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1、1,第5章 光学系统中的光束限制,5-1 孔径光阑、入瞳和出瞳 5-2 视场光阑、入窗和出窗 5-3 渐晕光阑及场镜的应用 5-4 光学系统的景深和焦深 5-5 远心光路,2,5.1 孔径光阑、入瞳和出瞳,1 .孔径光阑 限制成像光束立体角的光阑 (限制进入光学系统成像光束口径的光阑。) 轴上点：近距离物体： U 物体：,3,（1）孔径光阑对轴上点光束的限制,4,（a）物点有限远 （b）物点无限远,（2） 孔径光阑对轴外点光束的限制,5,2 入瞳和出瞳,入射光瞳孔径光阑经其前面的光组在光学系统物空间所成的像。入射光束的入口。 入瞳 出射光瞳孔径光阑经其后面的光组在光学系统像空间所成的像。出射光
2、束的出口。 出瞳 主光线由轴外一物点发出并通过入瞳中心的光线叫主光线。 孔径光阑、入瞳、出瞳三者之间互为共轭关系。,6,7,3 孔径光阑、入瞳和出瞳的判定方法,8,可见，光学系统的孔径光阑是对一定位置的物体而言的，如果物体位置发生变化，原来限制光束的孔径光阑将会失去限光作用，光束会被其它光孔所限制。,9,4 孔径光阑的设置原则,（1）对目视仪器，人眼瞳孔起着限制光束的作用。因此，应确保光学系统的出瞳和人眼瞳孔在位置上重合，大小也应匹配合适。,10,（2）入瞳和光学零件重合时，零件口径最小；越远离光学零件，则零件尺寸越大； （3）远心光路：焦平面上。 在测量物体大小的显微镜中，把孔径光阑置于光学
3、系统的像方焦平面上，以消除由于物平面位置不准确所引起的测量误差； 在测量物体距离的大地测量仪器中，常把孔径光阑置于光学系统的物方焦平面上，以消除由于调焦不准（像平面和标尺分划刻线面不重合）而造成的测量误差。,11,视场光阑限制系统成像范围的光阑。即限制物平面或物空间能被系统成像的最大范围的光阑，它决定了光学系统的视场。,5.2 视场光阑、入窗和出窗,12,2 入窗和出窗,入射窗视场光阑经其前面的光组在光学系统物空间所成的像. 入窗 出射窗视场光阑经其后面的光组在光学系统像空间所成的像. 出窗 视场光阑、入窗、出窗三者之间也互为共轭关系。,13,视场：2、2（物体）； 2y、2y（有限距离物体）
4、。 视场光阑为矩形时，2y应为其对角线长度。,14,视场光阑、入窗和出窗的判定方法,判断原则： 将光学系统中所有的光学元件的通光口径分别对其前（后）面的光学系统成像到系统的物（像）空间去，并根据各像的位置及大小求出它们对入（出）瞳中心的张角，其中张角最小者为入窗（出窗），入窗（出窗）对应的物即为视场光阑。 视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的，当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替。,15,16,孔径光阑和视场光阑的区别：,孔径光阑和视场光阑是光学系统中起重要作用的两种光阑，但二者所起作用不同，前者主要限制成像光束的孔径，即决定像的照度；后者决定视场，即物体被成像的范围。
5、 孔径光阑是对一定位置的物体而言的，而视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的，当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替。,17,视场光阑的位置是固定的，其设置原则：,尽量使入窗与物面重合，或像平面与出窗重合不产生渐晕的必要条件。 视场光阑总是设置在系统的物面、实像平面或中间实像平面上。 如显微镜、望远镜、照相机等都是安置在像面上，投影仪、放映机则位于物面上，视场光阑的大小分别为像面大小或是物面大小，个别仪器除外（如放大镜和伽利略望远镜等）,18,照相机,书写式投影仪,显微镜、望远镜,19,5.3 渐晕光阑及场镜的应用,轴外光束的渐晕,20,由轴外物点发出的充满入瞳的光束中部分
