工光05光學系統(tǒng)的光束限制.ppt

1、第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，2，本章的內(nèi)容，2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，3，設計時，光學系統(tǒng)以所需的孔徑角在所需的成像范圍內(nèi)對物點成像。D和2u較大，具有更高的傳輸能量、高分辨率和2y，以及更大的成像范圍。理論上，它希望更大，但它會導致像差，這將使圖像質(zhì)量差。因此，有必要給予適當?shù)南拗?。透鏡的尺寸限制了從點A發(fā)射的光束的孔徑角，底片的尺寸限制了成像范圍，所有這些都是對光束的限制，稱為光闌，2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，稱為光闌，通常垂直于光軸放置，其中心與光軸中心重合。2.振膜形狀：振膜形狀包括圓形、方形和矩

2、形，有些振膜的尺寸可以調(diào)節(jié)。3。光圈功能：光圈用于限制成像光束的大小。2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，5，4。光圈的分類，1?？讖娇讖皆诠鈱W系統(tǒng)中用來限制成像光束大小的孔徑稱為孔徑。描述成像光束大小的參數(shù)孔徑。近距離物體成像的孔徑角限制了軸上點成像光束中邊緣光線的最大傾角(孔徑角)。遠處物體的成像孔徑高度限制了平行入射成像光束的最大高度?？讖焦怅@的位置隨系統(tǒng)而變化，并且有特定的要求，例如視覺光學系統(tǒng)，孔徑或孔徑的實像必須在外面，并且眼睛可以與它重疊以接收所有的成像光束；遠心光學系統(tǒng)，焦平面孔徑?？梢赃x擇其他選項來提高成像質(zhì)量。2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，6、

3、2。在視場光闌光學系統(tǒng)中，用來限制成像范圍的光闌稱為視場光闌。描述成像范圍大小的參數(shù)視場。限制物體平面或物體空間成像的范圍。短距離物體的成像場的角場光闌的位置通常設置在實像平面或中間實像平面上。有時它也排列在物體表面。2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，7、3。斜光闌的目的是減小離軸像差，使物方空間離軸點發(fā)射的成像光束只能部分通過孔徑光闌和場光闌，稱為漸暈光闌。漸暈光闌的設置使離軸物點通過系統(tǒng)的光束小于軸上物點的光束。其主要目的是提高離軸點的成像質(zhì)量或減小某些光學元件的橫向尺寸。4.抗雜波光闌用于限制一些非成像光線的光闌稱為抗雜波光闌。只有從視場外部進入系統(tǒng)的光能和由光學表面、金屬

4、表面和透鏡鏡筒內(nèi)壁的反射和散射產(chǎn)生的雜散光被部分限制。對于大型光學儀器，必須設置專門的抗雜散光光闌，鏡筒內(nèi)部應擰成螺紋并涂黑或發(fā)黑，以減少雜散光的影響。2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，8，什么是孔徑光闌取決于當時的條件。當物體的位置改變時，孔徑光闌可能改變。當物體的位置固定時，存在限制成像光束的寬(角度)孔徑光闌的孔徑，并且光學系統(tǒng)具有幾個透明孔。限制成像光束最大光束的孔徑光闌是什么？小齒輪1:第一個孔是孔徑光闌。小齒輪2:較小的孔徑是孔徑光闌，5.2孔徑光闌，2020/7/31，第5章：光學系統(tǒng)的光束限制。所有孔徑應位于同一空間。判斷孔徑光闌的步驟如下：(1)首先獲得系統(tǒng)物方

5、所有孔徑光闌的共軛“像”(位置和大小)。也就是說，從右到左，每個光闌由左光學系統(tǒng)成像，并且獲得物體空間中所有光闌的共軛“圖像”。(2)確定物體側(cè)這些共軛圖像的光束孔徑角(當物體在無窮遠處時，確定允許的光束高度)，即計算openi(3)通過比較得到對應于最小孔徑角(物體在無窮遠處時的最小孔徑高度)的光闌，該裝置為孔徑光闌。2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，10，2020/7/31，11，2020/7/31，12，2020/7光學系統(tǒng)像空間中孔徑光闌的共軛像稱為出瞳，簡稱為出瞳；孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳是共軛的，它們對成像光束的限制作用是等效的。2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的

6、光束限制，14，入射光瞳，孔徑，出射光瞳，孔徑前的光學系統(tǒng)，共軛，孔徑后的光學系統(tǒng)，共軛，入射光瞳，出射光瞳，物體孔徑角，圖像孔徑角，入射光瞳和出射光瞳穿過入射光瞳邊緣的光必須穿過孔徑邊緣并穿過出射光瞳邊緣。對象孔徑角2U，圖像孔徑角2U，2U最小，2U將最小。入射光瞳是物體表面上所有點發(fā)出的光束的共同入口；出射光瞳是從物體表面上的每個點發(fā)射的光束在穿過整個光學系統(tǒng)并從最后一個光孔出射之后的公共出射。2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，16，孔徑光闌或入瞳或出瞳的位置在某些光學系統(tǒng)中有特殊要求。例如，在諸如顯微鏡和望遠鏡的視覺光學系統(tǒng)中，要求出瞳與人眼的入瞳重合，并且位于視覺光學系

