应用光学光阑概要.ppt

2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，1，第五章光学系统中成像光束的选择，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，2，组成光学系统的所有元件都有一定的尺寸。实际光学系统不仅要满足上述图像共轭位置关系和成像放大率的要求，还要有一定的成像范围。光学零件的尺寸没有限制。2020/5/31，中国季良大学计量测试工程学院，3。用于夹住透镜和其他部件的金属框架的内孔的边缘是用于限制光束的光孔。这个光孔被称为光学零件的“光通孔”。可以进入透镜或光学系统的光束从一个点发出。它的三维角度取决于透镜的直径、5-1光圈及其功能，2020/5/31。中国季良大学计量与测试工程研究所，4，孔径的定义：支撑光学部件的金属框架(透镜框架、棱镜框架)限制了成像光束的尺寸。在光学中，这种限制成像光束的孔径称为孔径。孔径的大小是可以改变的，这种孔径被称为“可变孔径”，孔径是实际光学系统变成令人满意(完美)图像的必要部分。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，5，光学系统中的孔径效应：决定像面的照度。确定系统的视场。为了提高系统的成像质量和拦截系统中有害的杂散光，一些偏离光束理想位置的光线受到限制。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，6。根据上述功能，光阑分为：孔径光阑、视场光阑、杂散光光阑、渐晕光阑和孔径光阑：它是限制轴上物点成像光束的立体角(锥角)的光阑。也就是说，光阑决定了可以通过光学系统的光能(即像面照度)。2020/5/31，中国季良大学计量测试工程学院，7，用普通相机来说明光圈，2020/5/31，中国季良大学计量测试工程学院，8，光圈光圈，光圈取决于当时的条件。随着物体位置的改变，光圈也可能改变。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，9，示例1，所有孔径应在同一空间，A，A ，F，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，10，场光阑限制物平面或物空间中可由光学系统成像的孔径的最大范围，称为场光阑。渐晕光阑的目的是减少离轴像差，使得从物体空间的离轴点发射的成像光束(其可以穿过上述两个孔径)只能部分穿过。这个光圈叫做渐晕光圈。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，11，渐晕光阑，轴外发出的充满入射光瞳的光被部分遮挡的现象称为渐晕。引起渐晕的光阑称为渐晕光阑，渐晕系数：K=DW/D，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，12，杂散光光阑该光阑不限制成像光束通过光学系统，仅限制从非成像物体入射的光、光学系统各折射面反射的光以及仪器内壁反射的光等。这些灯，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，13，5-2孔径光阑，入瞳和出瞳。示例5-1示出了光学系统由三部分组成，并且透镜1具有焦距f1=-f1=100毫米和孔径D1=40毫米；焦距F2 =-F2=120毫米，孔径D2=30毫米，它和透镜1之间的距离是D1=20毫米；光圈3的孔径为20毫米，光圈3与镜头2之间的距离D2为30毫米。物点A的位置L1=-200毫米；尝试确定灯光组中的哪个光圈是光圈。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，14，解决方案：由于镜头1前没有灯光组，因此它本身就是o计算方法如上，因为l2 =30mm毫米，y2 =D3/2=10毫米，使用高斯公式，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，17，y2与透镜1相似，所以y1=y2=13.33mm毫米，并且因为L2=L1-D1，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，18，高斯公式仍然用于计算透镜1对应于该图像的物体。物面中心点A对各孔径像(物空间像)的开度角，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，19，物点A对孔径D1的开度角，D2的开度角，孔径D3的开度角，u2最小，说明孔径像D2限制了物点的孔径角，所以透镜2为孔径光阑。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，20、y、U、p、p1、p2、p、P1、p2、U、y、q、q、2、q，出瞳、入瞳、孔径光阑，l、1、l、2，U-物体孔径角，U-像方孔径角，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，21，像光阑Q1QQ2通过并且其图像P1PP2确定光学系统的物方孔径角(由孔径光阑确定的锥角称为孔径角)u(该光阑限制轴上的点光束的孔径角)孔径光阑称为入射光瞳，其是由光学系统的物方空间中在其前面的光组形成的图像。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，22，像空间中孔径光阑Q1QQ2后面的透镜(光组)形成的像P1PP2称为出瞳，它决定了系统像方孔径角U，与入瞳和出瞳对应的孔径光阑Q1QQ2实际起限制光束作用的是孔径光阑。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，23岁，入射光瞳通过整个光学系统形成的图像就是出射光瞳。入射光瞳和出射光瞳与整个光学系统共轭。如果光阑在整个光学系统的像空间中，那么它也是出射光瞳。相反，如果是在物体空间，则是入射光瞳，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，24，其通过其前面的光学部件将光学系统中所有光学部件的通光孔分别成像到整个系统的物体空间，并且系统的入射光瞳必须是相对于物体表面中心具有最小开度角的光瞳。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，25、Q、Q、Q、Q、2、A、-U、Q 1、Q、Q2，入口光瞳，孔径光阑、L、1、L、2，L2 ，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，26、P、L、1、A、U，孔径光阑，Q、Q、2、Q、L、2、P、P、出口光瞳，L 和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，27，孔径，入口和出口光瞳，入口光瞳，整个光学系统，出口光瞳，孔径，孔径前光学系统，孔径后光学系统，共轭，共轭，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，28，光通过中心显然，主光线是来自每个目标点的成像光束的光束轴。