果。此外在考慮目視光學系統(tǒng)（如放大鏡、望遠鏡察效果。此外在考慮目視光

31、學系統(tǒng)（如放大鏡、望遠鏡 等）的光束限制時，一定要把眼睛的瞳孔作為整個系統(tǒng)等）的光束限制時，一定要把眼睛的瞳孔作為整個系統(tǒng) 的一個光孔元件加以考慮。的一個光孔元件加以考慮。 理想光學系統(tǒng)：主光線必然通過入瞳及出瞳的中心理想光學系統(tǒng)：主光線必然通過入瞳及出瞳的中心。 4、主光線（、主光線（Chief ray）：）： 1 L 2 L Q 1 Q 2 Q 2 Q 1 Q Q 2 Q 1 Q Q A B A C B 出瞳出瞳 入瞳入瞳 孔徑光闌孔徑光闌 定義：定義：離軸物點離軸物點發(fā)出的、通過孔徑光闌中心的光線。發(fā)出的、通過孔徑光闌中心的光線。 主光線是主光線是通過孔徑光闌通過孔徑光闌、并、并參與成像

32、的物光束參與成像的物光束的的中心光線中心光線。 二、視場光闌二、視場光闌 (Field Stops) 1 1、視場光闌、視場光闌: : 定義：定義：在物在物/ /像面上安放的、限定光學系統(tǒng)成像范圍的光闌。像面上安放的、限定光學系統(tǒng)成像范圍的光闌。 物方視場：能夠清晰成像的物面范圍；物方視場：能夠清晰成像的物面范圍； 像方視場：相應的能夠清晰成像的像面范圍；像方視場：相應的能夠清晰成像的像面范圍； 2 2、入射窗與出射窗、入射窗與出射窗 入射窗：入射窗：視場光闌經(jīng)其前面光學系統(tǒng)所成的像（物空間）視場光闌經(jīng)其前面光學系統(tǒng)所成的像（物空間） 出射窗：出射窗：視場光闌經(jīng)其后面光學系統(tǒng)所成的像（像空間）

33、視場光闌經(jīng)其后面光學系統(tǒng)所成的像（像空間） 物方視場角物方視場角2 像方視場角像方視場角2 3 3、視場光闌、入射窗與出射窗三者互為物象關(guān)系。、視場光闌、入射窗與出射窗三者互為物象關(guān)系。 物方線視場物方線視場2y 像方線視場像方線視場2y 長度度量：長度度量： 角度度量：角度度量： 物方視場角物方視場角2 像方線視場像方線視場2 4.4.視場表示方法：視場表示方法： 孔闌孔闌 PP 出瞳出瞳 入瞳入瞳 出窗出窗 入窗入窗 視場光闌視場光闌 主光線主光線 主光線主光線 5.5.確定視場光闌的方法：確定視場光闌的方法： 討論條件：討論條件： 孔闌、入瞳、出瞳均為無窮?。ㄌ厥馇闆r），孔闌、入瞳、出瞳

34、均為無窮?。ㄌ厥馇闆r）， 軸上軸外物點均只有一條主光線經(jīng)過光學系統(tǒng)成像。軸上軸外物點均只有一條主光線經(jīng)過光學系統(tǒng)成像。 1）首先用尋找入瞳、孔闌的方法尋找到入瞳、孔闌。）首先用尋找入瞳、孔闌的方法尋找到入瞳、孔闌。 2）將所有）將所有除孔闌外除孔闌外的光孔經(jīng)其前方光組成像到物空間，求的光孔經(jīng)其前方光組成像到物空間，求 出每個光孔像的位置和大小。出每個光孔像的位置和大小。 3）各）各光孔像光孔像中，對中，對入瞳中心張角入瞳中心張角最小者，像本身為入射窗，最小者，像本身為入射窗， 像對應的實際光孔即為視闌。視闌經(jīng)過后方光組成在像空像對應的實際光孔即為視闌。視闌經(jīng)過后方光組成在像空 間的像即為出射窗

