应用光学-第五章2006

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1、第五章光学系统中成像光束的选择6/17/20211南京工程学院自动化学院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前面的研究没有对光学零件的大小加以限制6/17/20212南京工程学院自动化学院由一点发出能进入透镜或光学系统的光束，其立体角大小决定于透镜的直径§5-1光阑及其作用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，这个光孔对光学零件来说被称为“通光孔径”6/17/20213南京工程学院自动化学院光阑的定义：夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）或者人为设置

2、的装置限制了成像光束的大小，光学中这种限制成像光束的光孔称为光阑。有些光孔的大小是可变化的，这种光阑称为“可变光阑”6/17/20214南京工程学院自动化学院光阑在光学系统中的作用：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。光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可少的零件。6/17/20215南京工程学院自动化学院光阑按上述的作用分为：孔径光阑视场光阑渐晕光阑消杂光光阑孔径光阑：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能（即像平面照度）作用的光阑。6/1

3、7/20216南京工程学院自动化学院视场光阑限制物平面或物空间能被光学系统成像的最大范围的光阑称为视场光阑。视场：物平面或物空间能被光学系统成像的最大范围称为视场。6/17/20217南京工程学院自动化学院渐晕光阑光阑以减少轴外像差为目的，使物空间轴外点发出的、原本能通过上述两种光阑的成像光束只能部分通过，这种光阑称为渐晕光阑。渐晕由于轴外点成像光束部分被遮挡，造成像的边缘部分亮度比像平面中心暗，这种现象叫渐晕。6/17/20218南京工程学院自动化学院消杂光光阑这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折射面反射的光和

4、仪器内壁反射的光等，这些光阑称为消杂光光阑。物镜消杂光光阑分划板6/17/20219南京工程学院自动化学院§5-2孔径光阑、入瞳、出瞳一、孔径光阑的确定当实际光组中有多个光阑时，确定方法为：⑴：各个光学孔径成像到物空间；⑵：由物点向光阑像边缘引光线，找出光线与光轴的夹角；⑶：夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑。确定方法可以通过图解法，也可以通过解析法。6/17/202110南京工程学院自动化学院例已知一光学系统由三个零件组成，透镜1其焦距f1′=-f1=100mm，口径D1=40mm；透镜2的焦距f2′=-f2=120mm，口径D2=30mm，它和透镜1之间的

5、距离为d1=20mm；光阑3口径为20mm，它和透镜2之间的距离d2=30mm。物点A的位置L1=-200mm，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。F1,F26/17/202111南京工程学院自动化学院1、图解法为了使各光阑和物点A产生直接联系，把它们全部成像到物空间去。6/17/202112南京工程学院自动化学院由物点向各个像边缘引光线，得到夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑。D’1D’2D’36/17/202113南京工程学院自动化学院解：1.由于透镜1的前面没有任何光组，所以它本身就是在物空间的像。透镜2在透镜1的右边，要使它成像光线须自右向左，属于反

6、向光路。而牛顿公式和高斯公式皆由正光路导出，符号规则也由正光路规定，不可随便用于反光路。2、解析法：方法：认为透镜2是像，求物。6/17/202114南京工程学院自动化学院2、因为f1’=-f1=100mm，l2’=20mm，利用高斯公式：F1,F26/17/202115南京工程学院自动化学院3.再求光阑3被前面光组所成的像。必须注意：为了求得光阑3在物空间的像，要使它分别对透镜1、2成像。6/17/202116南京工程学院自动化学院同理，求得光阑3在物空间的像D’1D’2D’36/17/202117南京工程学院自动化学院物点A对光阑D1’的张角对D2’的张角

7、对光阑D3’的张角u2为最小，说明光阑像D2‘限制了物点的物方孔径角，故透镜2的镜框为孔径光阑。6/17/202118南京工程学院自动化学院将孔径光阑Q1QQ2通过其前面的透镜成像到物空间去，则其像P1PP2就决定了光学系统的物方孔径角U。-y-UPP1P2U'y'QQ2Q孔径光阑L1L2U—物方孔径角6/17/202119南京工程学院自动化学院孔径光阑被其前面的光组在光学系统物空间所成的像称为入射光瞳，简称入瞳。-y-UU'y'QQ2Q孔径光阑L1L2U—物方孔径角PP1P2入射光瞳6/17/202120南京工程学院自动化学院孔径光阑Q1QQ2被其后面的透镜

8、（光组）在像空间所成的像P1'P'P2