应用光学 教学课件 作者 刘晨 第5章　光学系统的光束限制.pptx

《应用光学 教学课件 作者 刘晨 第5章　光学系统的光束限制.pptx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、应用光学第5章　光学系统的光束限制5.1　孔径光阑5.2　视场光阑5.3　渐晕5.4　远心光路和场镜5.5　景深和焦深5.1　孔径光阑5.1.1　孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳5.1.2　确定孔径光阑的方法5.1.1　孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳图5-1　孔径光阑5.1.1　孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳图5-2　入瞳、孔径光阑和出瞳5.1.2　确定孔径光阑的方法首先，在光学系统中，将所有的光学元件边框和开孔屏的内孔，经其前方系统成像到系统的物空间，然后从物点引光线至各个像的边缘，其中与光轴夹角最小者所对应的像即为入瞳，与入瞳共轭的边框或内孔即为孔径光阑。同理，入瞳、孔径光阑

2、和出瞳三者是共轭关系，可以先确定出瞳，再由出瞳得到孔径光阑。即，先将所有的光学元件边框和开孔屏的内孔，经其后方系统成像到系统的像空间，然后从像点引光线至各个像的边缘，其中与光轴夹角最小者所对应的像即为出瞳。5.2　视场光阑5.2.1　视场光阑、入射窗和出射窗5.2.2　确定视场光阑的方法5.2.1　视场光阑、入射窗和出射窗图5-3　视场光阑5.2.2　确定视场光阑的方法与寻找孔径光阑的方法类似，首先将仪器中的所有光阑，包括透镜边框，经其前方(或后方)系统成像在整个系统的物空间(或像空间)，然后从已确定的系统的入瞳(或出瞳)中心分别向物空间(或像空间)所有的光阑像的边缘做连

3、线，其中张角最小的光阑像为入窗(或出窗)，与其共轭的实际光阑即为视场光阑。需要注意的是，在实际的光学系统中，孔径光阑和视场光阑是同时存在的，并且根据孔径光阑和视场光阑的定义，这两个光阑绝对不会位于同一个平面上，它们绝对是互为补充的。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，原来的视场光阑就可能被另外的光孔所代替。5.3　渐晕5.3.1　渐晕的概念5.3.2　渐晕的形成5.3.3　渐晕系数5.3.4　消除渐晕5.3.1　渐晕的概念图5-4　渐晕5.3.2　渐晕的形成1)以B1A为半径的圆形区。2)以B1B2绕光轴旋转一周所形成的环形区域。3)以B2B3绕光

4、轴旋转一周所形成的环形区域。5.3.3　渐晕系数物面上第一个区域所成的像最亮，而且均匀。从第二个区域开始，像逐渐变暗，直至全暗。若要用渐晕系数来度量渐晕的程度，可以用线渐晕系数或面渐晕系数来表示。线渐晕系数定义为轴外点成像光束与轴上点成像光束在入瞳平面上的线度之比。面渐晕系数则为轴外点成像光束与轴上点成像光束在入瞳平面上截面积之比。5.3.4　消除渐晕上面讨论的是给定的光学系统可能成像的最大范围，实际上，光学系统总希望整个像面亮度均匀，具有清晰的边界。当在实像平面或中间实像平面上设置视场光阑时，即可消除渐晕，此时入射窗与物平面重合，出射窗与像平面重合。5.4　远心光路和场

5、镜5.4.1　远心光路5.4.2　场镜5.4.1　远心光路图5-5　物方远心光路5.4.1　远心光路图5-6　像方远心光路5.4.2　场镜图5-7　场镜5.5　景深和焦深5.5.1　空间物体成像特点5.5.2　景深5.5.3　焦深5.5.1　空间物体成像特点图5-8　景深和焦深5.5.2　景深能在像平面上获得清晰像的物空间深度称为景深，例如图5-8中的(Δ2-Δ1)量就是景深。能成清晰像的最远物平面(即物点B1所在的平面)称远景面；能成清晰像的最近物平面(即物点B2所在的平面)称近景面。平面A为对准面，远景面与近景面到对准面的距离以Δ1和Δ2表示，分别称为远景深度和近景深

6、度。远景面、近景面、对准面到光学系统(以主面表示)的距离分别用l1、l2、l表示，它们的符号规则是以主面为原点，计算到远景面和近景面。5.5.3　焦深对于垂直于光轴的物平面来说，它的理想像平面应是与其共轭的像平面A，但在实际光学仪器中，接受器的接收面并不一定准确地和理想像平面相重合。如图5-8所示，O′点为O点的理想像。在理想像前后各有平面A′1和A′2，它们与理想像平面相距Δ′1和Δ′2。Δ′1和Δ′2的符号规则同Δ1和Δ2。显然，在A′1和A′2面上接收到的是弥散斑z′1和z′2，如果弥散斑的尺寸在接收器允许的范围内，就可认为弥散斑即为O点的清晰像点，此时，偏离理想像

7、平面的A′1面和A′2面之间的距离(Δ′2-Δ′1)就称为焦深。所以焦深是这样一个量，它是对于同一物平面，能够获得清晰像的像空间深度。【重点内容】1)理解孔径光阑、入射光瞳(入瞳)、出射光瞳(出瞳)的概念及其对成像光束的影响，学会如何在光学系统中确定孔径光阑的位置。2)理解视场光阑、入射窗(入窗)和出射窗(出窗)的概念及其对成像光束的影响，学会如何在光学系统中确定视场光阑的位置。3)由于孔径光阑与视场光阑同时存在于光学系统中，因此需要了解渐晕的概念及其形成过程。4)光阑在光学系统中的应用——远心光路和场镜。5)由空间物体的成像