35、。間的像即為出射窗。 5.5.確定視場光闌的方法：確定視場光闌的方法： 孔徑光闌和視場光闌的區(qū)別：孔徑光闌和視場光闌的區(qū)別： n孔徑光闌和視場光闌是光學系統(tǒng)中起重要作用的兩種光闌，孔徑光闌和視場光闌是光學系統(tǒng)中起重要作用的兩種光闌， 但二者所起作用不同，但二者所起作用不同，前者主要限制成像光束的孔徑，即決前者主要限制成像光束的孔徑，即決 定像的照度；后者決定視場，即物體被成像的范圍。定像的照度；后者決定視場，即物體被成像的范圍。 n孔徑光闌縮小時，每一物點成像光束孔徑角變小，像面照度孔徑光闌縮小時，每一物點成像光束孔徑角變小，像面照度 減小，但成像范圍不變減小，但成像范圍不變 n 視場光闌縮小

36、時，成像范圍變小，但能成像物點的孔徑角視場光闌縮小時，成像范圍變小，但能成像物點的孔徑角 不變，即像的照度不變。不變，即像的照度不變。 n 孔徑光闌是對一定位置的物體而言的，而視場光闌是對一定孔徑光闌是對一定位置的物體而言的，而視場光闌是對一定 位置的孔徑光闌而言的位置的孔徑光闌而言的，當孔徑光闌位置改變時，原來的視當孔徑光闌位置改變時，原來的視 場光闌將可能被另外的光孔所代替。場光闌將可能被另外的光孔所代替。 視場光闌的位置是相對固定的，其設置原則：視場光闌的位置是相對固定的，其設置原則： n盡量使入窗與物面重合，或像平面與出窗重合盡量使入窗與物面重合，或像平面與出窗重合 不產(chǎn)生漸暈的必要條

37、件不產(chǎn)生漸暈的必要條件。 n視場光闌總是設置在系統(tǒng)的物面、實像平面或中視場光闌總是設置在系統(tǒng)的物面、實像平面或中 間實像平面上。間實像平面上。 如顯微鏡、望遠鏡、照相機等都是安置在像如顯微鏡、望遠鏡、照相機等都是安置在像 面上，投影儀、放映機則位于物面上，視場光闌面上，投影儀、放映機則位于物面上，視場光闌 的大小分別為像面大小或是物面大小，個別儀器的大小分別為像面大小或是物面大小，個別儀器 除外（如放大鏡和伽利略望遠鏡等）除外（如放大鏡和伽利略望遠鏡等） 照相機照相機 書寫式投影儀書寫式投影儀 顯微鏡、望遠鏡顯微鏡、望遠鏡 漸暈光闌漸暈光闌 三、漸暈光闌三、漸暈光闌（Vignetting st

38、op） 透鏡邊框起到透鏡邊框起到“攔光攔光”的作用的作用 （漸暈光闌漸暈光闌） 1、漸暈現(xiàn)象（、漸暈現(xiàn)象（像平面的邊緣比中間暗像平面的邊緣比中間暗）：）： 軸外點發(fā)出的充滿入瞳的光被透鏡的通光口徑軸外點發(fā)出的充滿入瞳的光被透鏡的通光口徑 所攔截的現(xiàn)象（所攔截的現(xiàn)象（軸上與軸外點成像光束大小不同的現(xiàn)象軸上與軸外點成像光束大小不同的現(xiàn)象） 漸暈的優(yōu)點：漸暈的優(yōu)點：提高像質(zhì)，減小橫向尺寸。提高像質(zhì)，減小橫向尺寸。 漸暈的缺點漸暈的缺點：降低軸外點像面照度，能量減少。：降低軸外點像面照度，能量減少。 A A、當一個光學系統(tǒng)無視場光闌時：、當一個光學系統(tǒng)無視場光闌時： 將所有光孔投射到第一個光孔的物空間

