幾何光學(xué)第九講

幾何光學(xué)第九講第一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制任何成像光學(xué)系統(tǒng)，均需要滿(mǎn)足一系列根據(jù)使用要求提出的條件。首先，使物體在給定共軛距上成要求倍率的像，由此決定了光學(xué)系統(tǒng)的軸向尺寸，這就是我們前面討論的物像位置關(guān)系。第二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制其次，系統(tǒng)還要具有要求的成像范圍，所成的像還應(yīng)具有一定的光度水準(zhǔn)，并能反映物體的微細(xì)結(jié)構(gòu)，前者規(guī)定了成像的線(xiàn)視場(chǎng)或視場(chǎng)角，后者與成像光束的孔徑角有關(guān)，也就是說(shuō)，光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)于要求成像范圍內(nèi)的物點(diǎn)，以要求孔徑角的光束成像。這實(shí)質(zhì)上是一個(gè)如何確定光學(xué)零件的橫向尺寸或通光孔徑，從而給通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的光束以合理限制的問(wèn)題。第三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制因此，在每個(gè)光學(xué)儀器內(nèi)都有一些限制光束通過(guò)儀器的障礙物，在儀器內(nèi)除了個(gè)別的透鏡框以外，有時(shí)候還必須安裝一些帶孔的平板形狀的不透光的特殊障礙物，這些孔的中心在系統(tǒng)光軸上，它們同樣有限制光束的作用。所有這些對(duì)通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的光束起限制作用的光孔統(tǒng)稱(chēng)為光闌。第四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4.1、光闌概述一、照相系統(tǒng)的組成二、光闌的概念三、孔徑光闌四、視場(chǎng)光闌五、漸暈現(xiàn)象與漸暈光闌六、結(jié)論第五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日一、照相系統(tǒng)的組成：鏡頭：將外界景物成像在底片上。光圈：調(diào)節(jié)成像光束寬度從而調(diào)節(jié)光能量和象質(zhì)。（適應(yīng)不同的照相條件）——可變光闌不在鏡頭上，由專(zhuān)門(mén)的金屬框充當(dāng)?！讖焦怅@——限制成像光束口徑底片架框（感光膠片）：確定景物的成像范圍。——視場(chǎng)光闌——限制成像范圍普通照相系統(tǒng)由照相物鏡L、可變光闌A和感光底片B三個(gè)部分組成。照相物鏡將景物成像在感光底片上。第六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日一、照相系統(tǒng)的組成：可變光闌是一個(gè)開(kāi)口大小可變的圓孔，隨著可變光闌縮小或增大，參與成像的光束寬度就減小或加大，從而達(dá)到調(diào)節(jié)光能量以適應(yīng)外界不同的照明條件。這個(gè)可變光闌就是孔徑光闌。成像范圍則是由感光底片框的大小確定的，超出底片框的范圍，光線(xiàn)被遮攔，底片不能感光。此時(shí)，底片框就是視場(chǎng)光闌。第七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日二、光闌的概念1、光闌：光學(xué)系統(tǒng)中用以限制光束的光孔（透鏡的鏡座、照相機(jī)的光圈、專(zhuān)門(mén)設(shè)置的其他光孔）統(tǒng)稱(chēng)為光闌第八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、光闌的分類(lèi)：光闌對(duì)光束的限制作用主要體現(xiàn)在改善成像質(zhì)量、決定光能、攔截雜散光等方面。根據(jù)其所起作用的不同，光闌可以分為孔徑光闌、視場(chǎng)光闌、漸暈光闌和消雜光光闌等四種。其中，孔徑光闌和視場(chǎng)光闌是光學(xué)系統(tǒng)必不可少的兩種最重要的光闌，前者用于限制通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的成像光束，后者用于限制成像范圍。第九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、光闌的分類(lèi)1）孔徑光闌——限制成像光束口徑（立體角）的光闌——有效光闌（光能、像質(zhì)、分辨率）2）視場(chǎng)光闌——限制成像范圍的光闌第十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3）漸暈光闌——攔截部分軸外點(diǎn)成像光束，產(chǎn)生“漸暈”現(xiàn)象（像面邊緣比中心暗）——為減小系統(tǒng)中光學(xué)零件的口徑而設(shè)置透鏡邊框，攔截成像質(zhì)量不好的光束（能量弱），不使其到達(dá)像面——遠(yuǎn)軸光線(xiàn)球差大，將其攔截掉第十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4）消雜光光闌——光學(xué)系統(tǒng)中限制雜光的光闌雜光：非成像光束——非成像物點(diǎn)進(jìn)入系統(tǒng)的光束（由折射面或儀器內(nèi)壁反射產(chǎn)生的光束）——雜光使像面產(chǎn)生明亮的背景、降低像的對(duì)比度，故加以限制——設(shè)置情況：重要儀器：需要專(zhuān)門(mén)設(shè)置（天文望遠(yuǎn)鏡、長(zhǎng)焦距平行光管）一般儀器：工藝處理——將鏡筒加工成螺紋并發(fā)黑（涂黑色無(wú)光漆或煮黑）第十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日重要提示實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)：參與成像的光束寬度和成像范圍有限。所有光學(xué)系統(tǒng)與照相系統(tǒng)一樣，至少有兩類(lèi)光闌：——孔徑光闌——限制成像光束口徑——孔闌——視場(chǎng)光闌——限制成像范圍——視闌第十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日三、孔徑光闌1、孔徑光闌定義及其作用

