光學(xué)系統(tǒng)的光闌.ppt

第五章 光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制,光闌的概念和作用 孔徑光闌、入瞳、出瞳 視場(chǎng)光闌、入窗、出窗 漸暈光闌 景深、焦深 遠(yuǎn)心光路,什么是光闌,實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)與理想光學(xué)系統(tǒng)不同，其參與成像的光束寬度和成像范圍都是有限的。限制來自于光學(xué)零件的尺寸大小和其他金屬框。光學(xué)系統(tǒng)中，對(duì)光束起限制作用的光學(xué)元件稱為光闌。如透鏡的邊框、光孔等。,光闌的作用,從光學(xué)設(shè)計(jì)的角度看，如何合理的選擇或限制成像光束是必須分析的問題。不同的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)參與成像的光束位置和寬度要求也不同。光闌按限制光束的目的，可以分為以下幾種光闌： 1 孔徑光闌 2 視場(chǎng)光闌 3 漸暈光闌 4 消雜光光闌 其中，孔徑光闌和視場(chǎng)光闌是一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)必須的兩個(gè)光闌。,光闌實(shí)例照相系統(tǒng)中的光闌,普通照相系統(tǒng)是由三個(gè)主要部分組成：照相鏡頭、可變光闌和感光底片。,光束限制的共軛原理,一條光線如果被某一光學(xué)器件限制,則該光線的共軛光線也一定會(huì)受到該器件的共軛像所限制。實(shí)際中，我們判斷入射光線是否被某器件限制，往往用某器件在物方的“像”來比較。,第一節(jié) 孔徑光闌,定義：用于限制成像光束大小的光闌稱孔徑光闌, 一般用軸上物點(diǎn)確定。 描述成像光束大小的參量稱為孔徑，近距離物體成像的孔徑用孔徑角U表示，無限遠(yuǎn)物體成像的孔徑用孔徑高度h表示；,系統(tǒng)孔徑的確定- 孔徑光闌的識(shí)別,求出所有的通光元件在系統(tǒng)物方的共軛“像”。 對(duì)給定的軸上物點(diǎn)在物空間確定各器件允許通過光束的最大孔徑角（當(dāng)物在無限遠(yuǎn)時(shí)，確定所允許通過光束的最大高度）。 比較找出其中孔徑角為最?。ㄎ镌跓o限遠(yuǎn)時(shí)為孔徑高度最小）所對(duì)應(yīng)的器件，該光學(xué)元件就是系統(tǒng)的孔徑光闌。,舉例,題解圖,入瞳和出瞳,孔徑光闌在物方空間的共軛“像”稱為入射光瞳，簡稱入瞳 孔徑光闌在像方空間的共軛像稱為出射光瞳，簡稱出瞳 孔徑光闌、入瞳、出瞳三者互為共軛關(guān)系 入瞳在整個(gè)系統(tǒng)的物方對(duì)光束進(jìn)行限制，出瞳在整個(gè)系統(tǒng)的像方對(duì)光束進(jìn)行限制,入瞳和出瞳,例題,兩個(gè)直徑相等的正薄透鏡，已知透鏡的焦距 ， ，物距為-100mm即 ，間距60mm，直徑D1=D2=6mm，求此系統(tǒng)的孔徑光闌。,第二節(jié) 視場(chǎng)光闌,定義：限制成像范圍大小的光闌稱為視場(chǎng)光闌 描述成像范圍大小的參量稱為視場(chǎng)，近距離物體成像的視場(chǎng)一般用物體的高度y表示，無限遠(yuǎn)物體成像的視場(chǎng)用視場(chǎng)角 表示。,主光線：通過入瞳中心的光線,視場(chǎng)光闌的位置,視場(chǎng)光闌一般都設(shè)置在物面或像面上來直接限制成像范圍的大小，此時(shí)可以根據(jù)視場(chǎng)光闌的大小直接或間接地得到物方視場(chǎng)的大小。 視場(chǎng)光闌若不能與物面或像面重合，物方視場(chǎng)的大小則需要根據(jù)指定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算或判定，但存在一個(gè)視場(chǎng)大小的最大極限值。,視場(chǎng)光闌設(shè)在像面,物在有限遠(yuǎn),物在無限遠(yuǎn),視場(chǎng)光闌設(shè)在物面,其中,為入瞳的位置,第三節(jié) 漸暈光闌,什么是漸暈？ 像面上各點(diǎn)的成像光束大小不同，由視場(chǎng)中心向外，各點(diǎn)的照度逐漸下降的成像狀況。 漸暈產(chǎn)生的原因： 當(dāng)孔徑光闌和視場(chǎng)光闌確定以后，其余還可能存在限制軸外光束的鏡框，它們將對(duì)軸外點(diǎn)將產(chǎn)生漸暈作用，稱為漸暈光闌。,漸暈光闌的利與弊,造成像面上各區(qū)域的照度不一致。 有可能產(chǎn)生模糊不清的視場(chǎng)邊界。 可以減小光學(xué)系統(tǒng)的橫向尺寸。 闌去軸外點(diǎn)的不良光線，改善軸外點(diǎn)的成像質(zhì)量。,減小光學(xué)系統(tǒng)的橫向尺寸,第五節(jié) 景深和焦深,景深 焦深 結(jié)束,景深,景深,景深：在平面上成清晰像的空間深度稱為景深 對(duì)準(zhǔn)平面：像面所對(duì)應(yīng)的共軛面 遠(yuǎn)景深：對(duì)準(zhǔn)平面以遠(yuǎn)能成清晰像的物空間深度 近景深：對(duì)準(zhǔn)平面以近能成清晰像的物空間深度 景深為近景深與遠(yuǎn)景深之和。,景深的計(jì)算,與景深有關(guān)的因素,景深隨入瞳的增大而減小 景深隨對(duì)準(zhǔn)平面距離的增大而增大 景深隨放大率（或焦距）的增大而減小 景深隨像面分辨率的增加而減小,焦深 一個(gè)物平面能夠獲得清晰像的空間深度稱為焦深,焦深的計(jì)算,第五節(jié)遠(yuǎn)心光路,一、物方遠(yuǎn)心光路 二、像方遠(yuǎn)心光路,物方遠(yuǎn)心光路,孔徑光闌設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦點(diǎn)處時(shí)，其入瞳在物方無窮遠(yuǎn)，這種光路稱為物方遠(yuǎn)心光路，在用于測(cè)量物體大小的顯微鏡中經(jīng)常被采用，用以提高測(cè)量精度。,非物方遠(yuǎn)心光路的測(cè)量誤差,物方遠(yuǎn)心光路消除測(cè)量誤差,像方遠(yuǎn)心光路,孔徑光闌置于光學(xué)系