工程光学讲稿光阑讲稿.ppt

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1、工程光学讲稿光阑第一页，讲稿共四十页哦4.1光阑及其作用与分类光阑及其作用与分类光光学学系系统统都都是是由由若若干干个个透透镜镜组组或或者者再再加加上上平平面面镜镜、棱棱镜镜组组成成，每每个个光光学学零零件件都都有有一一定定的的大大小小。因因此此、从从物物体体发发出出的的光光束束能能够够进进入入系系统统成成像像的的只只是是其其中中一一部部分分。显显然然，光光学学零零件件起起到到了了限限制制光光束束的的作作用用。更更确确切切地地说说，是是放放置置光光学学零零件件的的金金属属框框（如如透透镜镜框框、棱棱镜镜框框）限限制制了了成成像像光光束束的的位位置置和和大大小小。因因此此，我我们们把把系系统统中

2、中起起限限制制成成像像光光束束作作用用的的光光学学零零件件的的金金属属框框称称作作“光阑光阑”。在在光光学学系系统统中中，不不单单用用装装夹夹光光学学零零件件的的金金属属框框的的内内孔孔来来限限制制光光束束，有有时时还还要要专专门门设设置置一一些些带带孔孔的的金金属属薄薄片片来来限限制制光光束束，这这些些就就是是专专用用光光阑阑。专专用用光光阑阑的的通通光光孔孔一一般般为为圆圆形形，其其中中心心线线和和光光轴轴重重合合。多多数数专专用用光光阑阑的的孔孔径径是是固固定定的的，但但也也有有可可变变的的。孔孔径径可可变变的的光光阑阑称称为为可可变变光光阑阑，常常用用于于照照相相物物镜镜中中。又又如如

3、人人眼眼的的瞳瞳 孔孔 也也 是是 一一 个个 可可 变变 光光 阑阑，其其 孔孔 径径 能能 随随 外外 界界 光光 线线 的的 强强 弱弱l掌握孔径光阑、入瞳、出瞳和视场光阑、入窗、出窗的基本概念及相互关系；掌握孔径光阑、入瞳、出瞳和视场光阑、入窗、出窗的基本概念及相互关系；l掌握光学系统景深的概念；理解光学系统景深的计算。掌握光学系统景深的概念；理解光学系统景深的计算。第二页，讲稿共四十页哦而自动改变：当外界景物过亮时，瞳孔缩小以减少进入眼睛的光束，避免过度而自动改变：当外界景物过亮时，瞳孔缩小以减少进入眼睛的光束，避免过度刺激视神经细胞；当外界景物较暗时刺激视神经细胞；当外界景物较暗时

4、,瞳孔的直径变大，使进入眼睛的光能增瞳孔的直径变大，使进入眼睛的光能增多，以便看清昏暗中的物体。多，以便看清昏暗中的物体。光阑根据其在光学系统中的不同作用可分为以下几种：光阑根据其在光学系统中的不同作用可分为以下几种：孔径光阑孔径光阑用来限制进入光学系统的成像光束的光阑。用来限制进入光学系统的成像光束的光阑。孔径光阑的大小决定进孔径光阑的大小决定进入系统光能的多少，即决定像平面的照度。孔径光阑的位置在某些光学系统中有特入系统光能的多少，即决定像平面的照度。孔径光阑的位置在某些光学系统中有特殊要求。如在目视光学仪器中，孔径光阑被其后方光组所成的像一定要位于光学系殊要求。如在目视光学仪器中，孔径光

5、阑被其后方光组所成的像一定要位于光学系统之外，以便使眼睛的瞳孔与之重合，达到良好的观察效果。此外，合理地设计孔统之外，以便使眼睛的瞳孔与之重合，达到良好的观察效果。此外，合理地设计孔径光阑的位置，可以在一定程度上径光阑的位置，可以在一定程度上改善轴外物点的成像质量。改善轴外物点的成像质量。视场光阑视场光阑决定物平面或物空间成像范围的光阑。决定物平面或物空间成像范围的光阑。在多数光学系统如照相机、在多数光学系统如照相机、显微系统中，视场光阑的位置常被设置在系统物镜的像平面上，这样，视场才能具有清晰的显微系统中，视场光阑的位置常被设置在系统物镜的像平面上，这样，视场才能具有清晰的边界。边界。渐晕光

