工程光学教学课件第04章.ppt

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1、第4章光学系统中的光束限制光阑照相系统中的光阑望远系统中成像光束的选择显微镜系统中的光束限制与分析光学系统的景深1本章重点孔径光阑、视场光阑的确定方法远心光路景深2光阑：构成光具组的各种光学元件的边框或一些开孔屏，对成像光束的截面和空间立体角的大小等起到一定限制作用。光阑的作用：通过限制光具组的光束孔径和视场，影响着光具组成像的像差、像的亮暗、景深、分辨本领及空间范围等。光阑的类型：孔径光阑，视场光阑3孔径光阑限制轴上物点光束宽度的光孔，也称为“有效光阑”P1P2是孔径光阑,主要用于控制成像面的光能！孔径光阑

2、BAP1P2O1PO2-UU'A’B’1、孔径光阑的定义与作用孔径光阑同时具有选择轴外物点成像光束的位置作用4孔径光阑2、入射光瞳和出射光瞳P1P2孔径光阑经前方光学系统所成的像P'1P'2称为入射光瞳，简称入瞳，入瞳边缘对物点A的张角称为物方孔径角2U．当孔径光阑前方无光学系统，则孔径光阑就是入瞳。孔径光阑BAQ1Q2P1P2P'2P'1O1PP'O2-UU'5孔径光阑2、入射光瞳和出射光瞳P1P2孔径光阑经后方光学系统所成的像P”1P”2称为出射光瞳，简称出瞳，出瞳边缘对像点A’的张角称为像方孔径角2U’

3、．出射光瞳孔径光阑入射光瞳BAQ1Q2P1P2P'2P'1P''1P''2O1P''PP'O2-UU'当孔径光阑后方无光学系统，则孔径光阑就是出瞳。6通过入瞳中心的光线称为主光线，也通过孔径光阑和出射光瞳中心,是各个物点发出的成像光束的光束轴线。出射光瞳孔径光阑入射光瞳BAQ1Q2P1P2P'2P'1P''1P''2O1P''PP'O2-UU'主光线7光瞳图QQ'DD'DD'由于光组的孔径光阑分别与入射光瞳和出射光瞳相对于孔径光阑前、后部分共轭，因此入射光瞳与出射光瞳相对于整个光组共轭。根据这些共轭特性，凡是

4、能够进入入射光瞳的光线，就一定能够通过孔径光阑和出射光瞳；过入射光瞳边沿的光线（边沿光线），也一定过孔径光阑和和出射瞳边沿；而过入射光瞳中心的光线（通常称为主光线），也一定过孔径光阑和出射光瞳中心。这表明，可以利用光瞳图来表征一个光学系统。入瞳出瞳光瞳图边沿光线主光线8孔径光阑3、关于孔径光阑需要注意的几个问题孔径光阑是针对轴上物点定义的，物平面发生变更，孔径光阑将有可能易主。AB孔径光阑孔径光阑9孔径光阑3、关于孔径光阑需要注意的几个问题首先，将系统中所有元件的光孔成像到物空间，用计算方法确定其位置和大小。

5、第二步，由物面中心A点对各个像的边缘引直线，入射光瞳是其中张角最小者，对应的物为孔径光阑。O'2AO1O2P'P'1P'2F'1P1P2孔径光阑的确定方法10孔径光阑3、关于孔径光阑需要注意的几个问题若物体位于无限远，此时仅比较各个像本身的大小，其口径最小者即为入射光瞳。确定孔径光阑的方法，也可以先确定出射光瞳。对称于光阑的对称式系统：入射光瞳和出射光瞳的大小和倒正都一样，入瞳和出瞳之间的倍率为+1，入射光瞳面和出射光瞳面分别与光学系统的物方主平面和像方主平面重合。11孔径光阑3、关于孔径光阑需要注意的几个问

6、题入瞳的大小是由光学系统对成像光能的要求或者对物体细节的分辨能力(分辨率)的要求来确定的。常以入瞳直径和焦距之比值来表示，称为相对孔径，它是光学系统的一个重要的性能指标。12孔径光阑3、关于孔径光阑需要注意的几个问题孔径光阑的安放要遵循一定原则。对于目视光学系统，出瞳必须在目镜外，便于与其衔接。在投影计量光学中，要求入瞳或出瞳位于无穷远。在光学设计时，可以合理设置孔径光阑位置用以校正像差。可以合理设置孔径光阑的大小来匹配光学镜组之间的能量。13视场光阑DP1'Q'P2'w0'w0'LD视场：能够通过光组清晰成

7、像的物平面空间范围视场光阑：限制物平面或物空间范围的光阑。视场光阑14视场光阑限制物平面或物空间范围的光阑称视场光阑。Q1Q2是视场光阑。Q'1Q'2为入射窗;Q1Q2本身也为出射窗。通常设置在系统的实像平面或物平面出射光瞳孔径光阑入射光瞳BAQ1Q2P1P2P'2P'1P''1P''2O1P''PP'O2-UU'视场光阑(出射窗)入射窗Q1’Q2’15(2)计算这些像的边缘对入瞳中心的张角大小。张角最小者即为入射窗，入射窗对应的光学元件为视场光阑.入射窗边缘对入瞳中心的张角为物方视场角，同时也决定了视场边缘

8、点。视场光阑经后面光学零件所成的像即为出射窗，出射窗对出瞳中心的张角即为像方视场角。视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的。确定视场光阑的方法：(1)将所有光孔经前面的光学系统成像到物空间，确定入瞳中心位置(实际上在确定孔径光阑时这一步骤已完成)。16B'ABO'2O1O2PP'A'ωP''ω'入射窗出射光瞳孔径光阑入射光瞳孔径光阑为无限小时，物面范围由入窗边缘与入瞳中心连线决定。线视场:物方线视场为