光阑和光束限制讲稿.ppt

《光阑和光束限制讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光阑和光束限制讲稿.ppt（23页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、光阑和光束限制第一页，讲稿共二十三页哦复习 视场光阑是限制光学系统成像范围的光阑。视场光阑是限制光学系统成像范围的光阑。为了寻找视场光阑，要把光学系统中的所有光孔被为了寻找视场光阑，要把光学系统中的所有光孔被其前面光组成像，这样就把所有光孔转换到物空间去，其前面光组成像，这样就把所有光孔转换到物空间去，以入瞳中心为原点，对这些转换到物空间的光孔像张角，以入瞳中心为原点，对这些转换到物空间的光孔像张角，其中必有一个光孔像对入瞳中心的张角最小，这就是其中必有一个光孔像对入瞳中心的张角最小，这就是入入射窗射窗。光学系统中所有光孔被其后面光组成的像中，对光学系统中所有光孔被其后面光组成的像中，对出瞳中

2、心张角最小的一个是出瞳中心张角最小的一个是出射窗出射窗。第二页，讲稿共二十三页哦 入瞳中心对入窗边缘引的光线与光轴的夹角用入瞳中心对入窗边缘引的光线与光轴的夹角用W W表表示，称为示，称为物方半视场角物方半视场角，它在物面上交点的高度用，它在物面上交点的高度用y y表表示，称为示，称为物方线视场物方线视场。出瞳中心对出射窗边缘引的光线与光轴的夹角用出瞳中心对出射窗边缘引的光线与光轴的夹角用W表示，称为表示，称为像方半视场角像方半视场角，它在像面上交点的高度，它在像面上交点的高度用用y表示，称为表示，称为像方线视场像方线视场。一般对无穷远物体的成像范围用角视场表示，有限一般对无穷远物体的成像范围

3、用角视场表示，有限远物体常用线视场表示。远物体常用线视场表示。第三页，讲稿共二十三页哦孔径光阑对轴外物点的光束的限制：孔径光阑对轴外物点的光束的限制：第四页，讲稿共二十三页哦 可见，物面中心可见，物面中心A A向外，从轴外点向外，从轴外点B B1 1开始到开始到B B3 3充充满入瞳的光束被逐渐拦截，导致在像面上相应的圆环区满入瞳的光束被逐渐拦截，导致在像面上相应的圆环区域逐渐变暗，这种现象称为域逐渐变暗，这种现象称为渐晕渐晕。出现渐晕的区域称。出现渐晕的区域称为为渐晕区渐晕区。第五页，讲稿共二十三页哦 渐晕用渐晕系数渐晕用渐晕系数K K来定量表示，它在含轴平面来定量表示，它在含轴平面(子午子

4、午平面平面)进行度量。进行度量。第六页，讲稿共二十三页哦物面与入窗重合，就不存在渐晕了，像面上有明显的边物面与入窗重合，就不存在渐晕了，像面上有明显的边界，成像的范围就完全被入射窗和出射窗所决定。界，成像的范围就完全被入射窗和出射窗所决定。第七页，讲稿共二十三页哦第四节 光学系统的景深 当被需要成像的物体不是一个平面，而是一个有深度的物方空间时，就需要引进一个新的光学参量景深。现把光学系统简化成只有入瞳P1PP2和出瞳P1PP2的情况。第八页，讲稿共二十三页哦底片平面或观察平面底片平面或观察平面AA称为称为景像平面景像平面。与景像平面与景像平面A A共轭的物平面共轭的物平面A A称为称为对准平

5、面对准平面。A A1 1称为称为远景远景，即能在景像平面，即能在景像平面AA上成上成“清晰像清晰像”的的最远平面。最远平面。A A2 2称为近景，即能在景像平面称为近景，即能在景像平面AA上成上成“清晰像清晰像”的最的最近的物平面。近的物平面。远景到对准平面的距离称为远景到对准平面的距离称为远景深度远景深度，用，用1 1表示。表示。近景到对准平面的距离称为近景到对准平面的距离称为近景深度近景深度，用，用2 2表示。表示。近景深度远景深度能在像平面上获得能在像平面上获得“清晰像清晰像”的空间深度称为的空间深度称为景景深深，用，用表示。表示。Z Z1 1，Z Z2 2为对准平面上允许的弥散斑的直径

6、，它们应该是为对准平面上允许的弥散斑的直径，它们应该是相等的；相等的；Z Z1 1，Z Z2 2为景像平面上允许的弥散斑的直径，为景像平面上允许的弥散斑的直径，它们也应该是相等的。它们也应该是相等的。第九页，讲稿共二十三页哦 如果给出在景像平面上允许的弥散斑的大小，就可得出在怎样的一个深度得到“清晰像”。z1，z2为对准平面上允许的弥散斑直径，z1 z2 为景像平面上允许的弥散斑直径，并有：以照相机为例，若照片的弥散斑对人眼的张角小于人眼的分辨角 则相片是清晰的。P为对准距离。第十页，讲稿共二十三页哦 令入瞳直径 2a=D 由图中关系得：显然1 2第十一页，讲稿共二十三页哦 在A和A 共轭面上

