应用光学光阑精.ppt

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1、应用光学光阑第1页，本讲稿共84页2023/2/1112023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2 组成光学系统的所有零件都有一定的尺组成光学系统的所有零件都有一定的尺寸大小寸大小实际的光学系统除了应满足前述的实际的光学系统除了应满足前述的物象共轭物象共轭位置关系和成像放大率位置关系和成像放大率的要求外，还要有一的要求外，还要有一定的定的成像范围成像范围没有对光学零件的大小加以限制没有对光学零件的大小加以限制 第2页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院3装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘装夹透镜和其他零件的

2、金属框的内孔边缘就是限制光束的光孔，这个光孔对光学零就是限制光束的光孔，这个光孔对光学零件来说被称为件来说被称为“通光孔径通光孔径”由一点发出能进入透镜或光学系统的光束，由一点发出能进入透镜或光学系统的光束，其立体角大小决定于透镜的直径其立体角大小决定于透镜的直径 4-1 光阑及其作用光阑及其作用 第3页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院4光阑的定义：夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）限制了成像光束的大小，框）限制了成像光束的大小，光学中这光学中这种限制成像光束的光孔称为种限制成像光束的光孔称为光阑光

3、阑。光孔的大小是可变化的，这种光阑称光孔的大小是可变化的，这种光阑称为为“可变光阑可变光阑”光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可少的零件。少的零件。第4页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院5光阑在光学系统中的作用：决定像面的照度。决定像面的照度。决定系统的视场。决定系统的视场。限制光束中偏离理想位置的一些光限制光束中偏离理想位置的一些光线，用以改善系统的成像质量线，用以改善系统的成像质量 拦截系统中有害的杂散光。拦截系统中有害的杂散光。第5页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试

4、工程学院中国计量学院计量测试工程学院6光阑按上述的作用分为：光阑按上述的作用分为：孔孔径径光光阑阑视场视场光光阑阑消消杂杂光光光光阑阑渐晕渐晕光光阑阑孔径光阑：孔径光阑：它是它是限制轴上物点成像光束立限制轴上物点成像光束立体角（锥角）的光阑。体角（锥角）的光阑。也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像平面照也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像平面照度）作用的光阑。度）作用的光阑。第6页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院7以普通照相机来说明光阑以普通照相机来说明光阑可变光阑可变光阑底片底片第7页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量

5、学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院8孔径光阑A()BCv孔阑孔阑依当时的条件而定。物体位置变，孔阑可能依当时的条件而定。物体位置变，孔阑可能也变。也变。第8页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院9例一应使所有光孔处于同一空间应使所有光孔处于同一空间A AA AF F第9页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院10视场视场光光阑阑 限制物平面或物空间能被光学系统成像限制物平面或物空间能被光学系统成像的最大范围的光阑的最大范围的光阑称为视场光阑称为视场光阑。渐晕渐晕光光阑阑 光阑

6、以减少轴外像差为目的，使物空间光阑以减少轴外像差为目的，使物空间轴外点发出的、原本能通过上述两种光轴外点发出的、原本能通过上述两种光孔的成像光束只能部分通过，这种光阑孔的成像光束只能部分通过，这种光阑称为渐晕光阑。称为渐晕光阑。第10页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院11渐晕光阑由轴外发出的充满入瞳的光被部分遮拦的现象叫渐晕.引起渐晕的光阑称渐晕光阑A AB B1 1B B3 3渐晕系数：渐晕系数：K=DK=DW W/D/DB B2 2第11页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院12

7、消消杂杂光光光光阑阑 这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只限制那这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折射面反射的光些从非成像物体射来的光、光学系统各折射面反射的光和仪器内壁反射的光等，这些光阑称为和仪器内壁反射的光等，这些光阑称为消杂光光阑消杂光光阑。物镜物镜消杂光光阑消杂光光阑分划板第12页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院134-2 孔径光阑、入瞳、出瞳孔径光阑、入瞳、出瞳v例例5-1 已知一光学系统由三个零件组成，已知一光学系统由三个零件组成，v透镜透镜1其焦距其焦距 f1=-f1

