应用光学光阑概要.ppt

第五章第五章 光学系光学系统中成像光束中成像光束的的选择2024/5/27周一1.组成光学系成光学系统的所有零件都有一定的的所有零件都有一定的尺寸大小尺寸大小实际的光学系的光学系统除了除了应满足前述的足前述的物象物象共共轭位置关系和成像放大率位置关系和成像放大率的要求外，的要求外，还要有一定的要有一定的成像范成像范围没有没有对光学零件的大小加以限制光学零件的大小加以限制 2024/5/27周一2.装装夹透透镜和其他零件的金属框的内孔和其他零件的金属框的内孔边缘就是限制光束的光孔，就是限制光束的光孔，这个光孔个光孔对光光学零件来学零件来说被称被称为“通光孔径通光孔径”由一点由一点发出能出能进入透入透镜或光学系或光学系统的光的光束，其立体角大小决定于透束，其立体角大小决定于透镜的直径的直径 5-1 光光阑及其作用及其作用 2024/5/27周一3.光阑的定义：夹持光学零件的金属框（透持光学零件的金属框（透镜框、框、棱棱镜框）限制了成像光束的大小，框）限制了成像光束的大小，光学中光学中这种限制成像光束的光孔称种限制成像光束的光孔称为光光阑。光孔的大小是可光孔的大小是可变化的，化的，这种光种光阑称称为“可可变光光阑”光光阑是是实际光学系光学系统成成满意（完善）像必意（完善）像必不可少的零件。不可少的零件。2024/5/27周一4.光阑在光学系统中的作用：决定像面的照度。决定像面的照度。决定系决定系统的的视场。限制光束中偏离理想位置的一些限制光束中偏离理想位置的一些光光线，用以改善系，用以改善系统的成像的成像质量量 拦截系截系统中有害的中有害的杂散光。散光。2024/5/27周一5.光光阑按上述的作用分按上述的作用分为：孔径光孔径光阑视场光光阑消消杂光光光光阑渐晕光光阑孔径光孔径光阑：它是它是限制限制轴上物点成像光束上物点成像光束立体角（立体角（锥角）的光角）的光阑。也就是起到决定能通也就是起到决定能通过光学系光学系统的光能（即像的光能（即像平面照度）作用的光平面照度）作用的光阑。2024/5/27周一6.以普通照相机来以普通照相机来说明光明光阑可可变光光阑底片底片2024/5/27周一7.孔径光阑A()BCv孔孔阑依当依当时的条件而定。物体位置的条件而定。物体位置变，孔，孔阑可能可能也也变。2024/5/27周一8.例一应使所有光孔使所有光孔处于同一空于同一空间A AA AF F2024/5/27周一9.视场光光阑限制物平面或物空限制物平面或物空间能被光学系能被光学系统成成像的最大范像的最大范围的光的光阑称称为视场光光阑。渐晕光光阑光光阑以减少以减少轴外像差外像差为目的，使物空目的，使物空间轴外点外点发出的、原本能通出的、原本能通过上述两上述两种光孔的成像光束只能部分通种光孔的成像光束只能部分通过，这种光种光阑称称为渐晕光光阑。2024/5/27周一10.渐晕光阑由轴外发出的充满入瞳的光被部分遮拦的现象叫渐晕.引起渐晕的光阑称渐晕光阑A AB B1 1B B3 3渐晕系数：系数：K=DK=DW W/D/DB B2 22024/5/27周一11.消消杂光光光光阑这种光种光阑不限制通不限制通过光学系光学系统中的成像光束，只中的成像光束，只限制那些从非成像物体射来的光、光学系限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折各折射面反射的光和射面反射的光和仪器内壁反射的光等，器内壁反射的光等，这些光些光阑称称为消消杂光光光光阑。物物镜消消杂光光光光阑分划板2024/5/27周一12.5-2 孔径光孔径光阑、入瞳、出瞳、入瞳、出瞳v例例5-1 已知一光学系已知一光学系统由三个零件由三个零件组成，成，v透透镜1其焦距其焦距 f1=-f1=100mm，口径，口径D1=40mm；v透透镜2的焦距的焦距f2=-f2=120mm，口径，口径D2=30mm，v它和透它和透镜1之之间的距离的距离为d1=20mm；v光光阑3口径口径为20mm，它和透，它和透镜2之之间的距离的距离d2=30mm。v物点物点A的位置的位置L1=-200mm;v试确定确定该光光组中，哪一个光孔是孔径光中，哪一个光孔是孔径光阑。