远心光路及景深
工程光学基础教程第四章
•Q1 对物点A的张角
•U'
称为物方孔径
•P'
•Q2 角2U.
•P2
•孔径光阑
•当 孔 径 光 阑 前
方无光学系统,
•P'2
则孔径光阑就
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是入瞳。 工程光学基础教程第四章
孔径光阑
•2、入射光瞳和出射光瞳
•P1P2 孔 径 光 阑 经后方光学系
统所成的像
•P''1
•P'1
P‘1P’2 称 为 出 射
•测量显微镜物方远心光路。
工程光学基础教程第四章
像方远心光路
•另一类光学仪器是把标尺放在不同的位置,通过改 变光学系统的放大率而使标尺像等于一个已知值, 以求得仪器到标尺之间的距离。
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经纬仪
工程光学基础教程第四章
像方远心光路
•这种情况如果孔径光阑仍为物镜框,由于调焦不准, 标尺的像不与分划板刻线平面重合,使读数产生误 差而影响测量精度。
➢通常设置在系统
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•P''2
•出射光瞳
•孔径光阑
•P'2
的实像平面或物 平面
•入射光瞳
工程光学基础教程第四章
•确定视场光阑的方法: •(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 (实际上在确定孔径 光阑时这一步骤已完成)。
•(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.
渐晕光阑
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工程光学基础教程第四章
渐晕光阑
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工程光学基础教程第四章
光学系统中的光束限制
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当系统在像面或是物面上以及中间像面上没有专 门设置视场光阑时,系统的成像范围将由某个透 镜框或类似器件限制,起限制作用的边框也称作 视场光阑。此时由于物面(或像面)与视场光阑 不重合,系统的成像范围没有清晰的边界,随着 视场的增大,成像的光束逐渐减少直至为零,这 种随视场增大成像光束逐渐减弱的现象称为渐晕 (如图2-54)。
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2.4.1.3.渐晕光阑
我们已经知道,视场光阑与像(物)面不 重合,必然会产生渐晕。但是也经常会有 这种情况,视场光阑设置在像(或物)面 上,但为了减小系统的横向尺寸或改善轴 外物点的成像质量,其它的通光元件适当 地减小尺寸而拦去部分光线,人为地在成 像范围内产生渐晕,起这种光束限制作用 的称之为渐晕光阑。
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例题2-8 :如图2-52(a),D1为一透镜,D2为
一光孔,用作图法判断何者为孔径光阑.
解:将D1、D2在物方求“像”。由于D1前面无 透镜,它在物方的像D1′就是其本身,D2对D1 成像于D2′,如图2-52(b)。 由物点A连接D1′、D2′的边缘,张角分别为 U1、U2,比较得出U2 <U1 ,所以D2为孔径光阑。
2.4.1 光阑的种类及其应用
光学系统中的光束最基本的限制有两种, 一是对系统成像光束孔径的限制,二是对 系统成像视场范围的限制。 我们把对光束起限制作用的元件统称作光 阑,两类基本限制的光阑被分别称为孔径 光阑和视场光阑。此外还有起部分拦光作 用的渐晕光阑和消杂光光阑。
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2.4.1.1 孔径光阑
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我们把孔径光阑在物方空间的共轭“像”称为 入瞳,在像方空间的共轭像称为出瞳。 因此例题2-8中D2′为入瞳,D2在像方所成的 像D2″(图中未标出)为出瞳。由光束限制的共 轭关系可知,孔径光阑对光束的限制就是入瞳 对物方入射光束的限制或出瞳对像方出射光束 的限制。
远心镜头参数
