工程光学 光学系统中的光阑和光束限制.pptx

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1、会计学1工程光学工程光学光学系统中的光阑和光束限制光学系统中的光阑和光束限制n n4.1 光阑光阑n n4.2 照相系统中的光阑照相系统中的光阑n n4.3 望远镜系统中成像光束限望远镜系统中成像光束限制制n n4.4 显微镜系统中的光束限制显微镜系统中的光束限制与分析与分析n n4.5 光学系统的景深光学系统的景深第四章第四章 光学系统中的光阑和光束限制光学系统中的光阑和光束限制第1页/共75页n n组成光学系统的所有零件都有组成光学系统的所有零件都有一定的尺寸大小一定的尺寸大小实际的光学系统除了应满足前述实际的光学系统除了应满足前述的的物象共轭位置关系和成像放大物象共轭位置关系和成像放大率

2、率的要求外，还要有一定的的要求外，还要有一定的成像成像范围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/共75页通常光学系统中用一些中心开孔的薄通常光学系统中用一些中心开孔的薄金属片来合理地限制成像光束的宽度、金属片来合理地限制成像光束的宽度、位置和成像范围。这些限制成像光束位置和成像范围。这些限制成像光束和成像范围的薄金属片称为光阑。和成像范围的薄金属片称为光阑。如果光学系统中安放光阑的位置与光如果光学系统中安放光阑的位置与光学元件的某一面重合，则光学系统的学元件的某一面重合，则光学系统的边框就是光阑边框就是光阑 4-1光阑光阑第3页/共75页光阑在光学系统中的作光阑

3、在光学系统中的作用：用：n n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限制光束中偏离理想位置的一些光线，用以改善系的一些光线，用以改善系统的成像质量统的成像质量 拦截系统中有害的杂散光。拦截系统中有害的杂散光。第4页/共75页光阑分为：光阑分为：n n孔径光阑孔径光阑孔径光阑孔径光阑n n视场光阑视场光阑视场光阑视场光阑n n消杂光光阑消杂光光阑消杂光光阑消杂光光阑n n渐晕光阑渐晕光阑渐晕光阑渐晕光阑第5页/共75页一、孔径光阑一、孔径光阑(Aperture Stops)n n孔径光阑：孔径光阑：它是它是限制轴上物点限制轴上物点成像光束立体角（锥

4、角）的光成像光束立体角（锥角）的光阑。阑。n n也就是起到决定能通过光学系也就是起到决定能通过光学系统的光（即像平面照度）作用统的光（即像平面照度）作用的光阑。的光阑。第6页/共75页 含义含义2 2：孔径光阑的位置不同，但孔径光阑的位置不同，但都起到了对轴上物点成都起到了对轴上物点成像光束宽度的限制作用像光束宽度的限制作用；只需相应的改变光阑大小，即可保；只需相应的改变光阑大小，即可保证轴上物点成像光束的孔径角不变。证轴上物点成像光束的孔径角不变。第7页/共75页 含义含义3 3：孔径光阑的位置不同，则对应于孔径光阑的位置不同，则对应于选择轴外物点选择轴外物点发出光束的不同部分参与成像发出光

5、束的不同部分参与成像。孔径光阑的定义：孔径光阑的定义：1 1）限制轴上物点成像光束孔径角的大小（宽度）；）限制轴上物点成像光束孔径角的大小（宽度）；2 2）选择轴外物点成像光束的位置。）选择轴外物点成像光束的位置。第8页/共75页2 2、入射光瞳与出射光瞳、入射光瞳与出射光瞳(Entrance and Exit pupils)Pupils：The image of the Aperture Stops入射光瞳：入射光瞳：孔径光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）孔径光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）出射光瞳：出射光瞳：孔径光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）孔径光阑经其后面光学系统所成的