光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重要性能参数之一。它不仅决定了像面的照度，还决定了光学系统的分辨率。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，29。对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法来表征该孔径角的相应性能参数。显微系统和投影系统的物镜通常用nsinUmax表示，称为数值孔径，用NA表示，即介质的折射率，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，31，必须注意：光学系统的孔径光阑仅用于特定位置的物体。如果物体的位置改变，原来限制光束的孔径光阑将失去限制光束的功能，光束将被其他光孔限制。对于一个无限远的物体来说，在物体空间中，在它们前面的光学部件形成的光学系统的所有光学孔中，直径最小的那个是系统的入射光瞳。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，32，实施例5-1众所周知，光学系统由三部分组成，透镜1的焦距f1=-f1=100毫米，孔径D1=40毫米；焦距F2 =-F2=120毫米，孔径D2=30毫米，它和透镜1之间的距离是D1=20毫米；光圈3的孔径为20毫米，光圈3与镜头2之间的距离D2为30毫米。物点A的位置L1=-100毫米；尝试确定灯光组中的哪个光圈是光圈。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，33，4-3场光阑，入口窗和出口窗。光学系统的成像范围有限。成像范围的大小受到：相机中胶片帧的限制。工具显微镜中十字线的直径决定了成像物体的大小。这种限制物体成像范围的光阑称为场光阑，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所。如果孔径光阑或入射光瞳非常小，只有沿着主光线的无限细光束可以通过光学系统，孔径光阑，L1，L1，L2，B，c，出射光瞳，入射窗，p，q，p，入射光瞳，A，B，场光阑(出射窗)，所以光学系统的成像范围由限制主光线的孔径决定。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，35，类似于孔径光阑，其前光组在整个系统的物方空间形成的场光阑图像称为入射窗(简称入射窗)。在整个系统的图像空间中，由它后面的光组形成的场光阑的图像被称为出射窗(简称出射窗)，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，36。如果除孔径光阑之外的所有光孔都穿过其前面的光形成图像，则入射窗相对于入射光瞳中心的开度在这些图像中是最小的。可以找出系统中的哪个孔径是场光阑，入射窗限制了物体空间的成像范围，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，37，当除了孔径光阑以外的所有孔径都通过其后面的光组在整个系统的像空间中成像时，出射窗到出射光瞳中心的开度角最小。出射窗限制了图像场中入射窗和出射窗的共轭。入射窗、场光阑和出射窗在它们各自的空间中限制相同的主光线，主光线和光轴之间的夹角表示整个光学系统的场角。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，38，当一个物体在无穷远处时，视场角通常用来表示光学系统的视场。当物体处于有限距离时，物体高度通常用来表示视场，这被称为线视场。由2y表示的示例5-3计算示例5-1中的灯组的视场光阑。f1=-f1=100毫米，D1=40毫米；F2=-F2=120毫米，D2=30毫米，d1=20mm毫米；D3=20mm毫米，d2=30mm毫米，L1=-200毫米，以获得物体空间中由其前面的光组形成的系统的每个孔径的图像(在计算孔径时已经执行了该步骤)。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，39岁，D1“对入射光瞳本身的中心有一个开度角D2”，D3“对入射光瞳的中心有一个开度角D3”，所以孔径3是场孔径。，2020/5/31，中国季良大学计量测试工程研究所，40，2020/5/31，中国季良大学计量测试工程研究所，41，视场孔径是针对某一位置的孔径孔径孔径。当孔径孔径的位置改变时，原始视场孔径可能被另一个孔径代替。只有当入射光瞳是无穷大时，上面才讨论了渐晕现象。事实上，光学系统的入射光瞳总是有一定的尺寸。2020/5/31，中国季良大学计量测试工程学院，42。在大多数情况下，入射窗并不完全决定光学系统的成像范围，如光学系统的A、物平面、B1、B2、B3、M1、M2、M、入射窗、入射光瞳、P1、P2、P、P2、P2、P、P、P1、P1、P1、和、等。在物体表面上，43岁的中国季良大学计量与测试工程研究所根据成像光束孔径角的不同可分为三个区域：第一个区域是半径为B1A的圆形区域，其中每个点都是用充满入瞳的所有光束成像的。该区域的边缘点B1由入射光瞳的下边缘P2和入射窗的下边缘点M2之间的连接确定。2020/5/31，中国季良大学计量测试工程研究所，44，2020/5/31，中国季良大学计量测试工程研究所，45，第二个区域是B1B2绕光轴旋转一次形成的环形区域。在这个区域，每一个点都不再能被充满入射光瞳的光束成像。在包含轴的平面上观察光束，通过入射光瞳的光束从B1到B2从100%到50%逐渐变化，这是离轴点的渐晕现象。该区域的边缘点B2由连接入射光瞳中心P和入射窗下边缘M2的线确定，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，46，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，47，第三区域是由B2B3围绕光轴旋转一周形成的环形区域。从B2到B3，该区域各点的光束渐晕更加严重，渐晕系数从50%降低到0。B3点是可见视场的最边缘点，其由连接入射光瞳的上边缘点P1和入射窗的下边缘点M2的线确定。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，48，2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程研究所，49，以上三个领域仅粗略划分。事实上，在物面上，从B1到B3点的渐晕系数从100%逐渐变为0，并且没有明显的边界。当眼睛通过放大镜观察物体表面时，由放大镜和眼睛组成的光学系统是这样的。2020/5/31，中国季良大学计量与测试工程学院，50岁，当入射光瞳具有一定尺寸时，入射窗与物面重合而没有渐晕，或者通过在像面上设置视场光阑来清晰地界定视场。2020/5/