工程光学专题4、5、6

第四章光束选择孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑、消杂光光阑光阑及其作用、分类孔径光阑、入射光瞳、出射光瞳，确定方法视场光阑、入射窗、出射窗，确定方法共轭关系、主光线、渐晕现象（以相机为例）光阑：限制成像光束的光孔，或者是限制成像范围的光孔或金属框，可分为孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑和消杂光光阑。光阑在光学系统中的作用：决定能通过光学系统的光束；决定系统的视场；限制光束中偏离理想位置最大的一些光线，以改善成像质量；拦截系统中有害杂散光；L：照相镜头A：可变光阑B：感光底片★孔径光阑的定义：1）限制轴上物点成像光束孔径角的大小（宽度）；2）选择轴外物点成像光束的位置。1、孔径光阑孔径光阑孔径光阑物像关系后面光学系统入瞳出瞳孔径光阑前面光学系统整个光学系统★孔径光阑的确定方法a.将光学系统所有光阑（透镜边框和光圈等），对其前面的光学系统（物空间）成像，求像之大小和位置；b.由轴上物点向各像边缘、第一个透镜边缘分别作连线，求张角最小值即为入瞳，相应的共轭物为孔径光阑；c.孔径光阑对后面光学系统（像空间）所成像即是出瞳。若物体位于无限远，此时仅比较各个像本身的大小，其口径最小者即为入射光瞳。

★主光线的入射、出射部分各自通过入瞳及出瞳的中心。主光线出瞳入瞳孔径光阑★定义：离轴物点发出的、通过孔径光阑中心的光线。★主光线是通过孔径光阑、参与成像的光束的中心光线。2、视场光阑：限定光学系统成像范围的光阑。——物方视场（能够清晰成像的物面范围）——像方视场★入射视场角：主光线入射部分与光轴的夹角ω0★出射视场角：主光线出射部分与光轴的夹角ω0´以主光线刚好被视场光阑边缘遮断的轴外物点为分界：★入射窗：视场光阑经其前面光学系统所成的像（物空间）★出射窗：视场光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）视场光阑、入射窗与出射窗三者互为物象关系。★

视场光阑的确定方法(2)计算这些像的边缘对入瞳中心的张角大小。张角最小者即为入射窗，入射窗对应的光学零件视场光阑.(1)把孔径光阑以外的所有光孔经前面的光学系统成像到物空间，确定入瞳中心位置。

注意：视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的。★渐晕现象：像平面的边缘比中间暗（离轴物点）。★渐晕系数:

（渐晕光阑）——透镜边框起到“拦光”的作用。3、渐晕光阑光学系统的景深

景深与哪些因素有关？对成像的影响是什么？物距，孔径有关（相对孔径，焦距。。。）点物成像为圆斑，像变模糊

★成像空间的景深：在景象平面上所获得的成清晰像的物空间深度。

远景平面近景平面入瞳中心：物空间参数的起算原点出瞳中心：像空间参数的起算原点★总成像深度——景深★物方孔径角U：轴上物点-入瞳边缘连线与光轴的夹角。眼睛2a孔径光阑——光圈相对孔径D/f′(入瞳直径与焦距之比)AppliedOptics第六章像差七种像差的形成原因、表现形式，对成像的影响。

如何减小像差（球差、慧差等）系统分辨率基本概念实际光学系统只在近轴区域成完善像。像差是由实际光路和理想光路之间差别而引起的成像缺陷。单色像差：光学系统对单色光成像所产生的像差，包括：球差、慧差、像散、场曲、畸变等五种。色差：由不同折射率引起的不同波长光线的成像位置和大小也不同。包括：位置色差和倍率色差。实际波面与理想球面波的偏差称为波像差。对于宽光束，轴外主光线和共轴系统的光轴不重合，使出射光束失去对称，产生彗差、像散和像面弯曲；1、球差轴上点发出的同心光束，经光学系统各个折射面折射后，不同孔经角U的光线交光轴于不同点上，相对于理想像点的位置有不同的偏离，这就是球面像差，简称球差。（它由孔径引起）与h1或U1有关对称性与视场角无关单正透镜产生负球差，单负透镜产生正球差对于单个折射球面，在以下三种情况时球差为零：

