物理光学与应用光学第四章.ppt

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1、第一节光阑第二节照相系统的光阑第三节望远镜系统中成像光束的选择第四节显微镜系统中的光束限制与分析第五节光学系统的景深第四章光学系统中的光阑(Stops)因为每个光学零件都有一定的大小，能够进入系统成像的光束总有一定限制的。决定每个光学零件尺寸的就是系统中成像光束的位置和大小。光学系统除了物象共轭，成像放大率要求外，还要有一定成像范围的要求。因为像平面上要有一定的光能和反映物面细节的能力(分辨率，由衍射理论知与孔径成正比的)。光阑及其作用1.作用限制成像光束的孔径角，成像的范围，当然也就限制了进光量的多少，像的亮度；就限制

2、了成像的大小了。通光孔径例：在光学系统中，装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘就是限制光束的光孔。而仅仅靠他们来限制光束不远远不够的，还需要特意设置限制光束的装置的。2.光阑带孔的金属薄片。通常形状是圆的，其中心和光轴重合，其平面与光轴垂直。光阑光阑的分类1.孔径光阑它是限制轴上物点成像光束立体角的。在有些光学系统中是有特定要求的。它决定轴上点发出的平面光束的孔径角。M1N1光阑(1)在目视光学系统中，光阑或者光阑的像一定要在光学系统的外边，使眼睛的瞳孔可以与之重合，以达到良好的观察效果。例：(2)在计量光学系统中，为了

3、达到精确的测量，光阑常放在物镜的焦平面上。形成“远心光路”。除此以外，光学系统中的光阑位置是可以任意选择的，但是，合理的选择光阑的位置可以改善轴外点的成像质量。12M1M2N1N2光阑当光阑位置改变时，应相应的改变其大小，以保证轴上点光束的孔径角不变合理选择光阑的位置，在保证成像质量的前提下，可以使整个光学系统的尺寸减少，系统的结构均称。12M1M2N1N2光阑2.视场光阑它是决定物平面上或物空间中成像范围的光阑。以上的两种光阑是光学系统系统中最重要的光阑，任何系统都有这两种光阑的。3.消杂光光阑(3)该光阑不限制通过光

4、学系统的成像光束，只限制那些从非成像物体射来的光，例如：各反射面反射的光，仪器内壁反射的光等。(1)杂光(2)其危害：使像面产生明亮的背景，降低像的衬度非成像的光，来自反射面反射的光，仪器内壁反射的光等。(4)当然也只是一些重要的光学系统，专门设置消杂光光阑的，且可以有几个的。例如：天文望远镜，长焦距平行光管等。(5)一般的系统仅仅使用其镜管内壁加工成内螺纹，并涂以黑色无光漆或者煮黑来达到消杂光的目的。分划板消杂光光阑物镜第一节光阑1、孔径光阑的定义和作用一、孔径光阑(ApertureStops)★含义1：限制轴上物点成

5、像光束孔径角大小的光阑。——限制成像光束和成像范围★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

6、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

7、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。将光学系统中所有光学零件的通光孔，分别通过其前面的光学零件成像到整个系统的物空间去，入射光瞳必然是其中对物平面中心的张角为最小的一个。入射光瞳的特性入射光瞳入射光瞳必定是对物面中心的张角最小的一个孔径光阑-U出射光瞳的特性出射光瞳出射光瞳必定是对像面中心的张角最小的一个孔径光阑将光学系统中所有光学零件的通光孔，分别通过其后面的光学零件成像到整个系统的像空间去，则出射光瞳必然是其中对像平面中心的张角为

8、最小的一个。★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离透镜1的距离为-