7、統(tǒng)之外；遠心光路需要找出瞳孔是否在焦點上，以減小測量誤差。物點和入瞳中心之間的連線稱為主光線。主光線也穿過光圈和出射光瞳的中心。主光線和光軸之間的角度稱為視角.2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，17。場光闌在光學系統(tǒng)中起著限制成像范圍(或視場大小)的作用。通常，場光闌大多設置在像面或物面上，有時在系統(tǒng)成像過程中也設置在中間實像面上。物體或圖像的大小直接受到場光闌孔徑的限制，場光闌孔徑之外的部分會被遮擋而無法成像，因此系統(tǒng)的成像范圍有一個非常清晰的邊界。場光闌的尺寸通常由光學系統(tǒng)的設計要求決定。5.3場闌，2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，18，光學系統(tǒng)物空間中場闌的共

8、軛像稱為入射窗，簡稱入射窗；光學系統(tǒng)像空間中場光闌的共軛像簡稱為出射窗；場光闌、入射窗和出射窗是共軛的，它們對視場的限制作用是等效的。入射窗和出射窗，2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，19，視場的計算，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，20，漸暈概念和漸暈系數(shù)，從離軸物點發(fā)射并充滿入射光瞳的光束，一些光被系統(tǒng)后面的光闌阻擋。當視場光闌與物平面或像平面不重合時，視場將不可避免地產(chǎn)生漸暈。光圈離光圈越遠，越有可能導致漸暈。2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，21，2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，22，漸暈系數(shù)，表面漸暈系數(shù)=入瞳上離軸點光束的橫截面積面積線漸暈系數(shù)=

9、入瞳上離軸點光束的高度第5章：光學系統(tǒng)的光束限制，23，KD=1，這是一個非漸暈成像范圍。所有充滿入射光瞳的光線都通過，像面照度均勻KD=0.5，只允許主光線通過。半漸暈KD=0，最大成像范圍，2020年7月31日。第五章：光學系統(tǒng)的光束限制，24，2020當孔徑為0時，只有一條主光線通過物體表面的所有點。，2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，26，當光學系統(tǒng)忽略場光闌時：當所有的光闌都投射到第一個光闌的物方空間時，與具有最小中心開口角的入射光瞳的光闌“圖像”共軛的光闌稱為漸暈光闌；所有的光圈都被投射到最后一個光圈的圖像空間中，并且與具有最小出射光瞳中心角的光圈“圖像”共軛的光圈被

10、稱為漸暈光圈。當孔徑光闌無限小時，漸暈光闌直接限制了成像范圍，所以它過去被稱為“場光闌”，其圖像被稱為“入射窗”和“出射窗”。當光學系統(tǒng)具有視場光闌時，它也可以具有漸暈光闌，此時漸暈光闌起到阻擋光的作用。為什么稱它為漸暈光闌，因為它限制的視場邊界不清楚，2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，27，兩個問題，是否所有的光學系統(tǒng)都應該是無漸暈的，當孔徑和視場較大時，既沒有必要也不可能是無漸暈的。因為遠離光圈的透鏡的直徑不能做得太大，并且適當?shù)刈钃踹h離理想成像狀態(tài)的離軸光束，即大的像差，有利于提高圖像質(zhì)量。因此，適當?shù)臐u暈經(jīng)常發(fā)生。一般來說，50%是允許的，30%是必要的。不管是否只有一個

11、漸暈光闌，漸暈光闌的圖像在入射光瞳之后，而漸暈光闌的圖像阻擋光在入射光瞳之前，上面的阻擋光是單向阻擋光，相當于光學系統(tǒng)外的孔徑。但是當光圈在光學系統(tǒng)內(nèi)部時，可能有兩個漸暈光圈，一個阻擋光，另一個阻擋光。特別是在完全對稱的系統(tǒng)中，必須有兩個漸暈光闌。5.4漸暈光闌和場鏡的應用，2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，28，2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，29，2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，30，2020/。場鏡是加在系統(tǒng)中間像面或其附近的正透鏡，它可以改變成像光束的位置而不影響系統(tǒng)的光學特性。無限物體通過物鏡形成的圖像應正好落在場鏡的物方主面上，場鏡形成的圖像

12、大小相等，所以場鏡的加入并不影響系統(tǒng)的光學特性，但場鏡作用在離軸物點的光線上，降低了它們射向目鏡時的高度，從而可以相應地減小目鏡的孔徑。2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，33，某些光學系統(tǒng)要求在一個像平面上成像部分或整個空間，這可能嗎？5.5景深和遠心光路，2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，34，一些光學系統(tǒng)要求在一個像平面上成像部分或整個空間，這可能嗎？為什么看照片沒有立體感，而且遠近都清楚？理論上，只有共軛物面才能在像面上形成清晰的圖像，其他物點形成的圖像都是彌散斑。然而，當斑點對眼睛的張開角度小于眼睛1的最小分辨率角度時，它對人眼來說看起來仍然有點小。此時，斑點可以被視為平面上的空間點的圖像。5.5景深和遠心光路，2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，35，對準平面，遠平面，近距平面，場景平面，遠景深，近景深，2020/7/31，第5章光學系統(tǒng)的光束限制，36，遠心光學系統(tǒng)。像側(cè)遠心光路的孔徑與f重合，出射光瞳位于像側(cè)的無窮遠處，像側(cè)的主光線平行于光軸。2020/7/31，第5章，光學系統(tǒng)的光束限制，37，AB的長度由光學系統(tǒng)測量。如果聚焦在A1B1上，它會在