定義：用來(lái)限制成像光束立體角的光闌稱(chēng)為孔徑光闌，簡(jiǎn)稱(chēng)孔闌作用：

1）決定通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的光能量-----像面照度。照相時(shí)調(diào)節(jié)光圈，就是調(diào)節(jié)孔徑光闌的大小，從而起到改變曝光量的目的。

2）決定光學(xué)系統(tǒng)的分辨率（光學(xué)像反映物體微細(xì)結(jié)構(gòu)的程度）。由衍射理論可知，系統(tǒng)分辨率與光束的孔徑成正比。決定了。第十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、孔徑光闌定義及其作用3)孔徑光闌對(duì)軸上點(diǎn)和軸外點(diǎn)成像光束均有限制作用。如果改變孔徑光闌的位置，需要同時(shí)改變其大小才能起到相同的限制作用。

孔徑光闌對(duì)軸上點(diǎn)成像光束的限制作用--------光束對(duì)稱(chēng)

第十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日孔徑光闌對(duì)于軸外點(diǎn)成像光束的限制作用對(duì)于軸外點(diǎn)成像光束來(lái)說(shuō)，孔徑光闌的位置不同，參與成像的軸外光束不一樣，軸外光束通過(guò)透鏡的部位也不一樣，需要通過(guò)全部成像光束的透鏡口徑大小也就不一樣。光闌位置的改變可以影響軸外點(diǎn)的成像質(zhì)量。從這一點(diǎn)來(lái)看，孔徑光闌的位置是由對(duì)軸外光束的要求決定的。

