《工程光學(xué)第四章》ppt課件

1、 實踐光學(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需求限制: (1) 自然限制：光學(xué)元件的有限尺寸； (2) 人為限制：金屬圈(框)或成像底片。 如何合理的選擇成像光束是必需分析的問題。光學(xué)系統(tǒng)不同，對參與成像的光束位置和寬度要求也不同。 以幾種典型系統(tǒng)的簡化模型為例來分析成像光束的選擇，并經(jīng)過對這些詳細(xì)系統(tǒng)的分析來掌握合理選擇成像光束的普通原那么。 照相系統(tǒng)的根本構(gòu)造 成像系統(tǒng)：即鏡頭，對外界景物成像?？勺児馊Γ赫{(diào)理成像光束寬度和光能量。底片架框：確定景物的成像范圍。在光學(xué)系統(tǒng)中，用于限制成像光束口徑、或者限制成像范圍的光孔或框，都統(tǒng)稱為“光闌。一、光闌的概念一、光闌的概念1孔

2、徑光闌：限制軸上物點(diǎn)孔徑角大小，并有選擇軸外物點(diǎn)成像光束位置作用的光闌。例如照像系統(tǒng)中的光圈就是孔徑光闌。2視場光闌：限制成像范圍的光闌，例如照像系統(tǒng)中的底片框就是視場光闌。二、光闌的作用二、光闌的作用1. 限制成像光束孔徑角大小限制成像光束孔徑角大小2. 限制和選擇軸外點(diǎn)成象光束限制和選擇軸外點(diǎn)成象光束3. 控制光通量控制光通量4. 擋掉雜散光擋掉雜散光孔徑光闌：限制和選擇成像光束，調(diào)理入射光能和像質(zhì)；視場光闌：確定成像范圍。 孔徑光闌對入射光束有很直接的選擇作用，對于軸上物點(diǎn)和軸外物點(diǎn)，其限制或選擇作用不同。孔徑光闌對軸上點(diǎn)光束的限制： 孔徑光闌的位于A和A點(diǎn)差不多?？讖焦怅@對軸外點(diǎn)光束的

3、限制： 漸暈：由于實踐透鏡的有限口徑尺寸，軸外點(diǎn)光束較之軸上點(diǎn)光束寬度小很多，導(dǎo)致像平面邊緣部分成像比中心部分暗的景象。漸暈光闌： 由于透鏡的邊框起到了“攔光作用，產(chǎn)生漸暈，故稱為漸暈光闌。 孔徑光闌經(jīng)其前面的透鏡或透鏡組在物空間所成的像稱為入射光瞳，簡稱入瞳，它是入射光束的入口。 孔徑光闌經(jīng)其后面的透鏡或透鏡組在像空間所成的像稱為出射光瞳，簡稱出瞳，它是出射光束的出口。入瞳、出瞳及其共軛關(guān)系 假設(shè)孔徑光闌位于光學(xué)系統(tǒng)的最前端，那么孔徑光闌就是入瞳； 假設(shè)孔徑光闌位于光學(xué)系統(tǒng)的最后端，那么孔徑光闌就是出瞳。 經(jīng)過入瞳中心的光線稱為主光線。 對理想光學(xué)系統(tǒng)而言，主光線或主光線的延伸線必經(jīng)過入瞳、

4、孔徑光闌和出瞳的中心。 在照相系統(tǒng)中，總結(jié)如下幾點(diǎn) 1在照像系統(tǒng)中，根據(jù)軸外光束的像質(zhì)來選擇孔徑光闌的位置，其大致位置在照像物鏡的某個空氣間隔中，如圖a,b,c所示。2在照像光學(xué)系統(tǒng)中，感光底片的框子就是視場光闌。3孔徑光闌的外形普通為圓形光圈，而視場光闌的外形為圓形或矩形等。 典型的雙目望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)是由一個物鏡、一對轉(zhuǎn)像棱鏡、一個分劃板和一組目鏡構(gòu)成的，如圖4-7所示。等 效光 學(xué)系統(tǒng) 當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用時，大多遵照光瞳銜接原那么：前面系統(tǒng)的出瞳與后面系統(tǒng)的入瞳重合，否那么會產(chǎn)生光束切割。即前面系統(tǒng)的成像光束中有一部分將被后面的系統(tǒng)攔截，不再可以參與成像。 雙目望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)與人眼聯(lián)用，人眼的瞳孔就是