6、阑渐晕光阑就是对轴外物点的成像光束刻意产生部分限制作用的光阑。就是对轴外物点的成像光束刻意产生部分限制作用的光阑。渐晕是指渐晕是指视场范围内某一部分区域的物点的成像光束较另外一部分区视场范围内某一部分区域的物点的成像光束较另外一部分区第三页，讲稿共四十页哦域物点的光束出现减弱的现象。渐晕光阑的作用是为了改善轴外点的成像质量或减小部域物点的光束出现减弱的现象。渐晕光阑的作用是为了改善轴外点的成像质量或减小部分光学系统的横向尺寸。分光学系统的横向尺寸。消杂光光阑消杂光光阑用来限制进入光学系统杂光的光阑。用来限制进入光学系统杂光的光阑。光学系统的杂光一般是由折光学系统的杂光一般是由折射面和镜简内壁的

7、反射光产生，它会降低像平面的衬度。因此，在一些要求较高射面和镜简内壁的反射光产生，它会降低像平面的衬度。因此，在一些要求较高的长焦距照相物镜中必须设置几个光阑以遮拦杂光。通常，系统中并不设置消杂的长焦距照相物镜中必须设置几个光阑以遮拦杂光。通常，系统中并不设置消杂光光阑而是在镜管内壁加工细内螺纹或涂以黑色无光漆以消除杂光。光光阑而是在镜管内壁加工细内螺纹或涂以黑色无光漆以消除杂光。4.2孔径光阑孔径光阑（一）孔径光阑的定义和作用（一）孔径光阑的定义和作用定义：用来限制进入光学系统的成像光束的光阑，被称为孔径光阑。定义：用来限制进入光学系统的成像光束的光阑，被称为孔径光阑。作用：作用：1、孔径光

8、阑可以限制轴上点的成像光束，同时也具有限制轴外点的成像光束。、孔径光阑可以限制轴上点的成像光束，同时也具有限制轴外点的成像光束。2、孔径光阑的位置对于轴外点的成像有着非常大的影响。、孔径光阑的位置对于轴外点的成像有着非常大的影响。第四页，讲稿共四十页哦孔径光阑对轴上点光束的限制，由图可以看出，放在什么位置，效果一样。孔径光阑对轴上点光束的限制，由图可以看出，放在什么位置，效果一样。孔径光阑对轴外点孔径光阑对轴外点光束的限制光束的限制ABC-uuu-u-uu-uu第五页，讲稿共四十页哦（二）入射光瞳、出射光瞳（二）入射光瞳、出射光瞳入射光瞳：孔径光阑经其前面的光组在物空间的像。也就是从透镜左向右

9、方入射光瞳：孔径光阑经其前面的光组在物空间的像。也就是从透镜左向右方观察所看到的孔径光阑的像。观察所看到的孔径光阑的像。出射光瞳：孔径光阑经其后面的光组在像空间成的像。出射光瞳：孔径光阑经其后面的光组在像空间成的像。入射光瞳、出射光瞳和孔径入射光瞳、出射光瞳和孔径光阑三者是共轭关系。光阑三者是共轭关系。入射光瞳入射光瞳是光束进入系统的公共入口出射光瞳是光束进入系统的公共入口出射光瞳是成像光束射出系统的出口。是成像光束射出系统的出口。-yAByBAL1L2孔径光阑孔径光阑入瞳入瞳出瞳出瞳-第六页，讲稿共四十页哦当系统的入瞳确定后，通过入瞳中心的光线称为轴外物点的主光线，它代表了该物点的当系统的入

10、瞳确定后，通过入瞳中心的光线称为轴外物点的主光线，它代表了该物点的中心光束。主光线与光轴的夹角为视场角中心光束。主光线与光轴的夹角为视场角。如果设物距。如果设物距l,入瞳距入瞳距lz z，物高与视场角，物高与视场角的关系为：的关系为：入瞳主光线yllZ第七页，讲稿共四十页哦（三）孔径光阑的判断（三）孔径光阑的判断1让每一个透镜框和专用光阑分别由它前面光组依次作反向光路成像，得出各自像让每一个透镜框和专用光阑分别由它前面光组依次作反向光路成像，得出各自像的位置和大小。系统最前面的那个透镜框的像与它本身重合，也计入这些像之内。的位置和大小。系统最前面的那个透镜框的像与它本身重合，也计入这些像之内。

