工程光學光學系統(tǒng)中的光學限制

1、1第第5章章光學系統(tǒng)中的光束限制光學系統(tǒng)中的光束限制 5-15-1孔徑光闌、入瞳和出瞳孔徑光闌、入瞳和出瞳 5-25-2視場光闌、入窗和出窗視場光闌、入窗和出窗 5-35-3漸暈光闌及場鏡的應用漸暈光闌及場鏡的應用 5-45-4光學系統(tǒng)的景深和焦深光學系統(tǒng)的景深和焦深 5-55-5遠心光路遠心光路25.1孔徑光闌、入瞳和出瞳孔徑光闌、入瞳和出瞳1 .孔徑光闌孔徑光闌限制成像光束立體角的光闌限制成像光束立體角的光闌 (限制進入光學系統(tǒng)限制進入光學系統(tǒng)成像光束口徑的光闌。成像光束口徑的光闌。)軸上點：軸上點：近距離物體：近距離物體： U物體：物體：3（1）孔徑光闌對軸上點光束的限制）孔徑光闌對軸上

2、點光束的限制AA孔徑光闌孔徑光闌4L1M1N1M2N22（a a）物點有限遠）物點有限遠（b b）物點無限遠）物點無限遠（2） 孔徑光闌對軸外點光束的限制孔徑光闌對軸外點光束的限制52入瞳和出瞳入瞳和出瞳 n入射光瞳入射光瞳孔徑光闌經(jīng)其前面的光組在光學系孔徑光闌經(jīng)其前面的光組在光學系統(tǒng)物空間所成的像。入射光束的統(tǒng)物空間所成的像。入射光束的入口入口。入瞳入瞳n出射光瞳出射光瞳孔徑光闌經(jīng)其后面的光組在光學系孔徑光闌經(jīng)其后面的光組在光學系統(tǒng)像空間所成的像。出射光束的統(tǒng)像空間所成的像。出射光束的出口出口。出瞳出瞳n主光線主光線由軸外一物點發(fā)出并通過入瞳中心的由軸外一物點發(fā)出并通過入瞳中心的光線叫主光線

3、。光線叫主光線?？讖焦怅@、入瞳、出瞳三者之間互為共軛關(guān)系?？讖焦怅@、入瞳、出瞳三者之間互為共軛關(guān)系。673 孔徑光闌、入瞳和出瞳的判定方法孔徑光闌、入瞳和出瞳的判定方法 8n可見，光學系統(tǒng)的可見，光學系統(tǒng)的孔徑光闌是對一定位置孔徑光闌是對一定位置的物體而言的的物體而言的，如果物體位置發(fā)生變化，如果物體位置發(fā)生變化，原來限制光束的孔徑光闌將會失去限光作原來限制光束的孔徑光闌將會失去限光作用，光束會被其它光孔所限制。用，光束會被其它光孔所限制。94 孔徑光闌的設(shè)置原則孔徑光闌的設(shè)置原則 （1）對目視儀器，人眼瞳孔起著限制光束的作用。）對目視儀器，人眼瞳孔起著限制光束的作用。因此，應確保光學系統(tǒng)的出

4、瞳和人眼瞳孔在位置因此，應確保光學系統(tǒng)的出瞳和人眼瞳孔在位置上重合，大小也應匹配合適。上重合，大小也應匹配合適。10（2）入瞳和光學零件重合時，零件口徑最?。辉剑┤胪凸鈱W零件重合時，零件口徑最小；越遠離光學零件，則零件尺寸越大；遠離光學零件，則零件尺寸越大；（3）遠心光路遠心光路：焦平面上。：焦平面上。n在測量物體大小的顯微鏡中，把孔徑光闌置于光學系統(tǒng)在測量物體大小的顯微鏡中，把孔徑光闌置于光學系統(tǒng)的像方焦平面上，以消除由于物平面位置不準確所引起的像方焦平面上，以消除由于物平面位置不準確所引起的測量誤差；的測量誤差；n在測量物體距離的大地測量儀器中，常把孔徑光闌置于在測量物體距離的大地測量儀

5、器中，常把孔徑光闌置于光學系統(tǒng)的物方焦平面上，以消除由于調(diào)焦不準（像平光學系統(tǒng)的物方焦平面上，以消除由于調(diào)焦不準（像平面和標尺分劃刻線面不重合）而造成的測量誤差。面和標尺分劃刻線面不重合）而造成的測量誤差。11視場光闌視場光闌限制系統(tǒng)成像范圍的光闌。即限制系統(tǒng)成像范圍的光闌。即限制物平面或物空間能被系統(tǒng)成像的最大限制物平面或物空間能被系統(tǒng)成像的最大范圍的光闌，它決定了光學系統(tǒng)的視場。范圍的光闌，它決定了光學系統(tǒng)的視場。5.2視場光闌、入窗和出窗視場光闌、入窗和出窗122入窗和出窗入窗和出窗 入射窗入射窗視場光闌經(jīng)其前面的光組在光學視場光闌經(jīng)其前面的光組在光學系統(tǒng)物空間所成的像系統(tǒng)物空間所成的像