6、像（像空间）照相机镜头中的孔径光阑照相机镜头中的孔径光阑第9页/共75页孔径光阑孔径光阑孔径光阑孔径光阑物像关系物像关系后面后面光学光学系统系统入瞳入瞳出瞳出瞳孔径光阑孔径光阑前面前面光学光学系统系统整整个个光光学学系系统统第10页/共75页 孔径光阑、入瞳与出瞳孔径光阑、入瞳与出瞳孔径光阑、入瞳与出瞳孔径光阑、入瞳与出瞳出瞳出瞳 入瞳入瞳孔径孔径光阑光阑1 1）入瞳：决定光学系统的物方光束的孔径角。）入瞳：决定光学系统的物方光束的孔径角。2 2）出瞳：决定光学系统的像方光束的孔径角。）出瞳：决定光学系统的像方光束的孔径角。3 3）孔径光阑：实际起对光束限制作用的元件，决定了）孔径光阑：实际起

7、对光束限制作用的元件，决定了 入瞳、出瞳；三者互为物像关系。入瞳、出瞳；三者互为物像关系。第11页/共75页3 3、关于孔径光阑需要注意的几个问题、关于孔径光阑需要注意的几个问题(1)(1)轴上物点的位置发生变化，孔径光阑也会变化。轴上物点的位置发生变化，孔径光阑也会变化。(2)(2)几个口径一定的透镜组合几个口径一定的透镜组合，判断，判断确定的轴上物点位置确定的轴上物点位置的孔径光阑：的孔径光阑：追迹光线法：追迹光线法：过轴上物点的任一条近轴光线，求其在每过轴上物点的任一条近轴光线，求其在每个折射面的投射高度与实际口径的比值，个折射面的投射高度与实际口径的比值，比值最大比值最大的折射的折射面

8、的边框为面的边框为透镜组的孔径光阑透镜组的孔径光阑。第12页/共75页 成像张角比较法：成像张角比较法：a.a.将光学系统所有光阑（各个透镜和光圈等），对其前面将光学系统所有光阑（各个透镜和光圈等），对其前面 的光学系统（物空间）成像，求像之大小和位置；的光学系统（物空间）成像，求像之大小和位置；b.b.由物位置（轴上点）向各像边缘、第一个透镜边缘分别由物位置（轴上点）向各像边缘、第一个透镜边缘分别 作连线，求张角最小值即为入瞳，相应的共轭物为孔径作连线，求张角最小值即为入瞳，相应的共轭物为孔径 光阑；光阑；c.c.孔径光阑对后面光学系统（像空间）所成像即是出瞳。孔径光阑对后面光学系统（像空间

9、）所成像即是出瞳。第13页/共75页例例例例1 1：已知物点：已知物点：已知物点：已知物点A A离透镜离透镜离透镜离透镜1 1的距离为的距离为的距离为的距离为-l l1 1=30mm=30mm，透镜，透镜，透镜，透镜1 1的通光口的通光口的通光口的通光口径径径径D D1 1=30mm,=30mm,光孔光孔光孔光孔2 2的直径的直径的直径的直径D D2 2=22mm=22mm，像点，像点，像点，像点A A 离透镜的距离离透镜的距离离透镜的距离离透镜的距离l l1 1=60mm=60mm，透镜与光孔之间距离为，透镜与光孔之间距离为，透镜与光孔之间距离为，透镜与光孔之间距离为d=10mmd=10mm

10、，试确定这个系，试确定这个系，试确定这个系，试确定这个系统的孔径光阑、入瞳和出瞳。统的孔径光阑、入瞳和出瞳。统的孔径光阑、入瞳和出瞳。统的孔径光阑、入瞳和出瞳。ABAB12解解：判断孔径光阑：判断孔径光阑：轴上物点的成像张角比较法轴上物点的成像张角比较法1）透镜）透镜1框内孔相对于前面光学系统的像与自身重合。框内孔相对于前面光学系统的像与自身重合。2）光孔）光孔2相对于前面透镜成像：相对于前面透镜成像：2第14页/共75页ABAB123）D1，D2对轴上物点对轴上物点A的张角：的张角：D2的的张张角角最最小小，最最能能限限制制轴轴上上物物点点A的的成成像像光光束束，为入瞳，即光孔为入瞳，即光孔

