应用光学课件 (7)[41页]
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思考题：
显微系统中，孔径光阑位于不同位置对成像和系统 结构尺寸有哪些影响？
§4.4 光学系统的景深
§4.4.1 光学系统的空间像 §4.4.2 光学系统的景深 §4.4.3 例题
§4.4.1 光学系统的空间像
一、空间的物点成像：
图4-15
二、光瞳对成像的影响：
图4-16
三、视场对成像的影响：
图4-17
§4.1.4 视场光阑及入射窗、出射窗
注意其共轭关系
§4.1.5 照相光学系统小结
1）照相系统根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的 位置，大致在物镜的某个空气间隔中。（图4-6）
2）在有渐晕的情形下，轴外点光束宽度不仅由孔径 光阑的口径确定，而且还和渐晕光阑的口径有关。
3）照相光学系统中，感光底片的框子就是视场光阑。
图4-12b 显微镜测长原理（远心光路）
L为测量物镜，当孔径光阑位于像方焦平面时，可以 矫正由于调焦不准而带来的测量误差。（棕黄色为主光 线）
图4-12a
三、物方远心光路及其特点
图4-12b
§4.3.3 场镜的应用
图4-13
一、场镜：
和像平面重合或者很靠近的透镜。
二、场镜的作用：
压低光线减小后续光路通光口径。
§4.3.4 显微镜光学系统小结
1）一般显微镜系统中，孔径光阑置于显微物镜上；一 次实像面处安装系统的视场光阑。
2）当显微镜系统用于测量长度时，为了消除误差，孔 径光阑安装在显微物镜的像方焦面处，称为“物方远心 光路”。 3）在长光路系统中，往往利用场镜达到前后系统的光 瞳衔接，以减小光学零件的口径。
§4.2.2 望远系统中的光束限制
图4-8 望远系统简化图
一、光瞳衔接原则：
前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合。
二、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。
三、孔径光阑处于不同位置时的成像光束：
图4-10
§4.2.3 望远光学系统小结
1）两个光学系统连用时，一般应满足光瞳衔接原则； 2）目视光学系统的出瞳一般在外，且lz’>6mm； 3）望远系统的孔径光阑大致在物镜左右； 4）若放分划板，则分划板框为望远系统的视场光阑。
就限制轴上点的光束宽度而言，孔径光阑处于什么 位置，成像并没有区别。
图4-3 孔径光阑对轴外点光束的限制
就限制轴外点的光束宽度而言，孔径光阑位置对成 像产生较大影响。
图4-4 轴外源自文库束的渐晕
透镜的边框起到“拦光”的作用（渐晕光阑）。
渐晕系数：
K Dw D
图4-5 光阑与光阑的像
图4-6 光阑位置示意
§4.1.1 照相系统的基本结构
图4-1 照相机系统简图
§4.1.2 概念
一、光阑：
限制成像光束的光孔或限制成像范围的光孔或框。
二、孔径光阑：
限制进入光学系统的成像光束的光孔口径的光阑。
三、视场光阑：
限制成像范围的光阑。
§4.1.3 孔径光阑的作用
1、孔径光阑对轴上点光束的限制：（图4-2） 2、孔径光阑对轴外点光束的限制（图4-3） 3、渐晕、渐晕光阑以及渐晕系数：（图4-4) 4、入瞳和出瞳：（图4-5）
工程光学上篇 几何光学
目录
第一章 几何光学基本定律与成像概念 第二章 理想光学系统 第三章 平面与平面系统 第四章 光学系统中的光束限制 第六章 光线的光路计算及相差理论 第七章 典型光学系统 第九章 光学系统的像质评价和像差公差
第四章 光学系统中的光速限制
实际光学系统不是理想光学系统，必须限制参与 成像的光束宽度和成像范围，以保证成像质量。
当把对准平面调焦在无限远时，求其近景位置；若使远 景平面在无限远，求对准平面位置和近景位置。
P1
2ap
2a p
P2
2ap
2a p
例二：设ε=l’=0.00029rad，入射光瞳直径2a=10mm，
若使物镜调焦在10m处，即P=1000mm，求远景、近景深 度和位置。
1
p2 2a p
2
p2 2a p
图4-7 双目望远镜系统
图4-10 光阑位置对轴外光束位置的选择
1）光阑位于（1）时， 光束上半部分参与成像。 2）光阑位于（2）时， 光束中间部分参与成像。
3）光阑位于（3）时， 光束中间部分参与成像。
