第五章光阑和光束限制(4)

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1、第五章光阑和光束限制(4)复习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，其中必有一个光孔像对入瞳中心的张角最小，这就是入射窗。光学系统中所有光孔被其后面光组成的像中，对出瞳中心张角最小的一个是出射窗。入瞳中心对入窗边缘引的光线与光轴的夹角用W表示，称为物方半视场角，它在物面上交点的高度用y表示，称为物方线视场。出瞳中心对出射窗边缘引的光线与光轴的夹角用W′表示，称为像方

2、半视场角，它在像面上交点的高度用y′表示，称为像方线视场。一般对无穷远物体的成像范围用角视场表示，有限远物体常用线视场表示。孔径光阑对轴外物点的光束的限制：可见，物面中心A向外，从轴外点B1开始到B3充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，这种现象称为渐晕。出现渐晕的区域称为渐晕区。渐晕用渐晕系数K来定量表示，它在含轴平面(子午平面)进行度量。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。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

3、，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P1'P'P2'的情况。底片平面或观察平面A′称为景像平面。与景像平面A′共轭的物平面A称为对准平面。A1称为远景，即能在景像平面A′上成“清晰像”的最远平面。A2称为近景，即能在景像平面A′上成“清晰像”的最近的物平面。远景到对准平面的距离称为远景深度，用△1表示。近景到对准平面的距离称为近景深度，用△2表示。近景深度远景深度能在像平面上获得“清晰像”的空间深度称为景深，用△表示。Z1，Z2为对准

4、平面上允许的弥散斑的直径，它们应该是相等的；Z1′，Z2′为景像平面上允许的弥散斑的直径，它们也应该是相等的。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。令入瞳直径2a=D由图中关系得：显然Δ1>Δ2在A和A'共轭面上有令，相对孔径得倒数称为“F数”。可得由以上公式讨论几个问题：1.要使对准平面至无

5、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。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。第五节远心光路测量物体长度（根据放大倍率，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

6、中心。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u1>u2,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）的物距变动时进入光学系统的主光学的方向不变，则像的方

7、向及大小也不变，从而消除这一误差。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——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。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

8、'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。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。第六节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