光学系统的光束限制课件

9.1 光学系统的光束限制 一、光阑及其分类一、光阑及其分类二、孔径光阑和入瞳、出瞳二、孔径光阑和入瞳、出瞳三、视场光阑和入窗、出窗三、视场光阑和入窗、出窗四、渐晕四、渐晕 1、渐晕及渐晕系数 2、光学系统消渐晕条件五、景深五、景深 9.1 光学系统的光束限制 一、光阑及其分类一、光阑及其分类-光学系统的光束限制 1、光阑、光阑 光学系统中可以限制光束的光学元件的边框，光学系统中可以限制光束的光学元件的边框，或者带孔的金属薄片通称为光阑。或者带孔的金属薄片通称为光阑。2、光阑的分类、光阑的分类 光阑根据在光学系统中的作用不同主要有三光阑根据在光学系统中的作用不同主要有三类类：孔径光阑孔径光阑、视场光阑视场光阑和和消杂光光阑消杂光光阑。一、光阑及其分类-光学系统的光束限制 1、光阑二、孔径光阑和入瞳、出瞳-光学系统的光束限制 1、孔径光阑、孔径光阑 光学系统中对于光轴上物点发出的光束起主光学系统中对于光轴上物点发出的光束起主要限制作用的光阑。要限制作用的光阑。2、孔径光阑的确定方法、孔径光阑的确定方法3、入瞳和出瞳、入瞳和出瞳4、几组相关的概念、几组相关的概念 (1)(1)物方和像方孔径角物方和像方孔径角 (2)(2)主光线主光线 (3)(3)相对孔径和相对孔径和F数数 二、孔径光阑和入瞳、出瞳-光学系统的光束限制 1、孔径光阑2、孔径光阑的确定方法-孔径光阑和入瞳、出瞳(1)(1)作出光学系统中所有光阑在系统物作出光学系统中所有光阑在系统物(像像)空间的像；空间的像；(2)(2)在系统的物在系统的物(像像)空间比较光阑的空间比较光阑的像对像对A(A)的的张角，张角，张角最小的光阑的像对应的光阑即为孔径光阑。张角最小的光阑的像对应的光阑即为孔径光阑。M3iAAM3M2M1说明说明:(1)(1)光学系统孔径光阑与系统和物平面位置有关。光学系统孔径光阑与系统和物平面位置有关。(2)(2)当物当物(像像)位于无穷远时，在物位于无穷远时，在物(像像)空间比较张空间比较张角变为比较光阑的像的大小。角变为比较光阑的像的大小。2、孔径光阑的确定方法-孔径光阑和入瞳、出瞳(1)作出光学3、入瞳和出瞳-孔径光阑和入瞳、出瞳AAM3M2M1M3i入瞳入瞳:孔径光阑在光学系统物空间的像。孔径光阑在光学系统物空间的像。出瞳出瞳:孔径光阑在光学系统像空间的像。孔径光阑在光学系统像空间的像。说明说明:入瞳和出瞳关于光学系统共轭入瞳和出瞳关于光学系统共轭。3、入瞳和出瞳-孔径光阑和入瞳、出瞳AAM3M2M1M3i4、几组相关的概念-孔径光阑和入瞳、出瞳(1)(1)物方和像方孔径角物方和像方孔径角 物方孔径角物方孔径角:光轴上物点对入瞳的半光轴上物点对入瞳的半张角张角(U).像方孔径角像方孔径角:光轴上像点对出瞳的半张角光轴上像点对出瞳的半张角(U)AADD-UU(2)(2)主光线主光线 轴外物点发出的经过入瞳中心的光线轴外物点发出的经过入瞳中心的光线.(3)(3)相对孔径和相对孔径和F数数 相对孔径相对孔径:D/f;F数数:f/D.4、几组相关的概念-孔径光阑和入瞳、出瞳(1)物方和像方孔径三、视场光阑和入窗、出窗-光学系统的光束限制 1、视场光阑、视场光阑 光学系统中对物面上成像范围起主要限制作光学系统中对物面上成像范围起主要限制作用的光阑。用的光阑。2、视场光阑的确定方法、视场光阑的确定方法3、入窗和出窗、物方和像方半视场角、入窗和出窗、物方和像方半视场角三、视场光阑和入窗、出窗-光学系统的光束限制 1、视场光阑2、视场光阑的确定方法-视场光阑和入窗、出窗(1)(1)作出光学系统中除孔径光阑外其余光阑在作出光学系统中除孔径光阑外其余光阑在系统物系统物(像像)空间的像；空间的像；(2)(2)在系统的物在系统的物(像像)空间比较光阑的像对入空间比较光阑的像对入(出出)瞳中心的张角，张角最小的光阑的像对应的瞳中心的张角，张角最小的光阑的像对应的光阑即为视场光阑。