11、2自轴上物点向这些光阑的像做边缘延伸光线，然后比较它们的孔径角的大小。其自轴上物点向这些光阑的像做边缘延伸光线，然后比较它们的孔径角的大小。其中孔径角较小的光阑的像是入射光瞳，它所对应的光阑就是系统的孔径光阑。孔径光中孔径角较小的光阑的像是入射光瞳，它所对应的光阑就是系统的孔径光阑。孔径光阑被它后面光组成像，这个像就是出射光瞳。阑被它后面光组成像，这个像就是出射光瞳。3当轴上物点位子无限远时，只须比较各镜框或专用光阑被其前面光组所成当轴上物点位子无限远时，只须比较各镜框或专用光阑被其前面光组所成像的大小，其中径最小的光阑像所对应的光阑就是孔径光阑。像的大小，其中径最小的光阑像所对应的光阑就是孔

12、径光阑。例题：有个光路，它是由一个透镜和一个光阑组成，用作图法求它的孔径光阑。例题：有个光路，它是由一个透镜和一个光阑组成，用作图法求它的孔径光阑。1.1.将将D D1 1，D D2 2在物方求像。由于在物方求像。由于D D1 1前面没有光组，因而它在物方的共轭像前面没有光组，因而它在物方的共轭像D D1 1就是它自就是它自己。己。第八页，讲稿共四十页哦2.D2对对D1成像，求成像，求D1、D2的像对光轴张的孔径角最小的是入瞳，它对应的光阑的像对光轴张的孔径角最小的是入瞳，它对应的光阑是孔径光阑。是孔径光阑。AFD1D2FAFD1D2FU1U2D2D1第九页，讲稿共四十页哦举例举例1：如图所示

13、，如图所示，L1、L2是两个正透镜，是两个正透镜，A为物点，为物点，P是位于两透镜之间的光孔，已是位于两透镜之间的光孔，已知透镜的焦距知透镜的焦距f 1=20mm，f2=10mm,物距物距100mm，间距，间距d1=40mm,d2=20mm，直径直径D1=D2=6mm，DP=2mm,求此系统的孔径光阑。求此系统的孔径光阑。1004020D1=6DP=2AL1L2PD2=6第十页，讲稿共四十页哦解：求出所有光学元件在物空间的像，为此将整个系统翻转解：求出所有光学元件在物空间的像，为此将整个系统翻转1800求光孔求光孔P经透镜经透镜L1成像：成像：透镜透镜L1本身在物空间不必成像。将上述所有成像结

14、果再转回本身在物空间不必成像。将上述所有成像结果再转回1800，得到下图。得到下图。100-40-20D1=6DP=2AL1L2PD2=6第十一页，讲稿共四十页哦4020D1=6DP=2AL1L2D2=6uPu1-30-40-100D2DPPu2第十二页，讲稿共四十页哦系统的出瞳在系统的出瞳在L2透镜之后透镜之后20mm处，大小为处，大小为2mm。举例举例2：在上例中，若物点位于轴上无限远处，试问此时哪一个光阑是系统的孔径光阑在上例中，若物点位于轴上无限远处，试问此时哪一个光阑是系统的孔径光阑?解：当物点位于轴上无限远时，从物点向光阑像边缘引伸光线，实际上这些光线都平行于光解：当物点位于轴上无

15、限远时，从物点向光阑像边缘引伸光线，实际上这些光线都平行于光轴。所以，此时只须比较位于系统物空间的所有光阑像的孔径大小，直径最小者就是入瞳，轴。所以，此时只须比较位于系统物空间的所有光阑像的孔径大小，直径最小者就是入瞳，它对应的光阑就是孔径光阑。它对应的光阑就是孔径光阑。由上例计算可知，由上例计算可知，D1的直径为的直径为6mm，Dp的直径为的直径为2mm，D2的直径为的直径为3mm。通过比较可知，通过比较可知，Dp的直径最小，所以为入瞳，的直径最小，所以为入瞳，Dp为孔径光阑。而出瞳则应是为孔径光阑。而出瞳则应是Dp为为其后方透镜其后方透镜L2，在系统像空间所成的像。，在系统像空间所成的像。