8、=100mm，口径，口径D1=40mm；v透镜透镜2的焦距的焦距f2=-f2=120mm，口径，口径D2=30mm，v它和透镜它和透镜1之间的距离为之间的距离为d1=20mm；v光阑光阑3口径为口径为20mm，它和透镜，它和透镜2之间的距离之间的距离d2=30mm。v物点物点A的位置的位置L1=-200mm;v试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。第13页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院14解：由于透镜解：由于透镜1 1的前面没有任何光组，所以它本身就是在的前面没有任何光组，所以它本身就是在物空间的

9、像。物空间的像。先求透先求透镜镜2被透被透镜镜1所成的像。因所成的像。因为为 f1=-f1=100mm，l=20mm，利用高斯公式：，利用高斯公式：第14页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院15再求光阑再求光阑3 3被前面光组所成的像被前面光组所成的像。必须注意：必须注意：为了求得光阑为了求得光阑3 3在物空间的像，要使它对透镜在物空间的像，要使它对透镜1 1、2 2成像。成像。第15页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院16先求光阑先求光阑3 3被透镜被透镜2 2所成的像，在求该像被

10、透镜所成的像，在求该像被透镜1 1在物空间所成的像。在物空间所成的像。求法如上，因求法如上，因为为l 2=30mm，y2=D3/2=10mm，利用高斯公式得，利用高斯公式得第16页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院17y2对对透透镜镜1来说来说是像，故是像，故 y1=y2=13.33mm 因因为为l2=l1 d1，所以，所以 第17页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院18再再对对透透镜镜1 1求此像所求此像所对应对应的物，仍利用高斯公的物，仍利用高斯公式：式：求物平面中心点求物平面中

11、心点A对对各光各光阑阑像的像的张张角角（在物空（在物空间间的像）的像）第18页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院19物点物点A对对光光阑阑D1 的的张张角角对对D2 的的张张角角对对光光阑阑D3 的的张张角角u2 为为最小，最小，说说明光明光阑阑像像D2 限制了物点的限制了物点的孔孔径径角角，故，故透透镜镜2为为孔孔径径光光阑阑。第19页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院20-y-UPP1P2PP1P2UyQQ2Q出射光瞳出射光瞳入射光瞳入射光瞳孔径光阑孔径光阑L1L2U 物方孔径角

12、物方孔径角U 像方孔径角像方孔径角第20页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院21将此光阑将此光阑Q1Q Q2通过其前面的透镜成像通过其前面的透镜成像到物空间去，则其像到物空间去，则其像P1PP2 就决定了光就决定了光学系统的物方孔径角学系统的物方孔径角（由孔径光阑决定由孔径光阑决定的光锥角称为的光锥角称为孔径角孔径角）U（这一限制（这一限制轴上点轴上点光束孔径角的光阑）光束孔径角的光阑）孔孔径光阑径光阑被其前面的光组被其前面的光组在光学系统在光学系统物空间物空间所成的像称为所成的像称为入射光瞳入射光瞳，简称，简称入瞳。入瞳。第21页，本讲

13、稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院22孔径光阑孔径光阑Q1QQ2被被其后面的其后面的透镜（光组）透镜（光组）在在像空间像空间所成的像所成的像P1PP2 称为称为出射光出射光瞳瞳，简称，简称出瞳出瞳，其决定了系统像方孔径，其决定了系统像方孔径角角U 与入射光瞳、出射光瞳对应的那个实与入射光瞳、出射光瞳对应的那个实际起着限制光束作用的光阑际起着限制光束作用的光阑Q1QQ2即为即为孔径光阑孔径光阑。第22页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院23入射光瞳通过整个光学系统所成的像就是出射入射光瞳通过

14、整个光学系统所成的像就是出射光瞳光瞳 入瞳入瞳与与出瞳出瞳对整个光学系统是对整个光学系统是共轭共轭的的。如果光阑在整个光学系统的像空间，那么如果光阑在整个光学系统的像空间，那么它本身也就是它本身也就是出射光瞳出射光瞳；反之，若在物空间，它就是反之，若在物空间，它就是入射光瞳入射光瞳第23页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院24将光学系统中所有光学零件的通光孔将光学系统中所有光学零件的通光孔分别通过其前面的光学零件成像到整分别通过其前面的光学零件成像到整个系统的个系统的物空间物空间去，系统的入射光瞳去，系统的入射光瞳必然是其中对物面中心的必