（1）L＝0，此时L'必为零，即物点、像点均与球面顶点重合。

（2）光线和球面法线重合，物点和像点均与球面中心相重合。（3）。不晕点（齐明点）2、彗差既与孔径有关，也与视场有关。轴外点宽光束成像后失去对称性的情况。正弦差适用于小视场光学系统，而慧差可用于任何视场的光学系统。子午彗差：

上下光线的交点偏离主光线弧矢彗差：

前后光线的交点偏离主光线3、场曲某一视场的子午像点、弧矢像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲和弧矢像面弯曲，简称子午场曲和弧矢场曲。只与视场有关，与孔径无关。视场为零，则场曲为零。4、像散轴外点发出的细（宽）光束的子午像点与弧矢像点不重合，两者分开的轴向距离称为像散。子午像面和弧矢像面像散均为对称于光轴的旋转曲面。有像散必有场曲，但像散为零时，场曲不一定为零。5、畸变

当孔阑位置移动，主光线与高斯像面交点高度yp’变化，引起像的变形。（主光线的像差）畸变是垂轴像差，只改变轴外点在理想像面上的位置，使像失真，但不影响像的清晰度。畸变是视场的函数。对白光成像的光学系统，由于材料对不同波长的色光折射率不同，使各色光线具有不同的成像位置和倍率。位置色差按色光波长由短到长，其像点离透镜由近到远地排列在光轴上。这种现象就是位置色差，也称轴向色差。

色差倍率色差轴外点物点，两种色光的垂轴放大率不一定相等引起同一物体成像大小不同，称为倍率色差(或放大率色差．或垂轴色差)光学系统的倍率色差是以两种色光的主光线在消单色光像差的高斯像面上交点高度之差来量度。波像差实际波面与理想波面间存在偏差，当实际波面与理想波面在出瞳处相切时，两波面间的光程差就是波像差。波像差为孔径的函数。

几何像差大时，波像差也大。

对轴上像点，单色波像差由

球差决定。

波像差小，像质好。第五章光度学和色度学一.辐射量辐射能:

反射、传输、接收的能量，单位焦耳。2.辐通量：单位时间内的辐射能。

3.辐出度：辐射源单位发射面积发出的辐通量。4.辐照度：辐射照射面单位受照面积上接收的辐通量。

5.辐强度：点辐射源在单位立体角发出的辐通量。

6.辐亮度：发光源的元面积在方向的辐量度为该辐射面在垂直于该方向的平面上的单位投影面积在单位立体角内发出的辐通量。（表征有限尺寸辐射源辐射通量的空间分布）单位：W/(sr·m2)

单位：W/sr单位：W/m2

二.光学量与辐射量相对应，有以下的光学量（下标V）光通量:辐通量的光量度，标度可见光对人眼视觉刺激程度的量。（即若干辐射能相当于多少光。）流明lm

（辐通量）光出射度:

lm/m2（辐出度）光照度:单位面积上得到的光通量，lx(lm/m2)

（辐照度）发光强度:单位立体角内发出的光通量，cd（辐强度）光亮度:描述有限大小光源的发光特性cd/m2

（辐亮度）发光强度光亮度光学量和辐射量间的关系在很小的波长范围内：光通量就是将辐通量以视见函数为权重因子折合成对人眼视觉的有效通量。光通量即为辐通量与视见函数的乘积。余弦辐射体（朗伯辐射体）辐射源各方向上的辐射亮度不变，辐射强度随观察方向与面源法线之间的夹角θ的变化遵守余弦规律，这类辐射源称为朗伯辐射体。成像系统像面的光照度轴