光束選擇第十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、孔徑光闌的確定方法與設(shè)置原則孔徑光闌的位置確定是針對(duì)某特定的軸上物點(diǎn)而言。將光學(xué)系統(tǒng)中所有光學(xué)零件的光孔，分別對(duì)其前面的光組成像，對(duì)某一確定的軸上物點(diǎn)張角最小的那個(gè)像所對(duì)應(yīng)的光孔就是孔徑光闌，這個(gè)像就是入瞳。如果一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)無(wú)窮遠(yuǎn)物體成像，則要看系統(tǒng)中所有光孔被其前面光組所成像中何者直徑最小。第十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1）將所有光孔對(duì)前面光組成像，對(duì)物體中心張角最小的像所對(duì)應(yīng)的光孔就是孔徑光闌，這個(gè)像即是入瞳——最小入口2）孔闌對(duì)特定位置而言；當(dāng)物體位置放生變化，孔闌的位置發(fā)生相應(yīng)變化，否則被其他光孔所替代。所以，照相系統(tǒng)中的孔闌為可變光孔。——相對(duì)于特定的參考點(diǎn)3）一個(gè)系統(tǒng)中有且只有一個(gè)孔闌，其位置由軸外光束的限制要求確定2、孔徑光闌的確定方法與設(shè)置原則第十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、孔徑光闌的確定方法與設(shè)置原則一般而言，孔徑光闌的位置是根據(jù)是否有利于縮小系統(tǒng)外形尺寸、鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用方便，尤其是否有利于改善軸外點(diǎn)成像質(zhì)量等因素來(lái)考慮的，它的大小則由軸上點(diǎn)所要求的孔徑角來(lái)決定。最后，按所確定的視場(chǎng)邊緣點(diǎn)的成像光束和軸上點(diǎn)的邊緣光線(xiàn)無(wú)阻攔的通過(guò)的原則來(lái)確定系統(tǒng)中各個(gè)透鏡和其他光學(xué)零件的通光直徑。第十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3、孔徑光闌的像-----入瞳、出瞳的定義及其與孔徑光闌的共軛關(guān)系1）入瞳：入射光束的入口——孔闌經(jīng)過(guò)前面系統(tǒng)在物空間所成的象當(dāng)孔闌位于最前面，入瞳就是孔闌本身；2）出瞳：出射光束的出口——孔闌經(jīng)過(guò)后面系統(tǒng)在像空間所成的象當(dāng)孔闌位于最后面，出瞳就是孔闌本身；第二十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3）共軛關(guān)系：入瞳——出瞳：整個(gè)系統(tǒng)入瞳——孔闌：前面系統(tǒng)出瞳——孔闌：后面系統(tǒng)第二十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日-y

-UP'P1′P2′PP1P2U'y'QQ2Q出射光瞳入射光瞳孔徑光闌L1L2U—物方孔徑角U′—像方孔徑角第二十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4）主光線(xiàn)：軸外點(diǎn)光束——物面上各點(diǎn)成像光束的光束軸——通過(guò)入瞳、孔闌、出瞳第二十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日四、視場(chǎng)光闌1、視場(chǎng)光闌的定義及其作用任何光學(xué)系統(tǒng)都能對(duì)系統(tǒng)光軸周?chē)目臻g成像，這就是該系統(tǒng)所可能有的視場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)視場(chǎng)應(yīng)大于對(duì)系統(tǒng)所要求的成像視場(chǎng)。也就是說(shuō)光學(xué)系統(tǒng)能夠清晰成像的范圍是有限的。第二十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、視場(chǎng)光闌的定義及其作用因此，需要在光學(xué)系統(tǒng)像平面或其共軛面上放置光闌，以此來(lái)獲得清晰的視場(chǎng)。這種限制物平面或物空間能被系統(tǒng)成像的最大范圍的光闌稱(chēng)為視場(chǎng)光闌，簡(jiǎn)稱(chēng)視闌，它決定了光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)。在進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須保證在所限制的視場(chǎng)內(nèi)有滿(mǎn)意的成像質(zhì)量和足夠的光照度，以便能為接收器所接收。第二十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、視場(chǎng)光闌的定義及其作用如果有接收面，則接收面的大小直接決定了物面上有多大的范圍能被成像。因此，在成實(shí)像或有中間實(shí)像的系統(tǒng)中必有位于此實(shí)像平面上的視場(chǎng)光闌，此時(shí)有清晰的視場(chǎng)邊界。第二十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、視場(chǎng)光闌的定義及其作用一般情況下，視場(chǎng)光闌必須和系統(tǒng)的實(shí)像平面重合，或者和實(shí)像平面接近，才能使系統(tǒng)具有清晰的視場(chǎng)邊界。例如，照相機(jī)的底片框、開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡中的分劃鏡框、在顯微物鏡成像平面上裝置專(zhuān)門(mén)的視場(chǎng)光闌等。第二十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、視場(chǎng)光闌的定義及其作用當(dāng)物體位于有限距離時(shí)，可使視場(chǎng)光闌和物平面重合限定物方視場(chǎng)，也可以把視場(chǎng)光闌置于像平面限定像方視場(chǎng)。當(dāng)物體在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，只能在物鏡的像平面（即后焦平面）上設(shè)置視場(chǎng)光闌。光學(xué)系統(tǒng)只能有一個(gè)視場(chǎng)光闌，并且是不同于孔徑光闌的光孔。第二十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日1、視場(chǎng)光闌的定義及其作用在特殊情況下，系統(tǒng)中沒(méi)有實(shí)像平面，也沒(méi)有中間實(shí)像面，無(wú)法按上述要求設(shè)置視場(chǎng)光闌，視場(chǎng)也沒(méi)有清晰的邊界。例如伽利略望遠(yuǎn)鏡，沒(méi)有實(shí)像平面，隨著視場(chǎng)角的加大，漸暈的增加，光束口徑逐漸減小，最后消失，視場(chǎng)邊緣存在一個(gè)由亮到暗的過(guò)渡區(qū)域，但沒(méi)有清晰的邊界。第二十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日2、入窗與出窗入窗：視闌經(jīng)其前面的透鏡或透鏡組在光學(xué)系統(tǒng)物空間所成的像。出窗：視闌經(jīng)其后面的透鏡或透鏡組在光學(xué)系統(tǒng)像空間所成的像。入窗、視闌、出窗三者是互相共軛的，且出窗是入窗經(jīng)整個(gè)系統(tǒng)后所成的像。

