第五章光學(xué)系統(tǒng)中成像光束的選擇

1、第五章第五章 光學(xué)系統(tǒng)中成像光束的選擇光學(xué)系統(tǒng)中成像光束的選擇Chapter 5: Choice of imaging beam in optical system神八與天宮一號空間對接神八與天宮一號空間對接桂林開會桂林開會桂林山水桂林山水5-1 Diaphragm and their applications5-1 Diaphragm and their applicationsn Diaphragm: 限制成像光束的圓孔稱為限制成像光束的圓孔稱為光闌光闌n Iris: 限制進入光學(xué)系統(tǒng)成像光束口徑的光闌稱限制進入光學(xué)系統(tǒng)成像光束口徑的光闌稱孔徑光闌孔徑光闌n Field diaphragm

2、: 限制成像范圍的光闌稱限制成像范圍的光闌稱視場光闌視場光闌n Stray light iris: 限制進入光學(xué)系統(tǒng)雜光的光闌稱限制進入光學(xué)系統(tǒng)雜光的光闌稱消雜光光闌消雜光光闌IrisFielddiaphragmStray light iris5-1 Diaphragm and their applicationsn Vignetting: 漸暈漸暈Linear vignetting fator:DDKD5-1 Diaphragm and their applicationsn Vignetting: 漸暈漸暈當存在漸暈時，漸暈光線寬度不僅與孔徑光闌有關(guān)，而且還與其當存在漸暈時，漸暈光線寬度不

3、僅與孔徑光闌有關(guān)，而且還與其它光闌口徑有關(guān)。它光闌口徑有關(guān)。5-2 望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇n 雙目望遠鏡雙目望遠鏡技術(shù)要求：技術(shù)要求：1. 視放大率：視放大率：2. 出射光束口徑：出射光束口徑：3. 成像范圍成像范圍(視場角視場角)：4. 出瞳距離：出瞳距離：5. 物鏡焦距：物鏡焦距：6. 目鏡焦距：目鏡焦距： 6mm5D3082mm11zlmm108物fmm18目f5-2 望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇n 雙目望遠鏡雙目望遠鏡mm30DDThe objective is the aperture diaphragm (iris)5-2 望遠系統(tǒng)中成

4、像光束的選擇望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇n 雙目望遠鏡雙目望遠鏡mm8tan物fyReticle is the field diaphragm視場光闌一般為像面、物面或者分劃板視場光闌一般為像面、物面或者分劃板 yzLmm6zl民品民品:mm20zl軍品軍品:眼點眼點:zLmm16分Dzl5-2 望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇Entrance pupilExit pupilIrisPrincipal rayzl共軛共軛5-2 望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇n 周視瞄準鏡周視瞄準鏡IrisField diaphragm5-2 望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠系統(tǒng)中成像

5、光束的選擇n Summaryl 確定軸向光束在成像特性確定軸向光束在成像特性, 獲得軸向光束的口徑獲得軸向光束的口徑, 系統(tǒng)成像確定系統(tǒng)成像確定l 選擇軸外成像光束選擇軸外成像光束, 以降低某些零件的口徑過大以降低某些零件的口徑過大, 一般使軸外光一般使軸外光束的主光線通過軸向光束口徑最大的光學(xué)零件或光闌束的主光線通過軸向光束口徑最大的光學(xué)零件或光闌, 并把之作并把之作為孔徑光闌為孔徑光闌l 當光學(xué)系統(tǒng)沒有漸暈時當光學(xué)系統(tǒng)沒有漸暈時,孔徑光闌即決定了軸向光束的口徑孔徑光闌即決定了軸向光束的口徑, 也也決定了軸外光束的口徑?jīng)Q定了軸外光束的口徑. 孔徑光闌在物空間的像稱為入瞳孔徑光闌在物空間的像稱

6、為入瞳, 在像空在像空間的像稱為出瞳間的像稱為出瞳. 通過孔徑光闌中心的光線稱為主光線通過孔徑光闌中心的光線稱為主光線.l 如果中心視場沒有漸暈如果中心視場沒有漸暈, 邊緣視場有漸暈邊緣視場有漸暈, 一般按沒有漸暈的視一般按沒有漸暈的視場來確定孔徑光闌、入瞳和出瞳位置場來確定孔徑光闌、入瞳和出瞳位置.l 隨著視場的增加隨著視場的增加, 漸暈使主光線和光軸的交點位置發(fā)生變化漸暈使主光線和光軸的交點位置發(fā)生變化, 一一般按近軸區(qū)域內(nèi)的主光線和光軸交點的位置來確定孔徑光闌、入般按近軸區(qū)域內(nèi)的主光線和光軸交點的位置來確定孔徑光闌、入瞳和出瞳瞳和出瞳.5-2 望遠系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠系統(tǒng)中成像光束的