39、，對入瞳中心張角將所有光孔投射到第一個光孔的物空間，對入瞳中心張角 最小的那個光孔的最小的那個光孔的“像像”所共軛的光孔稱漸暈光闌；所共軛的光孔稱漸暈光闌； 將所有的光孔投射到最后一個光孔的像空間，對出瞳中心將所有的光孔投射到最后一個光孔的像空間，對出瞳中心 張角最小的那個光孔張角最小的那個光孔“像像”所共軛的光孔稱漸暈光闌；所共軛的光孔稱漸暈光闌； 孔徑光闌無限小時，漸暈光闌直接限制成像范圍，過去孔徑光闌無限小時，漸暈光闌直接限制成像范圍，過去 也稱為也稱為“視場光闌視場光闌”，其像為，其像為“入射窗入射窗”、“出射窗出射窗”。 B B、當一個系統(tǒng)有視場光闌時：、當一個系統(tǒng)有視場光闌時： 也

40、可能有漸暈光闌，此時漸暈光闌起到攔光的作用。也可能有漸暈光闌，此時漸暈光闌起到攔光的作用。 2 2、漸暈光闌的作用、漸暈光闌的作用：參與限制成像光束及成像范圍參與限制成像光束及成像范圍 用什么來描述漸用什么來描述漸 暈程度？暈程度？ 3 3、漸暈系數(shù)、漸暈系數(shù) 透鏡邊框起到透鏡邊框起到“攔光攔光”的作用的作用 面漸暈系數(shù)：面漸暈系數(shù)： 線漸暈系數(shù)：線漸暈系數(shù)： 漸暈系數(shù)漸暈系數(shù): 面漸暈系數(shù)面漸暈系數(shù)= =軸外點光束在入瞳上的截面積入瞳面積軸外點光束在入瞳上的截面積入瞳面積 線漸暈系數(shù)線漸暈系數(shù)= =軸外點光束在入瞳上的高度入瞳直徑軸外點光束在入瞳上的高度入瞳直徑 攔光系數(shù)為（攔光系數(shù)為（1-

41、k)1-k) D Dw w為斜光束在入射光瞳平面上垂直于光軸方向的寬度為斜光束在入射光瞳平面上垂直于光軸方向的寬度 D D k p A A A k 3 3、漸暈系數(shù)、漸暈系數(shù) 4、漸暈現(xiàn)象產(chǎn)生原因：、漸暈現(xiàn)象產(chǎn)生原因： 入射窗與物平面不重合產(chǎn)生漸暈入射窗與物平面不重合產(chǎn)生漸暈 1 1）以以AB1AB1為半徑的圓形區(qū)域：為半徑的圓形區(qū)域： B1B1點是由入射光瞳的下邊緣點是由入射光瞳的下邊緣P2P2與入射窗的下邊緣與入射窗的下邊緣M2M2的的 連線與物平面的交點。在這個區(qū)域內(nèi)每個點均以充滿入射連線與物平面的交點。在這個區(qū)域內(nèi)每個點均以充滿入射 光瞳的全部光束成象。光瞳的全部光束成象。 2 2）以

42、以B1B2B1B2繞光軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的環(huán)形區(qū)域：繞光軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的環(huán)形區(qū)域： B2B2點是由入射光瞳中心點是由入射光瞳中心P P和入射窗的下邊緣和入射窗的下邊緣M2M2的連線的連線 與物平面相交確定的。在此區(qū)域內(nèi)，已不能使所有點以與物平面相交確定的。在此區(qū)域內(nèi)，已不能使所有點以 充滿入射光瞳的光束通過光學系統(tǒng)成象，這就是軸外點充滿入射光瞳的光束通過光學系統(tǒng)成象，這就是軸外點 的漸暈。的漸暈。 在物面上的整個成像范圍內(nèi)，隨著成像光束的不同，在物面上的整個成像范圍內(nèi)，隨著成像光束的不同， 可分為三個區(qū)域：可分為三個區(qū)域： 由由B1B1到到B2B2點，線漸暈系數(shù)由點，線漸暈系數(shù)由1 1降到降到

