第四章光学中的光束限制A.ppt

第四章 光学系统中的光束限制 §4-1 光阑 §4-2 照相系统中的光阑 §4-3 望远镜系统中成像光束的选择 §4-4 显微镜系统中的光束限制与分析 §4-5 光学系统的景深 §4-1 光阑 确定孔径光阑的方法 (1) 把光具组中所有光阑当作物，逐个地相对其前方系统成像。 (2)由轴上物点向每个像的边缘引直线，其中与主光轴所夹锐角最小的即为入射孔径角,对应的像即为入射光瞳，入射光瞳对应的共轭物即为孔径光阑。 （3）将孔径光阑向其后方系统成像，即为出射光瞳。由轴上像点出射光瞳边缘连直线，与主光轴所夹锐角即为出射孔径角。 视场光阑，入射窗和出射窗 之间的关系 视场光阑，入射窗和出射窗三者之间的关系是物像共轭关系。 视场光阑对物面范围和像面范围大小都能限制，大多数情况下间接实施控制 对物面范围的直接限制由入射窗来承担; 对像面范围的直接限制由出射窗来承担。 孔径光阑和视场光阑 对轴上物点光束的口径（立体角或者发光截面）限制得最多的光阑称为孔径光阑。 对光具组成像的视场限制最多的光阑称为视场光阑。 孔径光阑限制成像物点的光束口径，视场光阑限制成像的物面范围，即物点个数 注意： 在一个完整的光学系统中（两个以上光学器件组成的光学系统），孔径光阑和视场光阑不能由同一个器件兼任。 §4-2 照相系统中的光阑 §4-4 显微镜系统中的光束限制与分析 二、远心光路 用于测量的光学系统中，利用孔径光阑在特定位置对光束的限制，构成特殊的光路，可以减少甚至消除由于调焦不准而引入的测量误差。 远心光路是比较重要也是在实际应用中使用比较多的一类光路类型，主要用于计量仪器之中。常用的计量仪器分为二种：一种是测量长度的如工具显微镜，一种是测量距离的如：水准仪、经纬仪等。 把入射光束中通过入瞳中心的光线称为主光线，它代表光束的中心。为主光线通过入射光瞳中心、孔径光阑中心和出射光瞳中心。每个物点仅对应一条主光线。 §4-5 光学系统的景深 影响景深位置的因素 影响景深位置的因素：光圈，焦距，摄距（物距）。这三者与景深的关系如下： 光圈大，景深小；光圈小，景深大。 焦距长，景深小；焦距短，景深大。 物距近，景深小；物距远，景深大。 景深产生原因： 接收器件本身不完善性造成的。 两种特殊情况的景深 显微系统总结： ①一般显微镜系统中，孔径光阑置于显微物镜上，一次实像面处安装系统的视场光阑； ②显微系统用于测长时，为消除测量误差，孔径光阑安放在显微物镜的像方焦面处，形成物方远心光路； ③在长光路系统中往往利用场镜达到前后系统的光瞳衔接，以减小光学零件的口径。 一、景深 在空间有一定深度的物体成平面像，这种情况的出现与物体发出光束受到限制有关。 在平面上成清晰像的物空间深度称为景深。与像平面共轭的物平面为对准平面。能成清晰像的最远物面称为远景面。能成清晰像的最近物面称为近景面。远景面到近景面之间的距离称为景深。相应有远景深和近景深。 由几何关系知： Z1、Z2的像的光斑应满足清晰像，即 接受器分辨率 表明远景深与近景深并非对称于对准平面。 * * 光学系统中用一些中心开孔的薄金属片来合理地限制成像光束的宽度、位置和成像范围，这些限制成像光束和成像范围的薄金属片称为光阑。分为孔径光阑和视场光阑，所谓视场就是能成像的物面范围。 一、孔径光阑 （一）定义 限制轴上物点孔径角U的大小，或限制轴上物点成像光束宽度，并有选择轴外物点成像光束位置作用的光阑叫孔径光阑。 就限制孔径角U大小的作用来说，孔径光阑可以安放在透镜前；也可放在透镜上与透镜边框重合；甚至可安放在透镜后面。但孔径光阑位置不同，轴外物点参与成像的光束位置就不同。 （二）入瞳、出瞳 孔径光阑的像称为光瞳。 孔径光阑经前面光学系统所成的像为入射光瞳，简称入瞳； 孔径光阑经后面光学系统所成的像为出射光瞳，简称出瞳。 孔径光阑、入瞳、出瞳是物象关系。 若孔阑在系统最前面，出瞳与孔阑重合；若孔阑在系统最后面，则出瞳与孔阑重合；若孔阑在薄透镜上，孔阑与入瞳、出瞳都重合。 （三）关于孔阑的几个注意问题 ①在具体的光学系统中，当物平面位置有变化，需分析再判断谁是真正的孔径光阑。 ②若几块口径一定的透镜组合在一起形成一个镜头，对于确定的轴上物点，找孔阑的方法：从轴上物点追迹一条近轴光线，求出光线在每个折射面上的投射高度，将其与相应折射面的实际口径相比，则比值最大的折射面的边框就是孔阑；或将每个透镜经前面的光学系统成像并求像的大小，对轴上物点所张角最小者为孔阑。 ③孔阑位置的安放原则 在目视光学系统中，出瞳在目镜外的一定位置，与人眼瞳孔相接； 在投影计量光学系统中，系统的出瞳或入瞳位于无限远处； 当仪器对光阑无位置要求时，光阑应处于轴外光束像差校正较完善的位置； 光阑位置可考