工程光学郁道银.ppt

工程光学 第4章 -2 光学系统中的光阑 与光束限制,本章内容提要,第一节 光阑 第二节 照相系统的光阑 第三节 望远镜系统中成像光束的选择 第四节 显微镜系统中的光束限制与分析 第五节 光学系统的景深 第六节 数码照相机镜头的景深（自学）,第三节 望远镜系统中成像光束的选择,一、双目望远镜的组成,1、构成,2、光学参数,目视光学系统的视角放大率： 远处物体经系统所成的像对眼睛张角 的正切，与该 物体直接对眼睛张角 的正切之比。,*概念区别：角放大率,复习：第二章,3、分划板 视场光阑,分划板位于物、目两镜的共同焦面上： 入射窗、出射窗均在无穷远处， 分别与物、像面重合。,二、望远镜系统中的光束限制,1、光瞳衔接原则： 前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合。, 追迹主光线 的投射高度,望远镜系统的光阑位置,实际系统中，物镜框前后10mm左右放置孔径光阑；分划板为视场光阑；孔径光阑对目镜成的像距即为出瞳距离lz6mm,1）光阑在物镜的左侧10mm（=4.25）：,2）光阑在物镜上：,3）光阑在物镜右侧10mm：,通光口径计算（表4-1）,h为轴上点边缘光线投射高度（平行光线）,三、望远镜系统光束限制的总结,1、两光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则；,2、目视光学系统的出瞳一般在外，且不小于6mm；,4、分划板就是视场光阑。,3、孔径光阑大致在物镜左右；,4、光阑位置对轴外光束位置的选择,第四节 显微镜系统中的光束限制和分析,一、简单显微镜系统中的光束限制,1、显微镜系统的构成,二、远心光路,1、孔径光阑在物镜上,(a) 测距原理：,(b) 调焦不准：,2) 由于调焦不精确，引 起像平面和标尺平面 不重合，从而导致测 量误差。,1) 入瞳与物镜边框重合；,2、孔径光阑在物镜 的像方焦平面上,1) 入瞳位于物方无穷远。,A和A1、B和B1的主光线分别重合，且轴外点的主光线平行于主轴。,3) 主光线是物点成像光束的中心轴，则物点A1 B1在刻尺平面构成的两个弥散斑的中心间隔始终不变。, 物方远心光路,(a) 测距原理：,(b) 调焦不准：,三、场镜的应用,缺点：出射主光线的投射太高，要求物镜后面系统的口径 必须非常大。,-1透镜转像系统：加长光路。,1、长光路显微镜系统,2、降低主光线，减小后续光路口径的办法,-1转像系统, 场镜：与像平面重合、或者很靠近像平面的透镜。, 效果：主光线经场镜后通过-1转像透镜中心， 从而对后面系统的口径要求最小。 场镜起到使前后系统的光瞳衔接的作用。, 实际设计： 在-1转像透镜前、物镜的实像面处加场镜。,场镜的应用,四、显微镜系统光束选择的总结,1、一般情况，孔径光阑在显微物镜上；,4、长光路显微镜系统： 利用场镜达到前后系统的光瞳衔接， 减小光学零件尺寸。,2、一次实像面处安放视场光阑；,3、测长显微镜，孔径光阑在显微物镜焦平面上 物方远心光路,第五节 光学系统的景深,同一位置不同景深的效果,一、光学系统的空间像,1、平面上的空间像：空间点成像于一个像平面上。,对准平面,景像平面,以入瞳中心为投影中心，以各空间点的主光线为投影方向，向对准平面投影，对应投影点在景象平面上的共轭点即为空间点的平面像。, 平面上的空间像的获得：,或：在像空间以出瞳中心为投影中心，仍以各空间点的主光线为投影方向，各空间像点向景象平面投影，可得空间点的平面像。,二、光学系统的景深, 成像空间的景深： 在景象平面上所获得的成清晰像的物空间深度。,入瞳中心： 物空间参数 的起算原点,出瞳中心： 像空间参数 的起算原点,对准平面的弥散斑直径：,景像平面的弥散斑直径：,由相似三角形得：,两个因素：观测距离、极限分辨角, 正确透视距离：观察距离满足照片上各点对人眼睛的张角，与直接观察空间时各对应点对眼睛的张角相等。,眼睛,以照相机为例，分析人眼看照片认为是清晰图像的情况：,对准平面上对应弥散斑的允许值：,远景、近景到对准平面的距离：,远景、近景到入瞳的距离：,总成像深度景深,物方孔径角U：轴上物点-入瞳边缘连线与光轴的夹角。,例：照相机的原理图,光圈大小对于景深的影响,对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大,孔径光阑光圈,相对孔径D/f(入瞳直径与焦距之比),例1：现有一照相机，其物镜f=75mm，现以常摄距离p=3m进行拍摄，光圈的相对孔径D/f(入瞳直径与焦距之比)分别采用1/3.5和1/22，试分别求其景深。,解：,不同光圈的效果,1、使对准平面前的整个空间都能在景像平面上成清晰像：,即，远景深度：,三、特例,景深：自入瞳前距离a/处的平