43、0.50.5 線漸暈系數(shù)為線漸暈系數(shù)為1 1 3 3）以以B2B3B2B3繞光軸旋轉(zhuǎn)一周所得到的環(huán)形區(qū)域：繞光軸旋轉(zhuǎn)一周所得到的環(huán)形區(qū)域：點點B3B3是由入射是由入射 光瞳的上邊緣光瞳的上邊緣P1P1和入射窗的下邊緣的連線和物平面相交確定和入射窗的下邊緣的連線和物平面相交確定 的。的。 由由B2B2點到點到B3B3點，線漸暈系數(shù)由點，線漸暈系數(shù)由0.50.5降到降到0 0。 例例6 6：有一光闌其孔徑為有一光闌其孔徑為2.52.5厘米，位于透鏡前厘米，位于透鏡前1.51.5厘厘 米處，透鏡焦距為米處，透鏡焦距為3 3厘米，孔徑厘米，孔徑4 4厘米。長為厘米。長為1 1厘米的厘米的 物位于光闌前

44、物位于光闌前6 6厘米處，厘米處， 求：求：（1 1）入射光瞳和出射光瞳的位置及大小）入射光瞳和出射光瞳的位置及大小 （2 2）像的位置，并作圖）像的位置，并作圖 因光闌前無透鏡，直接比較光闌及透鏡對物因光闌前無透鏡，直接比較光闌及透鏡對物 的張角，可知光闌即入射光瞳。出射光瞳是這光的張角，可知光闌即入射光瞳。出射光瞳是這光 闌被其后面透鏡所成的像。闌被其后面透鏡所成的像。 解：解： 光闌光闌 ( 入瞳入瞳 ) P Q Q P F y y 瞳出瞳出 O fll 111 已知：已知：l = -1.5 cm，f = 3cm cml3 2 5 . 1 3 ln l n y y cmyy525 . 2

45、 (1) 出射光瞳的位置出射光瞳的位置 (1) 光闌光闌 ( 入瞳入瞳 ) P Q Q P F y y 瞳出瞳出 O (2) 像的位置像的位置: : fll 111 cml5 已知：已知：l = - ( 6 +1.5 ) cm，f = 3cm 第二節(jié)第二節(jié) 照相系統(tǒng)中的光闌照相系統(tǒng)中的光闌 一、照相機的三個組成部分一、照相機的三個組成部分 鏡頭、可變光闌（孔徑光闌）、感光底片鏡頭、可變光闌（孔徑光闌）、感光底片/ /暗盒（視場光闌）暗盒（視場光闌） 軸上物點：軸上物點：孔徑光闌在不同孔徑光闌在不同 位置，對成像光束寬度的限位置，對成像光束寬度的限 制作用相同：都是光束的中制作用相同：都是光束的

46、中 間部分參與成像。間部分參與成像。 軸外物點：軸外物點：孔徑光闌孔徑光闌在在 不同位置，參與成像光不同位置，參與成像光 束的空間位置不同，成束的空間位置不同，成 像質(zhì)量不同。像質(zhì)量不同。 軸外光束決定軸外光束決定 孔徑光闌的位置孔徑光闌的位置 假設：透鏡口徑足夠大假設：透鏡口徑足夠大 M N M N A A 1、漸暈現(xiàn)象：、漸暈現(xiàn)象：像平面的像平面的邊緣邊緣比中間暗比中間暗（離軸物點）（離軸物點）。 2、漸暈系數(shù)、漸暈系數(shù): D D K 透鏡邊框起到透鏡邊框起到“攔光攔光”的作用。的作用。 二、漸暈現(xiàn)象二、漸暈現(xiàn)象 透鏡邊框起到透鏡邊框起到“攔光攔光”的作用的作用 三、照相系統(tǒng)的光闌總結(jié)三、

47、照相系統(tǒng)的光闌總結(jié) 3 3、感光底片邊框，即視場光闌；、感光底片邊框，即視場光闌； 1 1、根據(jù)軸外光束的像質(zhì)選擇孔徑光闌位置；、根據(jù)軸外光束的像質(zhì)選擇孔徑光闌位置； 2 2、軸外點成像光束寬度取決于孔徑光闌、漸暈光闌均有關(guān)；、軸外點成像光束寬度取決于孔徑光闌、漸暈光闌均有關(guān)； 4 4、孔徑光闌一般為圓形，視場光闌為圓形或者矩形。、孔徑光闌一般為圓形，視場光闌為圓形或者矩形。 孔徑光闌在物鏡中的位置孔徑光闌在物鏡中的位置 說明：入瞳大小的確定說明：入瞳大小的確定 n入瞳大小是由光學系統(tǒng)對成像光能量的要求或者對物體入瞳大小是由光學系統(tǒng)對成像光能量的要求或者對物體 細節(jié)的分辨能力的要求確定的。細節(jié)

