第04章光学系统中的光阑与光束限制.ppt

作 业 r1 r2 r3 s l d L1 L2 D D Q 1.图中L1，L2是两个会聚透镜，Q是物点，DD是光阑，已知焦距f1’=2a，f2’=a，图中标示各距离为s=10a，l=4a，d=6a，此外透镜与光阑半径之比为r1=r2=3r3，求此光具组的孔径光阑、入射光瞳、出射光瞳、入射窗和视场光阑的位置和大小。 2.已知ε=0.00029rad,对准平面P=10m，设照相物镜光圈数F＝2.8，试求焦距f ’为56mm时的景深情况。 * 第四节 显微镜系统中的光束限制和分析 一、简单显微镜系统中的光束限制 1、显微镜系统的构成 二、远心光路 1、孔径光阑在物镜上 (a) 测距原理： (b) 调焦不准： 2) 由于调焦不精确，引 起像平面和标尺平面 不重合，从而导致测 量误差。 1) 入瞳与物镜边框重合； 2、孔径光阑在物镜 的像方焦平面上 1) 入瞳位于物方无穷远。 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。 —— 物方远心光路 (a) 测距原理： (b) 调焦不准： * * CCD偏左 CCD偏右 没有远心镜头 加上远心镜头 三、场镜的应用 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。 -1×透镜转像系统：加长光路。 1、长光路显微镜系统 2、降低主光线，减小后续光路口径的办法 -1×转像系统 ★ 场镜：与像平面重合、或者很靠近像平面的透镜。 ★ 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的作用。 ★ 实际设计： 在-1×转像透镜前、物镜的实像面处加场镜。 * * A B B＇ A＇ 前组 后组 (a) A B 后组 前组 场镜 这种和像平面重合，或很靠近像平面的透镜称为场镜。 场镜的应用 四、显微镜系统光束选择的总结 1、一般情况，孔径光阑在显微物镜上； 4、长光路显微镜系统： 利用场镜达到前后系统的光瞳衔接， 减小光学零件尺寸。 2、一次实像面处安放视场光阑； 3、测长显微镜，孔径光阑在显微物镜焦平面上 ——物方远心光路 第五节 光学系统的景深 同一位置不同景深的效果 一、光学系统的空间像 1、平面上的空间像：空间点成像于一个像平面上。 对准平面 景像平面 共轭 以入瞳中心为投影中心，以各空间点的主光线为投影方向，向对准平面投影，对应投影点在景象平面上的共轭点即为空间点的平面像。 ★ 平面上的空间像的获得： ★ 对准平面外的空间点，在景象平面产生一个弥散斑。 弥散斑的直径与入瞳直径、与景象平面的距离有关。 或：在像空间以出瞳中心为投影中心，仍以各空间点的主光线为投影方向，各空间像点向景象平面投影，可得空间点的平面像。 2、透视失真 —— 投影中心前后移动，所得投影像与景物不成比例。 3、景像畸变 锥状光束在景像平面上的投影随光束轴线的倾角不同而变化,导致景象与景物不成比例的现象. 球状物体对应的所有主线形成锥状光束,其共轭光束亦为锥状光束.显然,不同轴线倾角的锥状光束在景像平面上投影(或截面) 不同.由光轴至边缘,投影由圆形变成椭圆形,且椭偏度逐渐增大. 二、光学系统的景深 ★ 成像空间的景深： 在景象平面上所获得的成清晰像的物空间深度。 远景 平面 近景平面 入瞳中心： 物空间参数 的起算原点 出瞳中心： 像空间参数 的起算原点 ★对准平面的弥散斑直径： ★景像平面的弥散斑直径： ★由相似三角形得： 两个因素：观测距离、极限分辨角 ★ 正确透视距离：观察距离满足照片上各点对人眼睛的张角，与直接观察空间时各对应点对眼睛的张角相等。 眼睛 以下推导 不考虑正负号 以