远心镜头参数【原创版】目录1.远心镜头概述2.远心镜头参数及其作用3.远心镜头参数的调整4.远心镜头的应用领域正文【远心镜头概述】远心镜头,又称为长焦距镜头,是一种用于摄影和摄像的镜头,具有焦距长、视角窄的特点。
它能够将远处的景物放大,使拍摄出的画面具有更强的透视感和空间感。
远心镜头广泛应用于电影、电视剧、纪录片等领域,是影视创作中的重要工具之一。
【远心镜头参数及其作用】远心镜头的主要参数包括焦距、光圈、视场角等。
这些参数对镜头的成像效果具有重要影响。
1.焦距:焦距决定了镜头的放大倍数和拍摄范围。
一般来说,焦距越长,景物放大倍数越大,拍摄范围越小。
2.光圈:光圈决定了镜头的进光量和景深。
大光圈可以增加进光量,使画面更明亮,同时也可以产生浅景深的效果,使画面更具有艺术感。
3.视场角:视场角决定了镜头所能拍摄到的景物范围。
视场角越大,拍摄范围越广;视场角越小,拍摄范围越窄。
【远心镜头参数的调整】为了获得理想的拍摄效果,需要根据实际拍摄需求调整远心镜头的参数。
1.焦距的调整:通过改变镜头的焦距,可以获得不同的拍摄效果。
例如,使用长焦距可以拍摄出放大的景物,使用短焦距可以拍摄出宽广的场景。
2.光圈的调整:通过改变光圈大小,可以控制画面的亮度和景深。
大光圈可以使画面更明亮,同时也可以产生浅景深的效果;小光圈则可以使画面更柔和,同时也可以增加景深。
3.视场角的调整:通过改变镜头的视场角,可以拍摄出不同范围的景物。
广角镜头可以拍摄出宽广的场景,而窄角镜头则可以拍摄出狭窄的空间。
【远心镜头的应用领域】远心镜头在多个领域都有广泛应用,包括电影、电视剧、纪录片、新闻报道等。
其长焦距、窄视角的特点使得它可以拍摄出独特的视觉效果,为作品增色添彩。
光学系统中的光束限制
[ 考试要求 ]要求考生了解三种典型的目视光学仪器中的光束限制、系统的景深和远心光路。
[ 考试内容 ]与光阑相关的定义,光阑的种类和作用,照相系统、显微系统、望远系统中的光束限制和特点,远心光路的定义、光路和应用,景深的定义等。
[作业]P73: 1、 3、 4第四章光学系统中的光束限制§4-1 光阑在光学系统中的作用一、光阑1、定义:光学系统中设置的带有内孔的金属薄片,是专用光阑。
光阑一般垂直于光轴放置,且其中心与光轴中心相重合。
2、形状:光阑多为圆形、正方形、长方形,有些光阑的尺寸大小是可以调节的(即可变光阑)。
例如:人眼瞳孔就是光阑,瞳孔的大小随着外界明亮程度的不同是可以变化的,白天最小 D=2mm,晚上最大,可达 D=8mm。
3、光阑作用:是用内孔限制成像光束大小的,提高成像质量。
孔径光阑图 4— 1孔径光阑对轴上点光束的限制二、光阑种类主要分为:孔径光阑和视场光阑。
1、孔径光阑(有效光阑):指限制进入系统的成像光束口径的光阑。
1)对轴上点:孔径光阑决定了轴上点孔径角的大小。
结论 1:轴上点孔径角的大小受光阑大小和位置的影响,孔径角U 由光阑决定,光阑的位置不同,其口径应不同。
2)对轴外点:MA M' A'NL N' L(a) (b)图 4— 2孔径光阑对轴外点光束的限制结论 2:对轴外点B发出的宽光束而言,在保证轴上点U 不变的情况下,光阑处于不同位置时,将选择不同部分的光参与成像,这样通过改变光阑的位置,就可以选择成像质量较好的部分光束参与成像,提高(改善)成像质量。
小孔A A'图 4—3孔径光阑和物体位置的关系结论 3:在保证成像质量的前提下,合理选取光阑的位置,可使整个系统的横向尺寸减小,结构匀称。
结论 4:系统中的光阑只是针对某一物体位置而言的,若物体位置发生了变化,则原光阑会失去限光作用。
2、视场光阑:用以限制成像范围的光阑。
视场光阑的形状多为正方形、长方形。
远心镜头--慕藤光
慕藤光远心镜头知识大集合远心镜头设计原理远心镜头设计目的就是消除由于被测物体(或CCD芯片)离镜头距离的远近不一致,造成放大倍率不一样。
根据远心镜头分类设计原理分别为:1)物方远心光路设计原理及作用:物方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上,物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无限远,称之为:物方远心光路。
其作用为:可以消除物方由于调焦不准确带来的,读数误差。
2)像方远心光路设计原理及作用:像方远心光路是将孔径光阑放置在光学系统的物方焦平面上,像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远,称之为:像方远心光路。