2024/5/27周一13.解：由于透解：由于透镜1 1的前面没有任何光的前面没有任何光组，所以它本身，所以它本身就是在物空就是在物空间的像。的像。先求透先求透镜2被透被透镜1所成的像。因所成的像。因为 f1=-f1=100mm，l=20mm，利用高斯公式：，利用高斯公式：2024/5/27周一14.再求光再求光阑3 3被前面光被前面光组所成的像所成的像。必必须注意：注意：为了求得光了求得光阑3 3在物空在物空间的像，要使它的像，要使它对透透镜1 1、2 2成像。成像。2024/5/27周一15.先求光先求光阑3 3被透被透镜2 2所成的像，在求所成的像，在求该像被透像被透镜1 1在物空在物空间所成的像。所成的像。求法如上，因求法如上，因为l 2=30mm，y2=D3/2=10mm，利用高斯公式得，利用高斯公式得2024/5/27周一16.y2对透透镜1来来说是像，故是像，故 y1=y2=13.33mm 因因为l2=l1 d1，所以，所以2024/5/27周一17.再再对透透镜1 1求此像所求此像所对应的物，仍利用高斯的物，仍利用高斯公式：公式：求物平面中心点求物平面中心点A对各光各光阑像的像的张角角（在物（在物空空间的像）的像）2024/5/27周一18.物点物点A对光光阑D1 的的张角角对D2 的的张角角对光光阑D3 的的张角角u2 为最小，最小，说明光明光阑像像D2 限制了物点的限制了物点的孔径角孔径角，故，故透透镜2为孔径光孔径光阑。2024/5/27周一19.-y-UPP1P2PP1P2UyQQ2Q出射光瞳出射光瞳入射光瞳入射光瞳孔径光孔径光阑L1L2U 物方孔径角物方孔径角U 像方孔径角像方孔径角2024/5/27周一20.将此光将此光阑Q1Q Q2通通过其前面的透其前面的透镜成成像到物空像到物空间去，去，则其像其像P1PP2 就决定就决定了光学系了光学系统的物方孔径角的物方孔径角（由孔径光由孔径光阑决定的光决定的光锥角称角称为孔径角孔径角）U（这一限制一限制轴上点上点光束孔径角的光光束孔径角的光阑）孔径光孔径光阑被其前面的光被其前面的光组在光学系在光学系统物空物空间所成的像称所成的像称为入射光瞳入射光瞳，简称称入瞳。入瞳。2024/5/27周一21.孔径光孔径光阑Q1QQ2被被其后面的其后面的透透镜（光（光组）在）在像空像空间所成的像所成的像P1PP2 称称为出射光瞳出射光瞳，简称称出瞳出瞳，其决定了系，其决定了系统像方孔径角像方孔径角U 与入射光瞳、出射光瞳与入射光瞳、出射光瞳对应的那个的那个实际起着限制光束作用的光起着限制光束作用的光阑Q1QQ2即即为孔径光孔径光阑。2024/5/27周一22.入射光瞳通入射光瞳通过整个光学系整个光学系统所成的像就是所成的像就是出射光瞳出射光瞳 入瞳入瞳与与出瞳出瞳对整个光学系整个光学系统是是共共轭的的。如果光如果光阑在整个光学系在整个光学系统的像空的像空间，那么它本身也就是那么它本身也就是出射光瞳出射光瞳；反之，若在物空反之，若在物空间，它就是，它就是入射光瞳入射光瞳2024/5/27周一23.将光学系将光学系统中所有光学零件的通光中所有光学零件的通光孔分孔分别通通过其前面的光学零件成像其前面的光学零件成像到整个系到整个系统的的物空物空间去，系去，系统的入的入射光瞳必然是其中射光瞳必然是其中对物面中心的物面中心的张角角为最小最小的一个。的一个。2024/5/27周一24.QQQ2A-UQ1QQ2入射光瞳入射光瞳孔径光孔径光阑L1L2 2L22024/5/27周一25.PL1AU孔径光孔径光阑QQ2QL2P P 出射光瞳出射光瞳L12024/5/27周一26.孔阑、入瞳和出瞳入瞳入瞳整个光学系整个光学系统出瞳出瞳孔孔阑孔孔阑前的光学系前的光学系统孔孔阑后的光学系后的光学系统共共轭共共轭2024/5/27周一27.通通过入射光瞳入射光瞳中心中心的光的光线称称为主光主光线由于共由于共轭关系，主光关系，主光线也必然通也必然通过孔径光孔径光阑中心中心和出瞳中心。和出瞳中心。显然，主光然，主光线是各个物点是各个物点发出的成像出的成像光束的光束光束的光束轴线。光束的孔径角是表征光束的孔径角是表征实际光学系光学系统功能的重功能的重要性能参数之一。