共軛關(guān)系：入窗——出窗：整個(gè)系統(tǒng)入窗——視闌：前面系統(tǒng)出窗——視闌：后面系統(tǒng)第三十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日3、視場(chǎng)光闌的確定方法對(duì)于給定的光學(xué)系統(tǒng)，在眾多光孔中確定視場(chǎng)光闌的方法如下：首先將儀器中所有光闌（包括透鏡邊框）經(jīng)其前方（或后方）系統(tǒng)成像，然后從系統(tǒng)的入瞳（或出瞳）中心向前述所有光闌像的邊緣作連線(xiàn)，與其中張角最小的光闌像為入窗（或出窗），與其共軛的實(shí)際光闌即為視場(chǎng)光闌。第三十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4、視場(chǎng)的兩種表示方法：

視場(chǎng)：能夠清晰成像的物空間的范圍

視場(chǎng)角和線(xiàn)視場(chǎng)當(dāng)物體在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，一般用角度來(lái)度量視場(chǎng)大小，稱(chēng)為視場(chǎng)角。物方視場(chǎng)角——物方視場(chǎng)邊緣點(diǎn)，即入窗的邊緣對(duì)入瞳中心的張角稱(chēng)為物方視場(chǎng)角；或物體邊緣對(duì)入射光瞳中心的張角像方視場(chǎng)角——像方視場(chǎng)邊緣點(diǎn)，即出窗的邊緣對(duì)出瞳中心的張角稱(chēng)為像方視場(chǎng)角?；蛳竦倪吘墝?duì)出射光瞳中心的張角視角放大率γ的定義：第三十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日線(xiàn)視場(chǎng)：線(xiàn)視場(chǎng)：觀察到物體的直徑（有限距離的物體成像）y’=βyy’——像方線(xiàn)視場(chǎng)β——放大倍率y——物方線(xiàn)視場(chǎng)第三十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日線(xiàn)視場(chǎng)：當(dāng)物體在有限遠(yuǎn)時(shí)，習(xí)慣用所觀察到的物體的直徑來(lái)表示視場(chǎng)的大小，即用長(zhǎng)度來(lái)度量，稱(chēng)為線(xiàn)視場(chǎng)。如果視場(chǎng)光闌為長(zhǎng)方形或正方形，其線(xiàn)視場(chǎng)按對(duì)角線(xiàn)計(jì)算。物方視場(chǎng)為物高的兩倍，以2y表示；像方線(xiàn)視場(chǎng)為像高的兩倍，用2y’表示。物方線(xiàn)視場(chǎng)和像方線(xiàn)視場(chǎng)的關(guān)系為第三十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日五、漸暈現(xiàn)象與漸暈光闌由透鏡邊緣攔截而使軸外物點(diǎn)成像光束較軸上點(diǎn)成像光束寬度小，使像面邊緣部分比像面中心暗——漸暈——沒(méi)有清晰的視場(chǎng)。第三十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日第三十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日消除條件1）使入窗與物平面重合，即在最后像平面上或中間實(shí)象平面上設(shè)置視場(chǎng)光闌以獲得清晰的視場(chǎng)邊界——必要條件2）系統(tǒng)中不設(shè)置漸暈光闌，如一些單組光學(xué)系統(tǒng)——低倍顯微物鏡、望遠(yuǎn)鏡——除必須的孔闌（物鏡框）、視場(chǎng)光闌（分化板）外，無(wú)其他光闌。第三十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日六、結(jié)論