其作用为:可以消除像方调焦不准引入的测量误差。
3)两侧远心光路设计原理及作用:综合了物方/像方远心的双重作用。
主要用于视觉测量检测领域。
远心镜头应用你知多少远心镜头最重要的优点之一是物体距离变化并不影响图像的放大倍率。
远心镜头从相同的视角来观察和显示整个物体,因此,不会出现类似使用标准镜头时三维特征出现的透视变形和图像位置错误。
即使在深孔内部的物体,在整个视野中也清晰可见,因此,在检测三维物体时或当图像尺寸和形状精确性十分重要的情况下,远心镜头非常有用。
1.机械零件测量远心镜头最普遍的应用就是测量精密机械零件。
远心镜头主要用于控制精细机械零件,如:弹簧、螺丝、螺母和垫圈等。
2.塑料零件测量远心镜头的另一个主要应用是测量橡胶密封件、O型环和塑料盖帽。
由于在搬动、摆弄时极易形变,这些零件需要完全无接触的光学测量技术。
3.玻璃制品与医药零件测量许多制药玻璃器皿如卡普尔、小瓶、胶囊和管形瓶等,一般都采用远心镜头测量,以保证完全密封、防止器皿损伤。
在饮料制造业中也有相似应用,例如测量玻璃瓶颈的螺纹线。
注射器等其它医药被动器件,同样也需要远心检验技术。
4.电子元件测量许多其它元器件(如电阻、三极管和集成电路)需要小型远心镜头检查其完整性、尺寸、规格、位置与插脚的弯度,电子图板需检测各元件的间距。
远心光学系统设计
远心光学系统设计远心光学系统是一种常见的光学系统,广泛应用于望远镜、显微镜、摄影机等领域。
它基于远心原理,能够实现有效地成像和观察远距离的目标。
在本文中,我将深入探讨远心光学系统的设计原理、要素和优缺点,并分享我的观点和理解。
一、远心光学系统的设计原理远心光学系统是基于光线沿近似平行光方向传播的原理而设计的。
其设计目的是使光线聚焦于无穷远处,以实现对远距离目标的清晰成像。
为了实现这一目标,远心光学系统通常由凸透镜、凹透镜和透镜组等组件组成。
通过适当选择和排列这些组件,可以使光线在系统内发生折射和散射,最终形成清晰的像。
二、远心光学系统的设计要素1. 透镜选择:远心光学系统中使用的透镜类型和参数将直接影响系统的成像效果。
常见的透镜包括凸透镜、凹透镜和透镜组等。
设计时需要考虑透镜的折射率、曲率、直径等因素,以使光线经过透镜后能够正确聚焦。
2. 透镜排列:透镜的排列方式也是远心光学系统设计中需要考虑的重要因素。
透镜的位置和距离会影响光线的传播和聚焦效果。
一般情况下,凸透镜和凹透镜交替排列,以使光线能够正确地聚焦于无穷远处。
3. 光圈控制:光圈是远心光学系统中的调节装置,用于控制光线通过系统的数量和方向。
通过调节光圈的大小,可以改变系统的光通量和景深,从而获得不同的成像效果。
4. 畸变校正:远心光学系统中常见的畸变包括球差和色差。
球差会导致成像位置的偏移,而色差则会导致成像处的色彩偏移。
在设计中,需要通过选择适当的透镜材料和加入补偿元件来校正这些畸变,以获得高质量的成像效果。
三、远心光学系统的优缺点优点:1. 广阔的视野:远心光学系统设计能够提供广阔的视野,使观察者可以清晰地观察到远距离的目标。
2. 高质量的成像效果:远心光学系统通常能够产生高质量、清晰的成像效果,使观察者能够更好地观察和分析目标。
3. 适用范围广:远心光学系统广泛应用于望远镜、显微镜、摄影机等领域,满足了人们对于远距离目标观察和成像的需求。
《应用光学》教学大纲
附件一:理论课程(含实验理论课程)教学大纲基本格式《应用光学》课程教学大纲课程名称:应用光学课程编码:0230021英文名称:Applied Optics学时:64 其中实验学时:16 学分: 3.5开课学期:第五学期适用专业:光电信息工程测控技术与仪器信息对抗技术探测制导与控制工程课程类别:必修课程性质:专业基础课先修课程:高等数学教材:工程光学天津大学机械工业出版社一、课程性质及任务本课程主要探讨的是几何光学的基本知识,研究的是光的传播和成像规律,典型光学系统的工作原理、光学特性,像差理论的部分内容。
它是仪器科学与技术、光电信息工程等专业的必修专业基础课程。
通过本课程的学习,能够为其它光学后续课程,诸如:光学测量、光学设计等打下良好的基础,也为学生更好的掌握光学总体设计方法、从事简单的光学系统的设计起到非常重要的作用,通过本课程的学习能够培养学生具有在生产及科研实践中理解、分析及解决问题的能力。
二、课程的教学要求(一)几何光学基本定律与成像概念9学时1.几何光学的基本定律掌握:(1)光波与光线的概念,(2)几何光学基本定律,(3)费马原理,(4)马吕斯定律;理解:光的根本属性及其传播规律现象等;了解:了解全反射的特点,并能够利用全反射的特点及规律解释一些常见的现象。