要性能参数之一。它不但决定了像面的它不但决定了像面的照度照度，而且，而且还决定决定了光学系了光学系统分辨能力分辨能力 2024/5/27周一28.对于不同于不同类型的光学系型的光学系统，有不同的表示方法来表征，有不同的表示方法来表征这种种孔径角相孔径角相应的性能参数的性能参数 显微系微系统和投影系和投影系统的物的物镜常用常用nsinsinU Umaxmax表示，被称之表示，被称之为数数值孔径孔径，用，用NANA表示，即表示，即 n n 物方空物方空间的介的介质折射率。折射率。物方孔径角物方孔径角U Umaxmax越大，其越大，其数数值孔径孔径也越大也越大 进入系入系统的光能越多，理的光能越多，理论分辨本分辨本领越高越高2024/5/27周一29.望望远系系统和和摄影系影系统常用常用相相对孔径孔径A来表示来表示 D 入瞳直径入瞳直径 f物物镜焦距焦距 相相对孔径孔径A越大，表明能越大，表明能进入系入系统的光能也越多的光能也越多而照相机，而照相机，则常用另一个常用另一个术语光光阑指数指数，用，用F来表来表示，它是相示，它是相对孔径的倒数，即孔径的倒数，即F俗称俗称光圈光圈，相，相对孔径越大孔径越大时，光圈数，光圈数值愈小愈小。2024/5/27周一30.必须注意：光学系光学系统的孔径光的孔径光阑只是只是对一定位置的一定位置的物体而言的物体而言的如果物体位置如果物体位置发生生变化，原来限制光束的孔径光化，原来限制光束的孔径光阑将会失去限制光束的作用，光束会被其他光孔将会失去限制光束的作用，光束会被其他光孔所限制。所限制。对于于无限无限远的物体的物体，光学系，光学系统的所有光孔被其前的所有光孔被其前面的光学零件在物空面的光学零件在物空间所成的像中，直径最小的所成的像中，直径最小的一个光孔像就是系一个光孔像就是系统的入瞳。的入瞳。2024/5/27周一31.例例5-15-1已知一光学系已知一光学系统由三个零件由三个零件组成，成，透透镜1 1其焦距其焦距 f f1 1=-f-f1=100mm1=100mm，口径，口径D D1=40mm1=40mm；透透镜2 2的焦距的焦距f f2 2=-f-f2=120mm2=120mm，口径，口径D D2=30mm2=30mm，它和透它和透镜1 1之之间的距离的距离为d d1=20mm1=20mm；光光阑3 3口径口径为20mm20mm，它和透，它和透镜2 2之之间的距离的距离d d2=30mm2=30mm。物点物点A A的位置的位置L L1=-100mm1=-100mm;试确定确定该光光组中，哪一个光孔是孔径光中，哪一个光孔是孔径光阑。2024/5/27周一32.4-3 视场光光阑、入射窗、出射窗、入射窗、出射窗光学系光学系统的成像范的成像范围是有限的是有限的:照相机中底片框限制了被成像范照相机中底片框限制了被成像范围的大的大小小 工具工具显微微镜中分划板的直径决定成像物中分划板的直径决定成像物体的大小体的大小这种限制物体成像范种限制物体成像范围的光的光阑称称为视场光光阑2024/5/27周一33.如果孔径光如果孔径光阑或入射光瞳都或入射光瞳都非常小非常小时，只有沿主光，只有沿主光线的一束无限的一束无限细光束能通光束能通过光学系光学系统 孔径光孔径光阑AL1L2BC出射光瞳出射光瞳入射窗入射窗PQP入射光瞳入射光瞳AB视场光光阑（出出射射窗窗）因此光学系因此光学系统的成像范的成像范围，便由，便由对主光主光线发生限制的生限制的光孔所决定。光孔所决定。2024/5/27周一34.与孔径光与孔径光阑类似，似，视场光光阑被其前面的被其前面的光光组在整个系在整个系统的物空的物空间所成的像称所成的像称为入射窗（入射窗（简称入窗）称入窗）。视场光光阑被其后面的光被其后面的光组在整个系在整个系统的像的像空空间所成的像称所成的像称为出射窗（出射窗（简称出窗）称出窗）2024/5/27周一35.把孔径光把孔径光阑以外的所有光孔通以外的所有光孔通过其前其前面的光面的光组成像，成像，则在在这些像中些像中入射窗入射窗对入瞳中心的入瞳中心的张角角为最小最小。可找出系可找出系统中哪一个光孔是中哪一个光孔是视场光光阑入射窗限制着物空入射窗限制着物空间的成像范的成像范围2024/5/27周一36.