48、的分辨能力的要求確定的。 n相對孔徑相對孔徑：入瞳直徑和焦距之比。：入瞳直徑和焦距之比。表示入瞳大小表示入瞳大小。 n在照相系統(tǒng)中，以在照相系統(tǒng)中，以光闌指數(shù)光闌指數(shù)（ F F數(shù)，俗稱光圈）來表示數(shù)，俗稱光圈）來表示 入瞳大小，是相對孔徑的倒數(shù)。入瞳大小，是相對孔徑的倒數(shù)。 n顯微物鏡的入瞳用數(shù)值孔徑表示。顯微物鏡的入瞳用數(shù)值孔徑表示。 D f F f D 11 sinUnNA 相對孔徑相對孔徑 光圈指數(shù)（光圈指數(shù)（F數(shù)）數(shù)） fD/ D f / 1,物鏡膠合透鏡.2,下棱鏡.3,上棱鏡.4,玻璃窗.5,感光屏.6,熒光粉.7,分劃板.8,目 鏡組.9,橙色濾光鏡.所有玻璃組:玻璃目鏡第一五透

49、鏡.目鏡后膠合透鏡.目鏡 前膠合透鏡.物鏡第一透鏡.物鏡第二透鏡. 目視光學系統(tǒng)的目視光學系統(tǒng)的視角放大率：視角放大率： 遠處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對眼睛張角遠處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對眼睛張角 的正切，與該的正切，與該 物體直接對眼睛張角物體直接對眼睛張角 的正切之比。的正切之比。 tan tan *概念區(qū)別：角放大率概念區(qū)別：角放大率 1 2 tan tan f f 復習：第二章復習：第二章 第三節(jié)第三節(jié) 望遠鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇 一、雙目望遠鏡的組成一、雙目望遠鏡的組成 1 1、構(gòu)成、構(gòu)成 轉(zhuǎn)像轉(zhuǎn)像 物鏡、目鏡的物鏡、目鏡的 共同焦面上共同焦面上 2、光學參數(shù)、光學參

50、數(shù) 6 o 28 30視覺放大率視覺放大率： 視場角：視場角： 108mmf 物 18mmf 目 物鏡焦距：物鏡焦距： 目鏡焦距：目鏡焦距： 5mmD 出瞳直徑：出瞳直徑： 11mm z l 出瞳距離：出瞳距離： 望遠鏡系統(tǒng)簡化圖望遠鏡系統(tǒng)簡化圖 D D f 物 f 目 與人眼聯(lián)用與人眼聯(lián)用, 滿足滿足光瞳銜接原則光瞳銜接原則 D D f 物 f 目 分劃板 望遠鏡系統(tǒng)簡化圖望遠鏡系統(tǒng)簡化圖 分劃板 分劃板的作用：分劃板的作用： 3、分劃板、分劃板 分劃板位于物、目兩鏡的共同焦面上：分劃板位于物、目兩鏡的共同焦面上： 入射窗、出射窗均在無窮遠處，入射窗、出射窗均在無窮遠處， 分別與物、像面重合

51、。分別與物、像面重合。 tan tan f f 物 目 ffD Df f 物物 目 目 D D 30mmD D 望遠鏡系統(tǒng)簡化圖望遠鏡系統(tǒng)簡化圖 D D f 物 f 目 出出 瞳瞳 入入 瞳瞳 視場光闌視場光闌 1）物鏡的左側(cè)）物鏡的左側(cè)10mm； 2）物鏡上；）物鏡上； 3）物鏡右側(cè)）物鏡右側(cè)10 mm 。 2 2、孔徑光闌的位置：、孔徑光闌的位置： 二、望遠鏡系統(tǒng)中的光束限制二、望遠鏡系統(tǒng)中的光束限制 1 1、光瞳銜接原則：、光瞳銜接原則： 前面系統(tǒng)的出瞳與后面系統(tǒng)的入瞳重合。前面系統(tǒng)的出瞳與后面系統(tǒng)的入瞳重合。 追跡主光線追跡主光線 的投射高度的投射高度 1 1）光闌在物鏡的左側(cè)）光闌在

