第五章_光学系统中成像光束的选择分析.ppt

第五章 光学系统中成像光束的选择 系统中成像光束的位置和大小决定每个光学零件的尺寸 5.1 光阑及其作用 光阑：光学系统中所有限制光束的孔或框，限制成像光束 或成像范围（透镜框、棱镜框） 孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑A1A2。 决定了光学系统的光能量大小 控制像的亮度 与像的分辨率有关 照相机的光圈 入瞳：孔径光阑经前面光组，在系统物空间所成的像 出瞳：孔径光阑经后面光组，在系统像空间所成的像 在一个系统中，孔径光阑不是绝对的，而是和物的位置有关。 入瞳 出瞳 共轭 孔径光阑 共轭 共轭 孔径光阑前面的系统 孔径光阑后面的系统 整个系统 入瞳、出瞳、孔径光阑互为共轭 注意： （1）入瞳的位置和直径代表了入射光束的位置和口径； 入瞳描述了一条光线能否通过系统； （2）入瞳、孔径光阑、出瞳互为物象共轭； （3）通过入瞳中心的光线，经光组后，必然经过孔径光阑和 出瞳的中心； （4）通过入瞳边缘的光线，必然成为出瞳的边缘光线； （5）孔径光阑对一定位置的物点而言，物体位置改变，孔径 光阑可能改变。 主光线：由轴外点发出，通过光阑中心的光线。 当一个系统中有多个光阑时，对成像光束的大小起决定作用的光阑就是孔径光阑。 主光线同时通过孔径光阑、入瞳、出瞳的中心。 出瞳 入瞳 主光线 视场光阑：限制物平面上或物空间中最大成像范围的光阑 位置固定，总是设在系统的实像平面或中间实像平面上 在像面上或物面上安放一个中间开孔的光阑 没有实像平面，就没有视场光阑 照相机中的底片框 消杂光光阑：消除杂光的光阑 杂光能引起成像对比度的下降 不限制成像光束的大小 把镜筒内壁加工成螺纹，并涂以黑色无光漆 入射窗：视场光阑经其前面的光组在系统物空间成的像。 出射窗：视场光阑经其后面的光组在系统像空间成的像。 入射窗、出射窗、视场光阑互为共轭 渐晕：由于轴外物点发出的光束被阻挡而使像面上光能量由 中心向边缘逐渐减弱 A0 B0 B0 C0 A0 A0 A A B 孔径光阑 视场光阑 线渐晕系数： 面渐晕系数： 假定轴向光束口径为D，视场角为?的斜光束在子午截面的光束宽度为D?， 主光线和光轴决定的平面 5.2 望远系统中成像光束的选择 一、双目望远镜 光学系统图 视放大率： Г=6 成像范围（视场角）：2ω=8°30’ 出瞳直径： D′=5mm 出瞳距离： l′z≥11mm 物镜焦距： f′物=108mm 目镜焦距： f′目=18mm （1）轴上光束传播情况 F’物 30 将棱镜展开成平行玻璃板 对称目镜 对于轴向光束，物镜口径最大，目镜口径较小 为满足光学特性的要求，各光学元件的通光口径至少应保证轴向光束通过。 （2）轴外光束传播情况 F’物 a a b b a-a 30 加大 加大 b-b 60 加大 最大 物镜 棱镜 目镜 选择a-a光束，把物镜框取为30即可。 物镜框限制了进入系统的光束口径，即为孔径光阑。 视场光阑在像平面上，分划镜框即为视场光阑。 例：为什么要选择成像光束？ 成像光束的位置和大小直接影响各个光学零件的大小。 选择成像光束实际上就是选择斜光束，因为轴向光束不能 选择；选择出发点就是使光学零件尽量小，尺寸均匀。 选哪部分光束进来要靠孔径光阑的位置和大小确定；一般 原则是把孔径光阑选在轴向光束最大的那些光学零件上。 5.3 远心光路 远心光路系统常用于测量显微镜中，以消除由于像平面位置的误差引起的测量误差。 物方远心光路系统： 孔径光阑位于像方焦平面; 入瞳在无穷远. 像方远心光路系统： 孔径光阑位于物方焦平面; 出瞳在无穷远 F’ a. 物方远心光路系统 F b.像方远心光路系统 孔径光阑 物方远心光路（用于测量的显微物镜） -------孔径光阑位于像方焦平面，入瞳位于无穷远。 非远心光路 远心光路 标尺 孔径光阑 像方远心光路（用于大地测量物镜） -----孔径光阑位于物方焦平面;出瞳位于无穷远 孔径光阑 标尺 5.4 场镜的特性及其应用 系统光学特性不变，即在物镜和目镜焦距不变的条件下，把出射光束在目镜上的投射高度降低一些，使目镜组的口径减小。 在连续成像的组合系统中。 当两个系统组合在