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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A1B1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/处的平面起