光阑即为视场光阑。M3iAAM3M2M1说明说明:光学系统视场光阑与光学系统和物平面位置有关。光学系统视场光阑与光学系统和物平面位置有关。2、视场光阑的确定方法-视场光阑和入窗、出窗(1)作出光学3、入窗和出窗-视场光阑和入窗、出窗入窗入窗:视场光阑在光学系统物空间的像。视场光阑在光学系统物空间的像。出窗出窗:视场光阑在光学系统像空间的像。视场光阑在光学系统像空间的像。DDww4、物方和像方半视场角物方半视场角物方半视场角:入瞳中心对入窗的半张角入瞳中心对入窗的半张角(w w).).像方半视场角像方半视场角:出瞳中心对出窗的半张角出瞳中心对出窗的半张角(w w)3、入窗和出窗-视场光阑和入窗、出窗入窗:视场光阑在光D入窗入瞳物面1、渐晕及渐晕系数-渐晕(1)渐晕渐晕 A1A2 轴外物点发出的充满入瞳的轴外物点发出的充满入瞳的光束被别的光阑部分遮挡的现光束被别的光阑部分遮挡的现象，称为渐晕。象，称为渐晕。(2)渐晕系数渐晕系数 线渐晕系数线渐晕系数：轴外物点发：轴外物点发出的成像光束在入瞳面上光束的出的成像光束在入瞳面上光束的宽度和入瞳直径的比值，表示为宽度和入瞳直径的比值，表示为KD。面渐晕系数面渐晕系数：轴外物点发：轴外物点发出的成像光束在入瞳面上光束的出的成像光束在入瞳面上光束的截面和入瞳截面的比值，表示为截面和入瞳截面的比值，表示为KS。D入窗入瞳物面1、渐晕及渐晕系数-渐晕(1)渐晕 AD入窗入瞳物面-q-p2、光学系统消渐晕条件-渐晕(1)(1)、分析、分析 B1B2B3B0(2)(2)、条件、条件 (a)(a)入窗和入瞳重合入窗和入瞳重合(q=0)=0)(b)(b)入窗和物面重合入窗和物面重合(q=p)D入窗入瞳物面-q-p2、光学系统消渐晕条件-渐晕(1)、分D出瞳景像平面景像平面D入瞳对准平面对准平面-p五、景深-光学系统的光束限制 远景远景:在景象平面上能够成在景象平面上能够成“清晰清晰”像的最远的平面。像的最远的平面。近景近景远景远景-p2-p1D1D2ABA近景近景:在景象平面上能够成在景象平面上能够成“清晰清晰”像的最近的平面。像的最近的平面。远景深度远景深度:远景到对准面的距离远景到对准面的距离;近景深度近景深度:近景到对准面的距离。近景到对准面的距离。景深景深:远景和近景之间的距离。远景和近景之间的距离。D出瞳景像平面D入瞳对准平面-p五、景深-光学系统的光束例题-光学系统的光束限制 例题例题1:1:如图如图,一个开孔的金属板和两个焦距依次为一个开孔的金属板和两个焦距依次为10cm和和20cm的透镜构成光学系统的透镜构成光学系统,三者之间的空间间隔均三者之间的空间间隔均为为30cm。如果金属板的孔径和两个透镜的孔径依次。如果金属板的孔径和两个透镜的孔径依次为为2cm,4cm和和5cm,试问试问(1)当物位于无穷远时的孔径当物位于无穷远时的孔径和视场光阑，入瞳、入窗的位置及物方视场角和视场光阑，入瞳、入窗的位置及物方视场角.(2)位位于金属板前于金属板前20cm的物平面来说，孔径和视场光阑分的物平面来说，孔径和视场光阑分别是哪个，入瞳、入窗的位置及物方视场角和孔径角别是哪个，入瞳、入窗的位置及物方视场角和孔径角的大小。的大小。M3M2M13030M3i15例题-光学系统的光束限制 例题1:如图,一个开孔的金属板和作业-光学系统的光束限制 1.1.9-1(8-18)9-1(8-18)2.2.9-2(8-19)9-2(8-19)作业-光学系统的光束限制 9-1(8-18)