第五章光学系统的光阑262-精选

入瞳和出瞳
• 孔径光阑在物方空间的共轭“像”称为入 射光瞳，简称入瞳
• 孔径光阑在像方空间的共轭像称为出射光 瞳，简称出瞳
• 孔径光阑、入瞳、出瞳三者互为共轭关系 • 入瞳在整个系统的物方对光束进行限制，
出瞳在整个系统的像方对光束进行限制
入瞳和出瞳
C.R. M.R. 物
L1
A.S. Ex.P
L2 En.P
• 对准平面：像面所对应的共轭面 • 远景深：对准平面以远能成清晰像的物
空间深度 • 近景深：对准平面以近能成清晰像的物
空间深度 • 景深为近景深与远景深之和。
z2 z1
2a z'2
z'1
对准平面 B1
A B2
入射光瞳 出射光瞳 P'1
P1 P P'
景像平面 B"2
A'
P2
P'2
B"1
1
2
p2
p
p 1
A
A'
第一节 孔径光阑
• 定义：用于限制成像光束大小的光阑称 孔径光阑, 一般用轴上物点确定。
• 描述成像光束大小的参量称为孔径，近 距离物体成像的孔径用孔径角U表示，无 限远物体成像的孔径用孔径高度h表示；
孔径光阑
-U
A
U
视场光阑 B y A
孔径光阑
孔径光阑
h A=
系统孔径的确定----孔径光阑的识别
'1 '2
P'
D' p' p' z' 1' 2'
' '1 '2 2p 'z'D '
第五节远心光路
• 一、物方远心光路 • 二、像方远心光路
物方远心光路
• 孔径光阑设置在光学系统的像方焦点处 时，其入瞳在物方无穷远，这种光路称 为物方远心光路，在用于测量物体大小 的显微镜中经常被采用，用以提高测量 精度。
非物方远心光路的测量误差
A1 A B1 B
孔径光阑
主光线
f'
B'1
B' y' y' 1
F'
A'
x'
物方远心光路消除测量误差
A1 A
B1 B
主光线
孔径光阑 B' (B' )
1
y' (y' ) 1
F'
A'
f'
x'
像方远心光路
• 孔径光阑置于光学系统的物方焦面上时， 其出瞳位于像方无穷远，这种光路称为 像方远心光路，在用于测量物体距离的 望远系统中经常被采用，也同样可以提 高测量精度。
• 求出所有的通光元件在系统物方的共轭 “像”。。
• 对给定的轴上物点在物空间确定各器件允许通 过光束的最大孔径角（当物在无限远时，确定 所允许通过光束的最大高度）。
• 比较找出其中孔径角为最小（物在无限远时为 孔径高度最小）所对应的器件，该光学元件就 是系统的孔径光阑。
A
F
举例
D1 D2 F'
题解图
Q 像
Q'
例题
• 两个直径相等的正薄透镜，已知透镜的焦 距 f1'20mm， f2'10mm，物距为-100mm 即 l110m 0 m，间距60mm，直径 D1=D2=6mm，求此系统的孔径光阑。
第二节 视场光阑
• 定义：限制成像范围大小的光阑称为视 场光阑
• 描述成像范围大小的参量称为视场，近 距离物体成像的视场一般用物体的高度y 表示，无限远物体成像的视场用视场角ω 表示。
光阑的作用
从光学设计的角度看，如何合理的选择或限制成像 光束是必须分析的问题。不同的光学系统对参与成 像的光束位置和宽度要求也不同。光阑按限制光束 的目的，可以分为以下几种光阑：
1． 孔径光阑 2． 视场光阑 3． 渐晕光阑 4． 消杂光光阑 其中，孔径光阑和视场光阑是一个光学系统必须的 两个光阑。
p'1 p' p'2
z1 p1 p
D
p1
p1
Dp D z1
z2 p p2
wenku.baidu.com
D
p2
z1
z2
z'
Dp p2 D z2
景深的计算
Dp p1 D z'
1
p1
p z'p
D z'
Dp p2 D z'
2
pp2
z'p
Dz'
2Dpz' 12 D22z'2
与景深有关的因素
2Dpz'
1
光阑实例－照相系统中的光阑
• 普通照相系统是由三个主要部分组成： 照相镜头、可变光阑和感光底片。
光束限制的共轭原理
• 一条光线如果被某一光学器件限制,则该 光线的共轭光线也一定会受到该器件的 共轭像所限制。实际中，我们判断入射 光线是否被某器件限制，往往用某器件 在物方的“像”来比较。
I
II
I'
• 主光线：通过入 瞳中心的光线
孔径光阑
视场光阑
y'
F
视场光阑的位置
• 视场光阑一般都设置在物面或像面上来 直接限制成像范围的大小，此时可以根 据视场光阑的大小直接或间接地得到物 方视场的大小。
• 视场光阑若不能与物面或像面重合，物 方视场的大小则需要根据指定的标准进 行计算或判定，但存在一个视场大小的 最大极限值。
视场光阑设在像面
孔径光阑
视场光阑
y'
F
物在有限远
y
y'
物在无限远 tg y ' f'
视场光阑设在物面
视场光阑 B y A
孔径光阑
y D视 2
tg y
l lZ
其中 l Z 为入瞳的位置
第三节 渐晕光阑
• 什么是渐晕？ 像面上各点的成像光束大小不同，由视场中
心向外，各点的照度逐渐下降的成像状况。 • 渐晕产生的原因：
2
D22
z'2
• 景深随入瞳的增大而减小 • 景深随对准平面距离的增大而增大 • 景深随放大率（或焦距）的增大而减小 • 景深随像面分辨率的增加而减小
焦深
一个物平面能够获得清晰像的空间深度称为焦深
D D'
z'1 z'2
入瞳 出瞳
A
A'
'1 '2
P'
焦深的计算
D D'
z'1 z'2
入瞳 出瞳
A
A'
当孔径光阑和视场光阑确定以后，其余还可 能存在限制轴外光束的镜框，它们将对轴外点 将产生渐晕作用，称为渐晕光阑。
渐晕光阑的利与弊
• 造成像面上各区域的照度不一致。 • 有可能产生模糊不清的视场边界。 • 可以减小光学系统的横向尺寸。 • 阑去轴外点的不良光线，改善轴外点的
成像质量。
减小光学系统的横向尺寸
第五章 光学系统中的光束限制
•光阑的概念和作用 •孔径光阑、入瞳、出瞳 •视场光阑、入窗、出窗 •渐晕光阑 •景深、焦深 •远心光路
什么是光阑
实际光学系统与理想光学系统不同，其 参与成像的光束宽度和成像范围都是有 限的。限制来自于光学零件的尺寸大小 和其他金属框。光学系统中，对光束起 限制作用的光学元件称为光阑。如透镜 的边框、光孔等。
物镜 -
视场光阑
目镜
f 1'
-f 2
第五节 景深和焦深
• 景深 • 焦深 • 结束
景深
z2 z1
2a z'2
z'1
对准平面 B1
A B2
景像平面 入射光瞳 出射光瞳
B"2 P'1 P1
A' P P'
P2 P'2 B"1
1
2
p2
p
p 1
p'1 p' p'2
景深
• 景深：在平面上成清晰像的空间深度称 为景深