4 光学系统中的光束限制

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1、4光学系统中的光束限制孔径光阑和视场光阑典型光学系统中的光阑景深光束限制问题的由来能进入光学系统的光束孔径有限光学系统的视场有限原因：光学元件的有限大小，系统空间的有限大小光束的限制状况影响系统性能光阑及分类光阑：限制光场空间范围的光孔孔径光阑（孔阑）：限制光束口径的光阑经其前方光组所成的孔阑像：入瞳；经其后方光组成的孔阑像：出瞳。入瞳、孔阑、出瞳三者共轭过光瞳中心的光线称主光线视场：成清晰像的垂轴范围视场光阑（视阑）：限制视场的光阑经其前方光组所成的视阑像：入窗；经其后方光组成的视阑像：出窗）。入窗、视阑、出窗三者

2、共轭孔径光阑对轴上点的作用限制轴上物点孔径角大小孔径光阑位置不同限制轴上物点孔径角大小的作用相同孔径光阑对轴外点的作用不同位置的孔径光阑对成像光束的限制不同光瞳和孔径光阑的确定所有光学元件的通光孔，分别经其前面的光组成像到物空间，对物面中心张角最小的是入瞳所有光学元件的通光孔，分别经其后面的光组成像到像空间，对像面中心张角最小的是出瞳与入、出瞳对应的实际光孔是孔径光阑孔径光阑与入射光瞳孔径光阑孔径光阑与出射光瞳孔径光阑窗与视场光阑的确定所有光学元件的通光孔，分别经其前面的光组成像到物空间，对入瞳中心张角最小的是入窗所

3、有光学元件的通光孔，分别经其后面的光组成像到像空间，对出瞳中心张角最小的是出窗与入、出窗对应的实际光孔是视场光阑孔阑的设置原则系统对光能量的需求系统对空间分辨率的要求对目视仪器，光学系统的出瞳应与人眼瞳孔重合，使得光能利用率最高测量仪器中，孔阑要与焦面重合，以消除测量误差目视仪器的出瞳位置系统出瞳与眼瞳不重合造成的能量损耗照相系统中的光阑f’-f物面CCD面1透镜边框2光圈像入瞳光圈入窗孔阑出瞳视阑出窗3CCD面像用光瞳表示光束限制只画出光瞳入瞳入窗出瞳出窗PP’望远系统中的光阑孔径光阑在物镜附近分划板置于物镜后焦面

4、分划板边框为视场光阑f1’物镜、孔阑入瞳分划板视阑目镜显微系统中的光阑孔径光阑在物镜上分划板置于物镜像面分划板边框为视场光阑l1’物镜、孔阑入瞳分划板视阑目镜显微测量原理物AB成像为A’B’，若测出A’B’高度y’，根据共轭面放大率，就能求出物的大小y物面位置不准引起的测量误差物面不准像面移动像面与刻尺面分离ABA1B1，A1B1A1’B1’A1’、B1’两点在理想像面（刻尺面）上造成弥散斑两弥散斑中心间隔为y1’y’孔阑安置在后焦面上消除误差即使实际像面与理想像面不重合，y1’=y’物方远心光路孔阑位于系

5、统后焦面入瞳在物方无限远物方远心光路特点：入射光束的主光线都平行于光轴物体位置变化不影响测量结果测距原理已知高度为y的物体AB成像于A’B’，测出像高y’，由=y’/y=l’/l，得距离x=f’y/y’xf’调焦不准引起的测量误差调焦不准A’B’与刻尺面A’’B’’不重合A’、B’在刻尺面上产生两个弥散斑弥散斑中心距离y’’y’孔阑置于系统前焦面消除误差即使调焦不准，仍有y’’=y’像方远心光路孔阑位于系统后焦面出瞳在像方无限远像方远心光路特点：出射光束的主光线都平行于光轴即使像面位置不与刻尺面重合也不影响

6、测量结果两个光组的串联要求1两光组的焦距不变降低后光组的光线入射高度加入场镜其位置与前光组所成的像重合场镜的设计要求2主光线连续通过前后两个光组场镜焦距的选择把前组的出瞳成像到后组的入瞳视场大小的度量物体在远处，物方视场角2，像方视场角2’物体有限远，物方线度2y，像方线度2y’入窗和入瞳对光束的限制视场与视窗、光瞳的关系由视窗决定成像范围仅适用于光瞳很小的情况入瞳无限小时，入窗边缘对入瞳中心所确定的区域AB为视场入瞳有限大小时，B以外的物点，主光线不能通过入窗，边光线可能通过既能过入窗，又能过入瞳，才能参与成像

7、光学系统的视场不仅与视窗有关，还与光瞳大小有关三个通光不同的区域AB1为半径的圆，每个物点发出的充满入瞳的光束都能通过入窗(截面图a)B1B2环带，充满入瞳的光束大部分通过入窗，10050%(截面图b)B2B3环带，充满入瞳的光束小部分通过入窗，500%(截面图c)渐晕这种因轴外物点发出的光束被阻挡，像面上光能量从中心到周边逐渐减少的现象称渐晕渐晕系数：渐晕程度线渐晕系数：轴外点有效光束与轴上光束在光瞳面上的线度之比面渐晕系数：轴外点有效光束与轴上光束在光瞳面上的面积之比视场光阑的设置准则若无渐晕，需B1B3=D

8、(p-q)/p=0p=q为消除渐晕，视阑应如此设置：入窗与物面重合，或出窗与像面重合三维景物的成像前面分析的是垂直于光轴平面上物体在共轭面上的成像实际景物常为三维，多个平面参与成像只有一个平面物体能清晰成像，其他物面在像面为弥散斑弥散斑足够小时，可视为清晰成像景深：纵向多大的物空间范围可成清晰像非对准面上物点在像面上的弥散斑入瞳与H重合，出瞳与