5、入瞳。因此，滿足光瞳銜接原那么的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的出瞳應(yīng)該位于目鏡之后，而且應(yīng)間隔目鏡最后一面有一段間隔。這段間隔稱為“出瞳距。 為了防止眼睫毛和目鏡相接觸而影響察看，出瞳距普通不短于6mm。典型的雙目望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)有關(guān)光學(xué)數(shù)據(jù)如下：視角放大率：視場角：出瞳直徑：出瞳間隔： 物鏡焦距： f=108mm 目鏡焦距： f2=18mm 63082ommD5mmlz11望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇 對望遠(yuǎn)系統(tǒng)，總結(jié)如下： 1兩個光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用時，普通應(yīng)滿足光瞳銜接原那么。 2目視光學(xué)系統(tǒng)的出瞳在目鏡外，且出瞳距不能短于6mm。 3望遠(yuǎn)系統(tǒng)的孔徑光闌大致在物鏡左右，詳細(xì)位置可根據(jù)盡量減小光學(xué)零件的尺寸和體積的思索來設(shè)

6、定。 4可放分劃板的望遠(yuǎn)系統(tǒng)中，分劃板框是望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視場光闌。 顯微鏡系統(tǒng)的光束限制與分析 自學(xué)第四節(jié) 光學(xué)系統(tǒng)的景深主要內(nèi)容:一.光學(xué)系統(tǒng)的空間像空間物點(diǎn)的平面像: 對準(zhǔn)平面與景像平面,成像規(guī)那么;光瞳對成像的作用: 透視失真視場對成像的影響: 景像畸變二. 光學(xué)系統(tǒng)的景深根本概念: 景深,遠(yuǎn)(近)景深度;景深的計算: 正確透視位置條件下;特殊情況討論;一.光學(xué)系統(tǒng)的空間像理想光學(xué)系統(tǒng):點(diǎn)物成點(diǎn)像;平面物成平面像;空間物成空間像.垂軸平面內(nèi)的物點(diǎn)成像: 完善成像于共軛像面內(nèi);空間物點(diǎn)的平面像: 空間像點(diǎn)在景像平面內(nèi)的投影;平面成像問題: 根本概念: 景物(空間物點(diǎn))景象(空間像點(diǎn)) 景像平面

7、: 空間景物的成像平面, 或空間景象的投影平面; 對準(zhǔn)平面: 景像平面在物空間的共軛平面;景像平面AB對準(zhǔn)平面AB2. 成像過程: 如圖示忽略入瞳的有限尺度明晰像點(diǎn)B1當(dāng)入瞳具有一定尺度彌散斑abPP成像規(guī)那么:(1)先投影后成像: 在物空間內(nèi)，以入射光瞳中心為投影中心,以主光線為投影線,將空間點(diǎn)在對準(zhǔn)平面上投影,再將投影點(diǎn)成像于景像平面; (2)先成像后投影： 先將空間點(diǎn)完善成像于像空間。在像空間內(nèi)，以出射光瞳中心為投影中心，以主光線為投影線，將空間像點(diǎn)在景像平面上投影。3. 光瞳對成像的作用: 透視失真:當(dāng)入瞳中心沿軸位移時，景象位置也隨之改動,且景象的變化和景物不成比例的景象。 景像分別景像重合4. 視場對成像的影響: 景像畸變: 錐狀光束在景像平面上的投影隨光束軸線的傾角不同而變化,導(dǎo)致景象與景物不成比例的景象. 球狀物體對應(yīng)的一切主線構(gòu)成錐狀光束,其共軛光束亦為錐狀光束.顯然,不同軸線傾角的錐狀光束在景像平面上投影(或截面) 不同.由光軸至邊緣,投影由圓形變成橢圓形,且橢偏度逐漸增大.景像畸變二. 光學(xué)系統(tǒng)的景深 根本概念: 景深: 在景像平面上能獲得明晰成像的空間深度稱為成像空間的深度. 即當(dāng)入射光瞳一定時,在此空間深度內(nèi)景物對一定分辨率的接納器可得明晰像. 遠(yuǎn)景平面:能成明晰像得最遠(yuǎn)平面; 近景平面:能成明晰像的最近平面;遠(yuǎn)景深度:遠(yuǎn)景平面到對準(zhǔn)平面的間隔;近景深