2.成像的基本概念与完善成像条件掌握:(1)光学系统与成像的概念,(2)完善成像的条件,(3)物像的虚实;了解:完善成像的定义与条件。
3.光学计算与近轴光学系统掌握:(1)基本概念与符号规则,(2)实际光线的光路计算,(3)近轴光线的光路计算。
理解:实际光线与近轴光线在光路计算中的区别及结果的差异。
了解:符号规则对所涉及的光学系统的作用;4.球面光学成像系统掌握:(1)单个折射面成像,(2)球面反射镜成像,(3)共轴球面系统。
理解:(1)垂轴放大率、轴向放大率及角放大率之间的区别与联系,(2)折射面成像与反射面成像之间的联系。
了解:如何能够利用相应的公式计算光学系统的物像位置关系及放大率。
光学系统的光阑
整理ppt
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
整理ppt
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
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。
整理ppt
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
p'1 p' p'2
z1 p1 p
D
p1
p1
Dp D z1
题解图
整理ppt
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
整理ppt
入瞳和出瞳
C.R. M.R. 物
整理ppt
焦深
一个物平面能够获得清晰像的空间深度称为焦深
入瞳 出瞳
D D'
z'1 z'2
现代工程光学第5章光学系统中光束的限制
(续1:)
或者
n1(u1 y1 u1 y1) n1(u1y1 u1y1) Ж (1)
等式左边的折射率和角度量对应于折射前(物空间)的相关参量,等式 右边表示折射后(像空间)的对应参量 。
n(uy uy) Ж 被定义为某折射面的拉格朗日不变量它对任意多次折
射过程均保持不变。
光线从一个面过渡到下一个面的过程中 Ж 的性质
根据光学系统拉格朗日不变量的性质,有
Ж n1u1h1 nkuk hk
—简称光学系统的 拉赫不变量。
21
(续:)
例:用拉赫不变量计算像的高度
m hk hk n1u1 1.0 0.025 h1 10 nkuk 1.0 (0.0999617)
与光线追迹得到的高度一致(见表2.3-2)。
2.共轴球面系统的拉赫不变量
5
(续:)
入瞳的大小是由光学系统对成像光能的要求或者对物体细节的分辨 能力(分辨率)的要求来确定。 对称于光阑的对称式系统,其入射光瞳面和出射光瞳面分别与光学 系统的物方主平面和像方主平面重合。
相对孔径以入瞳直径和焦距的比值表示: DEP f'
F数:相对孔径的倒数
f # f ' DEP 如:f 8 或 f :8
F数也被写成像方数值孔径NA的形式
NA nsinU
物在无限远时,F数和NA有如下关系:
F数= f # = 1
2NA
6
5.2 主光线与边光线 视场光阑
一、主光线与边光线
入瞳
A
边光线
物体
y
u
y
O
主光线
u z
通过入瞳中心的光线称为主光线,主光线是各个物点发出的成像光 束的光束轴线,它也同时通过孔经光阑和出射光瞳中心。 边光线是轴上物点发出的成像光束中通过入瞳边沿的光线。 边光线和主光线是两条特殊的子午光线,它们一起决定了物、像和 光瞳性质。
应用光学名词解释总结
B 薄透镜:如果透镜的厚度很小可以忽略,这类透镜即为薄透镜。
波像差:实际波面与理想波面的光程差。
倍率色差:轴外物点发出的两种色光的主光线在清单色光像差的高斯像面上交点高度之差。
不晕成像:当光学系统满足正弦条件时,若轴上点理想成像,则近轴物点也理想成像,即光学系统既无球差也无正弦差。
C 垂轴放大率:像的大小与物的大小之比。
出瞳:孔径光阑经过后面的光组在像空间所成的像。
出射窗:视场光阑经过后面的光组在物空间所成的像。
D 独立传播定律:不同光源发出的光在空间某点相遇时,彼此互不影响各光束独立传播。
等晕成像:轴上点与轴外点有相同的成像缺陷,我们将这样的成像称为等晕成像。
对准误差:对准后偏离置中或重合的线距离或角距离。
E 二级光谱:若F 光在0.707带相交,即校正了位置色差,但二色光的交点与D 光的球差曲线并不重合,则称该交点到D 光球差曲线的轴向距离为二级光谱。
(图形上线段表示) F 费马原理:光从一点传播到另一点,期间无论经过多少次折射或反射,其光程为极值。
