幾何光學(xué)第九講

幾何光學(xué)第九講第一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制任何成像光學(xué)系統(tǒng)，均需要滿足一系列根據(jù)使用要求提出的條件。首先，使物體在給定共軛距上成要求倍率的像，由此決定了光學(xué)系統(tǒng)的軸向尺寸，這就是我們前面討論的物像位置關(guān)系。第二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制其次，系統(tǒng)還要具有要求的成像范圍，所成的像還應(yīng)具有一定的光度水準(zhǔn)，并能反映物體的微細(xì)結(jié)構(gòu)，前者規(guī)定了成像的線視場或視場角，后者與成像光束的孔徑角有關(guān)，也就是說，光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)對于要求成像范圍內(nèi)的物點(diǎn)，以要求孔徑角的光束成像。這實(shí)質(zhì)上是一個如何確定光學(xué)零件的橫向尺寸或通光孔徑，從而給通過光學(xué)系統(tǒng)的光束以合理限制的問題。第三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制因此，在每個光學(xué)儀器內(nèi)都有一些限制光束通過儀器的障礙物，在儀器內(nèi)除了個別的透鏡框以外，有時候還必須安裝一些帶孔的平板形狀的不透光的特殊障礙物，這些孔的中心在系統(tǒng)光軸上，它們同樣有限制光束的作用。所有這些對通過光學(xué)系統(tǒng)的光束起限制作用的光孔統(tǒng)稱為光闌。第四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4.1、光闌概述一、照相系統(tǒng)的組成二、光闌的概念三、孔徑光闌四、視場光闌五、漸暈現(xiàn)象與漸暈光闌六、結(jié)論第五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日一、照相系統(tǒng)的組成：鏡頭：將外界景物成像在底片上。光圈：調(diào)節(jié)成像光束寬度從而調(diào)節(jié)光能量和象質(zhì)。（適應(yīng)不同的照相條件）——可變光闌不在鏡頭上，由專門的金屬框充當(dāng)?！讖焦怅@——限制成像光束口徑底片架框（感光膠片）：確定景物的成像范圍?！晥龉怅@——限制成像范圍普通照相系統(tǒng)由照相物鏡L、可變光闌A和感光底片B三個部分組成。照相物鏡將景物成像在感光底片上。第六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日一、照相系統(tǒng)的組成：可變光闌是一個開口大小可變的圓孔，隨著可變光闌縮小或增大，參與成像的光束寬度就減小或加大，從而達(dá)到調(diào)節(jié)光能量以適應(yīng)外界不同的照明條件。這個可變光闌就是孔徑光闌。成像范圍則是由感光底片框的大小確定的，超出底片框的范圍，光線被遮攔，底片不能感光。此時，底片框就是視場光闌。第七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日二、光闌的概念1、光闌：光學(xué)系統(tǒng)中用以限制光束的光孔（透鏡的鏡座、照相機(jī)的光圈、專門設(shè)置的其他光孔）統(tǒng)稱為光闌第八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日2、光闌的分類：光闌對光束的限制作用主要體現(xiàn)在改善成像質(zhì)量、決定光能、攔截雜散光等方面。根據(jù)其所起作用的不同，光闌可以分為孔徑光闌、視場光闌、漸暈光闌和消雜光光闌等四種。其中，孔徑光闌和視場光闌是光學(xué)系統(tǒng)必不可少的兩種最重要的光闌，前者用于限制通過光學(xué)系統(tǒng)的成像光束，后者用于限制成像范圍。第九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日2、光闌的分類1）孔徑光闌——限制成像光束口徑（立體角）的光闌——有效光闌（光能、像質(zhì)、分辨率）2）視場光闌——限制成像范圍的光闌第十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日3）漸暈光闌——攔截部分軸外點(diǎn)成像光束，產(chǎn)生“漸暈”現(xiàn)象（像面邊緣比中心暗）——為減小系統(tǒng)中光學(xué)零件的口徑而設(shè)置透鏡邊框，攔截成像質(zhì)量不好的光束（能量弱），不使其到達(dá)像面——遠(yuǎn)軸光線球差大，將其攔截掉第十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4）消雜光光闌——光學(xué)系統(tǒng)中限制雜光的光闌雜光：非成像光束——非成像物點(diǎn)進(jìn)入系統(tǒng)的光束（由折射面或儀器內(nèi)壁反射產(chǎn)生的光束）——雜光使像面產(chǎn)生明亮的背景、降低像的對比度，故加以限制——設(shè)置情況：重要儀器：需要專門設(shè)置（天文望遠(yuǎn)鏡、長焦距平行光管）一般儀器：工藝處理——將鏡筒加工成螺紋并發(fā)黑（涂黑色無光漆或煮黑）第十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日重要提示實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)：參與成像的光束寬度和成像范圍有限。所有光學(xué)系統(tǒng)與照相系統(tǒng)一樣，至少有兩類光闌：——孔徑光闌——限制成像光束口徑——孔闌——視場光闌——限制成像范圍——視闌第十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日三、孔徑光闌1、孔徑光闌定義及其作用

