光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制

光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第一頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日第三章光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制由于成像理論的完善，構(gòu)成了許多在科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中得到廣泛應(yīng)用的光學(xué)系統(tǒng)，本章主要介紹攝像系統(tǒng)和望遠(yuǎn)系統(tǒng)。實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)和理想光學(xué)系統(tǒng)不同，必須限制參與成像的光束寬度和成像范圍以保證成像質(zhì)量。其限制來(lái)自光學(xué)零件尺寸大小。光學(xué)系統(tǒng)不同，參與成像的光束位置和寬度要求不同。1.照相系統(tǒng)和光束限制2.光學(xué)系統(tǒng)的景深3.望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)及光束的選擇4.顯微鏡系統(tǒng)中光束的限制與選擇第二頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日單鏡頭反光照相機(jī)（SLR)3.1照相系統(tǒng)

第三頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日一、攝影系統(tǒng)的組成

由攝影物鏡和感光元件組成。二、攝影系統(tǒng)的光學(xué)特性參數(shù)

焦距f’，相對(duì)孔徑D/f’，視場(chǎng)角2ω，景深。焦距決定成像的大小；相對(duì)孔徑?jīng)Q定像面照度；視場(chǎng)決定成像范圍。1.視場(chǎng)影響因素：焦距，接收器尺寸像的大小與焦距的關(guān)系：第四頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日照像系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)照相系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖由照相鏡頭、可變光闌和感光底片組成第五頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日在拍攝遠(yuǎn)處物體時(shí)，像的大小為：在拍攝近處物體時(shí)，像的大小為：普通照相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦距為50mm鏡頭的焦距與像的大小1.像的大小第六頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日增大像距放大圖像在鏡頭與相機(jī)之間加接圈增加像距第七頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日2.視場(chǎng)影響因素：焦距，接收器尺寸當(dāng)接收器的尺寸一定時(shí)，物鏡的焦距越短，則其視場(chǎng)角越大，焦距越長(zhǎng)，視場(chǎng)角越小。3.分辨率影響因素：物鏡的分辨率和接收器的分辨率分辨率的度量以像平面上每毫米內(nèi)能分辨開(kāi)的線對(duì)數(shù)Cy/mm表示。經(jīng)驗(yàn)公式：理論分辨率：光圈數(shù)：物方最大視場(chǎng)角物鏡分辨率接收器分辨率第八頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日視場(chǎng)和焦距的關(guān)系第九頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日三、照像系統(tǒng)的光束限制光闌：限制成像光束的光孔或限制成像范圍的光孔或框，分為視場(chǎng)光闌和孔徑光闌?？讖焦怅@：限制進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的成像光束的光孔口徑的光闌。視場(chǎng)光闌：限制成像范圍的光闌。

不同的光學(xué)系統(tǒng)，由于對(duì)成像要求不同，其對(duì)光束的約束也不同，光闌在光學(xué)系統(tǒng)中的位置會(huì)不同。

第十頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日孔徑光闌的位置對(duì)光束的選擇孔徑光闌對(duì)軸上點(diǎn)光束的限制孔徑光闌的位置對(duì)軸上點(diǎn)光束寬度成像無(wú)限制第十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日孔徑光闌的位置對(duì)光束的選擇孔徑光闌對(duì)軸外點(diǎn)光束的限制孔徑光闌位置對(duì)軸外點(diǎn)的光束寬度的成像產(chǎn)生較大影響MM’NN’MN第十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日

漸暈、漸暈光闌及漸暈系數(shù)透鏡的邊框起到“攔光”的作用即漸暈光闌漸暈系數(shù)：第十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日入瞳和出瞳孔徑光闌經(jīng)其前面的透鏡或透鏡組在光學(xué)系統(tǒng)物空間成的像稱(chēng)為入瞳，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光學(xué)系統(tǒng)物空間成的像稱(chēng)為出瞳，它是出射光束的出口入瞳和出瞳第十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日視場(chǎng)光闌及入射窗、出射窗視場(chǎng)光闌經(jīng)其前面的光組在物空間所成的像，稱(chēng)為光學(xué)系統(tǒng)的入射窗視場(chǎng)光闌經(jīng)其后面的光組在物空間所成的像，稱(chēng)為光學(xué)系統(tǒng)的出射窗。第十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日孔徑光闌在組合透鏡中的位置第十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日四、光學(xué)系統(tǒng)的景深一、空間的物點(diǎn)成像第十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日2.光瞳和視場(chǎng)對(duì)成像的影響第十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日二、光學(xué)系統(tǒng)的景深3.正確透視條件第十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日4.光學(xué)系統(tǒng)的景深1.概念：

