工程光學(xué)郁道銀.ppt

工程光學(xué) 第4章 -2 光學(xué)系統(tǒng)中的光闌 與光束限制,本章內(nèi)容提要,第一節(jié) 光闌 第二節(jié) 照相系統(tǒng)的光闌 第三節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇 第四節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析 第五節(jié) 光學(xué)系統(tǒng)的景深 第六節(jié) 數(shù)碼照相機(jī)鏡頭的景深（自學(xué)）,第三節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇,一、雙目望遠(yuǎn)鏡的組成,1、構(gòu)成,2、光學(xué)參數(shù),目視光學(xué)系統(tǒng)的視角放大率： 遠(yuǎn)處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對(duì)眼睛張角 的正切，與該 物體直接對(duì)眼睛張角 的正切之比。,*概念區(qū)別：角放大率,復(fù)習(xí)：第二章,3、分劃板 視場(chǎng)光闌,分劃板位于物、目?jī)社R的共同焦面上： 入射窗、出射窗均在無窮遠(yuǎn)處， 分別與物、像面重合。,二、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的光束限制,1、光瞳銜接原則： 前面系統(tǒng)的出瞳與后面系統(tǒng)的入瞳重合。, 追跡主光線 的投射高度,望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光闌位置,實(shí)際系統(tǒng)中，物鏡框前后10mm左右放置孔徑光闌；分劃板為視場(chǎng)光闌；孔徑光闌對(duì)目鏡成的像距即為出瞳距離lz6mm,1）光闌在物鏡的左側(cè)10mm（=4.25）：,2）光闌在物鏡上：,3）光闌在物鏡右側(cè)10mm：,通光口徑計(jì)算（表4-1）,h為軸上點(diǎn)邊緣光線投射高度（平行光線）,三、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)光束限制的總結(jié),1、兩光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用時(shí)，一般應(yīng)滿足光瞳銜接原則；,2、目視光學(xué)系統(tǒng)的出瞳一般在外，且不小于6mm；,4、分劃板就是視場(chǎng)光闌。,3、孔徑光闌大致在物鏡左右；,4、光闌位置對(duì)軸外光束位置的選擇,第四節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制和分析,一、簡(jiǎn)單顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制,1、顯微鏡系統(tǒng)的構(gòu)成,二、遠(yuǎn)心光路,1、孔徑光闌在物鏡上,(a) 測(cè)距原理：,(b) 調(diào)焦不準(zhǔn)：,2) 由于調(diào)焦不精確，引 起像平面和標(biāo)尺平面 不重合，從而導(dǎo)致測(cè) 量誤差。,1) 入瞳與物鏡邊框重合；,2、孔徑光闌在物鏡 的像方焦平面上,1) 入瞳位于物方無窮遠(yuǎn)。,A和A1、B和B1的主光線分別重合，且軸外點(diǎn)的主光線平行于主軸。,3) 主光線是物點(diǎn)成像光束的中心軸，則物點(diǎn)A1 B1在刻尺平面構(gòu)成的兩個(gè)彌散斑的中心間隔始終不變。, 物方遠(yuǎn)心光路,(a) 測(cè)距原理：,(b) 調(diào)焦不準(zhǔn)：,三、場(chǎng)鏡的應(yīng)用,缺點(diǎn)：出射主光線的投射太高，要求物鏡后面系統(tǒng)的口徑 必須非常大。,-1透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)：加長(zhǎng)光路。,1、長(zhǎng)光路顯微鏡系統(tǒng),2、降低主光線，減小后續(xù)光路口徑的辦法,-1轉(zhuǎn)像系統(tǒng), 場(chǎng)鏡：與像平面重合、或者很靠近像平面的透鏡。, 效果：主光線經(jīng)場(chǎng)鏡后通過-1轉(zhuǎn)像透鏡中心， 從而對(duì)后面系統(tǒng)的口徑要求最小。 場(chǎng)鏡起到使前后系統(tǒng)的光瞳銜接的作用。, 實(shí)際設(shè)計(jì)： 在-1轉(zhuǎn)像透鏡前、物鏡的實(shí)像面處加場(chǎng)鏡。,場(chǎng)鏡的應(yīng)用,四、顯微鏡系統(tǒng)光束選擇的總結(jié),1、一般情況，孔徑光闌在顯微物鏡上；,4、長(zhǎng)光路顯微鏡系統(tǒng)： 利用場(chǎng)鏡達(dá)到前后系統(tǒng)的光瞳銜接， 減小光學(xué)零件尺寸。,2、一次實(shí)像面處安放視場(chǎng)光闌；,3、測(cè)長(zhǎng)顯微鏡，孔徑光闌在顯微物鏡焦平面上 物方遠(yuǎn)心光路,第五節(jié) 光學(xué)系統(tǒng)的景深,同一位置不同景深的效果,一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像,1、平面上的空間像：空間點(diǎn)成像于一個(gè)像平面上。,對(duì)準(zhǔn)平面,景像平面,以入瞳中心為投影中心，以各空間點(diǎn)的主光線為投影方向，向?qū)?zhǔn)平面投影，對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)在景象平面上的共軛點(diǎn)即為空間點(diǎn)的平面像。, 平面上的空間像的獲得：,或：在像空間以出瞳中心為投影中心，仍以各空間點(diǎn)的主光線為投影方向，各空間像點(diǎn)向景象平面投影，可得空間點(diǎn)的平面像。,二、光學(xué)系統(tǒng)的景深, 成像空間的景深： 在景象平面上所獲得的成清晰像的物空間深度。,入瞳中心： 物空間參數(shù) 的起算原點(diǎn),出瞳中心： 像空間參數(shù) 的起算原點(diǎn),對(duì)準(zhǔn)平面的彌散斑直徑：,景像平面的彌散斑直徑：,由相似三角形得：,兩個(gè)因素：觀測(cè)距離、極限分辨角, 正確透視距離：觀察距離滿足照片上各點(diǎn)對(duì)人眼睛的張角，與直接觀察空間時(shí)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)眼睛的張角相等。,眼睛,以照相機(jī)為例，分析人眼看照片認(rèn)為是清晰圖像的情況：,對(duì)準(zhǔn)平面上對(duì)應(yīng)彌散斑的允許值：,遠(yuǎn)景、近景到對(duì)準(zhǔn)平面的距離：,遠(yuǎn)景、近景到入瞳的距離：,總成像深度景深,物方孔徑角U：軸上物點(diǎn)-入瞳邊緣連線與光軸的夾角。,例：照相機(jī)的原理圖,光圈大小對(duì)于景深的影響,對(duì)于固定焦距和拍攝距離，使用光圈越小，景深越大,孔徑光闌光圈,相對(duì)孔徑D/f(入瞳直徑與焦距之比),例1：現(xiàn)有一照相機(jī)，其物鏡f=75mm，現(xiàn)以常攝距離p=3m進(jìn)行拍攝，光圈的相對(duì)孔徑D/f(入瞳直徑與焦距之比)分別采用1/3.5和1/22，試分別求其景深。,解：,不同光圈的效果,1、使對(duì)準(zhǔn)平面前的整個(gè)空間都能在景像平面上成清晰像：,即，遠(yuǎn)景深度：,三、特例,景深：自入瞳前距離a/處的平