定義：用來限制成像光束立體角的光闌稱為孔徑光闌，簡稱孔闌作用：

1）決定通過光學(xué)系統(tǒng)的光能量-----像面照度。照相時調(diào)節(jié)光圈，就是調(diào)節(jié)孔徑光闌的大小，從而起到改變曝光量的目的。

2）決定光學(xué)系統(tǒng)的分辨率（光學(xué)像反映物體微細(xì)結(jié)構(gòu)的程度）。由衍射理論可知，系統(tǒng)分辨率與光束的孔徑成正比。決定了。第十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日1、孔徑光闌定義及其作用3)孔徑光闌對軸上點(diǎn)和軸外點(diǎn)成像光束均有限制作用。如果改變孔徑光闌的位置，需要同時改變其大小才能起到相同的限制作用。

孔徑光闌對軸上點(diǎn)成像光束的限制作用--------光束對稱

第十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日孔徑光闌對于軸外點(diǎn)成像光束的限制作用對于軸外點(diǎn)成像光束來說，孔徑光闌的位置不同，參與成像的軸外光束不一樣，軸外光束通過透鏡的部位也不一樣，需要通過全部成像光束的透鏡口徑大小也就不一樣。光闌位置的改變可以影響軸外點(diǎn)的成像質(zhì)量。從這一點(diǎn)來看，孔徑光闌的位置是由對軸外光束的要求決定的。

光束選擇第十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日2、孔徑光闌的確定方法與設(shè)置原則孔徑光闌的位置確定是針對某特定的軸上物點(diǎn)而言。將光學(xué)系統(tǒng)中所有光學(xué)零件的光孔，分別對其前面的光組成像，對某一確定的軸上物點(diǎn)張角最小的那個像所對應(yīng)的光孔就是孔徑光闌，這個像就是入瞳。如果一個光學(xué)系統(tǒng)對無窮遠(yuǎn)物體成像，則要看系統(tǒng)中所有光孔被其前面光組所成像中何者直徑最小。第十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日1）將所有光孔對前面光組成像，對物體中心張角最小的像所對應(yīng)的光孔就是孔徑光闌，這個像即是入瞳——最小入口2）孔闌對特定位置而言；當(dāng)物體位置放生變化，孔闌的位置發(fā)生相應(yīng)變化，否則被其他光孔所替代。所以，照相系統(tǒng)中的孔闌為可變光孔?！鄬τ谔囟ǖ膮⒖键c(diǎn)3）一個系統(tǒng)中有且只有一個孔闌，其位置由軸外光束的限制要求確定2、孔徑光闌的確定方法與設(shè)置原則第十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日2、孔徑光闌的確定方法與設(shè)置原則一般而言，孔徑光闌的位置是根據(jù)是否有利于縮小系統(tǒng)外形尺寸、鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用方便，尤其是否有利于改善軸外點(diǎn)成像質(zhì)量等因素來考慮的，它的大小則由軸上點(diǎn)所要求的孔徑角來決定。最后，按所確定的視場邊緣點(diǎn)的成像光束和軸上點(diǎn)的邊緣光線無阻攔的通過的原則來確定系統(tǒng)中各個透鏡和其他光學(xué)零件的通光直徑。第十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日3、孔徑光闌的像-----入瞳、出瞳的定義及其與孔徑光闌的共軛關(guān)系1）入瞳：入射光束的入口——孔闌經(jīng)過前面系統(tǒng)在物空間所成的象當(dāng)孔闌位于最前面，入瞳就是孔闌本身；2）出瞳：出射光束的出口——孔闌經(jīng)過后面系統(tǒng)在像空間所成的象當(dāng)孔闌位于最后面，出瞳就是孔闌本身；第二十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日3）共軛關(guān)系：入瞳——出瞳：整個系統(tǒng)入瞳——孔闌：前面系統(tǒng)出瞳——孔闌：后面系統(tǒng)第二十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日-y