反射定律:反射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内,反射光线和入射光线位于法线两侧,且反射角与入射角的绝对值相等,符号相反。
反射棱镜的主截面:由棱镜光轴所构成的平面。
辐射能:以电磁辐射形式发射、传输、或接收的能量称为辐射能。
发光强度:在某一方向上,单位立体角内发出的光通量的大小,表征的是辐射体在某一方向上的发光状态。
辐通量:单位时间内发射、传输或接收的辐射能称为辐通量。
发光效率:辐射体发出的总光通量与该光源的耗电功率之比。
G 高斯像面:过高斯像点并垂直于光轴的平面。
光的独立传播定律:不同光源发出的光在空间某点相遇时,彼此互不影响各光束独立传播。
光阑:限制成像光束和成像范围的薄金属片。
光线:没有直径没有体积但却携带有能量并具方向性的几何线。
光束:与波面对应的所有光线的集合称为光束。
光学间隔:前一个光组的像方焦点与后一个光组的物方焦点之间的距离。
工程光学(填空题)
工程光学一、填空题1、光就其本质而言是一种电磁波,光波波长范围大致为1mm~10nm ,其中波长在380nm~760nm 之间的电磁波能为人眼所感知,称为可见光。
2、光的直线传播定律与光的独立传播定律概括的是光在同一均匀介质中的传播规律,而光的折射定律与反射定律则是研究光传播到两种均匀介质分界面上时的现象与规律。
3、介质的折射率是用来描述介质中的光速相对于真空中的光速减慢程度的物理量。
4、全反射发生的条件是:(1)光线从光密介质向光疏介质入射;(2)入射角大于临界角。
5、费马原理也叫光程极短定律,指光沿着光程为极值(极大、极小或常量)的路径传播。
6、如果组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心都在同一条直线上,则称该光学系统为共轴光学系统。
7、物体所在的空间称为物空间;像所在的空间称为像空间。
8、光学系统成完善像应满足的条件为:入射波面为球面波时,出射波面为球面波;入射光为同心光束时,出射光为同心光束。
9、由实际光线相交所形成的点为实物点或实像点,而由光线的延长线相交所形成的点为虚物点或虚像点。
10、平面可以看成是曲率半径r→∞的特例,反射则是折射在n' = -n 时的特例。
11、通过物点和光轴的截面称为子午面,轴上物点的子午面有无数多个,而轴外物点的子午面只有一个。
12、单个折射球面对轴上的物点成像是不完善的,这种现象称为球差。
13、真空中的光速c=3×108m/s ,则光在水中(n=1.333)的光速为v=2.25×108m/s 。
14、设光纤所在介质的折射率为n 0,入射在光纤输入端面的光纤最大入射角为U m ,则光纤的数值孔径N A 为n 0sinU m 。
15、以任意宽的光速都能完成完善像的光学系统称为理想光学系统;在该系统中,每个物点对应于唯一的一个像点,这种物像对应的关系叫做共轭。
16、一对主点和主平面,一对焦点和焦平面,通常称为共轴理想光学系统的基点和基面。
第四章 光学系统中的光阑和光束限制
渐晕系数:斜光束在子午面内光束 宽度与轴上点光束的口径之比:
K D D
照相光学系统小结:
可变光阑为系统的孔径光阑,为保证轴外光束的像质 孔径光阑设在照相物镜的某个空气间隔中。
在有渐晕的情形下,轴外点光束的宽度不仅由孔径 光阑的口径决定,而且与渐晕光阑的口径有关。
在照相光学系统中,感光底片的框子就是视场光阑。 孔径光阑的形状一般为圆形,视场光阑的形状为圆形
由公1式 1 1 l1' l1 f '
f'54mm
场镜焦距为54mm.
§4.5 光学系统的景深
一、光学系统的空间像:
1.空间中的物点成像:(图4-16) 把空间中的物点成像在一个像平面上,称为平面 上的空间像。如望远镜、照相物镜.
物方空间点在平面上成像:以入射光瞳中心点为透视中心, 以主光线为投影线,使空间点投影在对准平面上,则投影 点在景像平面上的共轭点便是空间的平面像。
或矩形。
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§4.3 望远镜系统中成像光束的选择
一、望远镜系统的基本结构:(图4-7) 二、望远镜系统中的光束限制:
1. 光瞳衔接原则:(图4-8) 2. 前面系统的出瞳和后面系统的入瞳重合 2. 孔径光阑在不同位置处的计算
(1)物镜左侧10mm; (2)物镜上; (3)物镜右侧10mm;
图4-12 双目望远镜系统
(2) 物镜上; (3)物镜右侧10mm.
