五光学系统中光束限制精品PPT课件
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➢光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可少的零件。
Chapter 5 光束限制
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
5.1 孔径光阑
孔径光阑 (Aperture stop)--- 限制成像光束立体角, 决定了 轴上点成像光束中最边缘光线的倾斜角(光束的孔径角)
The aperture stop (AS) is defined to be the stop or lens ring, which physically limits the solid angle of rays passing through the system from an on-axis object point. The aperture stop limits the brightness of an image.
确定方法可以通过图解法，也可以通过解析法。
Chapter 5 光束限制
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
例 已知一光学系统由三个零件组成，透镜1其焦距 f1′= -
f1 =100mm，口径D1 = 40mm；透镜2的焦距f2′= - f2 =120mm， 口径D2 = 30mm，它和透镜1之间的距离为d1 = 20mm；光阑3 口径为20mm，它和透镜2之间的距离d2 = 30mm。物点A的位 置L1 = -200mm，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。
Chapter 5 光束限制
第五章 光学系统中光束限制
5.1 5.2 视场光阑 5.3 渐晕光阑与渐晕系数 5.4 光学系统的景深
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
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。从光学设计的 角度看，如何合理的选择成像光束是必须分析的问 题。光学系统不同，对参与成像的光束位置和宽度
主光线必然通过孔径光阑中心和出瞳中心.
主光线是物面各点发出的成像光束的中心光线. 通过入瞳边缘的光线也必通过孔径光阑和出瞳的边缘。 光学系统中的孔径光阑只是对一定的物体而言. 物体位置变化, 原来的孔阑可能会失去限制光束的作用, 成像光束被其他光孔限 制.
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
出射光瞳对像面中心点A’的张角P’1A’P’2: 像方孔径角U
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
入射光瞳经整个光学系统成的像为出射光瞳, 两者对整个光学 系统共轭.
若孔径光阑位于系统的最前边，则系统的入瞳就是孔径光阑； 若孔径光阑位于系统的最后边，则孔径光阑是系统的出瞳 主光线（或主光线的延长线）必通过入瞳、孔径光阑和出瞳 的中心。 主光线是物面上各点成像光束的的中心线,他们构成了以入 瞳中心为顶点的同心光束.
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
确定孔径光阑的方法
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
M1 M2
N1
L
N2
孔径光阑对轴上点的光束和轴外光束限制
12
Chapter 5 光束限制
出射光瞳
P1′
L1
L2
-U
-y
P'
U— 物方孔径角
P2′
U′— 像方孔径角
Q Q Q2
孔径光阑
入射光瞳
P1
U' y' P
P2
Chapter 5 光束限制
入瞳(Entrance pupil) :孔径光阑被其前面的光学镜组在物空 间所成的像.
入射光瞳对轴上物点A的张角P1AP2: 物方孔径角U 对轴上点边缘光线做光路计算时所取的孔径角为该角. 通过物点和入射光瞳中心的光线称为主光线(Chief ray) 通过物点和入瞳边缘的光线称为边缘光线 (marginal ray)
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
Q1Q2: 孔径光阑 P’1P’2 : 出瞳
要求也不同。
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
光阑 --- 在光学系统中限制成像光束口径、或者 是限制成像范围的光孔或框称为光阑。
分为: 孔径光阑
视场光阑 渐晕光阑
B1 A1
A2
B2
L
B
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
➢夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）限制了成像
光束的大小。 ➢光孔的大小是可变化的，这种光阑称为“可变光阑” 。
1) 把光具组中所有光阑当作物，逐个地相对其前方系 统成像。
2) 由轴上物点向每个像的边缘引直线，其中与主光轴 所夹锐角最小的入射孔径角对应的像即为入射光瞳， 入射光瞳对应的共轭物即为孔径光阑。
Chapter 5 光束限制
当实际光组中有多个光阑时，确定方法为： ⑴：各个光学孔径成像到物空间； ⑵：由物点向光阑像边缘引光线，找出光线与光轴的夹角； ⑶：夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑。
实际离开光学系统的光量由出瞳决定. 出瞳是物面上各点成像光束自系统出射时的公共出口. 出瞳是入瞳经整个系统成的像.
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
Q1Q2: 孔径光阑 P1P2 : 入瞳
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
实际进入光学系统的光量由入瞳决定. 入瞳决定了物点成像光束的最大孔径,并且是物面上 各点成像光束的公共入口.
Chapter 5 光束限制
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
出瞳(Exit Pupil): 孔径光阑被其后面的镜组在系统像空间所 成的像.
