第五章光阑和光束限制(4)

《第五章光阑和光束限制(4)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章光阑和光束限制(4)（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第五章 光阑和光束限制(4)复习视场光阑是限制光学系统成像范围的光阑。为了寻找视场光阑，要把光学系统中的所有 光孔被其前面光组成像，这样就把所有光孔转换 到物空间去，以入瞳中心为原点，对这些转换到 物空间的光孔像张角，其中必有一个光孔像对入 瞳中心的张角最小，这就是入射窗。光学系统中所有光孔被其后面光组成的像中 ，对出瞳中心张角最小的一个是出射窗。入瞳中心对入窗边缘引的光线与光轴的夹角 用W表示，称为物方半视场角，它在物面上交点的 高度用y表示，称为物方线视场。出瞳中心对出射窗边缘引的光线与光轴的夹 角用W表示，称为像方半视场角，它在像面上交 点的高度用y表示，称为像方线视场。一般对无穷远物体

2、的成像范围用角视场表示 ，有限远物体常用线视场表示。孔径光阑对轴外物点的光束的限制：可见，物面中心A向外，从轴外点B1开始到B3 充满入瞳的光束被逐渐拦截，导致在像面上相应 的圆环区域逐渐变暗，这种现象称为渐晕。出现 渐晕的区域称为渐晕区。渐晕用渐晕系数K来定量表示，它在含轴平面 (子午平面)进行度量。物面与入窗重合，就不存在渐晕了，像面上有明 显的边界，成像的范围就完全被入射窗和出射窗 所决定。第四节 光学系统的景深当被需要成像的物体不是一个平面，而是一个有深度 的 物方空间时，就需要引进一个新的光学参量景深。现把光学系统简化成只有入瞳P1PP2和出瞳P1PP2的情 况。底片平面或观察平面A

3、称为景像平面。与景像平面A共轭的物平面A称为对准平面。A1称为远景，即能在景像平面A上成“清晰像” 的最远平面。A2称为近景，即能在景像平面A上成“清晰像” 的最近的物平面。远景到对准平面的距离称为远景深度，用1表示 。近景到对准平面的距离称为近景深度，用2表示 。近景深度远景深度 能在像平面上获得“清晰像”的空间深度称为景 深，用表示。Z1，Z2为对准平面上允许的弥散斑的直径，它们应 该是相等的；Z1， Z2为景像平面上允许的弥 散斑的直径，它们也应该是相等的。如果给出在景像平面上允许的弥散斑的大小，就可得 出在怎样的一个深度得到“清晰像”。z1 ，z2为对准平面上允许的弥散斑直径，z1 z

4、2 为景 像 平面上允许的弥散斑直径，并有：以照相机为例，若照片的弥散斑对人眼的张角小于人 眼的分辨角 则相片是清晰的。P为对准距离。令入瞳直径 2a=D由图中关系得：显然1 2在A和A 共轭面上有 令 ，相对孔径得倒数称为“F数”。可得 由以上公式讨论几个问题：1.要使对准平面至无限远的整个空间在景像平面上都 有 清晰的“像”，对准平面应该在何处？此时，这时的近景位置这就告诉我们，照相机对准平面位置使远景P1为无穷 大 时，就得到最大的景深，这时，从 位置到无穷远的空 间 都能清晰。2. 如果照相机调焦到无穷远，即 时，近景距离 P2有多远？3.照相机镜头景深与那些因素有关？由式景深是与 F

5、 数、相对孔径、对准平面位置 P、镜头焦 距f 、允许弥散斑的直径有关。第五节 远心光路测量物体长度（根据放大倍率，由像高算物高）光学系统的 示意图：光学刻尺安装在导轨上，A1B1 是两刻线的的距离，OO 是光学系统入瞳和出瞳的中心。安装刻尺的导轨移动时，由于导轨误差，导轨移动 后，另两条刻线位于A2B2，像位置移到A2 B2 。在共 轭点O和O 上的角放大率是常数：因为 u1u2, 有u1 u2 , O B2 主光线在光屏上的投 射点 B2 与B1 不重合，这样相同距离的A1B1和A2B2投影的像的 长 度A1 B1 和A1 B2 不同，引起了测量的误差。以上误差是由于物体物距变动使像方出射

6、光线与光 轴 夹角变动，主光线是轴外物点光束的光束中心，主光线 的 变动会引起测量误差。如果使物体（刻尺）的物距变动时进入光学系统的 主 光学的方向不变，则像的方向及大小也不变，从而消除 这 一误差。为了克服上述误差，在光学系统的像方焦平面出安置孔 径 光阑，孔径光阑的中心位于像方焦点处，它也是出瞳。入瞳 中心在物方无限远的轴上点。这样，刻尺前后移动时，像方出射的主光线并 没有改变，在投影屏上的投射点B1 位置不变，从而消除了物 距 变化引起的测量误差。物方远心光路入瞳中心在无限远轴上点所发出的同 心 光束，称为物方远心光路。分划板位置前后变化时引起的误差（测距系统）O和O 是入瞳、出瞳中心，

7、物方标尺BB不动，用像方 分 划板 上的值来进行测量，分划板因对焦不准等原因没有 位 于准确位置B B 而是在B B 上，这样使同一物体在分划 板 上测得的“像”大小有差别，引起误差。这样的误差可以在物方焦平面上安置孔径光阑来消除 ， 孔径光阑的中心与物方焦点重合，使出瞳中心在像方无限 远的轴上点，使轴外点的主光线在像方平行与光轴，这样 分划板前后移动时由于主光线中心不变，不会引起误差。这种光学系统的主光线会聚于像方无限远的轴上点 ， 称为像方远心光路。第六节 光学系统的分辨本领由物理光学的衍射知，物点发出的球面波或平面波通过 入瞳时必然产生衍射现象，使得一个物点被理想光学系统成 的像不是一个

8、点，而是一个衍射斑。对于物体在无限远发出 的平面波进入光学系统的入瞳，当入瞳是圆孔时，这个衍射 斑为艾利斑。对于两个很靠近、等亮度、独立 的发光点，通过光学系统后成为两个 艾利斑。如果两个物点的艾利斑中心 的距离正好等于第一暗环的半径 r0 时 ，认为这两点的“像”刚好能分辨，这 就是瑞利判据。此时，在像面上，两衍射斑的强度分布曲线 中 心之间合成光强为单个衍射斑中心最大强度的0.75。若两点 距 离小于 r0 时则不能被分辨。入瞳口径为D，艾利斑第一暗环半径为r0，即为像面上 最小分辨距离，像距为l ，像方最小分辨角 ，由衍射 公式：为波长。若此时与 对应的物方 刚能分辨的两物点对光 学系统张角 ，就有如下关系：式中D为光学系统入瞳直径， 为物方介质的波长 。由上式得物方刚能被光学系统分辨两点的角距离 ， 就称为最小分辨角。作业 现要求照相物镜的对准平面以后的整个空间都 能在景像平面上成清晰像。物镜的焦距 ，所用光圈数 。求对准平面位置和景深。 又如果调焦于无限远 ，即。求近景位置 和景深为多少？二者比较说明什么问题？设人 眼分辨角为 弧度。