把除孔径光把除孔径光阑外的所有光孔通外的所有光孔通过其后面的光其后面的光组在整个系在整个系统的像空的像空间成像成像时，出射窗出射窗对出出射光瞳中心的射光瞳中心的张角角为最小最小。出射窗限制了像方出射窗限制了像方视场范范围入射窗和出射窗共入射窗和出射窗共轭。入射窗、入射窗、视场光光阑和出射窗在各自的空和出射窗在各自的空间对同一条主光同一条主光线起限制作用，起限制作用，主光主光线和光和光轴间的的夹角即表示整个光学系角即表示整个光学系统的的视场角。角。2024/5/27周一37.当物体在当物体在无限无限远时，常用，常用视场角角表示光学表示光学系系统的的视场，以，以2表示表示当物体在当物体在有限距离有限距离时，常用物高表示，常用物高表示视场，称称为线视场，以，以2y表示之表示之例例5-3 求例求例5-1中光中光组的的视场光光阑。f1=-f1=100mm，D1=40mm；f2=-f2=120mm，D2=30mm，d1=20mm；D3=20mm，d2=30mm，L1=-200mm求出系求出系统每一个光每一个光阑被它前面光被它前面光组在物空在物空间所成的像所成的像（此步（此步骤在在求孔径光求孔径光阑时已已经进行）行）2024/5/27周一38.D1 对入瞳中心的入瞳中心的张角角为D2 本身是入瞳，本身是入瞳，D3对入瞳中心的入瞳中心的张角角为D3对入瞳中心的入瞳中心的张角最小，故光角最小，故光阑3是是视场光光阑。2024/5/27周一39.入瞳入瞳出瞳出瞳D3 透透镜2 2（孔径光孔径光阑）D2透透镜1 1D1D1D2视场光光阑（出窗出窗）F1F2D3入窗入窗2024/5/27周一40.视场光光阑是是对一定位置的孔径光一定位置的孔径光阑而言的而言的当孔径光当孔径光阑位置改位置改变时，原来的，原来的视场光光阑将可能被另外的光孔所代替将可能被另外的光孔所代替 渐晕现象象以上只以上只讨论了入射光瞳了入射光瞳为无限小无限小时的情况的情况实际上光学系上光学系统的入射光瞳的入射光瞳总有一定的大小有一定的大小 2024/5/27周一41.在多数情况下，入射窗并不能完全决定光学在多数情况下，入射窗并不能完全决定光学系系统的成像范的成像范围A物物平平面面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P12024/5/27周一42.在物面上按其成像光束孔径角的不同可分在物面上按其成像光束孔径角的不同可分为三个区域：三个区域：第一个区域第一个区域是以是以B1A为半径的半径的圆形区，其中每个点形区，其中每个点均以充均以充满入射光瞳的全部光束成像入射光瞳的全部光束成像此区域之此区域之边缘点点B1由入射光瞳下由入射光瞳下边缘P2和入射窗和入射窗下下边缘点点M2的的连线所确定。所确定。2024/5/27周一43.A物物平平面面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P12024/5/27周一44.第二个区域第二个区域是以是以B1B2绕光光轴旋旋转一周所形一周所形成的成的环形区域，在此区域内，每一点已不形区域，在此区域内，每一点已不能用充能用充满入瞳的光束成像，在含入瞳的光束成像，在含轴面内看面内看光束，由光束，由B1点到点到B2点，其能通点，其能通过入射光瞳入射光瞳的光束，由的光束，由100%到到50%渐变，这就是就是轴外点的外点的渐晕现象象。此区域的此区域的边缘点点B2由入射光瞳中心由入射光瞳中心P和入和入射窗下射窗下边缘M2的的连线确定确定2024/5/27周一45.A物物平平面面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P12024/5/27周一46.第三个区域是以第三个区域是以B2B3绕光光轴旋旋转一周所形成一周所形成的的环形区域，形区域，在此区域内各点的光束在此区域内各点的光束渐晕更更为严重，由重，由B2点到点到B3点，其点，其渐晕系数由系数由50%降低到降低到0。B3点是可点是可见视场最最边缘点，它由入射光瞳上点，它由入射光瞳上边缘点点P1和入射窗下和入射窗下边缘点点M2的的连线所决所决定。