15、然是其中对物面中心的张角为最小张角为最小的一个。的一个。第24页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院25QQQ2A-UP1PP2入射光瞳入射光瞳孔径光阑孔径光阑L1L2 2L2第25页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院26PL1AU孔径光阑孔径光阑QQ2QL2PP出射光瞳出射光瞳L1第26页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院27 通过入射光瞳通过入射光瞳中心中心的光线称为的光线称为主光线主光线由于共轭关系，主光线也必然通过孔径光阑

16、中心由于共轭关系，主光线也必然通过孔径光阑中心和出瞳中心。和出瞳中心。显然，主光线是各个物点发出的成像光束显然，主光线是各个物点发出的成像光束的光束轴线。的光束轴线。光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重要性能参数之一。要性能参数之一。它不但决定了像面的它不但决定了像面的照度照度，而且还决定了，而且还决定了光学系统光学系统分辨能力分辨能力 第27页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院28对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法来表征这种孔径角对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法来表征这种孔径角相应的

17、性能参数相应的性能参数 显微系统和投影系统的物镜常用显微系统和投影系统的物镜常用nsinsinU Umaxmax表示，被称之为表示，被称之为数值孔径数值孔径，用，用NANA表示，即表示，即 n n 物方空间的介质折射率。物方空间的介质折射率。物方孔径角物方孔径角U Umaxmax越大，其越大，其数值孔径数值孔径也越大也越大 进进入系入系统统的光能越多，理的光能越多，理论论分辨本分辨本领领越高越高第28页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院29望远系统和摄影系统常用望远系统和摄影系统常用相对孔径相对孔径A来表示来表示 D 入瞳直入瞳直径径 f

18、物物镜镜焦距焦距 相相对对孔孔径径A越大，表明能越大，表明能进进入系入系统统的光能也越多的光能也越多而照相机，而照相机，则则常用另一常用另一个术语个术语光光阑阑指指数数，用，用F来来表示，表示，它它是相是相对对孔孔径径的倒的倒数数，即，即F俗称俗称光圈光圈，相对孔径越大时，光圈数值愈小，相对孔径越大时，光圈数值愈小。第29页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院30必须注意：光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物体光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物体而言的而言的如果物体位置发生变化，原来限制光束的孔径光阑如果物体位置发生变化，原来限制光束的孔

19、径光阑将会失去限制光束的作用，光束会被其他光孔所限将会失去限制光束的作用，光束会被其他光孔所限制。制。对于对于无限远的物体无限远的物体，光学系统的所有光孔被其前面，光学系统的所有光孔被其前面的光学零件在物空间所成的像中，直径最小的一个的光学零件在物空间所成的像中，直径最小的一个光孔像就是系统的入瞳。光孔像就是系统的入瞳。第30页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院314-3 视场光阑、入射窗、出射窗视场光阑、入射窗、出射窗例例5-2 5-2 在上例中，若物距在上例中，若物距l1=-100mm=-100mm，此时光学系统的孔径光，此时光学系统

20、的孔径光阑为哪一个？阑为哪一个？光学系统的成像范围是有限的。光学系统的成像范围是有限的。照相机中底片框限制了被成像范围的大小照相机中底片框限制了被成像范围的大小 工具显微镜中分划板的直径决定成像物体的大小工具显微镜中分划板的直径决定成像物体的大小这种限制物体成像范围的光阑称为这种限制物体成像范围的光阑称为视场光阑视场光阑第31页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院32如果孔径光阑或入射光瞳都如果孔径光阑或入射光瞳都非常小非常小时，只有沿主光线的一束时，只有沿主光线的一束无限细光束能通过光学系统无限细光束能通过光学系统 孔径光阑孔径光阑AL1