11、2为孔径光阑，为孔径光阑，U2为物方孔径角。为物方孔径角。光光孔孔2后后面面无无透透镜镜，孔孔径径光光阑阑与与出出瞳瞳重重合合，U2为为像像方方孔径角。孔径角。2第15页/共75页(3)(3)孔径光阑位置的安放原则：孔径光阑位置的安放原则：a.a.目视光学系统，出瞳与人眼瞳孔衔接目视光学系统，出瞳与人眼瞳孔衔接（光瞳衔接原则）（光瞳衔接原则）；b.b.投影计量光学系统，保证投影像的倍率不因物距变化投影计量光学系统，保证投影像的倍率不因物距变化,要要求系统的出瞳或入瞳位于无限远处；求系统的出瞳或入瞳位于无限远处；c.c.对轴外光束像差校正；对轴外光束像差校正；d.d.各光学元件的口径匹配。各光学

12、元件的口径匹配。第16页/共75页 理想光学系统：主光线必然通过入瞳及出瞳的中心理想光学系统：主光线必然通过入瞳及出瞳的中心理想光学系统：主光线必然通过入瞳及出瞳的中心理想光学系统：主光线必然通过入瞳及出瞳的中心。4、主光线（、主光线（Chief ray）：）：定义：定义：离轴物点离轴物点发出的、通过孔径光阑中心的光线。发出的、通过孔径光阑中心的光线。主光线是主光线是通过孔径光阑通过孔径光阑、并、并参与成像的物光束参与成像的物光束的的中心光线中心光线。出瞳出瞳 入瞳入瞳孔径光阑孔径光阑入瞳中心是所有主光线的交点。入瞳中心是所有主光线的交点。第17页/共75页二、视场光阑二、视场光阑 (Fiel

13、d Stops)1 1、视场光阑、视场光阑:定义：定义：在物在物/像面上安放的、限定光学系统成像范围的光阑。像面上安放的、限定光学系统成像范围的光阑。物方视场：能够清晰成像的物面范围；物方视场：能够清晰成像的物面范围；像方视场：相应的能够清晰成像的像面范围；像方视场：相应的能够清晰成像的像面范围；接收面或中间实像面上的分划板。接收面或中间实像面上的分划板。摄影系统：像面的大小决摄影系统：像面的大小决定视场角定视场角2W2W的大小的大小 望远镜：中间实像面上分划板的望远镜：中间实像面上分划板的大小决定视场角大小决定视场角2W2W的大小的大小 第18页/共75页2 2、入射窗与出射窗、入射窗与出射

14、窗入射窗：入射窗：视场光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）视场光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）出射窗：出射窗：视场光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）视场光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）3 3、视场光阑、入射窗与出射窗三者互为物象关系。、视场光阑、入射窗与出射窗三者互为物象关系。第19页/共75页第二节第二节 照相系统中的光阑照相系统中的光阑 一、照相机的三个组成部分一、照相机的三个组成部分 镜头、可变光阑（孔径光阑）、感光底片（视场光阑）镜头、可变光阑（孔径光阑）、感光底片（视场光阑）第20页/共75页光圈英文名称为光圈英文名称为ApertureAperture，用来控制透过

15、镜头进入机身内感光面的光量，是，用来控制透过镜头进入机身内感光面的光量，是相机一个极其重要的指标参数，通常在镜头内。它的大小决定着通过镜头进相机一个极其重要的指标参数，通常在镜头内。它的大小决定着通过镜头进入感光元件的光线的多少。表达光圈大小用入感光元件的光线的多少。表达光圈大小用F F值，其中，值，其中，F=F=镜头的焦距镜头的焦距/镜头镜头的有效口径的直径。的有效口径的直径。光圈光圈 F F 值越小，通光孔径越大，在同一单位时间内的进光量便越多，而且上值越小，通光孔径越大，在同一单位时间内的进光量便越多，而且上一级的进光量刚好是下一级的两倍，例如光圈从一级的进光量刚好是下一级的两倍，例如光