-UP'P1′P2′PP1P2U'y'QQ2Q出射光瞳入射光瞳孔徑光闌L1L2U—物方孔徑角U′—像方孔徑角第二十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4）主光線：軸外點(diǎn)光束——物面上各點(diǎn)成像光束的光束軸——通過入瞳、孔闌、出瞳第二十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日四、視場光闌1、視場光闌的定義及其作用任何光學(xué)系統(tǒng)都能對系統(tǒng)光軸周圍的空間成像，這就是該系統(tǒng)所可能有的視場。一般來說，這個視場應(yīng)大于對系統(tǒng)所要求的成像視場。也就是說光學(xué)系統(tǒng)能夠清晰成像的范圍是有限的。第二十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日1、視場光闌的定義及其作用因此，需要在光學(xué)系統(tǒng)像平面或其共軛面上放置光闌，以此來獲得清晰的視場。這種限制物平面或物空間能被系統(tǒng)成像的最大范圍的光闌稱為視場光闌，簡稱視闌，它決定了光學(xué)系統(tǒng)的視場。在進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時必須保證在所限制的視場內(nèi)有滿意的成像質(zhì)量和足夠的光照度，以便能為接收器所接收。第二十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日1、視場光闌的定義及其作用如果有接收面，則接收面的大小直接決定了物面上有多大的范圍能被成像。因此，在成實(shí)像或有中間實(shí)像的系統(tǒng)中必有位于此實(shí)像平面上的視場光闌，此時有清晰的視場邊界。第二十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日1、視場光闌的定義及其作用一般情況下，視場光闌必須和系統(tǒng)的實(shí)像平面重合，或者和實(shí)像平面接近，才能使系統(tǒng)具有清晰的視場邊界。例如，照相機(jī)的底片框、開普勒望遠(yuǎn)鏡中的分劃鏡框、在顯微物鏡成像平面上裝置專門的視場光闌等。第二十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日1、視場光闌的定義及其作用當(dāng)物體位于有限距離時，可使視場光闌和物平面重合限定物方視場，也可以把視場光闌置于像平面限定像方視場。當(dāng)物體在無限遠(yuǎn)時，只能在物鏡的像平面（即后焦平面）上設(shè)置視場光闌。光學(xué)系統(tǒng)只能有一個視場光闌，并且是不同于孔徑光闌的光孔。第二十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日1、視場光闌的定義及其作用在特殊情況下，系統(tǒng)中沒有實(shí)像平面，也沒有中間實(shí)像面，無法按上述要求設(shè)置視場光闌，視場也沒有清晰的邊界。例如伽利略望遠(yuǎn)鏡，沒有實(shí)像平面，隨著視場角的加大，漸暈的增加，光束口徑逐漸減小，最后消失，視場邊緣存在一個由亮到暗的過渡區(qū)域，但沒有清晰的邊界。第二十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日2、入窗與出窗入窗：視闌經(jīng)其前面的透鏡或透鏡組在光學(xué)系統(tǒng)物空間所成的像。出窗：視闌經(jīng)其后面的透鏡或透鏡組在光學(xué)系統(tǒng)像空間所成的像。入窗、視闌、出窗三者是互相共軛的，且出窗是入窗經(jīng)整個系統(tǒng)后所成的像。

共軛關(guān)系：入窗——出窗：整個系統(tǒng)入窗——視闌：前面系統(tǒng)出窗——視闌：后面系統(tǒng)第三十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日3、視場光闌的確定方法對于給定的光學(xué)系統(tǒng)，在眾多光孔中確定視場光闌的方法如下：首先將儀器中所有光闌（包括透鏡邊框）經(jīng)其前方（或后方）系統(tǒng)成像，然后從系統(tǒng)的入瞳（或出瞳）中心向前述所有光闌像的邊緣作連線，與其中張角最小的光闌像為入窗（或出窗），與其共軛的實(shí)際光闌即為視場光闌。第三十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4、視場的兩種表示方法：

