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1、第五章 光学系统中的光束限制,光阑的概念和作用 孔径光阑、入瞳、出瞳 视场光阑、入窗、出窗 渐晕光阑 景深、焦深 远心光路,什么是光阑,实际光学系统与理想光学系统不同，其参与成像的光束宽度和成像范围都是有限的。限制来自于光学零件的尺寸大小和其他金属框。光学系统中，对光束起限制作用的光学元件称为光阑。如透镜的边框、光孔等。,光阑的作用,从光学设计的角度看，如何合理的选择或限制成像光束是必须分析的问题。不同的光学系统对参与成像的光束位置和宽度要求也不同。光阑按限制光束的目的，可以分为以下几种光阑： 1 孔径光阑 2 视场光阑 3 渐晕光阑 4 消杂光光阑 其中，孔径光阑和视场光阑是一个光学系统必须
2、的两个光阑。,光阑实例照相系统中的光阑,普通照相系统是由三个主要部分组成：照相镜头、可变光阑和感光底片。,光束限制的共轭原理,一条光线如果被某一光学器件限制,则该光线的共轭光线也一定会受到该器件的共轭像所限制。实际中，我们判断入射光线是否被某器件限制，往往用某器件在物方的“像”来比较。,第一节 孔径光阑,定义：用于限制成像光束大小的光阑称孔径光阑, 一般用轴上物点确定。 描述成像光束大小的参量称为孔径，近距离物体成像的孔径用孔径角U表示，无限远物体成像的孔径用孔径高度h表示；,系统孔径的确定- 孔径光阑的识别,求出所有的通光元件在系统物方的共轭“像”。 对给定的轴上物点在物空间确定各器件允许通
3、过光束的最大孔径角（当物在无限远时，确定所允许通过光束的最大高度）。 比较找出其中孔径角为最小（物在无限远时为孔径高度最小）所对应的器件，该光学元件就是系统的孔径光阑。,举例,题解图,入瞳和出瞳,孔径光阑在物方空间的共轭“像”称为入射光瞳，简称入瞳 孔径光阑在像方空间的共轭像称为出射光瞳，简称出瞳 孔径光阑、入瞳、出瞳三者互为共轭关系 入瞳在整个系统的物方对光束进行限制，出瞳在整个系统的像方对光束进行限制,入瞳和出瞳,例题,两个直径相等的正薄透镜，已知透镜的焦距 ， ，物距为-100mm即 ，间距60mm，直径D1=D2=6mm，求此系统的孔径光阑。,第二节 视场光阑,定义：限制成像范围大小的
4、光阑称为视场光阑 描述成像范围大小的参量称为视场，近距离物体成像的视场一般用物体的高度y表示，无限远物体成像的视场用视场角 表示。,主光线：通过入瞳中心的光线,视场光阑的位置,视场光阑一般都设置在物面或像面上来直接限制成像范围的大小，此时可以根据视场光阑的大小直接或间接地得到物方视场的大小。 视场光阑若不能与物面或像面重合，物方视场的大小则需要根据指定的标准进行计算或判定，但存在一个视场大小的最大极限值。,视场光阑设在像面,物在有限远,物在无限远,视场光阑设在物面,其中,为入瞳的位置,第三节 渐晕光阑,什么是渐晕？ 像面上各点的成像光束大小不同，由视场中心向外，各点的照度逐渐下降的成像状况。
5、渐晕产生的原因： 当孔径光阑和视场光阑确定以后，其余还可能存在限制轴外光束的镜框，它们将对轴外点将产生渐晕作用，称为渐晕光阑。,渐晕光阑的利与弊,造成像面上各区域的照度不一致。 有可能产生模糊不清的视场边界。 可以减小光学系统的横向尺寸。 阑去轴外点的不良光线，改善轴外点的成像质量。,减小光学系统的横向尺寸,第五节 景深和焦深,景深 焦深 结束,景深,景深,景深：在平面上成清晰像的空间深度称为景深 对准平面：像面所对应的共轭面 远景深：对准平面以远能成清晰像的物空间深度 近景深：对准平面以近能成清晰像的物空间深度 景深为近景深与远景深之和。,景深的计算,与景深有关的因素,景深随入瞳的增大而减小
6、 景深随对准平面距离的增大而增大 景深随放大率（或焦距）的增大而减小 景深随像面分辨率的增加而减小,焦深 一个物平面能够获得清晰像的空间深度称为焦深,焦深的计算,第五节远心光路,一、物方远心光路 二、像方远心光路,物方远心光路,孔径光阑设置在光学系统的像方焦点处时，其入瞳在物方无穷远，这种光路称为物方远心光路，在用于测量物体大小的显微镜中经常被采用，用以提高测量精度。,非物方远心光路的测量误差,物方远心光路消除测量误差,像方远心光路,孔径光阑置于光学系统的物方焦面上时，其出瞳位于像方无穷远，这种光路称为像方远心光路，在用于测量物体距离的望远系统中经常被采用，也同样可以提高测量精度。,非像方远心光路测量系统,像方远心光路测量系统,