应用光学chapter_5.ppt

Ui与 F′物 物镜 场镜 目镜 场镜的作用：在不改变光学系统成像特性的前提下，改变成像光束的位置。 二、应用举例： O1 O2 物镜 场镜 目镜 -L L′ 三、场镜焦距的计算 O1 O2 物镜 场镜 目镜 -l l′ 如图，假定前组透镜到它的像平面距离为150mm, 后组透镜离开中间像平面的距离为100mm, F′物 物镜 场镜 目镜 §5-5 空间物体成像的清晰程度：景深 一、景深的定义 能够在像面上获得清晰像的物空间深度，就是系统的景深。 二、公式推导 而 两式相减并通分，得 或者 代入 的表达式，得 由上式求解 ，并将 用 代替得 同理， 由A1到A2平面得总距离代表了景深。 三、性质 1、容许的光斑直径越大，景深越大； 2、照相物镜的相对孔径与焦距和景深的关系： 景深与相对孔径成反比。 3、若要求最远的清晰范围直到无限远，求最近的基准物平面位置和总成像深度。 最近的清晰物平面位置用 表示，即 由无限远到 即为总的成像深度。 例：一照相物镜的焦距为50毫米，相对孔径为D/f’=1/5，对2米远的目标照相，Z’0.05可认为成像清晰，求能清晰成像的最远和最近距离 景深： 一个物平面能够获得清晰像的像方空间深度称为焦深。 A D D 出瞳 入瞳 D D P D 1 2 z A 1 z 2 焦深 景深和焦深是两个不同的概念，虽然在符号表示上有相似之处，但它们绝不是一对共轭关系。 焦深 对称式照相物镜 ，物距较远 注：在目视仪器中，出瞳的像一定要成在系统外面，以使眼睛的瞳孔与之重合。 合理选择孔径光阑的位置可以改善轴外点成像质量。 对于无限远的物体，光学系统的所有光孔被其前面的光学零件在物空间所成的像中，直径最小的一个光孔像就是系统的入瞳。 1）一光阑口径为50mm，放在透镜后30mm处， 透镜焦距 50mm，口径60mm。物点P置于透镜前120mm处。试求： 1）入射光瞳与出射光瞳的位置 2）像的位置 习题 2）孔径都为40mm的两个薄透镜组成一光学系统， 一个是会聚的，焦距50mm，另一个发散， 焦距100mm。两透镜相隔40mm。对于会聚透镜前 60mm的物点，求1）哪一个是孔径光阑 2）入射光瞳与出射光瞳的位置 3）入射光瞳与出射光瞳的大小 §5-3 视场光阑、入射窗、出射窗 光学系统的成像范围是有限的。 照相机中底片框限制了被成像范围的大小 工具显微镜中分划板的直径决定成像物体的大小 这种限制物体成像范围的光阑称为视场光阑 一、视场光阑的确定方法： （2）确定孔径光阑； （1）用计算法或作图法求每一光阑被它前面 光组在物空间所成的像； （3）由入瞳中心向各光阑在物空间所成的 像的边缘引光线，夹角最小者所对应的光阑即为视场光阑。 求上例中光组的视场光阑。 f1′= - f1 =100mm，D1 = 40mm；f2′= - f2 =120mm，D2 = 30mm，d1 = 20mm； D3=20mm，d2 = 30mm ，L1 = -200mm D1 D2 D3 F F’ 求出系统每一个光阑被它前面光组在物空间所成的像（此步骤在求孔径光阑时已经进行） D 3 （孔径光阑） D 2 D 1 D 1 D 2 F 1 F 2 D 3 33.33 w1 w2 w3 D1′ 对入瞳中心的张角为 D2′ 本身是入瞳，D3′对入瞳中心的张角为 D3′对入瞳中心的张角最小，故光阑3 是视场光阑。 二、相关概念 光学系统的视场光阑确定后引入如下概念： 入射窗：视场光阑被其前面光组在物空间所成的像。(简称入窗) 出射窗：视场光阑被其后面光组在像空间所成的像。(简称出窗) 入窗限制物空间的可成像范围 出窗限制像空间的成像范围 入窗和出窗共轭。 D 3 （孔径光阑） D 2 D 1 D 1 D 2 F 1 F 2 D 3 33.33 w1 w2 w3 视场光阑 出射窗 入射窗 W’ 出射光瞳 入射光瞳 在上例中，出窗与视场光阑重合。 物方视场角：在物空间中，入窗边缘对入瞳中心的张角2?。 像方视场角：在像空间中，出窗边缘对出瞳中心的张角2? ?。 半视场角?与??也可以表示光组视场的大小，因此常把?与??称为视场角。 视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的。当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替。 实际中入瞳总是有一定的大小 则A1以内的区域每点均以充满入瞳的全部光束成像 A1A2区域内每一点已不能用充满入瞳的全部光束成像，有一部分光线被入窗阻挡。 A2A3区域内每点光线被入窗阻挡的更多。 A3点以外的区域每点光线不能进入入瞳，不能