[工学]几何光学第九讲.ppt

4 光学系统中的光束限制 引言： 1、实际光学系统：参与成像的光束宽度和成像范围有限（理想光学系统:无限大光束、任意大空间） 2、光学零件的尺寸大小和其他金属框的存在 4 光学系统中的光束限制 任何成像光学系统，均需要满足一系列根据使用要求提出的条件。首先，使物体在给定共轭距上成要求倍率的像，由此决定了光学系统的轴向尺寸，这就是我们前面讨论的物像位置关系。 4 光学系统中的光束限制 其次，系统还要具有要求的成像范围，所成的像还应具有一定的光度水准，并能反映物体的微细结构，前者规定了成像的线视场或视场角，后者与成像光束的孔径角有关，也就是说，光学系统应对于要求成像范围内的物点，以要求孔径角的光束成像。这实质上是一个如何确定光学零件的横向尺寸或通光孔径，从而给通过光学系统的光束以合理限制的问题。 4 光学系统中的光束限制 因此，在每个光学仪器内都有一些限制光束通过仪器的障碍物，在仪器内除了个别的透镜框以外，有时候还必须安装一些带孔的平板形状的不透光的特殊障碍物，这些孔的中心在系统光轴上，它们同样有限制光束的作用。所有这些对通过光学系统的光束起限制作用的光孔统称为光阑。 4.1、光阑概述 一、照相系统的组成 二、光阑的概念 三、孔径光阑 四、视场光阑 五、渐晕现象与渐晕光阑 六、结论 一、照相系统的组成： 一、照相系统的组成： 二、光阑的概念 1、光阑： 光学系统中用以限制光束的光孔（透镜的镜座、照相机的光圈、专门设置的其他光孔）统称为光阑 2、光阑的分类： 光阑对光束的限制作用主要体现在改善成像质量、决定光能、拦截杂散光等方面。根据其所起作用的不同，光阑可以分为孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑和消杂光光阑等四种。其中，孔径光阑和视场光阑是光学系统必不可少的两种最重要的光阑，前者用于限制通过光学系统的成像光束，后者用于限制成像范围。 2、光阑的分类 1）孔径光阑——限制成像光束口径（立体角）的光阑 ——有效光阑（光能、像质、分辨率） 2）视场光阑——限制成像范围的光阑 3）渐晕光阑 ——拦截部分轴外点成像光束，产生“渐晕”现象（像面边缘比中心暗） ——为减小系统中光学零件的口径而设置透镜边框，拦截成像质量不好的光束（能量弱），不使其到达像面 ——远轴光线球差大，将其拦截掉 4）消杂光光阑 ——光学系统中限制杂光的光阑 杂光：非成像光束——非成像物点进入系统的光束（由折射面或仪器内壁反射产生的光束） ——杂光使像面产生明亮的背景、降低像的对比度，故加以限制 ——设置情况：重要仪器：需要专门设置（天文望远镜、长焦距平行光管） 一般仪器：工艺处理——将镜筒加工成螺纹并发黑（涂黑色无光漆或煮黑） 重要提示 实际光学系统：参与成像的光束宽度和成像范围有限。所有光学系统与照相系统一样，至少有两类光阑： ——孔径光阑——限制成像光束口径——孔阑 ——视场光阑——限制成像范围——视阑 三、孔径光阑 1、孔径光阑定义及其作用 定义：用来限制成像光束立体角的光阑称为孔径光阑，简称孔阑 作用： 1）决定通过光学系统的光能量-----像面照度。照相时调节光圈，就是调节孔径光阑的大小，从而起到改变曝光量的目的。 2）决定光学系统的分辨率（光学像反映物体微细结构的程度）。由衍射理论可知，系统分辨率与光束的孔径成正比。决定了。 1、孔径光阑定义及其作用 3)孔径光阑对轴上点和轴外点成像光束均有限制作用。 孔径光阑对于轴外点成像光束的限制作用 2、孔径光阑的确定方法与设置原则 孔径光阑的位置确定是针对某特定的轴上物点而言。 将光学系统中所有光学零件的光孔，分别对其前面的光组成像，对某一确定的轴上物点张角最小的那个像所对应的光孔就是孔径光阑，这个像就是入瞳。如果一个光学系统对无穷远物体成像，则要看系统中所有光孔被其前面光组所成像中何者直径最小。 2、孔径光阑的确定方法与设置原则 1）将所有光孔对前面光组成像，对物体中心张角最小的像所对应的光孔就是孔径光阑，这个像即是入瞳——最小入口 2）孔阑对特定位置而言；当物体位置放生变化，孔阑的位置发生相应变化，否则被其他光孔所替代。所以，照相系统中的孔阑为可变光孔。——相对于特定的参考点 3）一个系统中有且只有一个孔阑，其位置由轴外光束的限制要求确定 2、孔径光阑的确定方法与设置原则 一般而言，孔径光阑的位置是根据是否有利于缩小系统外形尺寸、镜头结构设计、使用方便，尤其是否有利于改善轴外点成像质量等因素来考虑的，它的大小则由轴上点所要求的孔径角来决定。最后，按所确定的视场边缘点的成像光束和轴上点的边缘光线无阻拦的通过的原则来确定系统中各个透镜和其他光学零件的通光直径。 3、孔径光阑的像-----入瞳、出瞳的定义及其与孔径光阑的共轭关系 1）入瞳：