D1
D2
D3
A
F1,F2
L1
d1 d2
Chapter 5 光束限制
图解法
为了使各光阑和物点A产生直接联系，把它们全部
成像到物空间去。
D3 '
D1Biblioteka Baidu
D2 D2 '
D3
Chapter 5 光束限制
由物点向各个像边缘引光线，得到夹角最小者所对应 的光阑即为孔径光阑。
D’3
Chapter 5 光束限制
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
5.1 孔径光阑
孔径光阑 (Aperture stop)--- 限制成像光束立体角, 决定了 轴上点成像光束中最边缘光线的倾斜角(光束的孔径角)
The aperture stop (AS) is defined to be the stop or lens ring, which physically limits the solid angle of rays passing through the system from an on-axis object point. The aperture stop limits the brightness of an image.
确定方法可以通过图解法，也可以通过解析法。
Chapter 5 光束限制
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
例 已知一光学系统由三个零件组成，透镜1其焦距 f1′= -
f1 =100mm，口径D1 = 40mm；透镜2的焦距f2′= - f2 =120mm， 口径D2 = 30mm，它和透镜1之间的距离为d1 = 20mm；光阑3 口径为20mm，它和透镜2之间的距离d2 = 30mm。物点A的位 置L1 = -200mm，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。
Chapter 5 光束限制
第五章 光学系统中光束限制
5.1 5.2 视场光阑 5.3 渐晕光阑与渐晕系数 5.4 光学系统的景深
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
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。从光学设计的 角度看，如何合理的选择成像光束是必须分析的问 题。光学系统不同，对参与成像的光束位置和宽度
主光线必然通过孔径光阑中心和出瞳中心.
主光线是物面各点发出的成像光束的中心光线. 通过入瞳边缘的光线也必通过孔径光阑和出瞳的边缘。 光学系统中的孔径光阑只是对一定的物体而言. 物体位置变化, 原来的孔阑可能会失去限制光束的作用, 成像光束被其他光孔限 制.
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
出射光瞳对像面中心点A’的张角P’1A’P’2: 像方孔径角U
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
入射光瞳经整个光学系统成的像为出射光瞳, 两者对整个光学 系统共轭.
若孔径光阑位于系统的最前边，则系统的入瞳就是孔径光阑； 若孔径光阑位于系统的最后边，则孔径光阑是系统的出瞳 主光线（或主光线的延长线）必通过入瞳、孔径光阑和出瞳 的中心。 主光线是物面上各点成像光束的的中心线,他们构成了以入 瞳中心为顶点的同心光束.
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
确定孔径光阑的方法
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
M1 M2
N1
L
N2
孔径光阑对轴上点的光束和轴外光束限制
12
Chapter 5 光束限制
出射光瞳
P1′
L1
L2
-U
-y
P'
U— 物方孔径角
P2′
U′— 像方孔径角
Q Q Q2
孔径光阑
入射光瞳
P1
U' y' P
P2
Chapter 5 光束限制
入瞳(Entrance pupil) :孔径光阑被其前面的光学镜组在物空 间所成的像.
入射光瞳对轴上物点A的张角P1AP2: 物方孔径角U 对轴上点边缘光线做光路计算时所取的孔径角为该角. 通过物点和入射光瞳中心的光线称为主光线(Chief ray) 通过物点和入瞳边缘的光线称为边缘光线 (marginal ray)
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
Q1Q2: 孔径光阑 P’1P’2 : 出瞳
要求也不同。
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
光阑 --- 在光学系统中限制成像光束口径、或者 是限制成像范围的光孔或框称为光阑。
分为: 孔径光阑
视场光阑 渐晕光阑
B1 A1
A2
B2
L
B
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
➢夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）限制了成像
光束的大小。 ➢光孔的大小是可变化的，这种光阑称为“可变光阑” 。
1) 把光具组中所有光阑当作物，逐个地相对其前方系 统成像。
2) 由轴上物点向每个像的边缘引直线，其中与主光轴 所夹锐角最小的入射孔径角对应的像即为入射光瞳， 入射光瞳对应的共轭物即为孔径光阑。
Chapter 5 光束限制
当实际光组中有多个光阑时，确定方法为： ⑴：各个光学孔径成像到物空间； ⑵：由物点向光阑像边缘引光线，找出光线与光轴的夹角； ⑶：夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑。
实际离开光学系统的光量由出瞳决定. 出瞳是物面上各点成像光束自系统出射时的公共出口. 出瞳是入瞳经整个系统成的像.
Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
Q1Q2: 孔径光阑 P1P2 : 入瞳
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
实际进入光学系统的光量由入瞳决定. 入瞳决定了物点成像光束的最大孔径,并且是物面上 各点成像光束的公共入口.
Chapter 5 光束限制
Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
出瞳(Exit Pupil): 孔径光阑被其后面的镜组在系统像空间所 成的像.
D1
D2
D3
A
F1,F2
L1
d1 d2
Chapter 5 光束限制
图解法
为了使各光阑和物点A产生直接联系，把它们全部
成像到物空间去。
D3 '
D1Biblioteka Baidu
D2 D2 '
D3
Chapter 5 光束限制
由物点向各个像边缘引光线，得到夹角最小者所对应 的光阑即为孔径光阑。
D’3