1、任何系統(tǒng)中都必須有孔闌和視闌兩種光闌，并且兩者不可能是同一光孔。而漸暈光闌非必須，有些測(cè)量系統(tǒng)就不能有。2、入瞳、入窗是參與成像光束的公共入口，出瞳、出窗是公共出口。過(guò)不了入瞳、入窗，一定過(guò)不了孔闌和視闌（共軛關(guān)系）。成像光束在物方由入瞳、入窗決定3、入瞳既限制軸上點(diǎn)成像光束，也限制軸外點(diǎn)成像光束?？钻@——軸上點(diǎn)、軸外點(diǎn)——其他光闌不能限制軸上點(diǎn)孔徑角U，通光口徑，通光量，相對(duì)孔徑第三十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日六、結(jié)論4、入窗只能限制軸外點(diǎn)成像光束?？钻@≠視闌視闌針對(duì)軸外像點(diǎn)（像高），決定成像物體的大小2ω或y孔闌針對(duì)物上點(diǎn)（軸外、軸上）的成像光束大小5、孔闌隨物體位置改變而，其作用可能被其他光孔所替代。即孔闌的設(shè)置與物體位置有關(guān)。第三十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4.2、典型光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制第四十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日放大鏡放大鏡框是視場(chǎng)光闌，又是出窗、入窗，同時(shí)放大鏡框本身又是漸暈光闌。

放大鏡與眼睛組合構(gòu)成目視光學(xué)系統(tǒng)。眼瞳作為這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)光孔來(lái)考慮，它是孔徑光闌，又是出瞳。第四十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日顯微鏡對(duì)于低倍顯微物鏡，物鏡框就是孔徑光闌，也是入瞳。復(fù)雜物鏡一般以最后一組透鏡的鏡框作孔徑光闌。對(duì)于復(fù)雜的高倍顯微物鏡，如精密測(cè)量顯微鏡，在物鏡后焦面或其附近裝有專(zhuān)門(mén)的孔徑光闌。當(dāng)孔徑光闌位于物鏡后焦面，此時(shí)入瞳在物方無(wú)限遠(yuǎn)處，即形成物方遠(yuǎn)心光路。測(cè)量顯微鏡一般采用物方遠(yuǎn)心光路。顯微鏡的光束限制與其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及其用途有關(guān)。第四十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日顯微鏡一般在物鏡的成像平面上裝置專(zhuān)門(mén)的視場(chǎng)光闌。對(duì)于測(cè)量用顯微鏡，通常在中間實(shí)像平面設(shè)置分劃板。一般沒(méi)有漸暈存在，像面上有清晰的視場(chǎng)邊界。

顯微鏡的光束限制與其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及其用途有關(guān)。第四十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日望遠(yuǎn)鏡最簡(jiǎn)單的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡是由正物鏡和正目鏡組合而成的目視光學(xué)儀器，如圖所示。物鏡框就是孔徑光闌，出射光瞳在目鏡之外，能與眼睛的瞳孔重合。在物鏡和目鏡之間，即物鏡的后焦面處放置分劃板或?qū)ｉT(mén)的光孔，作為視場(chǎng)光闌。第四十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日一般沒(méi)有漸暈，但當(dāng)視場(chǎng)角較大，目鏡的橫向尺寸不夠大時(shí)，則目鏡框可能攔光，成為漸暈光闌。一般允許存在50%以下的漸暈。第四十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日