定。2024/5/27周一47.A物物平平面面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P12024/5/27周一48.以上三个区域只是大致的划分，以上三个区域只是大致的划分，实际上上在物平面上，由在物平面上，由B1到到B3点的点的渐晕系数由系数由100%到到0是是渐变的的，并没有明，并没有明显的界限的界限用眼睛通用眼睛通过放大放大镜观察物面察物面时，由放大，由放大镜和眼睛和眼睛组成的光学系成的光学系统就是就是这样。2024/5/27周一49.入射光瞳具有一定大小入射光瞳具有一定大小时，没有，没有渐晕的情况也的情况也是存在的是存在的 入射窗和物平面相重合入射窗和物平面相重合 或者或者把把视场光光阑设置在置在像平面上像平面上视场具有清晰的界限具有清晰的界限 物平面物平面入窗入窗入瞳入瞳出瞳出瞳像平面像平面视场光光阑出窗出窗2024/5/27周一50.光学系光学系统的的视场大小用两种方法表示大小用两种方法表示线视场：对近距离成像的光近距离成像的光组，常用能，常用能看到的物平面直径来表示看到的物平面直径来表示视场角：角：对远距离或无限距离或无限远物体成像的物体成像的光光组，常用角度来表示其，常用角度来表示其视场的大小的大小这就是前面就是前面谈到到过的的物方物方视场角角22和和像方像方视场角角22。2024/5/27周一51.综上所述，孔径光上所述，孔径光阑和和视场光光阑是光学系是光学系统中起重要作用的两种光中起重要作用的两种光阑，前者主要限制成像光束的孔径，即决定像前者主要限制成像光束的孔径，即决定像的照度。的照度。后者决定后者决定视场，即物体被成像的范，即物体被成像的范围。切不可把孔径光切不可把孔径光阑和和视场光光阑混混为一一谈2024/5/27周一52.光学系光学系统的景深的景深上上节讨论在垂直于光在垂直于光轴的平面上点的成像的平面上点的成像问题。如：照相制版物如：照相制版物镜和和电影放映物影放映物镜实际上有很多光学上有很多光学仪器需要把空器需要把空间中的物点中的物点成像在一个像平面上（称成像在一个像平面上（称为平面上的空平面上的空间像），如望像），如望远镜和照相物和照相物镜等就属于等就属于这一一类。2024/5/27周一53.入瞳入瞳出瞳出瞳BB1abB01B2B3B4PPAB04B03B02B2”B3”B4”B1”B4B3B2ABabB1AB对准平面准平面AB景像平景像平面面2024/5/27周一54.ab和和a b 的大小和入射光瞳的直径有的大小和入射光瞳的直径有关，入射光瞳直径减少，弥散斑也随之减关，入射光瞳直径减少，弥散斑也随之减少少 物空物空间各空各空间点的成像，相当于以入射光点的成像，相当于以入射光瞳中心瞳中心为投影中心投影中心，以，以主光主光线为投影投影线，将各点投影到将各点投影到对准平面上后，再成像到景准平面上后，再成像到景象平面上。象平面上。或者在像空或者在像空间以出射光瞳中心以出射光瞳中心为投影中心，投影中心，各空各空间像点沿主光像点沿主光线投影到景象平面上，投影到景象平面上，即是空即是空间物点的平面像。物点的平面像。2024/5/27周一55.如果入瞳位置如果入瞳位置对于物于物方空方空间点（即景物）点（即景物）位置位置发生生变化，化，则景景象也随之象也随之变化化 投影中心作前后移投影中心作前后移动时，投影像的，投影像的变化和化和景物是不成比例的，景物是不成比例的，这种种现象称象称为景象畸景象畸变，也称，也称为透透视失真。失真。对准准平平面面AAAAPPS1S2入入射射光光瞳瞳出出射射光光瞳瞳景景像像平平面面P2024/5/27周一56.根据理想光学系根据理想光学系统特性，物空特性，物空间一个平面，在像空一个平面，在像空间只有一个平只有一个平面与之共面与之共轭。讨论:当入射光瞳一定当入射光瞳一定时，在物空，在物空间有有多大深度范多大深度范围的物体能在景象平面上成的物体能在景象平面上成清晰像清晰像(以以摄影物影物镜为例）例）2024/5/27周一57.