图4-8 望远镜系统简化图
图4-12a 显微镜测长原理
L为测量物镜，当物镜框为孔径光阑时，由于调焦不 准，其测量存在误差。
§4.5 本章小结
掌握光阑定义。 掌握孔径光阑，入射光瞳，出射光瞳定义，三者之间关系。 掌握视场光阑，入射窗，出射窗定义，三者之间关系。 了解渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的 关系 掌握物方远心光路的工作原理。 了解光瞳衔接原则及其作用。
图4-2 孔径光阑对轴上点光束的限制
§4.3 显微镜系统中的光束限制与分析
§4.3.1 简单显微镜系统的光束限制 §4.3.2 远心光路 §4.3.3 场镜的应用 §4.3.4 显微镜光学系统小结
§4.3.1 简单显微镜系统的光束限制
图4-11 显微镜系统光路
§4.3.2 远心光路
一、显微镜测长原理 二、孔径光阑的位置对测量误差的影响
§4.4.2 光学系统的景深
（图4-18）
一、概念：
景深Δ：成清晰像的空间深度
远景深度：远景平面距对准平面的距离
近景平面：近景平面距对准平面的距离
二、景深公式：
=1
2
4ap2 4a2 p2 2
三、正确透视条件（图4-19）：
§4.4.3 例题
例一：设ε=l’=0.00029rad，入射光瞳直径2a=10mm，
4）孔径光阑的形状一般为圆形，而视场光阑的形状 为圆形或矩形等。
§4.2 望远系统中成像光束的选择
§4.2.1 望远系统的基本结构和光学数据 §4.2.2 望远系统中的光束限制 §4.2.3 望远光学系统小结
§4.2.1 望远系统中成像光束的选择
一、光学结构：（图4-7） 二、光学数据：
视角放大率：Γ 视场角：2W 出瞳直径：D’ 出瞳距离：lz’ 物镜焦距：f物’ 目镜焦距：f目’
➢ 主要内容：
§4.1 照相系统和光阑 §4.2 望远镜系统成像光束的选择 §4.3 显微镜系统中的光束限制与分析 §4.4 光学系统的景深 §4.5 本章小结
§4.1 照相系统和光阑
§4.1.1 照相系统的基本结构 §4.1.2 概念 §4.1.3 孔径光阑的作用 §4.1.4 视场光阑及入射窗、出射窗 §4.1.5 照相光学系统小结
显微系统中，孔径光阑位于不同位置对成像和系统 结构尺寸有哪些影响？
§4.4 光学系统的景深
§4.4.1 光学系统的空间像 §4.4.2 光学系统的景深 §4.4.3 例题
§4.4.1 光学系统的空间像
一、空间的物点成像：
图4-15
二、光瞳对成像的影响：
图4-16
三、视场对成像的影响：
图4-17
§4.1.4 视场光阑及入射窗、出射窗
注意其共轭关系
§4.1.5 照相光学系统小结
1）照相系统根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的 位置，大致在物镜的某个空气间隔中。（图4-6）
2）在有渐晕的情形下，轴外点光束宽度不仅由孔径 光阑的口径确定，而且还和渐晕光阑的口径有关。
3）照相光学系统中，感光底片的框子就是视场光阑。
图4-12b 显微镜测长原理（远心光路）
L为测量物镜，当孔径光阑位于像方焦平面时，可以 矫正由于调焦不准而带来的测量误差。（棕黄色为主光 线）
图4-12a
三、物方远心光路及其特点
图4-12b
§4.3.3 场镜的应用
图4-13
一、场镜：
和像平面重合或者很靠近的透镜。
二、场镜的作用：
压低光线减小后续光路通光口径。
§4.3.4 显微镜光学系统小结
1）一般显微镜系统中，孔径光阑置于显微物镜上；一 次实像面处安装系统的视场光阑。
2）当显微镜系统用于测量长度时，为了消除误差，孔 径光阑安装在显微物镜的像方焦面处，称为“物方远心 光路”。 3）在长光路系统中，往往利用场镜达到前后系统的光 瞳衔接，以减小光学零件的口径。
§4.2.2 望远系统中的光束限制
图4-8 望远系统简化图
一、光瞳衔接原则：
前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合。
二、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。
三、孔径光阑处于不同位置时的成像光束：
图4-10
§4.2.3 望远光学系统小结
1）两个光学系统连用时，一般应满足光瞳衔接原则； 2）目视光学系统的出瞳一般在外，且lz’>6mm； 3）望远系统的孔径光阑大致在物镜左右； 4）若放分划板，则分划板框为望远系统的视场光阑。