16、圈从F8F8调整到调整到5.6 5.6，进光量便多一，进光量便多一倍，我们也说光圈开大了一级。对于消费型数码相机而言，光圈倍，我们也说光圈开大了一级。对于消费型数码相机而言，光圈 F F 值常常介值常常介于于 f2.8-f11f2.8-f11。第21页/共75页曝光曝光:相机的感光元件在有限的时间（快门速度时间）内接受光，相机的感光元件在有限的时间（快门速度时间）内接受光，并成像，这个过程叫做曝光。感光元件，胶片时代是指的胶片，并成像，这个过程叫做曝光。感光元件，胶片时代是指的胶片，数码时代指的是感光元件数码时代指的是感光元件CCDCCD或或CMOSCMOS。曝光过度曝光过度:指由于光圈开得过

17、大、底片的感光度太高或曝光指由于光圈开得过大、底片的感光度太高或曝光时间过长所造成的影像失常。时间过长所造成的影像失常。第22页/共75页第23页/共75页光圈优先光圈优先:指由机器自动测光系统计算出曝光量的值，然后根据你选定的光圈大小自动决定用多少的快门。手动设置光圈值，由测光结果自动调整快门速度。使用光圈优先模式的目的是使用光圈优先模式的目的是，使用者可以自己控制景深。在风景摄影中，当使用者希望近处和远处的画质都要清晰，而快门速度并不重要的时候，需要设定一个较小的光圈值。在人物摄影中，相机使用者更希望一个较大的光圈值，使得人物的背景失焦，用以强调人物主题而淡化背景。使用光圈优先的另一个目的

18、是让相机选择快门速度，以防止不恰当的曝光时间。在风景摄影中，使用者当为瀑布拍照时，会选用较大的光圈值，也就是较小的光圈配合较长快门时间，使得瀑布的水滴变得模糊。但当在较暗的灯光下摄影时，一个较小的光圈值，也就是获得更大的光圈，使更多的光线进入镜头。设置方法设置方法:第24页/共75页速度控制速度控制:在同一环境下，光圈和快门是相辅相成的，光圈在同一环境下，光圈和快门是相辅相成的，光圈越大，进入的光线就越多，所需的快门时间就越短，反之，越大，进入的光线就越多，所需的快门时间就越短，反之，光圈越小，快门速度就越慢，因而可以通过光圈来调节快光圈越小，快门速度就越慢，因而可以通过光圈来调节快门。门。与

19、快门优先区别与快门优先区别:快门优先用于你对快门有要求的时候，如快门优先用于你对快门有要求的时候，如你拍摄高速运动的物体，快门必须要快一些，所以你控制快你拍摄高速运动的物体，快门必须要快一些，所以你控制快门，由相机控制光圈。需要注意的是，光圈的可调范围小于门，由相机控制光圈。需要注意的是，光圈的可调范围小于快门，所以用快门优先时，如果你把快门调得太快或太慢，快门，所以用快门优先时，如果你把快门调得太快或太慢，相机是没有办法正确曝光的。相机是没有办法正确曝光的。第25页/共75页 轴上物点：轴上物点：孔径光阑在不同孔径光阑在不同 位置，对成像光束宽度的限位置，对成像光束宽度的限 制作用相同：都是

20、光束的中制作用相同：都是光束的中 间部分参与成像。间部分参与成像。轴外物点：轴外物点：孔径光阑孔径光阑在在 不同位置，参与成像光不同位置，参与成像光 束的空间位置不同，成束的空间位置不同，成 像质量不同。像质量不同。轴外光束决定轴外光束决定 孔径光阑的位置孔径光阑的位置假设：透镜口径足够大假设：透镜口径足够大 MNMNAA第26页/共75页轴外物点发出并充满入瞳的光束不一定能全部通过系统，还可能受到远离孔阑的光孔的阻拦，这就是拦光。请观察，当视场逐渐增大时，轴外点发出充满孔阑的光束被前后两个透镜所拦，其中上光线被第2个透镜拦，下光线被第1个透镜拦。轴外点的实际成像光束孔径要比轴上点小。二、渐晕