視場：能夠清晰成像的物空間的范圍

視場角和線視場當(dāng)物體在無限遠(yuǎn)時，一般用角度來度量視場大小，稱為視場角。物方視場角——物方視場邊緣點(diǎn)，即入窗的邊緣對入瞳中心的張角稱為物方視場角；或物體邊緣對入射光瞳中心的張角像方視場角——像方視場邊緣點(diǎn)，即出窗的邊緣對出瞳中心的張角稱為像方視場角。或像的邊緣對出射光瞳中心的張角視角放大率γ的定義：第三十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日線視場：線視場：觀察到物體的直徑（有限距離的物體成像）y’=βyy’——像方線視場β——放大倍率y——物方線視場第三十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日線視場：當(dāng)物體在有限遠(yuǎn)時，習(xí)慣用所觀察到的物體的直徑來表示視場的大小，即用長度來度量，稱為線視場。如果視場光闌為長方形或正方形，其線視場按對角線計(jì)算。物方視場為物高的兩倍，以2y表示；像方線視場為像高的兩倍，用2y’表示。物方線視場和像方線視場的關(guān)系為第三十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日五、漸暈現(xiàn)象與漸暈光闌由透鏡邊緣攔截而使軸外物點(diǎn)成像光束較軸上點(diǎn)成像光束寬度小，使像面邊緣部分比像面中心暗——漸暈——沒有清晰的視場。第三十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日第三十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日消除條件1）使入窗與物平面重合，即在最后像平面上或中間實(shí)象平面上設(shè)置視場光闌以獲得清晰的視場邊界——必要條件2）系統(tǒng)中不設(shè)置漸暈光闌，如一些單組光學(xué)系統(tǒng)——低倍顯微物鏡、望遠(yuǎn)鏡——除必須的孔闌（物鏡框）、視場光闌（分化板）外，無其他光闌。第三十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日六、結(jié)論

1、任何系統(tǒng)中都必須有孔闌和視闌兩種光闌，并且兩者不可能是同一光孔。而漸暈光闌非必須，有些測量系統(tǒng)就不能有。2、入瞳、入窗是參與成像光束的公共入口，出瞳、出窗是公共出口。過不了入瞳、入窗，一定過不了孔闌和視闌（共軛關(guān)系）。成像光束在物方由入瞳、入窗決定3、入瞳既限制軸上點(diǎn)成像光束，也限制軸外點(diǎn)成像光束?？钻@——軸上點(diǎn)、軸外點(diǎn)——其他光闌不能限制軸上點(diǎn)孔徑角U，通光口徑，通光量，相對孔徑第三十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日六、結(jié)論4、入窗只能限制軸外點(diǎn)成像光束?？钻@≠視闌視闌針對軸外像點(diǎn)（像高），決定成像物體的大小2ω或y孔闌針對物上點(diǎn)（軸外、軸上）的成像光束大小5、孔闌隨物體位置改變而，其作用可能被其他光孔所替代。即孔闌的設(shè)置與物體位置有關(guān)。第三十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4.2、典型光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第四十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日放大鏡放大鏡框是視場光闌，又是出窗、入窗，同時放大鏡框本身又是漸暈光闌。

放大鏡與眼睛組合構(gòu)成目視光學(xué)系統(tǒng)。眼瞳作為這個系統(tǒng)的一個光孔來考慮，它是孔徑光闌，又是出瞳。第四十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日顯微鏡對于低倍顯微物鏡，物鏡框就是孔徑光闌，也是入瞳。復(fù)雜物鏡一般以最后一組透鏡的鏡框作孔徑光闌。對于復(fù)雜的高倍顯微物鏡，如精密測量顯微鏡，在物鏡后焦面或其附近裝有專門的孔徑光闌。當(dāng)孔徑光闌位于物鏡后焦面，此時入瞳在物方無限遠(yuǎn)處，即形成物方遠(yuǎn)心光路。測量顯微鏡一般采用物方遠(yuǎn)心光路。顯微鏡的光束限制與其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及其用途有關(guān)。第四十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日顯微鏡一般在物鏡的成像平面上裝置專門的視場光闌。對于測量用顯微鏡，通常在中間實(shí)像平面設(shè)置分劃板。一般沒有漸暈存在，像面上有清晰的視場邊界。