21、L2BC出射光瞳出射光瞳入射窗入射窗PQP入射光瞳入射光瞳AB视视场场光光阑阑（出出射射窗窗）因此光学系统的成像范围，便由对主光线发生限制的光因此光学系统的成像范围，便由对主光线发生限制的光孔所决定。孔所决定。第32页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院33与孔径光阑类似，视场光阑被其前面的光与孔径光阑类似，视场光阑被其前面的光组在整个系统的物空间所成的像称为组在整个系统的物空间所成的像称为入射入射窗（简称入窗）窗（简称入窗）。视场光阑被其后面的光组在整个系统的像空间视场光阑被其后面的光组在整个系统的像空间所成的像称为所成的像称为出射窗（简

22、称出窗）出射窗（简称出窗）第33页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院34把孔径光阑以外的所有光孔通过其前面的把孔径光阑以外的所有光孔通过其前面的光组成像，则在这些像中光组成像，则在这些像中入射窗对入瞳中入射窗对入瞳中心的张角为最小心的张角为最小。可找出系统中哪一个光孔是视场光阑可找出系统中哪一个光孔是视场光阑入射窗限制着物空间的成像范围入射窗限制着物空间的成像范围第34页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院35把除孔径光阑外的所有光孔通过其后面的光把除孔径光阑外的所有光孔通过其后面的光

23、组在整个系统的像空间成像时，组在整个系统的像空间成像时，出射窗对出射出射窗对出射光瞳中心的张角为最小光瞳中心的张角为最小。出射窗限制了像方视场范围出射窗限制了像方视场范围入射窗和出射窗共轭入射窗和出射窗共轭。入射窗、视场光阑和出射窗在各自的空间对入射窗、视场光阑和出射窗在各自的空间对同一条主光线起限制作用，同一条主光线起限制作用，主光线和光轴间的主光线和光轴间的夹角即表示整个光学系统的视场角。夹角即表示整个光学系统的视场角。第35页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院36当当物体在物体在无限无限远远时时，常用，常用视场视场角角表示光表示光学

24、学系系统统的的视场视场，以，以2表示表示当当物体在物体在有限距离有限距离时时，常用物高表示，常用物高表示视场视场，称称为为线视场线视场，以，以2y表示之表示之例例5-3 求例求例5-1中光中光组组的的视场视场光光阑阑。f1=-f1=100mm，D1=40mm；f2=-f2=120mm，D2=30mm，d1=20mm；D3=20mm，d2=30mm，L1=-200mm求出系求出系统统每一每一个个光光阑阑被被它它前面光前面光组组在物空在物空间间所成的像所成的像（此步（此步骤骤在在求孔求孔径径光光阑时阑时已已经进经进行）行）第36页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计

25、量学院计量测试工程学院37D1 对对入瞳中心的入瞳中心的张张角角为为D2 本身是入瞳，本身是入瞳，D3 对对入瞳中心的入瞳中心的张张角角为为D3 对对入瞳中心的入瞳中心的张张角最小，故光角最小，故光阑阑3是是视场视场光光阑阑。第37页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院38入瞳入瞳出瞳出瞳D3 透镜透镜2 2（孔径光阑）孔径光阑）D2透镜透镜1 1D1D1D2视场光阑视场光阑（出窗出窗）F1F2D3入窗入窗第38页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院39视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言

26、的视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将可当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替能被另外的光孔所代替 渐晕现象渐晕现象以上只讨论了入射光瞳为无限小时的情况以上只讨论了入射光瞳为无限小时的情况实际上光学系统的入射光瞳总有一定的大小实际上光学系统的入射光瞳总有一定的大小 第39页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院40在多数情况下，入射窗并不能完全决定光学系在多数情况下，入射窗并不能完全决定光学系统的成像范围统的成像范围A物物平平面面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1

27、P2PP2P2P2P P P1P1P1第40页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院41在物面上按其成像光束孔径角的不同可分为在物面上按其成像光束孔径角的不同可分为三个区域：三个区域：第一个区域第一个区域是以是以B1A为半径的圆形区，其中每个点均为半径的圆形区，其中每个点均以充满入射光瞳的全部光束成像以充满入射光瞳的全部光束成像此区域之边缘点此区域之边缘点B1由入射光瞳下边缘由入射光瞳下边缘P2和入射窗下边缘和入射窗下边缘点点M2的连线所确定。的连线所确定。第41页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量

