光学系统中的光束限制.ppt

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1、前一课小结透镜单透镜：两光组的组合薄透镜本课提纲一、孔径光阑1、孔径光阑的定义、作用和判断方法；2、入瞳、出瞳的定义、性质和求解方法；二、视场光阑视场光阑的定义、判断方法、视场大小的确定方法。三、渐晕光阑了解渐晕光阑的定义和判断方法。四、景深五、几何像差第九章光学系统像差基础光学系统除满足物像共扼位置和成像放大率的要求外，还要有一定的成像范围，以及为获得一定的像面照度和反映物面细节的能力,在成像范围内各物点应具有适当的光束口径，这就是光束限制的问题。实际光学系统与理想光学系统不同，其参与成像的光束宽度和成像范围需要限制:(1)自然限制：光学元件的有限尺寸；

2、(2)人为限制：金属圈(框)或成像底片。第一节光学系统中的光阑及其作用怎样合理限制光束以满足成像要求，解决横向和纵向成像范围，像面清晰度和亮度均匀性，像差，观察效果等问题，是通过光学系统各零件一定的横向尺寸来实现的，均与光阑有关，或者说，光束限制是通过“光阑”来实现的。光阑——光学系统中的通光孔，或：限制成像光束孔径角的光学元件。在光学系统中，用于限制成像光束口径、或者限制成像范围的光孔或框，都统称为“光阑”。作用：1.限制成像光束孔径角大小；2.限制和选择轴外点成象光束；3.控制光通量；4.挡掉杂散光一、光阑分类按作用可分为：孔径光阑限制轴上点成像光束孔

3、径角的大小视场光阑限制横向视场的大小渐晕光阑产生像面亮度渐晕(即亮度渐弱)消杂光光阑消除杂散光孔径光阑和视场光阑是任何光学系统都有的两种主要光阑。二、孔径光阑：在光学系统具有的多个光阑中，限制成像光束口径大小的光阑（限制作用最大），也称为“有效光阑”。作用：限制和选择成像光束，调节入射光能和像质；特点：总有且只有一个通光孔是孔径光阑。影响：像面亮度，清晰度，景深，像差，观察效果等。孔径光阑经其前面的透镜或透镜组在物空间所成的像称为入射光瞳，简称入瞳，它是入射光束的入口。孔径光阑经其后面的透镜或透镜组在像空间所成的像称为出射光瞳，简称出瞳，它是出射光束的出口

4、。入瞳、出瞳及其共轭关系显然，入射光瞳、孔径光阑、出射光瞳三者是相互共轭的。对整个光学系统来说，出射光瞳也是入射光瞳的像，二者对整个光学系统是共扼的。若孔径光阑的位置对整个光学系统而言，孔径光阑位于光学系统的最前端，则孔径光阑就是入瞳；若孔径光阑位于光学系统的最后端，则孔径光阑就是出瞳。入瞳:它决定了光学系统物方的成像光束的孔经角,可看成成像光束的公共的入口。出瞳:它决定了光学系统像方的孔径角，可看成成像光束的公共出口。在实际光学系统中，孔径光阑的位置和大小，亦即入射光瞳或出射光瞳的位置和大小是十分重要的参量。孔径光阑的大小是由光学系统对成像光能量的要求和

5、对物体细节的分辨能力的要求而决定。孔径光阑的位置则直接影响光学系统成像的清晰度和光学系统中各零件的尺寸。孔径光阑对入射光束有很直接的选择作用，对于轴上物点和轴外物点，其限制或选择作用不同。孔径光阑的位置在有些光学系统中有特定的要求，如目视光学系统，出射光瞳一定要在系统外，以便与眼瞳重合，达到良好的观察效果。如无特殊要求，光学系统中孔径光阑位置的合理选择可以对光学零件口径提出合理的要求。孔径光阑位置对光学零件口径的影响光学系统中孔径光阑位置的合理选择也可以改善轴外点成像光束的质量：(a)(b)孔径光阑对轴外点光束的限制：孔径光阑对轴上点光束的限制：光学系统能

6、够清晰成像的范围也是有限的，能清晰成像的范围在光学系统中称为视场，视场的大小也有相对应的光阑来加以限定，这种光阑称视场光阑。三、视场光阑实像面上的通光孔限制了物空间垂轴方向成像范围特点：可能有，可能没有；若有，则只有一个。一般设在实像平面上。其形状根据系统的要求为圆形(如显微，望远等系统)或方形、矩形(如照相系统)等形状。注：通过入瞳中心的光线称为主光线，它也同时通过孔经光阑和出射光瞳中心。对理想光学系统而言，主光线（或主光线的延长线）必通过入瞳、孔径光阑和出瞳的中心。视场光阑经其前面光学系统成的像称入射窗，简称入窗；视场光阑经它后面光学系统成的像称出射窗

7、，简称出窗．入射窗和出射窗对整个光学系统是共扼的。实际光学系统中，孔径光阑和视场光阑是同时存在的，由入瞳中心至入射窗直径边缘所引连线的夹角，或者说，过入射窗边缘两点的主光线间的夹角称为物方视场角，用2w表示;同样，由出瞳中心至出射窗直径边缘所引连线的夹角，也就是过出射窗边缘两点的主光线间的夹角称为像方视场角，用2w’表示．当物体在无限远时，习惯用前面定义的视场角2w或2w’表示角视场．当物体在有限距离时，习惯用入瞳(或出瞳)中心与入窗(或出窗)边缘连线和物面交点之间的线距离来表示视场，称线视场2y(或2y’)．无论是用角视场还是线视场来表示成像范围，其成像

8、范围的大小均由入射窗或出射窗的大小决定。**渐晕光阑渐晕光阑多为透