16、因为孔径光阑没有变，所以出瞳的大小和位置不变。因为孔径光阑没有变，所以出瞳的大小和位置不变。将将Dp被后面的光组成像。由高斯公式得：被后面的光组成像。由高斯公式得：第十三页，讲稿共四十页哦4.3视场光阑视场光阑（一）视场光阑的定义和作用（一）视场光阑的定义和作用定义：光学系统中限制成像范围的光阑称为视场光阑。定义：光学系统中限制成像范围的光阑称为视场光阑。作用：限制物平面或物空间的成像范围。作用：限制物平面或物空间的成像范围。（二）视场光阑、入射窗和出射窗的判断（二）视场光阑、入射窗和出射窗的判断具体方法是：由入瞳中心向系统物空间所有光阑像具体方法是：由入瞳中心向系统物空间所有光阑像(被其前面

17、光组所成的被其前面光组所成的像像)的边缘引伸光线，共中对入瞳中心张角最小者被称为系统的入射窗，简称的边缘引伸光线，共中对入瞳中心张角最小者被称为系统的入射窗，简称入窗。入窗所对应的光阑就是视场光阑。视场光阑被其后面光组在系统像空间入窗。入窗所对应的光阑就是视场光阑。视场光阑被其后面光组在系统像空间所成的像称为系统的出射窗，简称出窗。所成的像称为系统的出射窗，简称出窗。视场光阑、入窗和出窗三者是相互共扼的。视场光阑、入窗和出窗三者是相互共扼的。（三）物方视场角和像方视场角（三）物方视场角和像方视场角在物空间，从在物空间，从入瞳中心向入窗边缘所引伸光线的张角称为物方视场角入瞳中心向入窗边缘所引伸光

18、线的张角称为物方视场角，用，用2表示；在像空间，从表示；在像空间，从出瞳中心向出窗边缘所引伸光线的张角称为出瞳中心向出窗边缘所引伸光线的张角称为第十四页，讲稿共四十页哦像方视场角，用像方视场角，用2为视场角。显然半视场角为视场角。显然半视场角和和，已能表示视场的大，已能表示视场的大小。故通常也常和小。故通常也常和和和为视场角。为视场角。光学系统的视场大小，通常用两种方法表示：光学系统的视场大小，通常用两种方法表示：当物体位于无限远时，如望远镜，常用视场角当物体位于无限远时，如望远镜，常用视场角2表示其视场大小，称为视场角；表示其视场大小，称为视场角；当物体位于有限距离或很近距离时，如显微镜，常

19、用所见到的物平面直径表示其视当物体位于有限距离或很近距离时，如显微镜，常用所见到的物平面直径表示其视场大小，称为线视场。场大小，称为线视场。（四）视场光阑对物平面成像范围的限制（四）视场光阑对物平面成像范围的限制现在假定孔径光阑的口径为无限小，那么入瞳和出瞳的口径也必定为无限小。此时轴现在假定孔径光阑的口径为无限小，那么入瞳和出瞳的口径也必定为无限小。此时轴外物点只有以主光线为轴的一束无限细的光束方能通过光学系统，因此，能被系统成像的外物点只有以主光线为轴的一束无限细的光束方能通过光学系统，因此，能被系统成像的物面范围便由极小的入瞳光从与入射窗边缘的连线物面范围便由极小的入瞳光从与入射窗边缘的

