工程光学光学系统中的光学限制

1、1 第第5章章 光学系统中的光束限制光学系统中的光束限制 5-15-1孔径光阑、入瞳和出瞳孔径光阑、入瞳和出瞳 5-25-2视场光阑、入窗和出窗视场光阑、入窗和出窗 5-35-3渐晕光阑及场镜的应用渐晕光阑及场镜的应用 5-45-4光学系统的景深和焦深光学系统的景深和焦深 5-55-5远心光路远心光路 2 5.1孔径光阑、入瞳和出瞳孔径光阑、入瞳和出瞳 1 .孔径光阑孔径光阑 限制成像光束立体角的光阑限制成像光束立体角的光阑 (限制进入光学系统限制进入光学系统 成像光束口径的光阑。成像光束口径的光阑。) 轴上点：轴上点：近距离物体：近距离物体： U物体：物体： 3 （1）孔径光阑对轴上点光束的

2、限制）孔径光阑对轴上点光束的限制 A A 孔径光阑孔径光阑 4 L 1 M1 N1 M2 N2 2 （a a）物点有限远）物点有限远（b b）物点无限远）物点无限远 （2） 孔径光阑对轴外点光束的限制孔径光阑对轴外点光束的限制 5 2入瞳和出瞳入瞳和出瞳 n入射光瞳入射光瞳孔径光阑经其前面的光组在光学系孔径光阑经其前面的光组在光学系 统物空间所成的像。入射光束的统物空间所成的像。入射光束的入口入口。入瞳入瞳 n出射光瞳出射光瞳孔径光阑经其后面的光组在光学系孔径光阑经其后面的光组在光学系 统像空间所成的像。出射光束的统像空间所成的像。出射光束的出口出口。出瞳出瞳 n主光线主光线由轴外一物点发出并

3、通过入瞳中心的由轴外一物点发出并通过入瞳中心的 光线叫主光线。光线叫主光线。 孔径光阑、入瞳、出瞳三者之间互为共轭关系。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孔径光阑、入瞳和出瞳的判定方法 8 n可见，光学系统的可见，光学系统的孔径光阑是对一定位置孔径光阑是对一定位置 的物体而言的的物体而言的，如果物体位置发生变化，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。用，光束会被其它光孔所限制。 9 4 孔径光阑的设置原则孔径光阑的设置原则 （1）对目视仪器，人眼瞳孔起着限

4、制光束的作用。）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。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）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；远离光学零件，则零件尺寸越大； （3）远心光路远心光路：焦平面上。：焦平面上。 n在测量物体大小的显微镜中，把孔径光阑置于光学系统在测量物体大小的显微镜中，把孔径光阑置于光学系统 的像方焦平面上，以消除由于物平面位置不准确所引起的像方焦平面上，以消除由于物平面位置不准确所引起 的

5、测量误差；的测量误差； n在测量物体距离的大地测量仪器中，常把孔径光阑置于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。面和标尺分划刻线面不重合）而造成的测量误差。 11 视场光阑视场光阑限制系统成像范围的光阑。即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。范围的光阑，它决定了光学系统的视场。 5.2视场光阑、入窗和出窗视场光阑、入窗和出窗 12 2入窗和出

6、窗入窗和出窗 入射窗入射窗视场光阑经其前面的光组在光学视场光阑经其前面的光组在光学 系统物空间所成的像系统物空间所成的像.入窗入窗 出射窗出射窗视场光阑经其后面的光组在光学视场光阑经其后面的光组在光学 系统像空间所成的像系统像空间所成的像.出窗出窗 视场光阑、入窗、出窗三者之间也互为共轭视场光阑、入窗、出窗三者之间也互为共轭 关系。关系。 13 视场：视场：2 、2 （物体）；物体）； 2y、2y（有限距离物体）。（有限距离物体）。 视场光阑为矩形时，视场光阑为矩形时，2y应为其对角线长度。应为其对角线长度。 14 视场光阑、入窗和出窗的判定方法视场光阑、入窗和出窗的判定方法 判断原则：判断原

7、则： n将光学系统中所有的光学元件的通光口径分别对其前（后）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位置及大小求出它们对入（出）瞳中心的张角对入（出）瞳中心的张角，其中张角最，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。小者为入窗（出窗），入窗（出窗）对应的物即为视场光阑。 n视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的，当孔径光阑位，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。置改变时，

8、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的区别： n孔径光阑和视场光阑是光学系统中起重要作用的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。场，即物体被成像的范围。 n孔径光阑是对一定位置的物体而言的孔径光阑是对一定位置的物体而言的，而，而视场光视场光 阑是对一定位置的孔径光阑而言阑是对一定位置的孔径光阑而言的，当孔径光阑的，当孔径光阑 位置改变

9、时，原来的视场光阑将可能被另外的光位置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光 孔所代替。孔所代替。 17 视场光阑的位置是固定的，其设置原则：视场光阑的位置是固定的，其设置原则： n尽量使入窗与物面重合，或像平面与出窗尽量使入窗与物面重合，或像平面与出窗 重合重合不产生渐晕的必要条件不产生渐晕的必要条件。 n视场光阑总是设置在系统的物面、实像平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。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，视场光阑面上，投影仪、放映机则位于物面上，视场光阑 的大小分别

10、为像面大小或是物面大小，个别仪器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）除外（如放大镜和伽利略望远镜等） 18 照相机照相机 书写式投影仪书写式投影仪 显微镜、望远镜显微镜、望远镜 19 5.3 渐晕光阑及场镜的应用渐晕光阑及场镜的应用 轴外光束的渐晕轴外光束的渐晕 20 n由轴外物点发出的充满入瞳的光束中部分由轴外物点发出的充满入瞳的光束中部分 光线被其他光孔阻挡的现象叫光线被其他光孔阻挡的现象叫轴外光束的轴外光束的 渐晕渐晕轴上与轴外物点成像光束大小不轴上与轴外物点成像光束大小不 同的现象同的现象。 n视场光阑与物面和像面均不重合视场光阑与物面和像面均不

11、重合视场视场 产生渐晕。产生渐晕。 n轴外物点的成像光线因逐渐减弱而没有清轴外物点的成像光线因逐渐减弱而没有清 晰的视场边界。晰的视场边界。 21 入窗和物平面不重合产生的渐晕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 n轴外光束的渐晕轴外光束的渐晕轴上与轴外物点成像光束大小不同轴上与轴外物点成像光束大小不同 的现象的现象。 轴外点轴外点 f，故，故p x 34 三、光学系统的焦深 n焦深：焦深：一个平面物体一个平面物体 一定深度的清晰像空间。一定深度的清晰像空间。 也是由于光束受限所引出的概念。也是由于光束受限所引出的概念。 nz确定时，确定时，D D与与D及理想像面的位置及理想像面的位置l有关。