光學(xué)儀器基本原理

關(guān)于光學(xué)儀器基本原理第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日（1）保證近軸條件，改善成像質(zhì)量（像的清晰度），控制景深．（2）控制成像物空間的范圍．（3）控制像面的亮度．（1）孔徑光闌：諸擋光孔中,最有效的控制成像光束光能量者，稱為孔徑光闌．簡稱孔闌．1)光闌的作用：2)光闌的種類：第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日ABA’B’孔徑光闌底片第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日瞳孔（2）視場(chǎng)光闌：諸擋光孔中,最有效的控制成像物空間范圍者，稱為視場(chǎng)光闌.簡稱場(chǎng)闌．人眼瞳孔：孔徑光闌，窗窗：視場(chǎng)光闌．物點(diǎn)第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日ABA’B’孔徑光闌視場(chǎng)光闌底片第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日2光瞳（pupil）

孔徑光闌在物空間中的等效孔徑孔徑光闌在像空間中的等效孔徑入射光瞳(入瞳)：限制入射光束的有效孔徑, 是孔徑光闌對(duì)前方光學(xué)系統(tǒng)所成的像出射光瞳(出瞳)：限制出射光束的有效孔徑,孔徑光闌對(duì)后方光學(xué)系統(tǒng)所成的像第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日

孔徑光闌與光軸上物點(diǎn)位置有關(guān)，欲確定孔闌，必須首先明確是對(duì)光軸上哪個(gè)物點(diǎn)．

將系統(tǒng)所有的通光孔成像于光學(xué)系統(tǒng)的物空間，其中對(duì)軸上物點(diǎn)張角最小者，稱為入瞳，入瞳對(duì)應(yīng)的物叫做孔闌．

孔闌對(duì)后光學(xué)系統(tǒng)的像，為出射光瞳，簡稱出瞳．

怎樣確定孔闌？第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日在這個(gè)系統(tǒng)中，孔徑光闌同時(shí)也是出瞳孔徑光闌入瞳--孔徑光闌對(duì)前方系統(tǒng)成的像入射孔徑角出射孔徑角uu’第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日在這個(gè)系統(tǒng)中，孔徑光闌同時(shí)也是入瞳孔徑光闌出瞳--孔徑光闌對(duì)后方系統(tǒng)成的像uu’入射孔徑角出射孔徑角第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日uu’孔徑光闌出瞳入瞳？？第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日某種相機(jī)鏡頭的孔徑光闌、光瞳第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日透鏡的像差(LensAberrations)1像差的基本概念如果成像系統(tǒng)：1）不能將一個(gè)物點(diǎn)唯一地變換成一個(gè)像點(diǎn)；像差單色像差(monochromaticaberration)色差(chromaticaberration)或者2）物像平面上各點(diǎn)的線放大率不同第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日-uu’PP’近軸條件下：單色像差的來源球面系統(tǒng)在近軸條件下可以理想成像物像一一對(duì)應(yīng)第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日非近軸情況下，三次冪以上項(xiàng)不能忽略-uu’PP’出現(xiàn)三級(jí)以上像差球面系統(tǒng)不能理想成像第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日三級(jí)像差(或初級(jí)像差)----5種：1)球差(sphericalaberration)2)慧差(coma)3)像散(astigmatism)和場(chǎng)曲(curvatureoffield)4)畸變(distortion)第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日2球差(Sphericalaberration)軸上物點(diǎn)發(fā)出的大孔徑光線不聚焦于一點(diǎn)PP第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日近軸光線非近軸光線非近軸光線非近軸光線非近軸光線近軸光線F’S’f’s’球差的定量：dL=f’-s’

F’S’s’f’s’dL>0---正球差dL<0---負(fù)球差第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日?qǐng)D示：不同大小球差的照片球差的校正：變折射率透鏡中間折射率大加光闌；復(fù)合透鏡，如正負(fù)透鏡組合、球面曲率及折射率的配合等；非球面透鏡；第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日3慧差(Coma)慧差的產(chǎn)生靠近光軸的物點(diǎn)發(fā)出的大孔徑光線不聚焦于一點(diǎn)PXY慧尾形的彌散像第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日dH>0---正慧差dH<0---負(fù)慧差慧差的定量：第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日不同大小慧差的照片慧差的校正：復(fù)合透鏡；加光闌；非球面透鏡；第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日4像散(Astigmatism)和場(chǎng)曲（Curvatureoffield）最小彌散圓主光線子午焦線弧矢焦線軸外物點(diǎn)發(fā)出的同心光束，水平方向和豎直方向的光線的聚焦點(diǎn)在不同平面上像散的產(chǎn)生像散現(xiàn)象第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日lslt最小彌散圓主光線子午焦線弧矢焦線子午面：主光線和光軸的平面弧矢面：包含光軸并垂直于子午面的平面慧差的定量：dL>0--正像散差dL<0--負(fù)像散差第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日?qǐng)銮漠a(chǎn)生物平面對(duì)應(yīng)的子午面、弧矢面、最小彌散圓平面為曲面場(chǎng)曲與像散結(jié)伴而生場(chǎng)曲第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日像散和場(chǎng)曲的校正：復(fù)合透鏡加光闌非球面透鏡；第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日

物平面 枕形畸變 桶形畸變5畸變(Distortion)第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日類似于正球差，入射角度大的出射光線比理想成像光線向光軸偏折得更厲害離光軸遠(yuǎn)的物點(diǎn)放大率變小光闌在透鏡前面桶形畸變光闌在透鏡后面，情況相反枕形畸變第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日光闌消除畸變第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日6色差(Chromaticaberration)色差的產(chǎn)生P色差的消除P’Pn1n2第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日助視儀器的分辨本領(lǐng)(ResolvingPower)任何成像光學(xué)系統(tǒng)中如透鏡都有有限的孔徑，這些光闌對(duì)成像光波的限制而產(chǎn)生的衍射效應(yīng)，使得對(duì)應(yīng)于物點(diǎn)的像點(diǎn)不再是幾何光學(xué)意義上的一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)衍射斑，從而使像模糊。因此任何成像光學(xué)系統(tǒng)中，在幾何光學(xué)像差因素以外，還要考慮由于衍射效應(yīng)而引起的對(duì)成像分辨本領(lǐng)的限制。衍射像導(dǎo)致的成像分辨率的下降第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日1望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)

遠(yuǎn)處的物體，如遙遠(yuǎn)的星體，在望遠(yuǎn)鏡的后焦面上成像。由于孔徑光闌的限制，在后焦面上，像點(diǎn)成為Airy斑；當(dāng)兩個(gè)物點(diǎn)靠近時(shí)，形成的兩個(gè)Airy斑交疊，可能分辨不開；兩物點(diǎn)間距變小光學(xué)儀器分辨率第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日不同物點(diǎn)間距的衍射像強(qiáng)度分辨率第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日Rayleigh判據(jù)：當(dāng)兩個(gè)像靠近到使得一個(gè)Airy斑的主極大和第二個(gè)Airy斑的極小重合時(shí)，剛剛能分辨。進(jìn)一步靠近，兩個(gè)像不能分辯。第三十三頁，共