20、连线(主光线主光线)所决定，主光线便是视场边缘所决定，主光线便是视场边缘光线。光线。第十五页，讲稿共四十页哦以上只讨论了入射光瞳口径为无限小的情况。实际上，光学系统的入射光瞳总是有一以上只讨论了入射光瞳口径为无限小的情况。实际上，光学系统的入射光瞳总是有一定大小。有时还可能很大。此时系统小光束被限制的情况就变得复杂一些。下面我们就一定大小。有时还可能很大。此时系统小光束被限制的情况就变得复杂一些。下面我们就一般情况作简要分析。般情况作简要分析。入窗限制了物平面的成像范围，是因为在所有光孔被其前面光组所成的像中入射窗对光入窗限制了物平面的成像范围，是因为在所有光孔被其前面光组所成的像中入射窗对光

21、瞳中心的张角为最小，同样，出射窗之所以限制了像方视场的大小，也是因为在所有光孔被瞳中心的张角为最小，同样，出射窗之所以限制了像方视场的大小，也是因为在所有光孔被其后的光组所成的像中，出射窗对出瞳中心的张角为最小。其后的光组所成的像中，出射窗对出瞳中心的张角为最小。这就解释为什么视场光阑能限制这就解释为什么视场光阑能限制物面成像范围的原因。物面成像范围的原因。视场光阑入射窗入射窗出射窗出射窗L1物像L2孔径光阑孔径光阑入瞳入瞳出瞳出瞳主光线-第十六页，讲稿共四十页哦当入射光瞳有一定大小时，由轴外物点发出的充满入瞳的光束，有时会被当入射光瞳有一定大小时，由轴外物点发出的充满入瞳的光束，有时会被某些

22、透镜框所遮拦。如图所示，透镜某些透镜框所遮拦。如图所示，透镜L1、L2分别位于孔径光阑分别位于孔径光阑D的两侧。由轴外的两侧。由轴外物点物点B发出的充满入瞳的光束，其中只有一部分（画有阴影线部分）通过系统成发出的充满入瞳的光束，其中只有一部分（画有阴影线部分）通过系统成像，而其上下各有一部分分别被透镜像，而其上下各有一部分分别被透镜L2与与L1的镜框所遮拦。因此，轴外物点成的镜框所遮拦。因此，轴外物点成像光束的孔径显然要比轴上物点小。致使像面上从中央到边缘，光照度逐渐下像光束的孔径显然要比轴上物点小。致使像面上从中央到边缘，光照度逐渐下降，这种现象称为降，这种现象称为“惭晕惭晕”。第十七页，讲

23、稿共四十页哦显然，轴外物点离光轴愈远，渐晕现象就愈明显。假定在出瞳面上，轴上物点的光显然，轴外物点离光轴愈远，渐晕现象就愈明显。假定在出瞳面上，轴上物点的光束宽度为束宽度为D，视场角，视场角的斜光束的斜光束(在子午面内在子午面内)的宽度为的宽度为D。则。则D比比D之比称为之比称为“线渐线渐晕系数晕系数”：另外另外,当入瞳有一定大小时当入瞳有一定大小时,入射窗也不能完全决定系统的成像范围入射窗也不能完全决定系统的成像范围,如图所示。由如图所示。由前面分所可知，当入瞳为无限小时，物面上的成像范围由入瞳中心与入窗边缘的连线所前面分所可知，当入瞳为无限小时，物面上的成像范围由入瞳中心与入窗边缘的连线所

24、确定，若此连线与物面相交为确定，若此连线与物面相交为B2，则能被系统成像的是一个以物面中心，则能被系统成像的是一个以物面中心A为圆心，以为圆心，以AB2为半径的圆形区域。但是当入瞳具有一定大小时，除为半径的圆形区域。但是当入瞳具有一定大小时，除B2以外的物点发出充满以外的物点发出充满入瞳的光束中，虽然光线不能全部通过入入瞳的光束中，虽然光线不能全部通过入射窗而被系统成像。因此，成像范围被扩射窗而被系统成像。因此，成像范围被扩大了大了,由入窗的上边缘和入瞳的下边缘的由入窗的上边缘和入瞳的下边缘的连线与物面的交点连线与物面的交点B3才是被系统成像的才是被系统成像的最边缘点。最边缘点。第十八页，讲稿