就限制轴上点的光束宽度而言，孔径光阑处于什么 位置，成像并没有区别。
图4-3 孔径光阑对轴外点光束的限制
就限制轴外点的光束宽度而言，孔径光阑位置对成 像产生较大影响。
图4-4 轴外源自文库束的渐晕
透镜的边框起到“拦光”的作用（渐晕光阑）。
渐晕系数：
K Dw D
图4-5 光阑与光阑的像
图4-6 光阑位置示意
§4.1.1 照相系统的基本结构
图4-1 照相机系统简图
§4.1.2 概念
一、光阑：
限制成像光束的光孔或限制成像范围的光孔或框。
二、孔径光阑：
限制进入光学系统的成像光束的光孔口径的光阑。
三、视场光阑：
限制成像范围的光阑。
§4.1.3 孔径光阑的作用
1、孔径光阑对轴上点光束的限制：（图4-2） 2、孔径光阑对轴外点光束的限制（图4-3） 3、渐晕、渐晕光阑以及渐晕系数：（图4-4) 4、入瞳和出瞳：（图4-5）
工程光学上篇 几何光学
目录
第一章 几何光学基本定律与成像概念 第二章 理想光学系统 第三章 平面与平面系统 第四章 光学系统中的光束限制 第六章 光线的光路计算及相差理论 第七章 典型光学系统 第九章 光学系统的像质评价和像差公差
第四章 光学系统中的光速限制
实际光学系统不是理想光学系统，必须限制参与 成像的光束宽度和成像范围，以保证成像质量。
当把对准平面调焦在无限远时，求其近景位置；若使远 景平面在无限远，求对准平面位置和近景位置。
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例二：设ε=l’=0.00029rad，入射光瞳直径2a=10mm，
若使物镜调焦在10m处，即P=1000mm，求远景、近景深 度和位置。
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图4-7 双目望远镜系统
图4-10 光阑位置对轴外光束位置的选择
1）光阑位于（1）时， 光束上半部分参与成像。 2）光阑位于（2）时， 光束中间部分参与成像。
3）光阑位于（3）时， 光束中间部分参与成像。
图4-8 望远镜系统简化图
图4-12a 显微镜测长原理
L为测量物镜，当物镜框为孔径光阑时，由于调焦不 准，其测量存在误差。
§4.5 本章小结
掌握光阑定义。 掌握孔径光阑，入射光瞳，出射光瞳定义，三者之间关系。 掌握视场光阑，入射窗，出射窗定义，三者之间关系。 了解渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的 关系 掌握物方远心光路的工作原理。 了解光瞳衔接原则及其作用。
图4-2 孔径光阑对轴上点光束的限制
§4.3 显微镜系统中的光束限制与分析
§4.3.1 简单显微镜系统的光束限制 §4.3.2 远心光路 §4.3.3 场镜的应用 §4.3.4 显微镜光学系统小结
§4.3.1 简单显微镜系统的光束限制
图4-11 显微镜系统光路
§4.3.2 远心光路
一、显微镜测长原理 二、孔径光阑的位置对测量误差的影响
§4.4.2 光学系统的景深
（图4-18）
一、概念：
景深Δ：成清晰像的空间深度
远景深度：远景平面距对准平面的距离
近景平面：近景平面距对准平面的距离
二、景深公式：
=1
2
4ap2 4a2 p2 2
三、正确透视条件（图4-19）：
§4.4.3 例题
例一：设ε=l’=0.00029rad，入射光瞳直径2a=10mm，
4）孔径光阑的形状一般为圆形，而视场光阑的形状 为圆形或矩形等。
§4.2 望远系统中成像光束的选择
§4.2.1 望远系统的基本结构和光学数据 §4.2.2 望远系统中的光束限制 §4.2.3 望远光学系统小结
§4.2.1 望远系统中成像光束的选择
一、光学结构：（图4-7） 二、光学数据：
视角放大率：Γ 视场角：2W 出瞳直径：D’ 出瞳距离：lz’ 物镜焦距：f物’ 目镜焦距：f目’
➢ 主要内容：
§4.1 照相系统和光阑 §4.2 望远镜系统成像光束的选择 §4.3 显微镜系统中的光束限制与分析 §4.4 光学系统的景深 §4.5 本章小结
§4.1 照相系统和光阑
§4.1.1 照相系统的基本结构 §4.1.2 概念 §4.1.3 孔径光阑的作用 §4.1.4 视场光阑及入射窗、出射窗 §4.1.5 照相光学系统小结