28、测试工程学院42A物物平平面面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P1第42页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院43第二第二个区个区域域是以是以B1B2绕绕光光轴轴旋旋转转一周所形成一周所形成的的环环形形区区域，在此域，在此区区域域内内，每一点已不能用，每一点已不能用充充满满入瞳的光束成像，在含入瞳的光束成像，在含轴轴面面内内看光束，看光束，由由B1点到点到B2点，其能通点，其能通过过入射光瞳的光束，入射光瞳的光束，由由100%到到50%渐变渐变，这这就是就是轴轴外点的外点的渐晕渐晕现现

29、象象。此此区区域的域的边缘边缘点点B2由入射光瞳中心由入射光瞳中心P和入射窗和入射窗下下边缘边缘M2的的连线连线确定确定第43页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院44A物物平平面面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P1第44页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院45第三第三个区个区域是以域是以B2B3绕绕光光轴轴旋旋转转一周所形成的一周所形成的环环形形区区域，域，在此在此区区域域内内各点的光束各点的光束渐晕渐晕更更为严为严重，由重，

30、由B2点到点到B3点，其点，其渐晕渐晕系系数数由由50%降低到降低到0。B3点是可点是可见视场见视场最最边缘边缘点，点，它它由入射光瞳上由入射光瞳上边缘边缘点点P1和入射窗下和入射窗下边缘边缘点点M2的的连线连线所所决决定。定。第45页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院46A物物平平面面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P1第46页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院47以上三以上三个区个区域只是大致的域只是大致的划划分，分，实际实

31、际上在上在物平面上，由物平面上，由B1到到B3点的点的渐晕渐晕系系数数由由100%到到0是是渐变渐变的的，并没并没有明有明显显的界限的界限用眼睛通用眼睛通过过放大放大镜观镜观察物面察物面时时，由放大，由放大镜镜和眼睛和眼睛组组成的光成的光学学系系统统就是就是这样这样。第47页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院48入射光瞳具有一定大小时，入射光瞳具有一定大小时，没有渐晕的情况也是存在没有渐晕的情况也是存在的的 入射窗和物平面相重合入射窗和物平面相重合 或者或者把视场光阑设置在像把视场光阑设置在像平面上平面上视场具有清晰的界限视场具有清晰的界

32、限 物平面物平面入窗入窗入瞳入瞳出瞳出瞳像平面像平面视场光阑视场光阑出窗出窗第48页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院49光学系光学系统的的视场大小用两种方法表示大小用两种方法表示线视场线视场：对对近距离成像的光近距离成像的光组组，常用能看到，常用能看到的物平面直的物平面直径来径来表示表示 视场视场角：角：对远对远距离或无限距离或无限远远物体成像的光物体成像的光组组，常用角度，常用角度来来表示其表示其视场视场的大小的大小这这就是前面就是前面谈谈到到过过的的物方物方视场视场角角22和和像像方方视场视场角角22。第49页，本讲稿共84页202

33、3/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院50综综上所述，孔上所述，孔径径光光阑阑和和视场视场光光阑阑是光是光学学系系统统中中起重要作用的起重要作用的两种两种光光阑阑，前者主要限制成像光束的孔前者主要限制成像光束的孔径径，即，即决决定像的照定像的照度。度。后者后者决决定定视场视场，即物体被成像的范，即物体被成像的范围围。切不可把孔切不可把孔径径光光阑阑和和视场视场光光阑阑混混为为一一谈谈 第50页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院515-4 光学系统的景深光学系统的景深（5-5）上上节讨论节讨论在垂直于光在垂直于

34、光轴轴的平面上点的成像的平面上点的成像问问题题。如：照相制版物如：照相制版物镜镜和和电电影放映物影放映物镜镜实际实际上有很多光上有很多光学仪学仪器需要把空器需要把空间间中的物点成中的物点成像在一像在一个个像平面上（像平面上（称为称为平面上的空平面上的空间间像），像），如望如望远镜远镜和照相物和照相物镜镜等就等就属属于于这这一一类类。第51页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院52入瞳入瞳出瞳出瞳BB1abB01B2B3B4PPAB04B03B02B2”B3”B4”B1”B4B3B2ABabB1AB对准平面对准平面AB景像平景像平面面第52页