21、光阑二、渐晕光阑 （Vignetting stop）第27页/共75页1、渐晕现象：、渐晕现象：像平面的像平面的边缘边缘比中间暗比中间暗（离轴物点）（离轴物点）。一个系统可以有0到2个渐晕光阑。第28页/共75页B1的成像光束不被拦，的成像光束不被拦，B2的成像光束主光线以下被拦，的成像光束主光线以下被拦，B3发出的光线只有一条通过，发出的光线只有一条通过，B3以下不能成像。以下不能成像。第29页/共75页第30页/共75页2、渐晕系数、渐晕系数:用渐晕系数表示渐晕严重的程度用渐晕系数表示渐晕严重的程度想一想：想一想：是否所有光学系统都要无渐晕？是否所有光学系统都要无渐晕？渐晕光阑是否只有一个

22、？渐晕光阑是否只有一个？关于问题关于问题：当孔径和视场都较大时，无渐晕既无必要也不可能。因当孔径和视场都较大时，无渐晕既无必要也不可能。因为远离孔阑的透镜直径不能做得太大，且适当拦掉偏离为远离孔阑的透镜直径不能做得太大，且适当拦掉偏离理想成像状态较远的即像差较大的轴外光束有利于改善理想成像状态较远的即像差较大的轴外光束有利于改善像质。像质。关于问题关于问题：单向拦光相当于孔阑位于光学系统之外。但孔阑在光学单向拦光相当于孔阑位于光学系统之外。但孔阑在光学系统内部时，可能有两个渐晕光阑，一个拦上光线，另系统内部时，可能有两个渐晕光阑，一个拦上光线，另一个拦下光线。特别是全对称系统，必有两个渐晕光阑

23、。一个拦下光线。特别是全对称系统，必有两个渐晕光阑。第31页/共75页三、照相系统的光阑总结三、照相系统的光阑总结3 3、感光底片边框，即视场光阑；、感光底片边框，即视场光阑；1 1、根据轴外光束的像质选择孔径光阑位置；、根据轴外光束的像质选择孔径光阑位置；2 2、轴外点成像光束宽度取决于孔径光阑、渐晕光阑均有关；、轴外点成像光束宽度取决于孔径光阑、渐晕光阑均有关；4 4、孔径光阑一般为圆形，视场光阑为圆形或者矩形。、孔径光阑一般为圆形，视场光阑为圆形或者矩形。孔径光阑在物镜中的位置孔径光阑在物镜中的位置第32页/共75页望远镜系统是以平行光入射，再以平行光出射的系统第三节第三节 望远镜系统望

24、远镜系统望远镜系统作为一个光组的构成最简单的望远镜系统至少有两个独立光组，第一光组的像方焦点与第二光组的物方焦点重合第33页/共75页望远镜的三种放大率均与物距无关，仅与二光组的焦距有关各放大率的关系保持不变第34页/共75页第35页/共75页望远镜系统中成像光束的望远镜系统中成像光束的选择选择1 1、构成、构成转像转像物镜、目镜的物镜、目镜的共同焦面上共同焦面上第36页/共75页2、光学参数、光学参数视觉放大率视觉放大率：视场角：视场角：物镜焦距：物镜焦距：目镜焦距：目镜焦距：出瞳直径：出瞳直径：出瞳距离：出瞳距离：望远镜系统简化图望远镜系统简化图与人眼联用与人眼联用,满足满足光瞳衔接原则光

25、瞳衔接原则第37页/共75页目视光学系统的目视光学系统的视角放大率：视角放大率：远处物体经系统所成的像对眼睛张角远处物体经系统所成的像对眼睛张角的正切，与的正切，与该该物体直接对眼睛张角物体直接对眼睛张角的正切之比。的正切之比。*概念区别：角放大率概念区别：角放大率第38页/共75页3、分划板、分划板 视场光阑视场光阑分划板位于物、目两镜的共同焦面上：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，入射窗、出射窗均在无穷远处，分别与物、像面重合。分别与物、像面重合。望远镜系统简化图望远镜系统简化图出出瞳瞳入入瞳瞳第39页/共75页1）物镜的左侧）物镜的左侧10mm；2）物镜上；）