7、有 令 ，相对孔径得倒数称为“F数”。可得 第十二页，讲稿共二十三页哦由以上公式讨论几个问题：1.要使对准平面至无限远的整个空间在景像平面上都有清晰的“像”，对准平面应该在何处？此时，这时的近景位置 这就告诉我们，照相机对准平面位置使远景P1为无穷大时，就得到最大的景深，这时，从 位置到无穷远的空间都能清晰。第十三页，讲稿共二十三页哦 2.如果照相机调焦到无穷远，即 时，近景距离P2有多远？3.照相机镜头景深与那些因素有关？由式 景深是与 F 数、相对孔径、对准平面位置 P、镜头焦距f 、允许弥散斑的直径有关。第十四页，讲稿共二十三页哦第五节第五节 远心光路远心光路测量物体长度（根据放大倍率，

8、由像高算物高）光学系统的示意图：光学刻尺安装在导轨上，A1B1 是两刻线的的距离，OO是光学系统入瞳和出瞳的中心。第十五页，讲稿共二十三页哦 安装刻尺的导轨移动时，由于导轨误差，导轨移动后，另两条刻线位于A2B2，像位置移到A2 B2 。在共轭点O和O 上的角放大率是常数：因为 u1u2,有u1 u2 ,O B2 主光线在光屏上的投射点B2 与B1 不重合，这样相同距离的A1B1和A2B2投影的像的长度A1 B1 和A1 B2 不同，引起了测量的误差。以上误差是由于物体物距变动使像方出射光线与光轴夹角变动，主光线是轴外物点光束的光束中心，主光线的变动会引起测量误差。如果使物体（刻尺）的物距变动

9、时进入光学系统的主如果使物体（刻尺）的物距变动时进入光学系统的主光学的方向不变，则像的方向及大小也不变，从而消除这光学的方向不变，则像的方向及大小也不变，从而消除这一误差。一误差。第十六页，讲稿共二十三页哦 为了克服上述误差，在光学系统的像方焦平面出安置孔径光阑，孔径光阑的中心位于像方焦点处，它也是出瞳。入瞳中心在物方无限远的轴上点。这样，刻尺前后移动时，像方出射的主光线并没有改变，在投影屏上的投射点B1 位置不变，从而消除了物距变化引起的测量误差。物方远心光路物方远心光路入瞳中心在无限远轴上点所发出的同心光束，称为物方远心光路。第十七页，讲稿共二十三页哦分划板位置前后变化时引起的误差（测距系

10、统）分划板位置前后变化时引起的误差（测距系统）O和O 是入瞳、出瞳中心，物方标尺BB不动，用像方分划板 上的值来进行测量，分划板因对焦不准等原因没有位于准确位置B B 而是在B B 上，这样使同一物体在分划板上测得的“像”大小有差别，引起误差。第十八页，讲稿共二十三页哦 这样的误差可以在物方焦平面上安置孔径光阑来消除，孔径光阑的中心与物方焦点重合，使出瞳中心在像方无限远的轴上点，使轴外点的主光线在像方平行与光轴，这样分划板前后移动时由于主光线中心不变，不会引起误差。这种光学系统的主光线会聚于像方无限远的轴上点，称为像方远心光路像方远心光路。第十九页，讲稿共二十三页哦第六节第六节 光学系统的分辨

11、本领光学系统的分辨本领 由物理光学的衍射知，物点发出的球面波或平面波通过入瞳时必然产生衍射现象，使得一个物点被理想光学系统成的像不是一个点，而是一个衍射斑。对于物体在无限远发出的平面波进入光学系统的入瞳，当入瞳是圆孔时，这个衍射斑为艾利斑艾利斑。对于两个很靠近、等亮度、独立的发光点，通过光学系统后成为两个艾利斑。如果两个物点的艾利斑中心的距离正好等于第一暗环的半径 r0 时，认为这两点的“像”刚好能分辨，这就是瑞利判据瑞利判据。此时，在像面上，两衍射斑的强度分布曲线中心之间合成光强为单个衍射斑中心最大强度的0.75。若两点距离小于 r0 时则不能被分辨。第二十页，讲稿共二十三页哦 入瞳口径为D，艾利斑第一暗环半径为r0，即为像面上最小分辨距离，像距为l ，像方最小分辨角 ，由衍射公式：为波长。若此时与 对应的物方刚能分辨的两物点对光学系统张角 ，就有如下关系：第二十一页，讲稿共二十三页哦 式中D为光学系统入瞳直径，为物方介质的波长。由上式得物方刚能被光学系统分辨两点的角距离 ，就称为最小分辨角。第二十二页，讲稿共二十三页哦作业现要求照相物镜的对准平面以后的整个空间都能在景像平面上成清晰像。物镜的焦距 ，所用光圈数 。求对准平面位置和景深。又如果调焦于无限远 ，即。求近景位置 和景深为多少？二者比较说明什么问题？设人眼分辨角为 弧度。第二十三页，讲稿共二十三页哦