光学系统的光束限制
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[ 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。
4-1#光阑#限制成像光束和成像范围的光孔或框。
#孔径光阑#限制轴上物点成像光束孔径角大小,或者说限制轴上物点成像光束宽度、并有选择轴外物点成像光束位置作用的光阑。
#光瞳#孔径光阑的像。
#入射光瞳#孔径光阑经其前面的光学系统所成的像,简称入瞳。
#出射光瞳#孔径光阑经其后面的光学系统所成的像,简称出瞳。
#主光线#通过入射光瞳中心的光线。
#视场光阑#限定成像范围的光阑。
#入窗#视场光阑经其前面的光学系统所成的像。
#出窗#视场光阑经其后面的光学系统所成的像。
#物方视场#能清晰成像的物面范围。
#像方视场#能清晰成像的像面范围。
#物方视场角#是入瞳中心对入射窗边缘的张角。
#像方视场角#是出瞳中心对出射窗边缘的张角。
#渐晕#轴外点充满入瞳的光束被其他光孔或框所遮拦,造成轴外点成像光束宽度比轴上点窄,像平面边缘部分就比像平面中心暗的现象。
#渐晕系数#轴外点成像光束与轴上点成像光束在光瞳面上的线度之比。
4-2#光瞳衔接#前面系统的出瞳和后面系统的入瞳重合。
4-3#物方远心光路#孔径光阑位于物镜的像方焦平面处,对应的入瞳位于无穷远处,轴外点主光线平行主光轴。
#场镜#放置位置与像平面重合或者和像平面很靠近的透镜称为场镜。
4-4#空间像#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。
#景深#在景像平面上所获得的成清晰像的物空间深度称为成像空间的景深。
#远景平面#能成清晰像的最远的平面。
#近景平面#能成清晰像的最近的平面。
#正确透视距离#使照片上图像的各点对眼睛的张角与直接观察空间时各对应点对眼睛的张角相等。
§4.1 照相系统和光阑一、照相系统由三部分组成镜头:将外界景物成像在底片上。
光阑:调节成像光束宽度从而调节光能量。
底片架框:确定景物的成像范围。
二、光阑孔径光阑:A 调节入射光能和像质;视场光阑:B确定成像范围。
孔径光阑对入射光束有很直接的选择作用,对于轴上物点和轴外物点,其限制或选择作用不同。
孔径光阑对轴上点光束的限制:孔径光阑对轴外点光束的限制:渐晕、渐晕光阑:入瞳和出瞳:入瞳:孔径光阑经其前面的透镜或透镜组在光学系统物空间所成的像。
出瞳:孔径光阑经其后面的透镜或透镜组在光学系统像空间所成的像。
小结:1,在照相光学系统中,根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的位置,其大致位置在照相物镜的某个空气间隔中。
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。
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一、望远系统的基本结构:双目望远镜系统:望远镜系统简化图二、望远系统中的光束限制:光瞳衔接原则:前面系统的出瞳与后面系统的入瞳重合,否则会产生光束切割,前面系统的成像光束中有一部分将被后面的系统拦截,不参与成像。
孔径光阑在不同位置处的计算:1,物镜左侧10mmhz物=0.75mmhz分=8mmhz目=9.25mmlz'=20.5mm2,物镜上hz物=0mmhz分=8mmhz目=9.35mmlz'=21mm3,物镜右侧10mmhz物=0.82mmhz分=8mmhz目=9.51mmlz'=21.3mm孔径光阑处于不同位置时的成像光束三、小结:两个光学系统连用时,一般应满足光瞳衔接原则。
目视光学系统的出瞳一般在外,且出瞳距不能短于6mm。
望远系统的孔径光阑大致在物镜左右。
放分划板的望远系统中,分划板框是望远系统的视场光阑。
§4.3 显微镜系统中的光束限制与分析一、简单显微镜系统的光束限制二、远心光路显微镜测长原理:物方远心光路及其特点:特点:入瞳位于无穷远,轴外点主光线平行光轴。