任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且分辨本分辨本领也不一也不一样，因此只要像的弥散斑足，因此只要像的弥散斑足够小小并能并能满足接受器的分辨本足接受器的分辨本领，就可人，就可人为这个弥散个弥散斑是一个点斑是一个点一个光学系一个光学系统是能是能对空空间物体物体成一个清晰的成一个清晰的平面像平面像能在像平面上能在像平面上获得清晰像并沿光得清晰像并沿光轴方向的方向的物空物空间深度深度称称为成像空成像空间深深度度(景深景深)2024/5/27周一58.ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1设在在B1点和点和B2点之点之间的物空的物空间各点均能在各点均能在像平面像平面A成清晰像成清晰像2024/5/27周一59.ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1l1=p1-p称称为后景深；后景深；l2=p-p2称称为前景深前景深总景深景深l=l1+l2=p1-p2为前后景深之和前后景深之和2024/5/27周一60.ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1A为对准平面准平面，其，其对应的是的是景像平面景像平面A2024/5/27周一61.ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1能成清晰像的能成清晰像的最最远平面（平面（B1）称）称为远景景能成清晰像的能成清晰像的最近最近平面（平面（B2）称）称为近景近景 2024/5/27周一62.ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一63.ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一64.ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一65.人在看人在看图片片时，一般是把，一般是把图片放在眼前片放在眼前250mm处，被称，被称为明明视距离距离Mll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一66.若弥散斑在明若弥散斑在明视距离距离对眼睛的眼睛的张角角小于小于分辨角分辨角，看上去就是一点看上去就是一点ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一67.人眼的分辨率人眼的分辨率ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一68.ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一69.ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一70.前景深前景深后景深后景深ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一71.由于由于那么那么ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12024/5/27周一72.总景深景深为2024/5/27周一73.从从l1、l2看出，看出，摄影物影物镜的后景深大于的后景深大于前景深前景深，这与以下有关：与以下有关：入瞳直径入瞳直径D：当：当D越小，其景深越大，反之越小，其景深越大，反之则相反；相反；从从DF=f 可知，若想可知，若想获得得较大的景深需要大的景深需要较大的光圈指数大的光圈指数F，但，但这时在在f 不不变的情况下，的情况下，入瞳入瞳较小所小所进入的光能也入的光能也较小，需要小，需要较长的的曝光曝光时间。当共当共轭面的面的一定一定时，f 越越长，则对准平准平面越面越远，即，即p越大，景深越大。越大，景深越大。2024/5/27周一74.例例5-45-4有一有一摄影物影物镜，若要求，若要求对准平面后的空准平面后的空间均能在均能在景像平面上成清晰像，景像平面上成清晰像，问对准距离准距离应为多少？近景位于何多少？