电子科大应用光学chapter_04_2014-2015概述.pptx

2014-2015学年应用光学AppliedOptics第四章光学系统中成像光束的限制2第四章光学系统中成像光束的限制3在理想光学系统中，任意大小的物体能以任意宽的光束成一定倍率的像。当共轭距一定时，像的大小与物的大小成比例。在实际光学系统中，成像光束将会受到限制：成像系统中各个元件的大小有限，从而限制了物面上每一点发出并进入系统参与成像的光束的宽度；像面的大小有限，从而限制了能够清晰成像的物面范围。第四章光学系统中成像光束的限制4第一节光阑第二节远心光路、场镜及景深第三节典型系统的光束限制第四章光学系统中成像光束的限制5第一节光阑第二节远心光路、场镜及景深第三节典型系统的光束限制光阑6光阑概述概念光学系统中限制成像光束宽度和成像范围大小的通光孔，称为光阑（Stops）。光阑可以是成像光学元件的边框，也可以是专门设计的带有内孔的薄片。光阑的形状可以是圆形、方形或矩形，尺寸为定值或可变。光阑7光阑概述分类孔径光阑视场光阑限制成像范围的大小渐晕光阑限制轴外物点成像光束的宽度按照光阑对光束限制的不同作用进行分类。限制轴上物点成像光束的宽度消杂光光阑在系统中专门设置，用来限制杂光到达像面。可在物镜前面假装遮光罩，也可将镜筒内壁加工成螺纹并涂成黑色。光阑8孔径光阑概念孔径用来描述光学系统中成像光束的宽度。对有限远轴上物点：用孔径角U表示孔径大小。对无限远轴上物点：用孔径高度（半径）h表示孔径大小。孔径光阑（ApertureStops）光学系统中限制轴上物点成像光束大小的光阑。常见的孔径光阑人眼瞳孔、照相机光圈等。光阑9孔径光阑特点与轴上物点的关系若轴上物点A的位置及其光束孔径角U确定，孔径光阑可放置在系统中的不同位置（如透镜前、透镜上或透镜后），且孔径光阑的尺寸随位置不同而改变。光阑10孔径光阑特点与轴上物点的关系若轴上物点的位置改变，则原本的孔径光阑将可能失去对新位置物点发出的光束的限制作用。对Z点及其左侧的轴上各物点，Q1Q2为系统的孔径光阑。对Z点右侧的轴上各物点，透镜边框为系统的孔径光阑。光阑11孔径光阑特点与轴外物点的关系若孔径光阑位置不同，则轴外物点参与成像的光束位置不同，通过透镜的部位也不同。光阑12孔径光阑特点与轴外物点的关系孔径光阑的位置决定透镜口径的大小。孔径光阑位于透镜上时，透镜口径最小。入射光瞳（入瞳，EntrancePupils）孔径光阑经它前面的光学系统所成的像。or孔径光阑投射到第一个光孔的物空间所成的“像”。or在物点A处透过孔径光阑前边的光学系统看到的孔径光阑的像。光阑13孔径光阑入射光瞳与出射光瞳入射光瞳光瞳（Pupils）孔径光阑经成像系统中其它光组所成的像。光阑14孔径光阑入射光瞳与出射光瞳入射光瞳入瞳Q1′Q2′的边缘限制了轴上物点物方孔径角U的大小。入瞳是物面上各点能参与成像的光束进入系统的入口。孔径光阑与入瞳共轭。孔径光阑入射光瞳与出射光瞳出射光瞳出射光瞳（出瞳，ExitPupils）光阑15孔径光阑经它后面的光学系统所成的像。or孔径光阑投射到最后一个光孔的像空间所成的“像”。or在像点Aʹ处透过孔径光阑后边的光学系统看到的孔径光阑的像。光阑16孔径光阑入射光瞳与出射光瞳出射光瞳出瞳Q1″Q2″边缘限制了轴上像点像方孔径角U′的大小。出瞳是物面上各点能参与成像的光束从系统离开时的出口。孔径光阑与出瞳共轭。光阑17孔径光阑入射光瞳与出射光瞳出射光瞳出瞳可看作是入瞳经过整个光学系统所成的像。光阑18孔径光阑入射光瞳与出射光瞳出射光瞳入瞳、孔径光阑、出瞳互为物像共轭。入瞳、出瞳、孔径光阑对光束的限制作用是等价的。光阑19孔径光阑主光线与边缘光线主光线轴外物点发出的通过孔径光阑中心的光线，称为主光线（ChiefRay）。主光线沿指向入瞳中心的方向进入成像系统，经过孔径光阑中心，最后沿通过出瞳中心的方向离开系统。光阑20孔径光阑主光线与边缘光线边缘光线轴上物点发出的通过孔径光阑边缘的光线，称为边缘光线（MarginalRay）。边缘光线沿指向入瞳边缘的方向进入成像系统，经过孔径光阑边缘，最后沿通过出瞳边缘的方向离开系统。孔径光阑系统孔径光阑的确定判定标准观点1：系统的第一个光阑为孔径光阑。观点2：光孔直径最小的为孔径光阑。光阑21一个光学系统中有若干个光阑，哪一个才是孔径光阑？对成像光束的大小起决定作用的光阑就是孔径光阑。光阑22孔径光阑系统孔径光阑的确定方法步骤将所有光学元件的通光孔径分别通过其前方光组成像，并（通过作图法或解析法）确定像的位置及大小。所有孔径均视作实物；光从右向左传播；最前方孔径的像与本身重合（像即本身）。光阑23孔径光阑系统孔径光阑的确定方法步骤物在有限远时，所有像中，边缘对轴上物点张角最小者为系统的入瞳，其对应的通光孔径为该系统的孔径光阑；物在无限远时，所有像中，直径最小