35、，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院53ab和和a b 的大小和入射光瞳的直的大小和入射光瞳的直径径有有关关，入，入射光瞳直射光瞳直径减径减少，弥散斑也少，弥散斑也随随之之减减少少 物空物空间间各空各空间间点的成像，相点的成像，相当当于以入射光瞳中心于以入射光瞳中心为为投影中心投影中心，以，以主光主光线线为为投影投影线线，将将各点投影各点投影到到对对准平面上后，再成像到景象平面上。准平面上后，再成像到景象平面上。或者在像空或者在像空间间以出射光瞳中心以出射光瞳中心为为投影中心，投影中心，各空各空间间像点沿主光像点沿主光线线投影到景象平面上，

36、投影到景象平面上，即是空即是空间间物点的平面像。物点的平面像。第53页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院54如果入瞳位置如果入瞳位置对对于物方空于物方空间间点（即景物）位置点（即景物）位置发发生生变变化，化，则则景象也景象也随随之之变变化化 投影中心作前后移投影中心作前后移动动时时，投影像的，投影像的变变化和化和景物是不成比例的，景物是不成比例的，这种现这种现象象称为称为景象畸景象畸变变，也也称为称为透透视视失失真真。对对准准平平面面AAAAPPS1S2入入射射光光瞳瞳出出射射光光瞳瞳景景像像平平面面P第54页，本讲稿共84页2023/2

37、/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院55根据理想光根据理想光学学系系统统特性，物空特性，物空间间一一个个平面，在像空平面，在像空间间只有一只有一个个平面平面与与之共之共轭轭。讨论讨论:当当入射光瞳一定入射光瞳一定时时，在物空，在物空间间有多大有多大深度范深度范围围的物体能在景象平面上成的物体能在景象平面上成清清晰像晰像(以以摄摄影物影物镜为镜为例）例）第55页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院56任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且分辨任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且分辨本领也不一样，因此只要像的

38、弥散斑足够小并能满足本领也不一样，因此只要像的弥散斑足够小并能满足接受器的分辨本领，就可人为这个弥散斑是一个点接受器的分辨本领，就可人为这个弥散斑是一个点一个光学系统是能对一个光学系统是能对空间物体空间物体成一个清晰的成一个清晰的平面像平面像能在像平面上获得清晰像并沿光轴方向能在像平面上获得清晰像并沿光轴方向的的物空间深度物空间深度称为称为成像空间深度成像空间深度(景深景深)第56页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院57ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1设在设在B1点和点和B2点之间的

39、物空间各点均能在像点之间的物空间各点均能在像平面平面A成清晰像成清晰像第57页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院58ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1l1=p1-p称为后景深；称为后景深；l2=p-p2称为前景深称为前景深总景深总景深l=l1+l2=p1-p2为前后景深之和为前后景深之和第58页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院59ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1A为为对准平

40、面对准平面，其对应的是，其对应的是景像平面景像平面A第59页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院60ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1能成清晰像的能成清晰像的最远最远平面（平面（B1）称为）称为远景远景能成清晰像的能成清晰像的最近最近平面（平面（B2）称为）称为近景近景 第60页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院61ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第61页，本讲稿共84页202

41、3/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院62ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第62页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院63ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第63页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院64人在看图片时，一般是把图片放在眼前人在看图片时，一般是把图片放在眼前250mm处，被处，被称为称为明视距离明视距离Mll1l2p2P p1P1PP2

42、AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第64页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院65若弥散斑在明视距离对眼睛的张角若弥散斑在明视距离对眼睛的张角小小于于分辨角分辨角，看上去就是一点看上去就是一点ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第65页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院66人眼的分辨率人眼的分辨率ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第66页，本讲稿共84页202

43、3/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院67ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第67页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院68ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第68页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院69前景深前景深后景深后景深ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第69页，本讲稿共84页2023/2

44、/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院70由于由于那么那么ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1第70页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院71总景深为总景深为第71页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院72从从l1、l2看出，看出，摄影物影物镜的后景深大于前景的后景深大于前景深深，这与以下有关：与以下有关：入瞳直入瞳直径径D：当当D越小，其景深越大，反之越小，其景深越大，反之则则相反；相反；从从DF=f 可知，若