出瞳直径: D'5mm
视场角: 41'5
入瞳直径: D D ' 6 5 3 m 0m
若孔径光阑在(2)位置上,分划板上一次实像像高:
y'f物 'tan8mm
分划板框限制了系统视场。因此分划板框为视场光阑。
物方远心光路特点
物方远心光路特点1. 引言物方远心光路是一种光学传输系统,它具有独特的特点和优势。
本文将详细介绍物方远心光路的定义、原理、特点以及在实际应用中的优势。
2. 定义物方远心光路是一种通过光学设备将物体上的信息传输到观察者处的技术。
它利用透镜或反射镜等光学元件来调整入射光线,使得从物体到观察者的距离变得较远,从而实现对物体的清晰观察。
3. 原理物方远心光路的原理基于几何光学。
当入射平行光线通过透镜或反射镜后,会被聚焦在焦点处。
如果将观察者放置在透镜或反射镜的焦点处,那么他将能够清晰地看到放置在焦点之外很远位置上的物体。
4. 特点4.1 高清晰度观察由于物方远心光路能够使观察者与物体之间的距离较远,因此观察者能够以较高的清晰度观察到物体。
这对于需要进行精细观察或需要捕捉细微变化的应用非常有益。
4.2 大视场角物方远心光路还具有大视场角的特点。
视场角是指观察者能够同时看到的物体范围,而物方远心光路通过调整光线入射角度,使得视场角变得更大。
这对于广角摄影、天文观测等领域非常重要。
4.3 显微成像物方远心光路在显微成像中也具有重要作用。
通过使用透镜和反射镜等光学元件,可以将被观察物体放置在显微镜下,并利用物方远心光路实现清晰放大的显微成像。
4.4 应用广泛物方远心光路在科学研究、医学诊断、天文观测、工业检测等领域都有广泛应用。
例如,在医学中,通过物方远心光路可以实现清晰观察患者体内器官结构;在工业中,可以利用该技术进行产品质量检测。
5. 实际应用5.1 显微镜物方远心光路在显微镜中被广泛应用。
透过透镜或反射镜,显微镜能够将被观察样品放大并清晰显示在目镜中,帮助科学家和医生进行细胞观察和诊断。
5.2 天文望远镜物方远心光路也在天文望远镜中起到关键作用。
通过调整光线入射角度,天文望远镜能够将遥远星系的图像聚焦到观察者处,实现对宇宙的深入观测和研究。
5.3 工业检测在工业领域,物方远心光路可以用于产品质量检测。
通过调整光线入射角度和使用特定的光学元件,工业检测设备能够实时监测产品表面的缺陷、污染等问题。
远心镜头的四个重要参数
远心镜头的四个重要参数包括焦距、光圈、分辨率和景深。
焦距:远心镜头的焦距通常较长,如200mm、300mm、400mm等,也有超长焦距的800mm、1000mm等。
光圈:光圈是镜头的一个重要参数,影响着镜头的进光量和景深。
远心镜头的光圈通常较大,如f/2.8、f/4等,以便在拍摄时获得更多的光线和浅景深效果。
分辨率:分辨率是镜头对物体细节的再现能力,分辨率越高,镜头对细节的再现能力越强。
景深:景深是指镜头在对焦主体时,所能清晰成像的范围。
物倍率越大景深越小。
请注意,不同品牌和型号的远心镜头可能具有不同的参数特性,因此在选择时需要根据具体需求和预算进行综合考虑。
远心镜头知识大全
远心镜头知识大全内容摘要:远心镜头知识大全详细介绍了远心镜头概念、设计原理、技术参数、选择方法和应用优势,方便读者对远心技术及镜头应用有个全面了解。
一、概念概述1.远心镜头发展历程工业镜头是机器视觉系统中十分重要的成像元件,系统若想完全发挥其功能,工业镜头必须要能够满足要求才行。
21世纪初,随着机器视觉系统在精密检测领域的广泛应用,普通工业镜头难以满足检测要求,为弥补普通镜头应用之不足,适应精密检测需求,远心镜头应运而生。
远心镜头依据其独特的光学特性:高分辨率、超宽景深、超低畸变以及独有的平行光设计等,给机器视觉精密检测带来质的飞跃。
目前世界知名的镜头厂商有美国Navitar、德国施乃德、意大利Opto Engineering、日本Kowa、中国艾菲特(Aftvision)等都已经有了自己品牌的远心镜头产品线。
2.什么是远心镜头远心镜头(Telecentric),主要是为纠正传统工业镜头视差而特殊设计的镜头,它可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化,这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。
远心镜头由于其特有的平行光路设计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐。
二、原理优势1.远心镜头设计原理远心镜头设计目的就是消除由于被测物体(或CCD芯片)离镜头距离的远近不一致,造成放大倍率不一样。