52、物鏡的左側(cè)10mm10mm： oo o oo tg(4.25 )10mm tg(4.25 )0.75mm tg(4.25 )8mm 0.75 tgtg(4.25 )tg(4.25 ) 108 tg()tg9.25mm tg 20. zz z z zzz zz zz hl hyf h U f hhd UhffU hh tgUtgUU ff lhtgU 物 分物 物 物 物 目目物物物物物 目目 目目物 目目 目目 ； ； ； ； 5mm. tantan k kk k h UU f 111 tan kkkk hhdU 正切計算法正切計算法 oo o oo o tg(4.25 )0tg(4.25 )

53、0 tg(4.25 )8mm tgtg(4.25 )tg(4.25 ) tg0()tg(4.25 )9.36mm tg 21mm zz z z zz zz zz hl hyf h U f hhdUff hh tgUtgUU ff lhtgU 物 分物 物 物 物 目目物物物 目目 目目物 目目 目目 ； ； ； ； 2）光闌在物鏡上：）光闌在物鏡上： tantan k kk k h UU f 111 tan kkkk hhdU 正切計算法正切計算法 3 3）光闌在物鏡右側(cè)）光闌在物鏡右側(cè)10mm10mm： oo ztg( 4.25 )11 tg(4.25 )0.82mm z hl 物 8mm

54、z h 分 9.51mm z h 目 21.3mm z l z 111 11mm 10108 z l l 111 z llf 物 tantan k kk k h UU f 111 tan kkkk hhdU 正切計算法正切計算法 80 三、望遠鏡系統(tǒng)光束限制的總結(jié)三、望遠鏡系統(tǒng)光束限制的總結(jié) 1 1、兩光學系統(tǒng)聯(lián)用時，一般應滿足、兩光學系統(tǒng)聯(lián)用時，一般應滿足光瞳銜接原則光瞳銜接原則； 2 2、目視光學系統(tǒng)的出瞳一般在外，且、目視光學系統(tǒng)的出瞳一般在外，且不小于不小于6mm6mm； 4 4、分劃板就是視場光闌分劃板就是視場光闌。 3 3、孔徑光闌大致在物鏡左右孔徑光闌大致在物鏡左右； 4 4、光

55、闌位置對軸外光束位置的選擇、光闌位置對軸外光束位置的選擇 (1) (1) (2)(3) (3) (2) 第四節(jié)第四節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析 一、簡單顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制一、簡單顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制 1、顯微鏡系統(tǒng)的構(gòu)成顯微鏡系統(tǒng)的構(gòu)成 二、遠心光路二、遠心光路 1、孔徑光闌在物鏡上、孔徑光闌在物鏡上 (a) (a) 測距原理：測距原理： (b) (b) 調(diào)焦不準：調(diào)焦不準： 2) 2) 由于調(diào)焦不精確，引由于調(diào)焦不精確，引 起像平面和標尺平面起像平面和標尺平面 不重合，從而導致測不重合，從而導致測 量誤差。量誤差。 1) 1) 入瞳與物鏡邊框重合；入瞳與

56、物鏡邊框重合； 2、孔徑光闌在物鏡、孔徑光闌在物鏡 的像方焦平面上的像方焦平面上 1) 入瞳位于物方無窮遠。入瞳位于物方無窮遠。 2) A和和A1、B和和B1的主的主 光線分別重合，且光線分別重合，且 軸外點的主光線平軸外點的主光線平 行于主軸。行于主軸。 3) 主光線是物點成像主光線是物點成像 光束的中心軸，則光束的中心軸，則 物點物點A1 B1在刻尺平在刻尺平 面構(gòu)成的兩個彌散面構(gòu)成的兩個彌散 斑的斑的中心間隔中心間隔始終始終 不變。不變。 物方遠心光路物方遠心光路 (a) 測距原理：測距原理： (b) 調(diào)焦不準：調(diào)焦不準： 二、遠心光路二、遠心光路 三、場鏡的應用三、場鏡的應用 1 1、