6、.入窗入窗出射窗出射窗視場光闌經(jīng)其后面的光組在光學視場光闌經(jīng)其后面的光組在光學系統(tǒng)像空間所成的像系統(tǒng)像空間所成的像.出窗出窗視場光闌、入窗、出窗三者之間也互為共軛視場光闌、入窗、出窗三者之間也互為共軛關(guān)系。關(guān)系。13視場：視場：2 、2 （物體）；物體）； 2y、2y（有限距離物體）。（有限距離物體）。視場光闌為矩形時，視場光闌為矩形時，2y應為其對角線長度。應為其對角線長度。14視場光闌、入窗和出窗的判定方法視場光闌、入窗和出窗的判定方法 判斷原則：判斷原則：n將光學系統(tǒng)中所有的光學元件的通光口徑分別對其前（后）將光學系統(tǒng)中所有的光學元件的通光口徑分別對其前（后）面的光學系統(tǒng)成像到系統(tǒng)的物（

7、像）空間去，并根據(jù)各像的面的光學系統(tǒng)成像到系統(tǒng)的物（像）空間去，并根據(jù)各像的位置及大小求出它們位置及大小求出它們對入（出）瞳中心的張角對入（出）瞳中心的張角，其中張角最，其中張角最小者為入窗（出窗），入窗（出窗）對應的物即為視場光闌。小者為入窗（出窗），入窗（出窗）對應的物即為視場光闌。n視場光闌是對一定位置的孔徑光闌而言的視場光闌是對一定位置的孔徑光闌而言的，當孔徑光闌位，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。置改變時，原來的視場光闌將可能被另外的光孔所代替。1516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)中起重要作用的孔徑光

8、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，前者主要限制兩種光闌，但二者所起作用不同，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。場，即物體被成像的范圍。n孔徑光闌是對一定位置的物體而言的孔徑光闌是對一定位置的物體而言的，而，而視場光視場光闌是對一定位置的孔徑光闌而言闌是對一定位置的孔徑光闌而言的，當孔徑光闌的，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位置改變時，原來的視場光闌將可能被另外的光孔所代替?？姿?。17視場光闌的位置是固定的，其設(shè)置原則：視場光闌的位置是固定的，其設(shè)置原則

9、：n盡量使入窗與物面重合，或像平面與出窗盡量使入窗與物面重合，或像平面與出窗重合重合不產(chǎn)生漸暈的必要條件不產(chǎn)生漸暈的必要條件。n視場光闌總是設(shè)置在系統(tǒng)的物面、實像平視場光闌總是設(shè)置在系統(tǒng)的物面、實像平面或中間實像平面上。面或中間實像平面上。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） 18照相機照相機書寫式投影儀書寫式投影儀顯微鏡、望

10、遠鏡顯微鏡、望遠鏡195.3 漸暈光闌及場鏡的應用漸暈光闌及場鏡的應用 軸外光束的漸暈軸外光束的漸暈20n由軸外物點發(fā)出的充滿入瞳的光束中部分由軸外物點發(fā)出的充滿入瞳的光束中部分光線被其他光孔阻擋的現(xiàn)象叫光線被其他光孔阻擋的現(xiàn)象叫軸外光束的軸外光束的漸暈漸暈軸上與軸外物點成像光束大小不軸上與軸外物點成像光束大小不同的現(xiàn)象同的現(xiàn)象。n視場光闌與物面和像面均不重合視場光闌與物面和像面均不重合視場視場產(chǎn)生漸暈。產(chǎn)生漸暈。n軸外物點的成像光線因逐漸減弱而沒有清軸外物點的成像光線因逐漸減弱而沒有清晰的視場邊界。晰的視場邊界。21入窗和物平面不重合產(chǎn)生的漸暈入窗和物平面不重合產(chǎn)生的漸暈1、漸暈的概念及漸暈系數(shù)221、漸暈的概念及漸暈系數(shù)1.1. 軸外光束的漸暈軸外光束的漸暈軸上與軸外物點成像光束大小不同軸上與軸外物點成像光束大小不同的現(xiàn)象的現(xiàn)象。 軸外點軸外點 f，故，故p x 34三、光學系統(tǒng)的焦深n焦深：焦深：一個平面物體一個平面物體 一定深度的清晰像空間。一定深度的清晰像空間。也是由于光束受限所引出的概念。也是由于光束受限所引出的概念。nz確定時，確定時，D D與與D及理想像面的位置及理想