25、共四十页哦（五）视场范围的计算（五）视场范围的计算光学系统的视场是由物方视场或物面半径的大小来确定。根据视场光阑的不同位光学系统的视场是由物方视场或物面半径的大小来确定。根据视场光阑的不同位置，有一下几种计算视场的方法。置，有一下几种计算视场的方法。1、视场光阑与像面重合、视场光阑与像面重合当视场光阑与像面重合时，视场光阑的口径就是像的大小，当视场光阑与像面重合时，视场光阑的口径就是像的大小，由此得到物方由此得到物方视场为：视场为：2、当视场光阑与物面重合时，视场光阑的大小就是物的大小，此时、当视场光阑与物面重合时，视场光阑的大小就是物的大小，此时第十九页，讲稿共四十页哦4.4照相系统和光阑照

26、相系统和光阑一、照相系统由三部分组成一、照相系统由三部分组成镜头：将外界景物成像在底片上。镜头：将外界景物成像在底片上。光阑：调节成像光束宽度从而调节光能量。光阑：调节成像光束宽度从而调节光能量。底片架框：确定景物的成像范围。底片架框：确定景物的成像范围。照相机和光阑的作用照相机和光阑的作用第二十页，讲稿共四十页哦 由照相机的光路图可看出由照相机的光路图可看出,随着随着A1A2光阑的伸缩可改变像面的成像光阑的伸缩可改变像面的成像光束。光束。对于照相机来说光阑对于照相机来说光阑A就是就是孔径光阑。孔径光阑。底片的大小限制了，相片的大小，底片的大小限制了，相片的大小，所以光阑所以光阑B是视场光阑。

27、是视场光阑。对于轴上点的成像光束，对于轴上点的成像光束，A、A的位置对于成像光束并不起作用。的位置对于成像光束并不起作用。第二十一页，讲稿共四十页哦轴外点的成像情况就复杂的多由图轴外点的成像情况就复杂的多由图a，孔径光阑，孔径光阑A靠近透镜，轴外点的靠近透镜，轴外点的进光量要多些。进光量要多些。(a)(b)b图，由于孔径光阑图，由于孔径光阑A远离透镜，远离透镜，这使轴外点的进光量就要少。这使轴外点的进光量就要少。从从(a)、(b)图的斜平行光束，可出图的斜平行光束，可出(a)图的投射高度高，图的投射高度高，(b)图的投图的投射高度低。这样就会使得成像质量射高度低。这样就会使得成像质量不同。不同

28、。第二十二页，讲稿共四十页哦孔径光阑的位置和大小孔径光阑的位置和大小透镜口径的大小透镜口径的大小对轴外光束成像构成影响对轴外光束成像构成影响轴外光束的投射倾角大小及在透镜上投影位置轴外光束的投射倾角大小及在透镜上投影位置当透镜的大小确定后，其边框及孔径光阑就直接影响轴外光束的成像。当透镜的大小确定后，其边框及孔径光阑就直接影响轴外光束的成像。实际的光学系统，镜头在设计时就已确定。轴外点的成像光束受到限制，镜头的大小，起到实际的光学系统，镜头在设计时就已确定。轴外点的成像光束受到限制，镜头的大小，起到渐晕的作用，是渐晕光阑。渐晕的作用，是渐晕光阑。渐晕：轴外点成像光束在进入光学系统前被系统的光阑

29、阻挡，而使成像面的照度下渐晕：轴外点成像光束在进入光学系统前被系统的光阑阻挡，而使成像面的照度下降的现象。降的现象。渐晕系数渐晕系数KD/DAA光阑与光阑的像光阑与光阑的像第二十三页，讲稿共四十页哦小结：小结：1、在照相光学系统中，根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的位置，其大致位置在、在照相光学系统中，根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的位置，其大致位置在照相物镜的某个空气间隔中。照相物镜的某个空气间隔中。2、在有渐晕的情形下，轴外点光束宽度不仅由孔径光阑的口径确定，而且还和渐晕光阑的口、在有渐晕的情形下，轴外点光束宽度不仅由孔径光阑的口径确定，而且还和渐晕光阑的口径有关。径有关。3、照相光学系