7、選擇n Summaryl 在某此目視光學(xué)儀器中在某此目視光學(xué)儀器中, 出瞳并不在系統(tǒng)后面出瞳并不在系統(tǒng)后面, 如伽俐略望遠鏡如伽俐略望遠鏡等等, 在與人眼配合使用時在與人眼配合使用時,可以把人眼瞳孔認為是孔徑光闌可以把人眼瞳孔認為是孔徑光闌, 也是出也是出瞳瞳.l 限制光學(xué)系統(tǒng)成像范圍的光闌稱為視場光闌限制光學(xué)系統(tǒng)成像范圍的光闌稱為視場光闌, 一般為實像平面一般為實像平面, 通常為像面或者分劃板通常為像面或者分劃板,使系統(tǒng)有一個清晰的視場邊界使系統(tǒng)有一個清晰的視場邊界. 但在沒有但在沒有實像面的光學(xué)系統(tǒng)中實像面的光學(xué)系統(tǒng)中, 不存在視場光闌不存在視場光闌, 隨著視場的加大漸暈增加隨著視場的加大

8、漸暈增加, 亮度逐漸減弱亮度逐漸減弱, 沒有清晰的視場邊界沒有清晰的視場邊界.5-3 顯微鏡中的光束限制和遠心光路顯微鏡中的光束限制和遠心光路u uObjectiveOcular目FIrisField diaphragmy ymm20ymaxyy2目fDu Lagrange invariant unnuyy5002221DfDffDfDfunnuNA目物目物250f 5-3 顯微鏡中的光束限制和遠心光路顯微鏡中的光束限制和遠心光路500DnuNAmm1D出瞳直徑出瞳直徑n物方折射率物方折射率u物方孔徑角物方孔徑角NA 視放大率視放大率5-3 顯微鏡中的光束限制和遠心光路顯微鏡中的光束限制和遠心

9、光路n 例例: 目鏡目鏡15X, 物鏡物鏡3X, 需選用多大的數(shù)值孔徑物鏡需選用多大的數(shù)值孔徑物鏡?45目09. 0500NA1 . 0NA5-3 顯微鏡中的光束限制和遠心光路顯微鏡中的光束限制和遠心光路n 物方遠心光路物方遠心光路5-3 顯微鏡中的光束限制和遠心光路顯微鏡中的光束限制和遠心光路n 像方遠心光路像方遠心光路AB5-4 場鏡的特性及其應(yīng)用場鏡的特性及其應(yīng)用Field lens5-4 場鏡的特性及其應(yīng)用場鏡的特性及其應(yīng)用Field lens物fl 目目ffl111場fll221111) 1(rnrrnf場5-5 空間物體成像的清晰深度空間物體成像的清晰深度景深景深5-5 空間物體成

10、像的清晰深度空間物體成像的清晰深度景深景深5-5 空間物體成像的清晰深度空間物體成像的清晰深度景深景深A(yù) A1A2A1A2A1B2B1Z2ZD,21ZZZ稱為景深稱為景深25-5 空間物體成像的清晰深度空間物體成像的清晰深度景深景深A(yù) A1A2A1A2A1B2B1Z2ZD2ll1l11l l2l1B2B5-5 空間物體成像的清晰深度空間物體成像的清晰深度景深景深11lllDZ1B成像成像111fll11111fll物像關(guān)系式物像關(guān)系式兩式相減兩式相減11111llllll11111llllll111111flDZllDZll111112flDZllDZll5-5 空間物體成像的清晰深度空間物體

11、成像的清晰深度景深景深) (1ffllDZ) (2ffllDZ) (212ffllDZ當當lll2111111flDZll11112flDZll5-5 空間物體成像的清晰深度空間物體成像的清晰深度景深景深) (2ffllDZn 1. 容許的光斑的直徑越大，景深越大容許的光斑的直徑越大，景深越大n 2. 景深與相對孔徑和景深與相對孔徑和F數(shù)數(shù)(光圈光圈)的關(guān)系的關(guān)系/1fDDfFFfD/15-5 空間物體成像的清晰深度空間物體成像的清晰深度景深景深n 3. 求最近的基準物平面位置和總的成像深度求最近的基準物平面位置和總的成像深度1l1111flDZlDZDfZl11111112flDZllll2125-5 空間物體成像的清晰深度空間物體成像的清晰深度景深景深n 例：已知照相物鏡的焦距例：已知照相物鏡的焦距f=50mm, 像平面