45、想可知，若想获获得得较较大的景深需要大的景深需要较较大的光大的光圈指圈指数数F，但，但这时这时在在f 不不变变的情的情况况下，入瞳下，入瞳较较小小所所进进入的光能也入的光能也较较小，需要小，需要较长较长的曝光的曝光时间时间。当当共共轭轭面的面的一定一定时时，f 越越长长，则对则对准平面越准平面越远远，即即p越大，景深越大。越大，景深越大。第72页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院73例例5-4 有一有一摄影物影物镜，若要求，若要求对准平面后的空准平面后的空间均能在景像平面均能在景像平面上成清晰像，上成清晰像，问对准距离准距离应为多少？近景

46、位于何多少？近景位于何处？解：欲使解：欲使l1为为无限大，其公式的分母无限大，其公式的分母为为零，就有零，就有 将将p值值代入前景深公式，就可得到前景深和近景距：代入前景深公式，就可得到前景深和近景距：第73页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院74例例5-5 照相机物照相机物镜焦距焦距为75mm，在，在对准平面离相机准平面离相机2m时，所用的光圈指数，所用的光圈指数为11和和5.6；设眼睛分辨率眼睛分辨率为1.5，求，求这两种情况下的景深大小？两种情况下的景深大小？当当F=11时时，其入瞳，其入瞳D为为 当当F=5.6时时，其入瞳，其入瞳

47、D为为第74页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院755-5 远心光路远心光路（5-35-3）物方物方远远心光路和心光路和像方像方远远心光路心光路在光在光学仪学仪器中，很大一部分器中，很大一部分仪仪器用器用来测来测量量长长度度 一一类仪类仪器是光器是光学学系系统统有一定放大率，使被有一定放大率，使被测测物的像和物的像和标标准刻尺相比，求被准刻尺相比，求被测测物体的物体的长长度，如度，如工具工具显显微微镜镜等等计计量量仪仪器。器。另一另一类仪类仪器是把一器是把一标标尺放在不同的位置，光尺放在不同的位置，光学学系系统统改改变变放大率，使放大率，

48、使标标尺的像等于一尺的像等于一个个已知已知值值，来来求求仪仪器到器到标标尺尺间间距离，如距离，如大地大地测测量量仪仪器器中的中的视视距距测测量。量。第75页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院76在工具在工具显显微微镜镜光光学学系系统统的的实实像平面上，放置已知刻度像平面上，放置已知刻度值值的透明刻尺的透明刻尺（称为称为分分划划板）板）分分划划板上刻尺的格板上刻尺的格值值已考已考虑虑了物了物镜镜的放大率的放大率 按此方法按此方法测测量，刻尺量，刻尺与与物物镜镜之之间间的距离的距离应应保持不保持不变变，使物，使物镜镜的放大的放大率保持常率保持

49、常数数这种测这种测量方法的量方法的测测量精度量精度在很大程度上取在很大程度上取决决于像平面于像平面与与刻尺平面的刻尺平面的重合程度。重合程度。分划板分划板物镜物镜yBAyAB第76页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院77由于景深及由于景深及调调焦焦误误差，不可能做到差，不可能做到真真正的重合，正的重合，会会引起一些引起一些误误差。差。像平面像平面与与分分划划板板不重合不重合的的现现象象称为称为视视差差。由于由于视视差而引起差而引起长长度度测测量量误误差可由下差可由下图来说图来说明。明。出瞳出瞳P1P2ZB1B2M1M2物体像物体像分划板分

50、划板-Uz第77页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院78为了减少了减少视差差对测量精度的影响，可以由控制量精度的影响，可以由控制主主光光线的方向来达到的方向来达到。孔径光阑孔径光阑（出瞳）（出瞳）F B2B1A1A2B2B1B2B1MM2M1分划板分划板第78页，本讲稿共84页2023/2/11中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院79由于入瞳在无限由于入瞳在无限远处，物方主光，物方主光线平行于光平行于光轴的光学的光学系系统，故称，故称为物方物方远心光路心光路。在大多在大多数数的的计计量光量光学仪学仪器中，其孔器中，其孔