4.3遠(yuǎn)心光路光學(xué)儀器中有相當(dāng)一部分儀器用于長(zhǎng)度測(cè)量。大致分為兩種：一種用于測(cè)量垂軸長(zhǎng)度，光學(xué)系統(tǒng)有準(zhǔn)確的放大率，使被測(cè)物之像與一刻度相比，便可求知被測(cè)物之長(zhǎng)度，如工具顯微鏡等計(jì)量光學(xué)儀器；另一種用于測(cè)量軸向長(zhǎng)度，把一標(biāo)尺放在不同位置，光學(xué)系統(tǒng)的放大率因標(biāo)尺位置不同而改變，讀出標(biāo)尺像上的某個(gè)數(shù)值，從而求得儀器到標(biāo)尺間的距離，如經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等大地測(cè)量?jī)x器的測(cè)距裝置。標(biāo)尺置于望遠(yuǎn)物鏡前方要測(cè)的距離處，物鏡后面分劃板平面上有一對(duì)間隔為已知的測(cè)距絲。

第四十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日

4.3遠(yuǎn)心光路遠(yuǎn)心光路通常用于測(cè)量系統(tǒng)物方遠(yuǎn)心光路：用于測(cè)量物體垂軸長(zhǎng)度像遠(yuǎn)心光路：用于測(cè)量已知垂軸長(zhǎng)度物體的沿軸距離第四十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日視差：由于調(diào)焦不準(zhǔn)引起的像平面和刻度尺平面不重合的現(xiàn)象遠(yuǎn)心光路可校正視差！第四十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日一、物方遠(yuǎn)心光路在物鏡象方焦平面上設(shè)置孔徑光闌，物鏡的入瞳在物方無(wú)限遠(yuǎn)處

1）物上各點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)物鏡后，其主光線(xiàn)必然通過(guò)孔闌中心所在的像方焦點(diǎn)，其物方主光線(xiàn)都平行于光軸；2）主光線(xiàn)的位置不隨物體位置而變化，彌散斑中心不變

入瞳位于無(wú)窮遠(yuǎn)，軸外點(diǎn)主光線(xiàn)平行光軸

y’=βy→y=y’/β（β由系統(tǒng)確定）→可以直接讀數(shù)。

第四十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日二、象方遠(yuǎn)心光路

在望遠(yuǎn)鏡物鏡的物方焦平面上設(shè)置孔徑光闌，出瞳在像方無(wú)限遠(yuǎn)處

1）物上各點(diǎn)發(fā)出的光束，主光線(xiàn)都通過(guò)孔闌中心所在的物方焦點(diǎn)，經(jīng)過(guò)物鏡后像方主光線(xiàn)都平行于光軸（彌散班中心點(diǎn)不變）2）可以根據(jù)像高——β（物體高度，即垂軸長(zhǎng)度已知）——物距第五十頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日三、結(jié)論

1、主光線(xiàn)過(guò)孔闌中心不變，離散班中心不變2、物方遠(yuǎn)心光路孔闌在F’處，用于用于測(cè)量物體垂軸長(zhǎng)度；像方遠(yuǎn)心光路孔闌在F處，用于測(cè)量已知垂軸長(zhǎng)度物體的沿軸距離3、遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)不允許有漸暈（不能設(shè)置漸暈光闌），否則主光線(xiàn)不再是光線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)軸。4、望遠(yuǎn)系統(tǒng)不能作成物方遠(yuǎn)心光路，只能作成像方遠(yuǎn)心光路。因?yàn)椋阂晥?chǎng)光闌在像平面處，即像方焦平面，占據(jù)了孔徑光闌的位置，而兩者不能是同一光孔

第五十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4.5光學(xué)系統(tǒng)的景深

一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像

1、引例：照相機(jī)—立體物（空間物）成平面像—平面上的空間像（照片）前面，我們已經(jīng)對(duì)垂軸平面上物體的成像進(jìn)行了討論。屬于這一類(lèi)成像光學(xué)儀器的有某些顯微鏡、照相復(fù)制鏡頭和電影放映機(jī)等。實(shí)際上，還有較多的光學(xué)儀器要求在某個(gè)像平面上給出整個(gè)空間或部分空間的像（即空間物的平面像，又稱(chēng)平面上的空間像），如照相機(jī)、電影攝影機(jī)和望遠(yuǎn)鏡等，眼睛也屬于此類(lèi)。第五十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日

理論上，立體空間經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像時(shí)，只有與像平面共軛的那個(gè)平面上的物點(diǎn)能真正成像于該像平面上，其它非共軛平面上的物點(diǎn)在這個(gè)像平面上只能得到相應(yīng)光束的截面，即彌散斑。一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像第五十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像

