工程光学第四章 光学系统中的光阑和光束限制.ppt

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1、第四章光学系统中的光阑和光束限制§4.1光阑§4.2照相系统中的光阑§4.3望远镜系统中成像光束限制§4.4显微镜系统中的光束限制与分析§4.5光学系统的景深第四章光学系统中的光阑和光束限制组成光学系统的所有零件都有一定的尺寸大小实际的光学系统除了应满足前述的物象共轭位置关系和成像放大率的要求外，还要有一定的成像范围没有对光学零件的大小加以限制通常光学系统中用一些中心开孔的薄金属片来合理地限制成像光束的宽度、位置和成像范围。这些限制成像光束和成像范围的薄金属片称为光阑。如果光学系统中安放光阑的位置与光学元件的某一面重合，则光学系统的边框就是光阑§4-1光阑光阑在光学系统

2、中的作用：决定像面的照度。决定系统的视场。限制光束中偏离理想位置的一些光线，用以改善系统的成像质量拦截系统中有害的杂散光。光阑分为：孔径光阑视场光阑消杂光光阑渐晕光阑一、孔径光阑(ApertureStops)孔径光阑：它是限制轴上物点成像光束立体角（锥角）的光阑。也就是起到决定能通过光学系统的光（即像平面照度）作用的光阑。★含义2：孔径光阑的位置不同，但都起到了对轴上物点成像光束宽度的限制作用；只需相应的改变光阑大小，即可保证轴上物点成像光束的孔径角不变。★含义3：孔径光阑的位置不同，则对应于选择轴外物点发出光束的不同部分参与成像。★孔径光阑的定义：1）限制轴上物点成像光束

3、孔径角的大小（宽度）；2）选择轴外物点成像光束的位置。2、入射光瞳与出射光瞳(EntranceandExitpupils)★Pupils：TheimageoftheApertureStops★入射光瞳：孔径光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）★出射光瞳：孔径光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）照相机镜头中的孔径光阑孔径光阑孔径光阑物像关系后面光学系统入瞳出瞳孔径光阑前面光学系统整个光学系统★孔径光阑、入瞳与出瞳出瞳入瞳孔径光阑1）入瞳：决定光学系统的物方光束的孔径角。2）出瞳：决定光学系统的像方光束的孔径角。3）孔径光阑：实际起对光束限制作用的元件，决定了入瞳、出瞳；三

4、者互为物像关系。3、关于孔径光阑需要注意的几个问题(1)轴上物点的位置发生变化，孔径光阑也会变化。(2)几个口径一定的透镜组合，判断确定的轴上物点位置的孔径光阑：★追迹光线法：过轴上物点的任一条近轴光线，求其在每个折射面的投射高度与实际口径的比值，比值最大的折射面的边框为透镜组的孔径光阑。★成像张角比较法：a.将光学系统所有光阑（各个透镜和光圈等），对其前面的光学系统（物空间）成像，求像之大小和位置；b.由物位置（轴上点）向各像边缘、第一个透镜边缘分别作连线，求张角最小值即为入瞳，相应的共轭物为孔径光阑；c.孔径光阑对后面光学系统（像空间）所成像即是出瞳。例1：已知物点A离

5、透镜1的距离为-l1=30mm，透镜1的通光口径D1=30mm,光孔2的直径D2=22mm，像点A’离透镜的距离l1´=60mm，透镜与光孔之间距离为d=10mm，试确定这个系统的孔径光阑、入瞳和出瞳。ABA'B'12解：判断孔径光阑：轴上物点的成像张角比较法1）透镜1框内孔相对于前面光学系统的像与自身重合。2）光孔2相对于前面透镜成像：2′ABA'B'123）D1，D2'对轴上物点A的张角：D2′的张角最小，最能限制轴上物点A的成像光束，为入瞳，即光孔2为孔径光阑，U2为物方孔径角。光孔2后面无透镜，孔径光阑与出瞳重合，U2′为像方孔径角。2′(3)孔径光阑位置的安放原则

6、：a.目视光学系统，出瞳与人眼瞳孔衔接（光瞳衔接原则）；b.投影计量光学系统，保证投影像的倍率不因物距变化,要求系统的出瞳或入瞳位于无限远处；c.对轴外光束像差校正；d.各光学元件的口径匹配。★理想光学系统：主光线必然通过入瞳及出瞳的中心。4、主光线（Chiefray）：★定义：离轴物点发出的、通过孔径光阑中心的光线。★主光线是通过孔径光阑、并参与成像的物光束的中心光线。出瞳入瞳孔径光阑★入瞳中心是所有主光线的交点。二、视场光阑(FieldStops)1、视场光阑:★定义：在物/像面上安放的、限定光学系统成像范围的光阑。★物方视场：能够清晰成像的物面范围；★像方视场：相应的

7、能够清晰成像的像面范围；接收面或中间实像面上的分划板。摄影系统：像面的大小决定视场角2W的大小望远镜：中间实像面上分划板的大小决定视场角2W的大小2、入射窗与出射窗★入射窗：视场光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）★出射窗：视场光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）3、视场光阑、入射窗与出射窗三者互为物象关系。第二节照相系统中的光阑一、照相机的三个组成部分镜头、可变光阑（孔径光阑）、感光底片（视场光阑）光圈英文名称为Aperture，用来控制透过镜头进入机身内感光面的光量，是相机一个极其重要的指标参数，通常在镜头