根据远心镜头分类设计原理分别为:1)物方远心光路设计原理及作用:物方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于像方无限远,称之为:物方远心光路。
其作用为:可以消除物方由于调焦不准确带来的,读数误差。
2)像方远心光路设计原理及作用:像方主光线平行于光轴主光线的会聚中心位于物方无限远,称之为:像方远心光路。
其作用为:可以消除像方调焦不准引入的测量误差。
3)两侧远心光路设计原理及作用:综合了物方/像方远心的双重作用。
主要用于视觉测量检测领域。
2.远心镜头技术优势1)优势一:高分辨率图像分辨率一般以量化图像传感器既有空间频率对比度的 CTF (对比传递函数)衡量,单位为lp/mm(每毫米线耦数)。
光路
随着精密机器视觉和相关检测技术的发展,特别是现代 测量中,被测物体是运动的,位置实时变化,上述通常的远 心光路也会给测量带来不可接受的误差。我们采用了一种物 像远心成像光学系统,可从很好地克服被测物体影像虚焦而 产生的测量误差,提高测量精度。如图2所示:
该系统由物镜Ll和L2组成,Ll的像方焦点与L2的物方焦 点重合,光学间隔为O,因此平行光射入物镜Ll后,仍以平行 光从L2射出。光阑P设在两个物镜的公并焦点F处,并且入射 光瞳与出射光瞳重合。物体B1(或B2)位于CCD光电器件接受 面的共轭位置时,经光学系统成像,CCD光电器件接收面上的 像长为M1M2。如果物体沿光轴移动,则平行于光轴的物方主 光线入射后,经过物镜L1和L2,仍以平行于主轴的主光线射 出,并且由于物体高度不变,B1和B2点发出的平行光束之间 的距离不变,则无论像面的位置如何,光电器件接收到的平 行光之间的距离都是像的长度M1M2。因此,在光阑p处加上光 学滤波器,使射出的光线只有平行于主光轴的光通过,在光 电器件上接收到的就是准确的像长,不会因物体沿光轴移例
远心镜头技术优势(独特的光学特性) 1)高分辨率 2)真正的远心设计,超宽景深与低畸变 3)独特的平行光路设计
远心镜头主要应用于精密测量,尤其 为机器视觉精密检测的发展带来了质的飞 跃。 在精密光学测量系统中,由于普通光 学镜头会存在一定的制约因素,如影像的 变形、视角选择而造成的误差、不适当光 源干扰下造成边界的不确定性等问题,进 而影响测量的精度。而远心镜头能有效降 低甚至消除上述问题,因此远心镜头已经 成为精密光学量测系统决定性的组件,其 应用领域也越来越广泛。
机械零件 测量
汽车零件,如:传动轴,汽门,活塞及 其它引擎零件; 较小零件的测量,如:弹簧、螺丝、螺 帽、垫片等; 旋转加工机需要的特殊的量具,如:刀 具设定仪。 测量橡胶油封,O型环及 塑料盖(在拿取时易变 形,故必须要使用非接 触光学测量仪器)。
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2、景深的概念
•
光学系统能够把物空间一定深度范围内的物体在像
平面上成清晰的像,此时对应的物空间距离称为景深。
要拍摄小景深的照片,如特定镜头,应选 择长焦距、大的相对孔径即小的光圈数, 对准距离近。
要拍摄大景深的照片,如远景镜头,应选 择短焦距、小的相对孔径即大的光圈数, 对准距离远。
3、景深的计算
2、景深的概念
我们把能够在像平面上 获得清晰像的空间深度 称为景深,通常用符号 Δ表示。在图中,景深 就是(Δ1+Δ2)。像平 面称为景象平面,其共 轭面称为对准平面。
能在景象平面上成清晰像 的最远平面称为远景平面, 它到对准平面的距离Δ1称 为远景深度(或后景深); 能在景象平面上成清晰像 的最近平面成为近景平面, 它到对准平面的距离Δ2称 为近景深度(或前景深)。
根据几何关系和物像位置关系,当已知入瞳直 径和对准平面位置时,可以分别得出Δ1和Δ2。
1
p 2 2a p
2
p 2 2a p
2a--入瞳直径; P---对准平面至入瞳距离(拍摄距离); ε--人眼极限分辨角(弥散斑大小)
弥散班允许值——接收器的特性(接收 单位尺寸)——入瞳(大小、位置)
4、讨论
4)照相物镜:当共轭面的β一定时, f ’ 越长,则对准平面越远,即p越大, 景深越大。
三、小结
• 1、相关概念:
景深、对准平面和景象平面、远景平面和远景深度(后)、 近景平面和近景深度(前)等
• 2、影响因素: • 3、具体光学系统的景深
补充概念:焦深
4.4 远心光路
光学仪器中有相当一部分仪器用于长度测量。大致分为两种:
景深与系统的对准平面位置及入瞳直径有关,根据景深的计算公式,可以 得出如下结论:
1)入瞳直径2a越大,景深Δ越小。照相时,缩小或加大光圈,使得景深加大或 减小,就是这个道理。
2)对准平面至入瞳的距离P越大,景深Δ越大。对于照相物镜,对准平面至入 瞳的距离即为拍摄距离,拍摄距离越大,景深则Δ越大。
3) 弥散斑的允许值越大,景深Δ越大。顺便指出,弥散斑的允许值一般是在正 确透视距离的条件下给定的。以正确透视距离观察照片时,照片上各像点对眼睛 的张角与直接观察该空间物体时各对应点点对眼睛的张角相等,此时能够获得正 确的空间感觉。
二、 光学系统的景深
1、问题:
• 1)弥散班的大小与入瞳(大小、位置)有关。当弥散班 小于一定限度时可以认为是一点——与接收器的分辨力有 关
2)当光瞳一定(大小、位置)在物空间(对准平面 附近)多大的深度范围内物体能在景象平面上成清晰 像(弥散班较小)
——缩小光瞳时,弥散斑也将缩小,当光瞳缩小到一定程度时(允许 值),就能保证对准平面附近(前后)一定距离的物点都能成清晰的 像。这个距离就是景深。 ——光瞳对于物平面的距离有一定范围。
4.3 光学系统的景深
一、光学系统的空间像
1、引例:
前面我们已经对垂轴平面上物体的成像进行了讨论。 属于这一类成像光学仪器的有某些显微镜、照相复制 镜头和电影放映机等。
实际上,还有较多的光学仪器要求在某个像平面 上给出整个空间或部分空间的像(即空间物的平面像, 又称平面上的空间像),如照相机、电影摄影机和望 远镜等,眼睛也属于此类。
物成空间像
照相机:立体物(空间物)成平面像
矛盾?非完善成像!
2)空间像的形成(图解) ——可以利用主光线求空间点的平面像
•对准平面与景象平面共轭 •考察对准平面之外的点
AB—对准平面
B
B1
B01
a
b
Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B02
B03
B3
B2
B4
B04
A’B’—景像平面
入瞳 出瞳
P P’
B4”
B4’
B2”
B3”
B3’ B2’
照相机——立体物(空间物)成平面像
——平面上的空间像(照片)
一、光学系统的空间像
理论上,立体空间经光学系统成像时,只有与像 平面共轭的那个平面上的物点能真正成像于该像平面 上,其它非共轭平面上的物点在这个像平面上只能得 到相应光束的截面,即弥散斑。
一、光学系统的空间像
2、理论分析: 1)理想光学系统的共线成像理论 • 点物成点像——平面物成平面像——空间
二、 光学系统的景深
2、景深的概念 1)能在景象平面上获得空间物体的清晰平 面像的空间深度——成像空间的景深
2)对准平面附近一定空间深度内的空 间物体能够通过光学系统在景象平面上 清晰成像,这个距离就是景深。
这样,景深的概念还可以表述为:能在景象
平面上获得空间物体的清晰平面像的空间深度, 即成像空间的景深。也可表述为,对准平面附近 一定空间深度内的空间物体能够通过光学系统在 景象平面上清晰成像,这个空间深度就是光学系 统的景深。
A’
a’
B1”
B1’
b’
B’
一、光学系统的空间像
空间点B1和B2 位于物平面A 以外, 其像B1’和B2’也在 像平面A’以外,在 像平面A’上得到的 这两点的成像光束 的截面Z1’和Z2’, 他们分别与物空间 中的相应光束在A 平面的截面Z1和Z2 共轭。
如果弥散斑足够小,如它对眼睛的张角小于眼睛的 最小分辨角(约为1分),眼睛看起来并无不清楚的感 觉。此时,弥散斑Z1’和Z2’可以认为是空间点B1和B2 在平面上A’的像,它们的位置由空间点的主光线和像 平面的交点决定。他们的大小与入瞳大小和空间点至共 轭平面A的距离有关。
4.5 光学系统的景深
• 由于任何光能接收器,例如眼睛、感光乳胶等都存在缺陷, 因此并不要求像平面上所有的像点均为几何点。可以根据 接收器的特性,对这些像给予一个允许值,也就是对像面 上空间点所成的弥散斑的大小给出一个限制或质量标准, 使其不超过光能接收器的分辨能力。
• 在这个限制以内,我们可以认为一定范围内的空间点在像 平面上的像是清晰的。这样,光学仪器的性能和应用范围 也因此得以扩大。
一种用于测量垂轴长度,光学系统有准确的放大率,使被 测物之像与一刻度相比,便可求知被测物之长度,如工具 显微镜等计量光学仪器;
另一种用于测量轴向长度,把一标尺放在不同位置,光学 系统的放大率因标尺位置不同而改变,读出标尺像上的某 个数值,从而求得仪器到标尺间的距离,如经纬仪、水准 仪等大地测量仪器的测距装置。标尺置于望远物镜前方要 测的距离处,物镜后面分划板平面上有一对间隔为已知的 测距丝。