26、物镜上；3）物镜右侧）物镜右侧10 mm。2 2、孔径光阑的位置：、孔径光阑的位置：二、望远镜系统中的光束限制二、望远镜系统中的光束限制 1 1、光瞳衔接原则：、光瞳衔接原则：前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合。前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合。追迹主光线追迹主光线 的投射高度的投射高度第40页/共75页1 1）光阑在物镜的左侧）光阑在物镜的左侧10mm10mm：正切计算法正切计算法第41页/共75页2）光阑在物镜上：）光阑在物镜上：正切计算法正切计算法第42页/共75页3 3）光阑在物镜右侧）光阑在物镜右侧10mm10mm：正切计算法正切计算法第43页/共75页三、望远镜系统光束限制的总结

27、三、望远镜系统光束限制的总结1 1、两光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则；、两光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则；2 2、目视光学系统的出瞳一般在外，且不小于、目视光学系统的出瞳一般在外，且不小于6mm6mm；4 4、分划板就是视场光阑。、分划板就是视场光阑。3 3、孔径光阑大致在物镜左右；、孔径光阑大致在物镜左右；4 4、光阑位置对轴外光束位置的选择、光阑位置对轴外光束位置的选择(1)(1)(2)(3)(3)(2)第44页/共75页第四节第四节 显微镜系统中的光束限制和分显微镜系统中的光束限制和分析析 一、简单显微镜系统中的光束限制一、简单显微镜系统中的光束限制 1、显微镜系统的构成

28、显微镜系统的构成第45页/共75页n n物方物方物方物方远心光路和远心光路和远心光路和远心光路和像方像方像方像方远心光路远心光路远心光路远心光路n n在光学仪器中，很大一部分仪器用来测量长度在光学仪器中，很大一部分仪器用来测量长度在光学仪器中，很大一部分仪器用来测量长度在光学仪器中，很大一部分仪器用来测量长度 n n一类仪器是光学系统有一定放大率，使被测物一类仪器是光学系统有一定放大率，使被测物一类仪器是光学系统有一定放大率，使被测物一类仪器是光学系统有一定放大率，使被测物的像和标准刻尺相比，求被测物体的长度，如的像和标准刻尺相比，求被测物体的长度，如的像和标准刻尺相比，求被测物体的长度，如的

29、像和标准刻尺相比，求被测物体的长度，如工具显微镜工具显微镜工具显微镜工具显微镜等计量仪器。等计量仪器。等计量仪器。等计量仪器。n n另一类仪器是把一标尺放在不同的位置，光学另一类仪器是把一标尺放在不同的位置，光学另一类仪器是把一标尺放在不同的位置，光学另一类仪器是把一标尺放在不同的位置，光学系统改变放大率，使标尺的像等于一个已知值，系统改变放大率，使标尺的像等于一个已知值，系统改变放大率，使标尺的像等于一个已知值，系统改变放大率，使标尺的像等于一个已知值，来求仪器到标尺间距离，如来求仪器到标尺间距离，如来求仪器到标尺间距离，如来求仪器到标尺间距离，如大地测量仪器大地测量仪器大地测量仪器大地测量

30、仪器中的中的中的中的视距测量。视距测量。视距测量。视距测量。二、远心光路二、远心光路第46页/共75页n n在工具显微镜光学系统的实像平面上，放置已知在工具显微镜光学系统的实像平面上，放置已知在工具显微镜光学系统的实像平面上，放置已知在工具显微镜光学系统的实像平面上，放置已知刻度值的透明刻尺（称为分划板）刻度值的透明刻尺（称为分划板）刻度值的透明刻尺（称为分划板）刻度值的透明刻尺（称为分划板）n n分划板上刻尺的格值已考虑了物镜的放大率分划板上刻尺的格值已考虑了物镜的放大率分划板上刻尺的格值已考虑了物镜的放大率分划板上刻尺的格值已考虑了物镜的放大率 n n按此方法测量，刻尺与物镜之间的距离应保

