第五章 光学系统中成像光束的选择

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1、第五章光学系统中成像光束的选择引入HH’FF’问题:透镜口径与什么有关？1.成像光束的口径大小D2.成像光束的位置D1D2本章要解决的问题：如何选择成像光束的位置选择成像光束的原则限制光束的方法§5-1光阑及其作用一照相机的构造光学系统中，不论是限制成像光束口径大小还是限制成像范围的孔或框都称为“光阑”。镜头：起成像作用底片：感光部分光阑：限制成像光束，可变光阑二光阑概念1、孔径光阑（ApertureStop）限制进入光学系统光束口径的光阑2、视场光阑（FieldStop）限制成像范围的光阑底片框3、消杂光光阑（FalseLightStop）消除杂散光的光阑三渐晕由于轴

2、外点斜光束宽度比轴上点光束宽度小，使像平面边缘比中心暗的现象称为“渐晕”。线渐晕系数面渐晕系数给渐晕的原因为了减小元件的口径为了去除某些像差较大的光线在某些望远镜中，渐晕系数可以达到0.5孔径光阑：限制轴上点或视场中央部分（无渐晕）成像光束口径的光阑。在照相机中：孔径光阑—可变光阑视场光阑---底片框§5-2望远系统中成像光束的选择一、双目望远镜1、光学系统图视放大率：Г=6成像范围（视场角）：2ω=8°30’出瞳直径：D´=5mm出瞳距离：l´z≥11mm物镜焦距：f´物=108mm目镜焦距：f´目=18mm1、轴上光束传播情况F’物30将棱镜展开成平行玻璃板对于轴向

3、光束，物镜口径最大，目镜口径较小F’物30为满足光学特性的要求，各光学元件的通光口径至少应保证轴向光束通过。2、轴外光束传播情况F’物aabba-a30加大加大b-b60加大最大物镜棱镜目镜选择a-a光束，把物镜框取为30即可。此时，物镜框限制了进入系统的光束口径，即为孔径光阑视场光阑在像平面上，分划镜框即为视场光阑。分划镜框大小3、几个概念出射瞳孔：孔径光阑在系统像空间的像，出瞳入射瞳孔：孔径光阑在系统物空间的像，入瞳出射瞳孔距离：出瞳离系统最后一面的距离入射瞳孔距离：入瞳离系统第一面的距离出瞳：是光能最集中的地方，为了看清整个视场，眼睛的瞳孔应该和出瞳重合。对出瞳距

4、离必须有一定的要求，一般仪器大于6毫米，对于军用仪器，要大一些，可能大于20毫米。出瞳直径的大小，直接与像的亮暗有关问题：是否出瞳直径越大越好，出瞳距离越长越好？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3、轴向光束：入瞳直径D=D´×Γ=4×3.7=14.8mm位置对称于光轴为满足光学特性的要求，各光学元件的通光口径至少应保证轴向光束通过。4、轴外点成像光束的选择孔径光阑的选择应该选择在轴向光束口径最大的元件上，现在，轴向光束口

5、径最大的元件为保护玻璃，直角棱镜，道威棱镜，物镜综合考虑，将孔径光阑选在道威棱镜上体积最大，位于中间F’物aal’zo’D入瞳孔径光阑视场光阑出瞳位置的确定出瞳位置是对出射光束位置的要求回忆双目望远镜特点：整个视场没有渐晕，斜光束与轴向光束口径相同。物镜为孔径光阑，物镜垂直放置，可视为薄透镜，位置确定，孔径光阑在像空间的像（即出瞳）也是确定的。周视瞄准镜中斜光束通过时的情况由于道威棱镜的前后两个表面均切割光线，整个斜光束孔径都小于轴向光束，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孔径光阑在道威棱镜上，但道威棱镜有一定的长度，在像空间也有一定范

6、围，无法确定出瞳。我们采用直接根据出射光束位置来确定。主光线：斜光束的中心光线，通过孔径光阑中心周视瞄准镜中斜光束通过时的情况中点O叫做系统的名义孔径光阑O´OL´z在道威棱镜的情形下，实际限制光束的是棱镜的两端，他们共同作用的结果，相当于在中点O处，设有一个孔径光阑。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，出瞳为出射主光线与光轴的交点。这两种定义是否有矛盾？无渐晕的情况下，用主光线与光轴交点作为出瞳也能解释。无渐晕时，主光线必然通过孔径光阑中心，出射主光线必然通过孔径光阑中心在像空间的像，也就是主光线与光轴的交点，所以二者是一致的。F’物a

7、ao’入瞳孔径光阑视场光阑问题2：斜光束视场角变化时，出瞳入瞳位置会不会随之改变？o在道威棱镜的情形，系统整个视场都存在渐晕时，入瞳、出瞳位置不随视场角改变有些情况下，系统并不是整个视场都有渐晕，而是一定视场内无渐晕，视场超过一定大小后才有渐晕。例子：望远镜-ω0-ω出瞳眼点Lz´按照视场中央没有渐晕的部分光线来确定出瞳位置。眼点：边缘视场主光线与光轴的交点眼点距离：眼点离系统最后一面的距离眼点和出瞳不能相差过大，为什么？三、总结为什么要选择成像光束？成像光束的位置和大小直接影响各个光学零件的大小。选择成像光束实际上就是选择斜光束，因为轴