光学仪器基本原理.ppt

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不同物点间距的衍射像强度 分辨率 Rayleigh 判据:当两个像靠近到使得一个Airy斑的主极大和第二个Airy斑的极小重合时,刚刚能分辨。进一步靠近,两个像不能分辩。 两星可分辨的最小角距离: D D λ时 焦平面上两星像的最小可分辨间距: 分辨本领(Resolving Power) : 或 * 光阑(stop) 光瞳(pupil) 1 光学成像系统的孔径光阑(aperture stop) 和视场光阑(field stop) 实际成像系统对成像光线的限制,例: 透镜的大小 照相机的光圈 底片的尺寸等等 (1) 保证近轴条件,改善成像质量(像的清晰度),控制景深. (2) 控制成像物空间的范围. (3) 控制像面的亮度. (1) 孔径光阑:诸挡光孔中,最有效的控制成像光束光能量者,称为孔径光阑.简称孔阑. 1) 光阑的作用: 2) 光阑的种类: A B A’ B’ 孔径光阑 底片 瞳孔 (2)视场光阑 :诸挡光孔中,最有效的控制成像物空间范围者,称为视场光阑.简称场阑. 人眼瞳孔:孔径光阑, 窗 窗:视场光阑. 物点 A B A’ B’ 孔径光阑 视场光阑 底片 2 光瞳(pupil) 孔径光阑在物空间中的等效孔径 孔径光阑在像空间中的等效孔径 入射光瞳(入瞳):限制入射光束的有效孔径, 是孔径光阑对前方光学系统所成的像 出射光瞳(出瞳):限制出射光束的有效孔径, 孔径光阑对后方光学系统所成的像 孔径光阑与光轴上物点位置有关,欲确定孔阑,必须首先明确是对光轴上哪个物点. 将系统所有的通光孔成像于光学系统的物空间,其中对轴上物点张角最小者,称为入瞳,入瞳对应的物叫做孔阑. 孔阑对后光学系统的像,为出射光瞳,简称出瞳.  怎样确定孔阑? 在这个系统中,孔径光阑同时也是出瞳 孔径光阑 入瞳-- 孔径光阑对 前方系统成的像 入射孔径角 出射孔径角 u u’ 在这个系统中,孔径光阑同时也是入瞳 孔径光阑 出瞳--孔径光阑对 后方系统成的像 u u’ 入射孔径角 出射孔径角 u u’ 孔径光阑 出瞳 入瞳 ? ? 某种相机镜头的孔径光阑、光瞳 透镜的像差(Lens Aberrations) 1 像差的基本概念 如果成像系统: 1)不能将一个物点唯一地变换成一个像点; 像差 单色像差(monochromatic aberration) 色差(chromatic aberration) 或者 2)物像平面上各点的线放大率不同 -u u’ P P’ 近轴条件下: 单色像差的来源 球面系统在近轴条件下可以理想成像 物像一一对应 非近轴情况下,三次幂以上项不能忽略 -u u’ P P’ 出现三级以上像差 球面系统不能理想成像 三级像差(或初级像差)----5种: 1) 球差(spherical aberration) 2) 慧差(coma) 3) 像散(astigmatism)和场曲(curvature of field) 4) 畸变(distortion) 2 球差(Spherical aberration) 轴上物点发出的大孔径光线不聚焦于一点 P P 近轴光线 非近轴光线 非近轴光线 非近轴光线 非近轴光线 近轴光线 F’ S’ f’ s’ 球差的定量: dL = f’-s’ F’ S’ s’ f’ s’ dL 0 --- 正球差 dL 0 --- 负球差 图示:不同大小球差的照片 球差的校正: 变折射率透镜 中间折射率大 加光阑; 复合透镜,如正负透镜组合、 球面曲率及折射率的配合等; 非球面透镜; 3 慧差(Coma) 慧差的产生 靠近光轴的物点发出的大孔径光线不聚焦于一点 P X Y 慧尾形的弥散像 dH 0 --- 正慧差 dH 0 --- 负慧差 慧差的定量: 不同大小慧差的照片 慧差的校正: 复合透镜; 加光阑; 非球面透镜; 4 像散(Astigmatism)和场曲(Curvature of field) 最小弥散圆 主光线 子午焦线 弧矢焦线 轴外物点发出的同心光束,水平方向和竖直方向的光线的聚焦点在不同平面上 像散的产生 像散现象 ls lt 最小弥散圆 主光线 子午焦线 弧矢焦线 子午面:主光线和光轴的平面 弧矢面:包含光轴并垂直于子午面的平面 慧差的定量: dL 0 -- 正像散差 dL 0 -- 负像散差 场曲的产生 物平面对应的子午面、弧矢面、最小弥散圆平面为曲面 场曲 与像散结伴而生 场曲 像散和场曲的校正: 复合透镜 加光阑 非球面透镜; 物平面 枕形畸变 桶形畸变 5 畸变(Distort

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