31、持不按此方法测量，刻尺与物镜之间的距离应保持不按此方法测量，刻尺与物镜之间的距离应保持不按此方法测量，刻尺与物镜之间的距离应保持不变，使物镜的放大率保持常数变，使物镜的放大率保持常数变，使物镜的放大率保持常数变，使物镜的放大率保持常数n n这种测量方法的这种测量方法的这种测量方法的这种测量方法的测量精度测量精度测量精度测量精度在很大程度上取决于像在很大程度上取决于像在很大程度上取决于像在很大程度上取决于像平面与刻尺平面的重合程度。平面与刻尺平面的重合程度。平面与刻尺平面的重合程度。平面与刻尺平面的重合程度。分划板分划板物镜物镜yBAyAB第47页/共75页1、孔径光阑在物镜上、孔径光阑在物镜上

32、(a)(a)测距原理：测距原理：(b)(b)调焦不准：调焦不准：2)2)由于调焦不精确，引由于调焦不精确，引 起像平面和标尺平面起像平面和标尺平面 不重合，从而导致测不重合，从而导致测 量误差。量误差。1)1)入瞳与物镜边框重合；入瞳与物镜边框重合；第48页/共75页2、孔径光阑在物镜、孔径光阑在物镜的像方焦平面上的像方焦平面上1)入瞳位于物方无穷远。入瞳位于物方无穷远。2)A和和A1、B和和B1的的主光线分别重合，主光线分别重合，且轴外点的主光线且轴外点的主光线平行于主轴。平行于主轴。3)主光线是物点成像主光线是物点成像光束的中心轴，则光束的中心轴，则物点物点A1 B1在刻尺平在刻尺平面构成

33、的两个弥散面构成的两个弥散斑的斑的中心间隔中心间隔始终始终不变。不变。物方远心光路物方远心光路(a)测距原理：测距原理：(b)调焦不准：调焦不准：第49页/共75页三、显微镜系统光束选择的总结三、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；、一般情况，孔径光阑在显微物镜上；2、一次实像面处安放视场光阑；、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、测长显微镜，孔径光阑在显微物镜焦平面上物方远心光路物方远心光路第50页/共75页第五节第五节 光学系统的景深光学系统的景深第51页/共75页第52页/共75页理论上，只有共轭的物平面才能在像平面上成理论上，只

34、有共轭的物平面才能在像平面上成清晰像，其他物点所成的像均为弥散斑。但当此斑清晰像，其他物点所成的像均为弥散斑。但当此斑对眼睛的张角小于眼睛的最小分辨角对眼睛的张角小于眼睛的最小分辨角1 1时，人眼看时，人眼看起来仍为一点。此时，该弥散斑可认为是空间点在起来仍为一点。此时，该弥散斑可认为是空间点在平面上的像。平面上的像。想一想：为什么看许多照片时感觉远近都清楚想一想：为什么看许多照片时感觉远近都清楚？同一位置不同景深的效果同一位置不同景深的效果第53页/共75页一、光学系统的空间像一、光学系统的空间像1、平面上的空间像：、平面上的空间像：空间点成像于一个像平面上。空间点成像于一个像平面上。对准平

35、面对准平面景像平面景像平面共轭共轭 对准平面外的空间点，在景象平面产生一个弥散斑。对准平面外的空间点，在景象平面产生一个弥散斑。弥散斑的直径与弥散斑的直径与入瞳直径入瞳直径、与景象平面的距离与景象平面的距离有关。有关。第54页/共75页2、透视失真、透视失真 投影中心前后移动，所得投影像与景物不成比例。投影中心前后移动，所得投影像与景物不成比例。第55页/共75页3、景像畸变、景像畸变第56页/共75页二、光学系统的景深二、光学系统的景深 成像空间的景深：成像空间的景深：在景象平面上所获得的成清晰像的在景象平面上所获得的成清晰像的物空间深度物空间深度。远景远景平面平面近景平面近景平面入瞳中心：

