第四章光学系统中的光阑和光束限制.ppt

★ 物方远心光路——孔径光阑在物镜的像方焦平面上。 （1）入瞳位于物方无穷远。 （2）A和A1、B和B1的主光线分别重合，且轴外点的主光线平行于主轴。 （3）主光线是物点成像光束的中心轴，则物点A1、B1在刻尺平面构成的两个弥散斑的中心间隔始终不变。 孔径光阑 三、场镜的应用 问题：实际应用中需要长光路显微镜系统，即大大加长物镜至目镜之间的光路。 一般的解决方法：加一个-1×透镜转像系统来达到加长光路的目的。-1×系统在原理上是物体位于2倍焦距处的透镜系统。 该方法的缺点：出射主光线的投射太高，要求物镜后面系统的口径必须非常大。 解决办法：在一次实像面处加一块透镜，以降低主光线在后面系统上的入射高度。 效果：主光线经场镜后，通过-1×转像透镜中心，从而对后面系统的口径要求最小，场镜起到使前后系统的光瞳衔接作用。 ★ 在-1×转像透镜前、物镜的实像面处加场镜 场镜：与像平面重合，或者很靠近像平面的透镜。 实际设计时，往往使主光线经过场镜后通过-1×转像透镜的中心，这样能使物镜后面的系统口径最小， ★ 本节总结： （1）一般显微镜系统中孔径光阑置于显微物镜上；一次实像面处安放系统的视场光阑； （2）显微系统用于测长等目的时，为了消除测量误差，孔径光阑安放在显微物镜的像方焦面处，称为物方远心光路。 （3）在长光路系统中，往往利用场镜达到前后系统的光瞳衔接，以减小光学零件的口径。值得指出，仅为减小后续系统口径的场镜也有应用。同样场镜在望远系统中也有应用，其使用的原则与计算方法同于显微系统，没有本质的差别。 值得指出，远心光路在望远镜系统中也有应用，如应用在大地测量仪器的测距系统中。 第五节 光学系统的景深 一、光学系统的空间像 ▲ 像平面A’B’称为景像平面；其共轭平面AB为对准平面。 入射光瞳 出射光瞳 ▲ B1’’、B2’’、B3’’、B4’’分别为空间物点B1、B2、B3、B4在像空间的共轭点。 ▲ 空间点在像平面上的像可这样得到：以入瞳中心P为投影中心，将空间点B1、B2、B3、B4沿主光线方向向对准平面上投影，则投影点在景像平面上的共轭点B1’、B2’、B3’、B4’便是空间点的平面像 。 ▲ 对准平面外的空间点，在景像平面产生一个弥散斑。 当光瞳有一定大小时，由B1点发出的充满入瞳的光束和对准平面交为弥散斑ab，在景像平面上的共轭像也是一个弥散斑a’b’，为空间像点B1’’在景像平面上的投影。同理，所有位于对准平面以外的空间点都可在景像平面上产生一个弥散斑。 入射光瞳 出射光瞳 弥散斑的大小和入瞳直径有关，人瞳直径减小，弥散斑也随之减小。当入瞳直径小到一定程度，弥散斑ab可看作一个点，其共轭像a’b’也可看作一点。因而可在景像平面上得到对准平面以外空间点的清晰像。 ▲ 透视失真：如果入射光瞳位置相对于物方空间点（即景物）的位置发生变化，则景像也随之变化。如图4-24所示，同样的景物在图(a)S1’和S2’是分开的；而在图(b)中由于入射光瞳位置的变化，S1’和S2’重合在一起。显然，投影中心前后移动，投影像的变化和景物是不成比例的，这种现像叫作透视失真。 ▲ 景像畸变：用广角物镜拍摄物体时，若物体为一系列球状体，它们对入瞳中心均张以相同的圆锥状立体角，顶点为入瞳中心，这些圆锥状光束的共轭光束亦为圆锥状。每个圆锥状光束的轴线以不同的角ω’交于像平面，ω’的最大值为物镜像方全视场角的一半。由图可知，锥状光束在像平面上的截面将随ω’的不同而不同，该现象称为景像畸变，圆形变成椭圆形，越在视场边缘这种现象越严重。 二、光学系统的景深 空间点B1和B2位于对准平面以外，其像点B1’’和B2’’也不在景像平面上，在该平面上得到的是光束P1’B1’’P2’和P1’B2’’P2’在景像平面上所截的弥散斑，它们是像点B1’’和B2’’在景像平面上的投影像。 B1’’ B2’’ 景像平面上弥散斑的大小与入瞳的大小、空间点距对准平面的距离有关。如果弥散斑足够小，例如它对人眼的张角小于人眼的极限分辨角（约为1’），则人眼对图像将无不清晰的感觉，即在一定空间范围内的空间点在景像平面上可成清晰像。 此空间范围就是景深 ★ 景深 ▲ 任何光能接收器（眼睛、感光乳剂等）都是不完善的，并不要求像平面上的像点为几何点，而是规定一个允许的分辨率数值. B1’’ B2’’ ▲ 景深：当入瞳直径一定时，便可确定成像空间的深度，在此深度范围内的物体对一定的接收器可得清晰图像。在景像平面上所获得的成清晰像的空间深度称为成像空间的景深，简称景深。