30、统中，感光底片的框子就是视场光阑。、照相光学系统中，感光底片的框子就是视场光阑。4.5望远系统中成像光束的选择望远系统中成像光束的选择一、望远系统的基本结构一、望远系统的基本结构物镜物镜转像棱镜转像棱镜分划板分划板目镜目镜第二十四页，讲稿共四十页哦望远镜系统简化图望远镜系统简化图二、望远系统中的光束限制二、望远系统中的光束限制光瞳衔接原则：前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合光瞳衔接原则：前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合,否则会产生光束切割，否则会产生光束切割，前面系统的成像光束中有一部分将被后面的系统拦截，不参与成像。前面系统的成像光束中有一部分将被后面的系统拦截，不参与成像。光阑在不同的位

31、置对系统成像光束有很大的影响。通过分析三组相关数据光阑在不同的位置对系统成像光束有很大的影响。通过分析三组相关数据来确定孔径光阑的位置：来确定孔径光阑的位置：在物镜左侧在物镜左侧10mm参数为视角放大率参数为视角放大率6；视场角；视场角28030；出瞳直径；出瞳直径D=5mm；出瞳距离出瞳距离l Z11mm；物镜焦距；物镜焦距f 物物108mm；目镜焦距；目镜焦距f目目18mm第二十五页，讲稿共四十页哦解解:1、求入瞳的直径、求入瞳的直径D=D=6530mm2、求物镜上的投射高度（主光线的投射高度）、求物镜上的投射高度（主光线的投射高度）hZ物物(-l Z)tg(-)10tg(4015)0.7

32、43mm3、求目镜上的投射高度（正切计算法）、求目镜上的投射高度（正切计算法）l ZF物(F目)f 物f目l Zxy孔径光阑孔径光阑入瞳入瞳出瞳出瞳u2=3.85780第二十六页，讲稿共四十页哦4、求分划板上的投射高度、求分划板上的投射高度hz分分=tg（3.85780）108hZ物物7.28240.7438.025mm5、求出瞳距、求出瞳距 lz -10mm第二十七页，讲稿共四十页哦6 6、各光学元件的实际通光口径（、各光学元件的实际通光口径（h h为上光线在物镜的投射高度）为上光线在物镜的投射高度）D D物物2 2（h+hh+hZ Z物物）（）（D/2+hD/2+hZ Z物物）2 2（15

33、150.7430.743）31.486 (mm)31.486 (mm)D D分分2h2hZ Z分分16.050 (mm)16.050 (mm)D D目目2(h2(hZ Z目目D D/2)/2)2(9.239+5/2)=23.478 (mm)2(9.239+5/2)=23.478 (mm)光阑 D物 D棱 D分 D目 l Z（1）31.531.5D棱 161623.520.5（2）3030 D棱 161623.721（3）31.631.6D棱 16162421.3第二十八页，讲稿共四十页哦孔径光阑处于不同位置时的成像光束孔径光阑处于不同位置时的成像光束(3)(3)望远系统的孔径光阑大致在物镜左右

34、，具体位置可根据尽量减小光学零件望远系统的孔径光阑大致在物镜左右，具体位置可根据尽量减小光学零件的尺寸和体积的考虑去没定；的尺寸和体积的考虑去没定；(4)(4)可放分划板的望远系统中，分划板框是望远系统的视场光阑。可放分划板的望远系统中，分划板框是望远系统的视场光阑。总结上面的分析：总结上面的分析：(1)(1)两个光学系统联用两个光学系统联用时，一般应满足光瞳衔时，一般应满足光瞳衔接原则；接原则；(2)(2)目视光学系统的目视光学系统的出瞳一般在系统之外，出瞳一般在系统之外，且出瞳距不能小于于且出瞳距不能小于于6mm6mm。第二十九页，讲稿共四十页哦4.6显微镜系统中的光束限制与分析显微镜系统

35、中的光束限制与分析一、简单显微镜系统的光束限制一、简单显微镜系统的光束限制显微镜光学系统显微镜光学系统第三十页，讲稿共四十页哦出窗-y”F2F2-yy物镜目镜出瞳视场光阑入窗孔径光阑入瞳显微镜系统的光束限制显微镜系统的光束限制F1F1lz第三十一页，讲稿共四十页哦二、远心光路二、远心光路yAA1B1BA1B1y1yAB第三十二页，讲稿共四十页哦物方远心光路及其特点物方远心光路及其特点:入瞳位于无穷远，轴外点主光线平行光轴。入瞳位于无穷远，轴外点主光线平行光轴。三、场镜的应用三、场镜的应用第三十三页，讲稿共四十页哦场镜的作用：场镜的作用：降低主光线在后面系统上的投影高度降低主光线在后面系统上的投

