工程光学-第四章-1

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1、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)人为限制：金属圈(框)或成像底片。如何合理的选择成像光束是必须分析的问题。光学系统不同，对参与成像的光束位置和宽度要求也不同。以几种典型系统的简化模型为例来分析成像光束的选择，并通过对这些具体系统的分析来掌握合理选择成像光束的一般原则。照相系统的基本结构成像系统：即镜头，对外界景物成像。可变光圈：调节成像光束宽度和光能量。底片架框：确定景物的成像范围。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”。一、光阑的概念1）孔径光

2、阑：限制轴上物点孔径角大小，并有选择轴外物点成像光束位置作用的光阑。例如照像系统中的光圈就是孔径光阑。2）视场光阑：限制成像范围的光阑，例如照像系统中的底片框就是视场光阑。二、光阑的作用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.挡掉杂散光孔径光阑：限制和选择成像光束，调节入射光能和像质；视场光阑：确定成像范围。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。孔径光阑对轴上点光束的限制：孔径光阑的位于A和A’点差不多。孔径光阑对轴外点光束的限制：渐晕：由于实际透镜的有限口径尺寸，轴外点光束较之轴上点光束宽度小很多，

3、导致像平面边缘部分成像比中心部分暗的现象。渐晕光阑：由于透镜的边框起到了“拦光”作用，产生渐晕，故称为渐晕光阑。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。入瞳、出瞳及其共轭关系若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。通过入瞳中心的光线称为主光线。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。在照相系统中，总结如下几点（1）在照像系统中，根据轴外光

4、束的像质来选择孔径光阑的位置，其大致位置在照像物镜的某个空气间隔中，如图a,b,c所示。（2）在照像光学系统中，感光底片的框子就是视场光阑。（3）孔径光阑的形状一般为圆形（光圈），而视场光阑的形状为圆形或矩形等。典型的双目望远镜系统是由一个物镜、一对转像棱镜、一个分划板和一组目镜构成的，如图4-7所示。等效光学系统当光学系统联用时，大多遵循光瞳衔接原则：前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合，否则会产生光束切割。即前面系统的成像光束中有一部分将被后面的系统拦截，不再能够参与成像。双目望远镜系统与人眼联用，人眼的瞳孔就是入瞳。因此，满足光瞳衔接原则的望远镜系统的出瞳应该位于目镜之后，

5、而且应距离目镜最后一面有一段距离。这段距离称为“出瞳距”。为了避免眼睫毛和目镜相接触而影响观察，出瞳距一般不短于6mm。典型的双目望远镜系统有关光学数据如下：视角放大率：视场角：出瞳直径：出瞳距离：物镜焦距：f’=108mm目镜焦距：f2=18mm望远镜系统中成像光束的选择对望远系统，总结如下：　（1）两个光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则。（2）目视光学系统的出瞳在目镜外，且出瞳距不能短于6mm。（3）望远系统的孔径光阑大致在物镜左右，具体位置可根据尽量减小光学零件的尺寸和体积的考虑来设定。　（4）可放分划板的望远系统中，分划板框是望远系统的视场光阑。显微镜系统的

6、光束限制与分析（自学）第四节光学系统的景深主要内容:一.光学系统的空间像空间物点的平面像:对准平面与景像平面,成像规则;光瞳对成像的作用:透视失真视场对成像的影响:景像畸变二.光学系统的景深基本概念:景深,远(近)景深度;景深的计算:正确透视位置条件下;特殊情况讨论;一.光学系统的空间像理想光学系统:点物成点像;平面物成平面像;空间物成空间像.垂轴平面内的物点成像:完善成像于共轭像面内;空间物点的平面像:空间像点在景像平面内的投影;平面成像问题:基本概念:景物(空间物点)景象(空间像点)景像平面:空间景物的成像平面,或空间景象的投影平面;对准平面:景像平面在物空间的共轭平面;

7、景像平面A’B’对准平面AB2.成像过程:如图示忽略入瞳的有限尺度清晰像点B1’当入瞳具有一定尺度弥散斑a’b’PP’成像规则:(1)先投影后成像:在物空间内，以入射光瞳中心为投影中心,以主光线为投影线,将空间点在对准平面上投影,再将投影点成像于景像平面;(2)先成像后投影：先将空间点完善成像于像空间。在像空间内，以出射光瞳中心为投影中心，以主光线为投影线，将空间像点在景像平面上投影。3.光瞳对成像的作用:透视失真:当入瞳中心沿轴位移时，景象位置也随之改变,且景象的变化和景物不成比例的现