2、理論分析：1）理想光學(xué)系統(tǒng)的共線(xiàn)成像理論點(diǎn)物成點(diǎn)像——平面物成平面像——空間物成空間像

矛盾？非完善成像！第五十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像2）空間像的形成（圖解）——可以利用主光線(xiàn)求空間點(diǎn)的平面像對(duì)準(zhǔn)平面與景象平面共軛考察對(duì)準(zhǔn)平面之外的點(diǎn)第五十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日

如果彌散斑足夠小，如它對(duì)眼睛的張角小于眼睛的最小分辨角（約為1分），眼睛看起來(lái)并無(wú)不清楚的感覺(jué)。此時(shí)，彌散斑Z1’和Z2’可以認(rèn)為是空間點(diǎn)B1和B2在平面上A’的像，它們的位置由空間點(diǎn)的主光線(xiàn)和像平面的交點(diǎn)決定。他們的大小與入瞳大小和空間點(diǎn)至共軛平面A的距離有關(guān)。

空間點(diǎn)B1和B2位于物平面A以外，其像B1’和B2’也在像平面A’以外，在像平面A’上得到的這兩點(diǎn)的成像光束的截面Z1’和Z2’，他們分別與物空間中的相應(yīng)光束在A平面的截面Z1和Z2共軛。

一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像第五十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日4.5光學(xué)系統(tǒng)的景深由于任何光能接收器，例如眼睛、感光乳膠等都存在缺陷，因此并不要求像平面上所有的像點(diǎn)均為幾何點(diǎn)。可以根據(jù)接收器的特性，對(duì)這些像給予一個(gè)允許值，也就是對(duì)像面上空間點(diǎn)所成的彌散斑的大小給出一個(gè)限制或質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使其不超過(guò)光能接收器的分辨能力。在這個(gè)限制以?xún)?nèi)，我們可以認(rèn)為一定范圍內(nèi)的空間點(diǎn)在像平面上的像是清晰的。這樣，光學(xué)儀器的性能和應(yīng)用范圍也因此得以擴(kuò)大。第五十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日二、光學(xué)系統(tǒng)的景深1、問(wèn)題：1）彌散班的大小與入瞳（大小、位置）有關(guān)2）當(dāng)彌散班小于一定限度時(shí)可以認(rèn)為是一點(diǎn)——與接收器的分辨力有關(guān)3）當(dāng)光瞳一定（大小、位置）在物空間（對(duì)準(zhǔn)平面附近）多大的深度范圍內(nèi)物體能在景象平面上成清晰像（彌散班較?。s小光瞳時(shí)，彌散斑也將縮小，當(dāng)光瞳縮小到一定程度時(shí)（允許值），就能保證對(duì)準(zhǔn)平面附近（前后）一定距離的物點(diǎn)都能成清晰的像。這個(gè)距離就是景深?！馔珜?duì)于物平面的距離有一定范圍。第五十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日二、光學(xué)系統(tǒng)的景深2、景深的概念1）能在景象平面上獲得空間物體的清晰平面像的空間深度——成像空間的景深2）對(duì)準(zhǔn)平面附近一定空間深度內(nèi)的空間物體能夠通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)在景象平面上清晰成像，這個(gè)距離就是景深。

第五十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，2022年，8月28日我們把能夠在像平面上獲得清晰像的空間深度稱(chēng)為景深，通常用符號(hào)Δ表示。在圖中，景深就是（Δ1+Δ2）。像平面稱(chēng)為景象平面，其共軛面稱(chēng)為對(duì)準(zhǔn)平面。能在景象平面上成清晰像的最遠(yuǎn)平面稱(chēng)為遠(yuǎn)景平面，它到對(duì)準(zhǔn)平面的距離Δ1稱(chēng)為遠(yuǎn)景深度（或后景深）；能在景象平面上成清晰像的最近平面成為近景平面，它到對(duì)準(zhǔn)平面的距離Δ2稱(chēng)為近景深度（或前景深）。

這樣，景深的概念還可以表述為：能在景象平面上獲得空間物體的清晰平面像的空間深度，即