视场光阑定义.ppt

第二节 孔径光阑 第二节入瞳和出瞳 第四节景深 第三节 像散、场曲和畸变 光学系统对像差的要求p74 * 第五章光阑第一节光阑与作用 实际光学系统是不可能也不必要对无限大的空间成像的。也就是说实际光学系统只能对物空间中一定范围内的物体成满意的像。 1、光阑的定义 在光学系统中能够限制成像光束大小或成像空间范围的元件。 2、光阑的作用 限制通过光学系统的光束宽度。即通过系统的光能量，从而决定相面的照度。 限制物空间中成像范围，决定光学视场。照相中的取景范围。 限制光学中的有害杂光，改善成像质量。 根据光阑作用分类 孔径光阑 视场光阑 消杂光光阑 孔径光阑定义: 限制成像光束光锥角的光阑 根据各光孔与光学元件及给定物点的位置关系，可有三种情况 1、透镜边框决定光锥角 2、光孔决定光锥角(置前） -u1 A A’ -u1 A A’ -ｕ2 3光孔决定光锥角(置后） -u1 A A’ -ｕ2 2 2’ 孔径光阑是对一定位置的物而言的其判断，通过判断其所处的位置是否能限制成像光束的光锥角。 确定方法归纳为： 1、将系统中所有的光孔往物空间成像，使这些像于给定物点都在一个空间里； 2、求出这些像的边缘对轴上物点的张角 3、比较这些张角的绝对值，其中张角绝对值最小的的那个像对应的光孔即是系统光孔的孔径光阑。 入瞳的定义： 在光学系统中，孔径光阑被前面的光组在物空间所成的像称为系统的入射光瞳。 出瞳的定义： 孔径光阑被后面的光组在像空间所成的像称为系统的出射光瞳。 在图3光孔置后 光孔像2’即为系统的入瞳，光孔2为孔径光阑，同时又是出瞳。因为光孔2后没有光组。 入瞳与出瞳是共轭。 2、孔径角定义： 从轴上物点A向入瞳边缘所引出的光线的夹角2ｕ为物方孔径角 。 从轴上出瞳边缘向像点A’所引出的光线的夹角2ｕ’为像方孔径角 。 孔径角意义 1、表征实际光学系统的性能的重要参数 2、决定像平面的照度。 3、决定系统的分辨本领。 4、决定成像的质量。 主光线： 由轴外物点发出经过入瞳中心的（即孔径光阑中心的）光线。 -u1 A A’ -ｕ2 2 2’ B 根据共轭的关系，主光线经过系统以后一定经过出瞳的中心出射。 常用孔径的表示方法 1、显微镜：常用数值孔径来表示，公式： 2、望远镜：常用相对孔径A来表示，公式： 3、照相物镜：常用光圈F来表示，相对孔径的倒数，公式： 光圈指数的影响： 1、对底片上照度的影响;光圈决定了成像光束的光锥角，因此决定了光能量。 如1.0，1.4，2，2.8等照度相差一倍。要想相同的照度，在其他条件不变，曝光时间相差一倍。 底片照度与相对孔径的平方成正比。所以光圈通常 是以为公式的等比数列 2、对理论解像力和像差的影响：根据衍射理论分辨力与相对孔径成正比。 根据公式可知相对孔径越大，镜头的分辨力越高。缩小光圈可以减少某些像差，使清晰度改善，但是过小会出现衍射现象，所以正确选择光圈。 3、对景深的影响：改变光圈可以使景深随之变化，使不同深度的各物点在感光底片上得到成像。 第三节 视场光阑 定义：能够限制物平面上成像范围的光阑 视场光阑的确定： 将系统中所有光孔往物空间成像，在这些像中有一个是入瞳。所有的像边缘对人瞳中心的张角中有一个最小的张角，这个光阑像对应的光阑为视场光阑。 入窗和出窗 视场光阑被它前面的光组在物空间中所成像称为系统的入射窗 视场光阑被它后面的光组在像空间中所成像称为系统的出射窗 视场角： 物视场角：在物空间，入窗的边缘对入瞳中心的张角 像视场角：在像空间，出窗的边缘对入瞳中心的张角 渐晕： 由轴外物点发出的充满入瞳的光束中部分光线被其他光孔阻挡的现象叫轴外光束的渐晕 B1 B3 A B2 物平面 入瞳 入窗 A B2 物平面 入瞳 入窗 1、B1A圆形区，通过入瞳可以很好成像 2、B1B2圆形区，通过入瞳的光线逐渐被入窗部分阻挡。其像逐渐减弱，到B2只剩一半光线。 3、B2B3圆形区，通过入瞳的光线进一步被入窗阻挡，到B3只剩一条光线。进一步减弱，B3以外不能参与成像。 渐晕的产生很难得到清晰的图像边缘！消除渐晕的方法是采用物平面与入窗平面重合。 定义：能够在像平面上获得清晰像的物空间深度范围称为景深 前面研究的渐晕，针对的是轴外点。可视为面的成像，在实际研究中，会通过空间立体成像的问题。 物平面以外的点在像平面成像不是一个点像而是一个“弥散斑”当弥散斑不被人眼或接收器识别，仍认为是一个清晰点像 实际上，景深是远离物平面物点成像不能分辨的最远距离！ 第六章 像差 从实际的角度，光学系统要有一定的视场和孔径或具有一定宽度的光束成像才有意义。