顯微鏡的光束限制與其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及其用途有關(guān)。第四十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日望遠(yuǎn)鏡最簡單的開普勒望遠(yuǎn)鏡是由正物鏡和正目鏡組合而成的目視光學(xué)儀器，如圖所示。物鏡框就是孔徑光闌，出射光瞳在目鏡之外，能與眼睛的瞳孔重合。在物鏡和目鏡之間，即物鏡的后焦面處放置分劃板或?qū)ｉT的光孔，作為視場光闌。第四十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日一般沒有漸暈，但當(dāng)視場角較大，目鏡的橫向尺寸不夠大時，則目鏡框可能攔光，成為漸暈光闌。一般允許存在50%以下的漸暈。第四十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日

4.3遠(yuǎn)心光路光學(xué)儀器中有相當(dāng)一部分儀器用于長度測量。大致分為兩種：一種用于測量垂軸長度，光學(xué)系統(tǒng)有準(zhǔn)確的放大率，使被測物之像與一刻度相比，便可求知被測物之長度，如工具顯微鏡等計(jì)量光學(xué)儀器；另一種用于測量軸向長度，把一標(biāo)尺放在不同位置，光學(xué)系統(tǒng)的放大率因標(biāo)尺位置不同而改變，讀出標(biāo)尺像上的某個數(shù)值，從而求得儀器到標(biāo)尺間的距離，如經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等大地測量儀器的測距裝置。標(biāo)尺置于望遠(yuǎn)物鏡前方要測的距離處，物鏡后面分劃板平面上有一對間隔為已知的測距絲。

第四十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日

4.3遠(yuǎn)心光路遠(yuǎn)心光路通常用于測量系統(tǒng)物方遠(yuǎn)心光路：用于測量物體垂軸長度像遠(yuǎn)心光路：用于測量已知垂軸長度物體的沿軸距離第四十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日視差：由于調(diào)焦不準(zhǔn)引起的像平面和刻度尺平面不重合的現(xiàn)象遠(yuǎn)心光路可校正視差！第四十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日一、物方遠(yuǎn)心光路在物鏡象方焦平面上設(shè)置孔徑光闌，物鏡的入瞳在物方無限遠(yuǎn)處

1）物上各點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)物鏡后，其主光線必然通過孔闌中心所在的像方焦點(diǎn)，其物方主光線都平行于光軸；2）主光線的位置不隨物體位置而變化，彌散斑中心不變

入瞳位于無窮遠(yuǎn)，軸外點(diǎn)主光線平行光軸

y’=βy→y=y’/β（β由系統(tǒng)確定）→可以直接讀數(shù)。

第四十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日二、象方遠(yuǎn)心光路

在望遠(yuǎn)鏡物鏡的物方焦平面上設(shè)置孔徑光闌，出瞳在像方無限遠(yuǎn)處

1）物上各點(diǎn)發(fā)出的光束，主光線都通過孔闌中心所在的物方焦點(diǎn)，經(jīng)過物鏡后像方主光線都平行于光軸（彌散班中心點(diǎn)不變）2）可以根據(jù)像高——β（物體高度，即垂軸長度已知）——物距第五十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日三、結(jié)論

1、主光線過孔闌中心不變，離散班中心不變2、物方遠(yuǎn)心光路孔闌在F’處，用于用于測量物體垂軸長度；像方遠(yuǎn)心光路孔闌在F處，用于測量已知垂軸長度物體的沿軸距離3、遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)不允許有漸暈（不能設(shè)置漸暈光闌），否則主光線不再是光線的對稱軸。4、望遠(yuǎn)系統(tǒng)不能作成物方遠(yuǎn)心光路，只能作成像方遠(yuǎn)心光路。因?yàn)椋阂晥龉怅@在像平面處，即像方焦平面，占據(jù)了孔徑光闌的位置，而兩者不能是同一光孔

第五十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4.5光學(xué)系統(tǒng)的景深

一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像

1、引例：照相機(jī)—立體物（空間物）成平面像—平面上的空間像（照片）前面，我們已經(jīng)對垂軸平面上物體的成像進(jìn)行了討論。屬于這一類成像光學(xué)儀器的有某些顯微鏡、照相復(fù)制鏡頭和電影放映機(jī)等。實(shí)際上，還有較多的光學(xué)儀器要求在某個像平面上給出整個空間或部分空間的像（即空間物的平面像，又稱平面上的空間像），如照相機(jī)、電影攝影機(jī)和望遠(yuǎn)鏡等，眼睛也屬于此類。第五十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日