景深Δ：成像清晰的空間深度

遠(yuǎn)景深度：遠(yuǎn)景平面距對(duì)準(zhǔn)平面的距離

近景深度：近景平面距對(duì)準(zhǔn)平面的距離2.景深公式：由第二十頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日由相似三角形關(guān)系得：由此得：由：第二十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日景深和焦距及孔徑光闌的關(guān)系景深和焦距以及入瞳直徑有關(guān)系拍攝距離和光圈數(shù)影響景深孔徑光闌越小景深越大第二十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日3.像面照度物體在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，β＝0，則：對(duì)大視場(chǎng)物鏡有：第二十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日調(diào)節(jié)曝光量，改變成像質(zhì)量第二十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日二、孔徑光闌孔徑的調(diào)節(jié)第二十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日三、攝影物鏡的類(lèi)型1.像差校正要求：大視場(chǎng)，大相對(duì)孔徑需要校正軸外點(diǎn)和軸上點(diǎn)像差2.基本類(lèi)型介紹普通攝影物鏡，大相對(duì)孔徑攝影物鏡廣角攝影物鏡；遠(yuǎn)攝物鏡變焦距物鏡變焦比：焦距為：第二十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日天塞物鏡雙高斯物鏡廣角物鏡遠(yuǎn)攝物鏡變焦物鏡第二十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日四、照相光學(xué)系統(tǒng)小結(jié)照相光學(xué)系統(tǒng)中根據(jù)軸外光束的像質(zhì)來(lái)選擇孔徑光闌的位置，大致位置在物鏡的某個(gè)空氣間隔中。在有漸暈的情形下，軸外點(diǎn)光束寬度不僅僅由孔徑光闌的口徑確定，而且還和漸暈光闌的口徑有關(guān)。在照相光學(xué)系統(tǒng)中，感光底片的框子就是視場(chǎng)光闌?？讖焦怅@的形狀一般為圓形，而視場(chǎng)光闌的形狀為圓形或矩形等。第二十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日3.2望遠(yuǎn)系統(tǒng)一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第二十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日一、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)光學(xué)數(shù)據(jù)視角放大率:Γ視場(chǎng)角:2ω出瞳直徑:D’出瞳距離lz’物鏡焦距:f’物目鏡焦距:f’目第三十頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日二、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)1.視覺(jué)放大率望遠(yuǎn)鏡的視角放大率與物體的位置無(wú)關(guān)，僅取決于望遠(yuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，欲增大視角放大率，必須增大物鏡的焦距或減少目鏡的焦距，但目鏡的焦距不小于6mm，使得望遠(yuǎn)系統(tǒng)保持一定的出瞳距。第三十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率：按瑞利判斷：按道威判斷：即入射光瞳直徑D越大，極限分辨率越高視覺(jué)放大率和分辨率的關(guān)系有效放大率：滿(mǎn)足分辨要求的最小視覺(jué)放大率工作放大率：分辨角Φ

2.望遠(yuǎn)系統(tǒng)的分辨率艾里斑半徑第三十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日1.開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡：物鏡框是孔徑光闌、分劃板是視場(chǎng)光闌、出瞳、入瞳、目鏡框是漸暈光闌物方視場(chǎng)角ω為：視場(chǎng)角2ω一般不超過(guò)15°2.伽利略望遠(yuǎn)鏡瞳孔為孔徑光闌，物鏡框?yàn)橐晥?chǎng)光闌漸暈①當(dāng)視場(chǎng)為50％漸暈（K=50%）時(shí)，其視場(chǎng)角

最大視場(chǎng)（漸暈系數(shù)K＝0）視覺(jué)放大率視場(chǎng)3.望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)第三十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡伽利略望遠(yuǎn)鏡2.其它形式的望遠(yuǎn)系統(tǒng)

第三十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日第三十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日三、望遠(yuǎn)系統(tǒng)中的光束限制光瞳銜接原則：前面系統(tǒng)的出瞳和后面系統(tǒng)的入瞳重合?？讖焦怅@在不同位置處的計(jì)算

1)物鏡左側(cè)10mm2)物鏡上

3)物鏡右側(cè)10mm孔徑光闌處于不同位置時(shí)光束的成像第三十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日三、望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)小結(jié)兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)連用時(shí)，一般應(yīng)滿(mǎn)足光瞳銜接原則目視光學(xué)系統(tǒng)的出瞳一般在外，且出瞳距不能短于6mm望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌大致在物鏡左右可放分劃板的望遠(yuǎn)系統(tǒng)中，分劃板框是望遠(yuǎn)系統(tǒng)的視場(chǎng)光闌。第三十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日3.3顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析一、簡(jiǎn)單顯微鏡系統(tǒng)的光束限制遠(yuǎn)心光路二、場(chǎng)鏡的應(yīng)用場(chǎng)鏡場(chǎng)鏡的作用：壓低光線，減小后續(xù)光闌光瞳直徑第三十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日第三十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日第四十頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日三、顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)小結(jié)一般顯微鏡系統(tǒng)中，孔徑光闌置于顯微鏡上，一次實(shí)像面處安置系統(tǒng)的視場(chǎng)光闌。顯微系統(tǒng)用于測(cè)長(zhǎng)等目的時(shí)，為了消除測(cè)量誤差，孔徑光闌安放在顯微物鏡的像方焦面處，稱(chēng)為“物方遠(yuǎn)心光路”在長(zhǎng)光路系統(tǒng)中，往往利用場(chǎng)鏡達(dá)到前后系統(tǒng)的光瞳銜接，以減小光學(xué)零件的口徑。第四十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月28日二、光學(xué)系統(tǒng)的景深4.例題設(shè)入射光瞳直徑為當(dāng)把對(duì)準(zhǔn)平面調(diào)焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)，求近景位置，若使遠(yuǎn)景平面無(wú)限遠(yuǎn)，求對(duì)準(zhǔn)平面和近景位置。若使求遠(yuǎn)景和近景的深度和位置。第四十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，2022年，8月2