36、影高度,达到前后系统的光瞳衔接。达到前后系统的光瞳衔接。小结：小结：1、一般显微镜系统中，孔径光阑置于显微物镜上；一次实像面处安装系统的视场、一般显微镜系统中，孔径光阑置于显微物镜上；一次实像面处安装系统的视场光阑。光阑。2、显微镜系统用于测长目的时，为了消除测量误差，孔径光阑安装在显微物镜的、显微镜系统用于测长目的时，为了消除测量误差，孔径光阑安装在显微物镜的像方焦面处，称为像方焦面处，称为“物方远心光路物方远心光路”。3、在长光路系统中，往往利用场镜达到前后系统的光瞳衔接，以减小光学零件的口径。、在长光路系统中，往往利用场镜达到前后系统的光瞳衔接，以减小光学零件的口径。4.7光学系统的景深

37、光学系统的景深一、光学系统的空间像一、光学系统的空间像1.按照共线理论：按照共线理论：点物成点像；平面物成平面像；空间物成空间像。点物成点像；平面物成平面像；空间物成空间像。2.光学系统的空间像：光学系统的空间像：第三十四页，讲稿共四十页哦3.透视失真：透视失真：当入瞳和出瞳沿轴位移时，弥散斑在对准及其景象平面上的位置亦改变。当入瞳和出瞳沿轴位移时，弥散斑在对准及其景象平面上的位置亦改变。s1s2s1s2s1s2s1(s2)第三十五页，讲稿共四十页哦4.景深景深缩小光瞳时，弥散斑也将缩小，当光瞳缩小到一定程度时，就能保证对准平缩小光瞳时，弥散斑也将缩小，当光瞳缩小到一定程度时，就能保证对准平面

38、附近一定距离的物点都能成清晰的像。这个距离就是景深。面附近一定距离的物点都能成清晰的像。这个距离就是景深。B1.B2B1B2AAz1z22appp1p1p2p2-p2-p-p1p2p1pz1z2.12第三十六页，讲稿共四十页哦二、光学系统的景深二、光学系统的景深（1）由几何关系：由几何关系：（2）第三十七页，讲稿共四十页哦正确透视距离：正确透视距离：设人眼在设人眼在R处，为得到正确得透视，景象平面上像处，为得到正确得透视，景象平面上像y对对R的张角的张角应等于物空间应等于物空间的共轭物的共轭物y对入射光瞳中心对入射光瞳中心p的张角的张角相等。相等。tg=y/p=tg=y/D则得则得D=y/p=

39、p景象面上的弥散斑的允许值景象面上的弥散斑的允许值z=z1=z2=D=pAyBP1P1PPP2P2UB1RDppA1入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳y对对准准平平面面景景象象平平面面第三十八页，讲稿共四十页哦相应的对准平面上弥散斑的允许值为：相应的对准平面上弥散斑的允许值为：z=z1=z2=z/=p求远景和近景到人眼入瞳的距离，由求远景和近景到人眼入瞳的距离，由(1)(2)式得：式得：由图可知远景和近景的深度：由图可知远景和近景的深度：第三十九页，讲稿共四十页哦用孔径角用孔径角U取代取代2a（2a=2ptgU），有：），有：结论：结论：入射光瞳的直径越小，景深越大。入射光瞳的直径越小，景深越大。若远景深度若远景深度，则，则即即从对准平面从对准平面A点看入瞳时，入瞳张角点看入瞳时，入瞳张角2u应等于应等于。若把对准平面调焦在若把对准平面调焦在处，处，不能太大，否则散斑直径增大，从而减少景深。不能太大，否则散斑直径增大，从而减少景深。故故，当，当x值一定（即对准平面位置确定）时，值一定（即对准平面位置确定）时，f越大，越大，越越小。小。第四十页，讲稿共四十页哦