理論上，立體空間經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像時，只有與像平面共軛的那個平面上的物點(diǎn)能真正成像于該像平面上，其它非共軛平面上的物點(diǎn)在這個像平面上只能得到相應(yīng)光束的截面，即彌散斑。一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像第五十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像

2、理論分析：1）理想光學(xué)系統(tǒng)的共線成像理論點(diǎn)物成點(diǎn)像——平面物成平面像——空間物成空間像

矛盾？非完善成像！第五十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像2）空間像的形成（圖解）——可以利用主光線求空間點(diǎn)的平面像對準(zhǔn)平面與景象平面共軛考察對準(zhǔn)平面之外的點(diǎn)第五十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日

如果彌散斑足夠小，如它對眼睛的張角小于眼睛的最小分辨角（約為1分），眼睛看起來并無不清楚的感覺。此時，彌散斑Z1’和Z2’可以認(rèn)為是空間點(diǎn)B1和B2在平面上A’的像，它們的位置由空間點(diǎn)的主光線和像平面的交點(diǎn)決定。他們的大小與入瞳大小和空間點(diǎn)至共軛平面A的距離有關(guān)。

空間點(diǎn)B1和B2位于物平面A以外，其像B1’和B2’也在像平面A’以外，在像平面A’上得到的這兩點(diǎn)的成像光束的截面Z1’和Z2’，他們分別與物空間中的相應(yīng)光束在A平面的截面Z1和Z2共軛。

一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像第五十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日4.5光學(xué)系統(tǒng)的景深由于任何光能接收器，例如眼睛、感光乳膠等都存在缺陷，因此并不要求像平面上所有的像點(diǎn)均為幾何點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)接收器的特性，對這些像給予一個允許值，也就是對像面上空間點(diǎn)所成的彌散斑的大小給出一個限制或質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使其不超過光能接收器的分辨能力。在這個限制以內(nèi)，我們可以認(rèn)為一定范圍內(nèi)的空間點(diǎn)在像平面上的像是清晰的。這樣，光學(xué)儀器的性能和應(yīng)用范圍也因此得以擴(kuò)大。第五十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日二、光學(xué)系統(tǒng)的景深1、問題：1）彌散班的大小與入瞳（大小、位置）有關(guān)2）當(dāng)彌散班小于一定限度時可以認(rèn)為是一點(diǎn)——與接收器的分辨力有關(guān)3）當(dāng)光瞳一定（大小、位置）在物空間（對準(zhǔn)平面附近）多大的深度范圍內(nèi)物體能在景象平面上成清晰像（彌散班較?。s小光瞳時，彌散斑也將縮小，當(dāng)光瞳縮小到一定程度時（允許值），就能保證對準(zhǔn)平面附近（前后）一定距離的物點(diǎn)都能成清晰的像。這個距離就是景深?！馔珜τ谖锲矫娴木嚯x有一定范圍。第五十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日二、光學(xué)系統(tǒng)的景深2、景深的概念1）能在景象平面上獲得空間物體的清晰平面像的空間深度——成像空間的景深2）對準(zhǔn)平面附近一定空間深度內(nèi)的空間物體能夠通過光學(xué)系統(tǒng)在景象平面上清晰成像，這個距離就是景深。

第五十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期日我們把能夠在像平面上獲得清晰像的空間深度稱為景深，通常用符號Δ表示。在圖中，景深就是（Δ1+Δ2）。像平面稱為景象平面，其共軛面稱為對準(zhǔn)平面。能在景象平面上成清晰像的最遠(yuǎn)平面稱為遠(yuǎn)景平面，它到對準(zhǔn)平面的距離Δ1稱為遠(yuǎn)景深度（或后景深）；能在景象平面上成清晰像的最近平面成為近景平面，它到對準(zhǔn)平面的距離Δ2稱為近景深度（或前景深）。

這樣，景深的概念還可以表述為：能在景象平面上獲得空間物體的清晰平面像的空間深度，即成