第五章光学系统中成像光束-应用光学.ppt

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1、第五章成像光束的选择问题的提出：在利用作图法求像时，如果系统口径不够时怎么办？光学零件的口径与两个因素有关：1。成像光束的大小2。成像光束的位置HH’§5-1照相机和光阑照相机的构造与眼睛很相似。前面的透镜用来使外界景物成像。景物通过透镜以后在感光底片K上成一倒像。底片的作用相当于人眼的网膜。透镜的后面还有一个和人眼虹膜的作用相似：的圆孔MN，其作用为限制到达感光底片上一个点的成像光束口径。这种限制成像光束的圆孔称为“光阑”。照相机中光阑的孔径一般是可以改变的，这种孔径可以改变的光阑称为“可变光阑”。

2、成像的范围（视场）则是由照相机的底片框AB的大小确定的。超出了底片框的范围，光线被遮拦，底片就不能感光。图7-1不论是限制成像光束的口径，或者是限制成像范围的孔或框，都统称为“光阑”。孔径光阑:限制进入光学系统的成像光束口径的光阑。视场光阑：限制成像范围的光阑消杂光光阑：消除杂光实际上，光学系统中每个光学零件的外框，如透镜框、棱镜框，都能起到限制光束的作用，也可以看作光阑。图7-2如图所示的简单照相机中，当透镜口径一定时，视场角超过某一范围，成像光束就不能充满孔径光阑MN，而被透镜框切割。它虽然不限制

3、轴上点成像光束的口径，但对视场边缘成像光束口径仍有限制作用。渐晕：斜光束的宽度比轴上点的光束宽度小，像平面边缘部分比像平面中心暗，这种现象称为“渐晕”。线渐晕系数：假定轴向光柬口径为D，视场角为ω的斜光束在子午截面内的光束宽度为Dω，则Dω与口D之比称为“线渐晕系数”。KD=Dω/D面渐晕系数渐晕的应用图7-2§5-2望远系统中的成像光束一般军用光学仪器都是望远系统望远系统得成像光束选择非常重要直接影响到系统中各个光学零件尺寸和整个仪器的大小讨论两个实际光学仪器——双目望远镜周视瞄准镜一双目望远镜由一

4、个物镜，两个棱镜，一个分划镜和一组目镜构成。光学性能：视放大率：Γ=6×出射光束口径：D'=5mm成像范围（视场角）：出瞳距离：lz'≥11mm物镜焦距：f物'=108mm目镜焦距：f目'＝18mm图7-3把棱镜展开,并将展开以后的平行玻璃板用相当空气层代替，系统如图。轴上点成像光束Γ=D/D'Γ=6D'＝5mmD＝30mm系统入射光束的口径应等于30mm。平行光束经过物镜聚焦以后，显然应会聚在物镜的像方焦点F物'上。光束通过分划镜以后，又经过目镜组的会聚，仍然以平行光束出射。出射光束的口径为5mm。

5、图7-4对轴向光束来说，物镜的口径最大。系统中各个光学零件的通光口径不得小于对应的轴向光束的口径。由于仪器有一定的视场，单是根据轴向光束的口径还不能决定系统中每个零件的尺寸。系统的视场角2ω＝8°30’要求和光轴倾斜角ω＝4°15’的轴外光束也能通过系统成像。如果要求轴外光束的出射口径和轴向光束相同，等于5mm，即边缘视场没有渐晕，则入射斜光束的口径也要等于30mm。为了保证斜光束的通过，它所要求的各个光学零件的尺寸不仅和光束口径有关，而且和所选取的成像光束的位置有关。图7-4轴外点成像光束情况两束口

6、径为30mm的斜平行光束a-ab-b对应的像高y'=-f物'·tgω=8mm分划镜的通光直径等于两倍的像高，即D分＝2y'＝16mm分划镜框限制了系统的视场，它就是系统“的视场光阑”。a-a光束：物镜口径小,棱镜和目镜的口径要求比轴向光束的口径大b-b光束：物镜的口径比轴向光束的口径大,棱镜的尺寸虽然也要求比轴向光束的口径要大,但比a-a光束增加得少些。目镜的口径则要比a-a光束所要求的口径大些。实际采用的是a-a光束的情况图7-6成像光束的口径都是由物镜框确定的。物镜框就是系统的“孔径光阑”。出瞳：

7、孔径光阑在系统像空间所成的像出瞳距离：出瞳离开系统最后一个表面的距离，通常用lz’表示。入瞳：孔径光阑在物空间的共轭像入瞳距离：入瞳与系统第一面得距离入瞳和出瞳是物和像的关系二、周视瞄准镜1、光学系统图视放大率：Г=3.7物方视场角：2ω=10°出瞳直径：D=4mm出瞳距离：l´z≥20mm物镜焦距：f´物=80mm目镜焦距：f´目=21.6mm2、展开图轴向光束：入瞳直径D=D´×Γ=4×3.7=14.8mm分划镜即视场光阑直径为D分=2y'=-2f物'·tgω=14mm轴外点成像光束选择确定入瞳或

8、孔径光阑的位置孔径光阑选在前面四个光学零件上而选在道威棱镜上最为合理道威棱镜上孔径光阑的确定出瞳距离就是对出射光束位置的要求。可根据光束位置来确定出瞳位置。主光线主光线和光轴的交点，即道威棱镜的中点，作为孔径光阑。图7-9名义孔径光阑道威棱镜的渐晕眼点和眼点距离周视瞄准镜中斜光束通过时的情况斜光束孔径小于轴向光束，整个视场都存在渐晕由主光线与光轴交点确定出瞳、入瞳的位置O´OL´z问题1：双目望远镜中，出瞳定义为孔径光阑在像空间的像；周视瞄准镜中，出瞳为