近景位于何处？解：欲使解：欲使l1为无限大，其公式的分母无限大，其公式的分母为零，就有零，就有 将将p值代入前景深公式，就可得到前景深和近景距：代入前景深公式，就可得到前景深和近景距：2024/5/27周一75.例例5-5 照相机物照相机物镜焦距焦距为75mm，在，在对准平面离相机准平面离相机2m时，所用的光，所用的光圈指数圈指数为11和和5.6；设眼睛分辨率眼睛分辨率为1.5，求，求这两种情况下的景深大两种情况下的景深大小？小？当当F=11时，其入瞳，其入瞳D为 当当F=5.6时，其入瞳，其入瞳D为2024/5/27周一76.远心光路心光路物方物方远心光路和心光路和像方像方远心光路心光路在光学在光学仪器中，很大一部分器中，很大一部分仪器用来器用来测量量长度度一一类仪器是光学系器是光学系统有一定放大率，使被有一定放大率，使被测物的像和物的像和标准刻尺相比，求被准刻尺相比，求被测物体的物体的长度，如度，如工具工具显微微镜等等计量量仪器。器。另一另一类仪器是把一器是把一标尺放在不同的位置，光学系尺放在不同的位置，光学系统改改变放大率，使放大率，使标尺的像等于一个已知尺的像等于一个已知值，来求，来求仪器到器到标尺尺间距离，如距离，如大地大地测量量仪器器中的中的视距距测量。量。2024/5/27周一77.远心光路应用案例78.在工具在工具显微微镜光学系光学系统的的实像平面上，放置已知刻度像平面上，放置已知刻度值的透明刻尺的透明刻尺（称（称为分划板）分划板）分划板上刻尺的格分划板上刻尺的格值已考已考虑了物了物镜的放大率的放大率 按此方法按此方法测量，刻尺与物量，刻尺与物镜之之间的距离的距离应保持不保持不变，使物，使物镜的放大的放大率保持常数率保持常数这种种测量方法的量方法的测量精度量精度在很大程度上取决于像平面与刻尺平面的在很大程度上取决于像平面与刻尺平面的重合程度。重合程度。分划板分划板物物镜yBAyAB2024/5/27周一79.2024/5/27周一80.由于景深及由于景深及调焦焦误差，不可能做到真正的重合，会引起一些差，不可能做到真正的重合，会引起一些误差。差。像平面与分划板像平面与分划板不重合不重合的的现象称象称为视差差。由于由于视差而引起差而引起长度度测量量误差可由下差可由下图来来说明。明。F M分划板分划板A1A2B2B1B2B1B2B1B1B2透透镜2024/5/27周一81.为了减少了减少视差差对测量精度的影响，可以由控量精度的影响，可以由控制制主光主光线的方向来达到的方向来达到。孔径光孔径光阑（出瞳）（出瞳）F B2B1A1A2B2B1B2B1MM2M1分划板分划板2024/5/27周一82.2024/5/27周一83.由于入瞳在无限由于入瞳在无限远处，物方主光，物方主光线平行于光平行于光轴的的光学系光学系统，故称，故称为物方物方远心光路心光路。在大多数的在大多数的计量光学量光学仪器中，其孔径光器中，其孔径光阑（或出瞳）常（或出瞳）常安置在安置在显微微镜物物镜或投影物或投影物镜像方焦平面上以形成物方像方焦平面上以形成物方远心光路以提高心光路以提高观测精度。精度。在光学在光学仪器中常采用另一种光路器中常采用另一种光路像方像方远心光路心光路它是孔径光它是孔径光阑（或入瞳）安置在整个光（或入瞳）安置在整个光组的物方焦平面的物方焦平面上形成的上形成的2024/5/27周一84.这种光学系种光学系统因因为出瞳位于像方无限出瞳位于像方无限远处，平行于光，平行于光轴的像方主光的像方主光线在无限在无限远处会聚于出瞳中心，因此称会聚于出瞳中心，因此称为像方像方远心光路心光路。孔径光孔径光阑（入瞳）（入瞳）分划板分划板M1M2MFB1B2B22024/5/27周一85.像方像方远心光路常用在大地心光路常用在大地测量量仪器器（光（光组为望望远镜系系统）中以提高）中以提高测距距精度。精度。这种光路也常用在照明系种光路也常用在照明系统中，以使中，以使它与成像系它与成像系统的物方的物方远心光路相配合。心光路相配合。2024/5/27周一86.2024/5/27周一87.2024/5/27周一88.CCD偏左偏左CCD偏右偏右没没有有远心心镜头加加上上远心心镜头2024/5/27周一89.