6、光线被其他光孔阻挡的现象叫轴外光束的渐晕轴上与轴外物点成像光束大小不同的现象。 视场光阑与物面和像面均不重合视场产生渐晕。 轴外物点的成像光线因逐渐减弱而没有清晰的视场边界。,21,入窗和物平面不重合产生的渐晕,1、渐晕的概念及渐晕系数,22,1、渐晕的概念及渐晕系数,轴外光束的渐晕轴上与轴外物点成像光束大小不同的现象。 轴外点 轴上点 2. 渐晕光阑物空间发出的、本来能通过孔径光阑、视场光阑的成像光束，由于该光阑的存在只能部分通过，这种起拦光作用的光阑称为渐晕光阑。,23,3. 线渐晕系数KD，指轴外物点通过系统的光束直径D与轴上物点通过系统的光束直径D0之比，即KD =D/ D0 4. 面
7、渐晕系数KS，指轴外物点通过系统的光束面积S与轴上物点通过系统的光束面积S0之比，即KS =S/ S0 在入瞳面上度量：D0、S0分别是入瞳直径D和入瞳面积S 消除渐晕：入窗与物平面重合，出窗与像平面重合,24,5. 消杂光光阑只对那些从视场外射入系统的光能和由镜头内部的光学表面、金属表面及镜座内壁的反射和散射所产生的杂散光起部分限制作用。限制非成像光束。杂光背景破坏像的对比度和清晰度。,25,各种光阑在光学系统中的作用：,（1）孔径光阑：决定像面的照度； （2）视场光阑：决定系统的视场； （3）渐晕光阑：限制光束中偏离理想位置的一些光线，用以改善系统的成像质量； （4）消杂光光阑：拦截系统中
8、有害的杂散光。,26,渐晕光阑和视场光阑都是限制成像范围的，但应注意区别二者的不同：,（1）实像面上限制成像范围的光孔才是视场光阑，其他起拦光作用的是渐晕光阑； （2）有视场光阑时视场光阑限制成像范围，视场有清晰的边界，没有视场光阑的系统必有渐晕光阑，它限制成像范围，但没有清晰的边界； （3）渐晕光阑不是光学系统必需，可以人为设置，系统中可以没有，也可以有多个，一般一个系统可以有02个渐晕光阑 ；渐晕光阑使边缘视场一部分光被拦，照度下降。,27,2、场镜的应用,在物镜一次实像面处加一透镜，以降低主光线在其后面系统的投射高度。 场镜改变成像光束的位置，对系统特性、方向无影响。 减小光学零件的口径
9、。,28,5.5 光学系统的景深和焦深 一、光学系统的空间像 平面上的空间像（空间物点成像在一个像平面上）望远镜、照相物镜,29,空间点的平面像的取得： 以入瞳中心为投影中心（透视中心），将空间各点沿主光线方向向对准平面上投影，则各投影点在景像平面上的共轭点即空间点的平面像。,30,所有对准平面以外的空间点弥散斑（对准平面）弥散斑（景像平面） 弥散斑的大小和入瞳直径有关。当入瞳小到一定程度，两个弥散斑均可看作点，从而在景像平面上得到对准平面以外空间点的清晰像。,31,二、光学系统的景深,32,景深D：入瞳一定时，在景像平面上获得清晰像的空间深度。 远景深度D1：对准平面到能成清晰像的最远平面（远景平面）的距离； 近景深度D2：对准平面到能成清晰像的最近平面（近景平面）的距离； D=D1+D2,33,对照相物镜，pf，故p x,34,三、光学系统的焦深,焦深：一个平面物体 一定深度的清晰像空间。 也是由于光束受限所引出的概念。 z确定时，D与D及理想像面的位置l有关。,35,l,36,四、远心光路,物方远心光路,1、物方远心光路测量长度的显微镜： 测像大小，求物大小。,37,2、像方远心光路大地测量仪器,