57、普通顯微鏡系統(tǒng)、普通顯微鏡系統(tǒng) 2 2、長光路顯微鏡系統(tǒng)、長光路顯微鏡系統(tǒng) 二次實像面二次實像面 一次實像面一次實像面 一次實像面一次實像面 三、場鏡的應用三、場鏡的應用 缺點：缺點：出射出射主光線的投射太高，要求物鏡后面系統(tǒng)的口徑主光線的投射太高，要求物鏡后面系統(tǒng)的口徑 必須非常大。必須非常大。 -1-1 透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)： 透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)：加長光路加長光路。 轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的作用轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的作用 3、降低主光線，減小后續(xù)光路口徑的辦法、降低主光線，減小后續(xù)光路口徑的辦法 -1-1轉(zhuǎn)像系統(tǒng)轉(zhuǎn)像系統(tǒng) 場鏡：場鏡：與像平面重合、或者很靠近像平面的透鏡。與像平面重合、或者很靠近像平面的透鏡。 -1-1轉(zhuǎn)像系統(tǒng)轉(zhuǎn)

58、像系統(tǒng) 場鏡效果：場鏡效果：a,a,主光線經(jīng)場鏡后通過主光線經(jīng)場鏡后通過-1-1 轉(zhuǎn)像透鏡中心， 轉(zhuǎn)像透鏡中心， 從而對后面系統(tǒng)的口徑要求最小。從而對后面系統(tǒng)的口徑要求最小。 b,b,場鏡起到使前后系統(tǒng)的光瞳銜接的作用。場鏡起到使前后系統(tǒng)的光瞳銜接的作用。 實際設計：實際設計： 在在-1-1 轉(zhuǎn)像透鏡前、物鏡的實像面處加 轉(zhuǎn)像透鏡前、物鏡的實像面處加場鏡場鏡。 四、顯微鏡系統(tǒng)光束選擇的總結(jié)四、顯微鏡系統(tǒng)光束選擇的總結(jié) 1、一般情況，孔徑光闌在顯微物鏡上；、一般情況，孔徑光闌在顯微物鏡上； 4、長光路顯微鏡系統(tǒng)：、長光路顯微鏡系統(tǒng)： 利用場鏡達到前后系統(tǒng)的光瞳銜接，利用場鏡達到前后系統(tǒng)的光瞳銜接

59、， 減小光學零件尺寸。減小光學零件尺寸。 2、一次實像面處安放視場光闌；、一次實像面處安放視場光闌； 3、測長顯微鏡，孔徑光闌在顯微物鏡焦平面上、測長顯微鏡，孔徑光闌在顯微物鏡焦平面上 物方遠心光路物方遠心光路 第五節(jié)第五節(jié) 光學系統(tǒng)的景深光學系統(tǒng)的景深 同一位置不同景深的效果同一位置不同景深的效果 一、光學系統(tǒng)的空間像一、光學系統(tǒng)的空間像 對準平面對準平面 景像平面景像平面 共軛共軛 1、平面上的空間像：、平面上的空間像：空間點成像于一個像平面上?？臻g點成像于一個像平面上。 對準平面外的空間點，在景象平面產(chǎn)生一個彌散斑。對準平面外的空間點，在景象平面產(chǎn)生一個彌散斑。 彌散斑的直徑與彌散斑的直

60、徑與入瞳直徑入瞳直徑、與景象平面的距離與景象平面的距離有關(guān)。有關(guān)。 平面上的空間像的獲得：平面上的空間像的獲得： 方法一：方法一： 以以入瞳中心入瞳中心為投影中心，以各空間點的為投影中心，以各空間點的主光線主光線為投為投 影方向，向影方向，向?qū)势矫鎸势矫嫱队?，對應投影點在景象平面上的投影，對應投影點在景象平面上的共軛共軛 點點即為空間點的平面像。即為空間點的平面像。 方法二：方法二：在像空間以在像空間以出瞳中心出瞳中心為投影中心，仍以各空間點為投影中心，仍以各空間點 的出射主光線為投影方向，各空間像點向的出射主光線為投影方向，各空間像點向景象平面景象平面投影，可投影，可 得空間點的平面像。