36、入瞳中心：物空间参数物空间参数的起算原点的起算原点 出瞳中心：出瞳中心：像空间像空间参数参数的起算原点的起算原点第57页/共75页对准对准平面的弥散斑直径：平面的弥散斑直径：景像景像平面的弥散斑直径：平面的弥散斑直径：由相似三角形得：由相似三角形得：两个因素：观测距离、极限分辨角两个因素：观测距离、极限分辨角第58页/共75页远景、近景到对准平面的距离：远景、近景到对准平面的距离：远景、近景到入瞳的距离：远景、近景到入瞳的距离：第59页/共75页可见，焦距短景深大，对准平面远景深大，入瞳直径小则景可见，焦距短景深大，对准平面远景深大，入瞳直径小则景深大，且远景深大于近景深。深大，且远景深大于近

37、景深。第60页/共75页想一想：想一想：是否对准平面越远景深越大？是否对准平面越远景深越大？以上公式是否各种系统都适用？以上公式是否各种系统都适用？摄影时怎样控制景深？摄影时怎样控制景深？关于问题关于问题 设焦距设焦距50mm50mm，入瞳直径，入瞳直径12.5mm12.5mm，要求弥散斑，要求弥散斑Z=0.05 Z=0.05 当当 时，时，此时此时 当当 时，时，有有 第二种情况景深更大。所以要景深大，应使远景平面在无穷远。第二种情况景深更大。所以要景深大，应使远景平面在无穷远。关于问题关于问题仅前两组公式是普适的，后面的公式仅前两组公式是普适的，后面的公式仅适用于摄影系统。仅适用于摄影系统

38、。第61页/共75页例：照相机的原理图例：照相机的原理图第62页/共75页n n孔径光阑孔径光阑孔径光阑孔径光阑光圈光圈光圈光圈第63页/共75页F/3.5不同光圈的效果不同光圈的效果F/11F/32第64页/共75页（一）长景深的照片（一）长景深的照片 要拍摄大景深的照片，如远景镜头，应选择短焦距、要拍摄大景深的照片，如远景镜头，应选择短焦距、小的相对孔径即大的光圈数，对准距离远。小的相对孔径即大的光圈数，对准距离远。第65页/共75页第66页/共75页第67页/共75页第68页/共75页（二）短景深照片（二）短景深照片 要拍摄小景深的照片，如特定镜头，应选择长焦距、大的相要拍摄小景深的照片

39、，如特定镜头，应选择长焦距、大的相对孔径即小的光圈数，对准距离近。对孔径即小的光圈数，对准距离近。第69页/共75页第70页/共75页第71页/共75页第72页/共75页74第四章第四章 光学系统中的光束限制光学系统中的光束限制1.1.什么是孔径光阑什么是孔径光阑(作用作用)、入瞳、出瞳、孔径角？、入瞳、出瞳、孔径角？它们的关系如何？它们的关系如何？2.2.什么是视场光阑什么是视场光阑(作用作用)、入窗、出窗、视场角？、入窗、出窗、视场角？它们的关系如何？它们的关系如何？3.3.什么是渐晕、渐晕光阑、渐晕系数？渐晕光阑和什么是渐晕、渐晕光阑、渐晕系数？渐晕光阑和视场光阑的关系如何？视场光阑的关

40、系如何？4.4.系统中光阑的判断方法如何？系统中光阑的判断方法如何？第73页/共75页5 5.照照相相系系统统的的基基本本结结构构怎怎样样？成成像像关关系系和和光光束束限限制制情情况况?6 6.望望远远系系统统的的基基本本结结构构怎怎样样？成成像像关关系系和和光光束束限限制制情情况况?7 7.显显微微系系统统的的基基本本结结构构怎怎样样？成成像像关关系系和和光光束束限限制制情情况况?物物方方远远心心光光路路原原理理.8 8.光光瞳瞳衔衔接接原原则则是是什什么么?为为什什么么要要遵遵守守该该原原则则?9 9.场场镜镜的的定定义义、作作用用、成成像像关关系系如如何何？1 10 0.什什么么是是景景深深、远远景景景景深深、近近景景景景深深？景景深深公公式式和和影影响响因因素素？第74页/共75页感谢您的观看。感谢您的观看。第75页/共75页