应用光学第五章课件

CompanyLOGO工程光学工程光学第五章第五章 光学系统的光束限制光学系统的光束限制 孔径光阑孔径光阑 2渐晕光阑及场镜的应用渐晕光阑及场镜的应用 4概述概述 3 1视场光阑视场光阑3 3景深和焦深景深和焦深 3 5第一节第一节 概述概述v在光学系统中，对光束起限制作用的在光学系统中，对光束起限制作用的光学元件称为光阑。光学元件称为光阑。v根据各种光阑限制光束的目的，它们根据各种光阑限制光束的目的，它们大体分为以下几种：大体分为以下几种：孔径光阑孔径光阑视场光阑视场光阑 渐晕光阑渐晕光阑消杂光光阑消杂光光阑 第一节第一节 概述概述孔径光阑：孔径光阑：光学系统中用于限制成像光束大小的光阑称光学系统中用于限制成像光束大小的光阑称为为孔径光阑孔径光阑，如照相机中的可调光圈就是该系，如照相机中的可调光圈就是该系统的孔径光阑。统的孔径光阑。在光学系统中，描述成像光束大小的参量称在光学系统中，描述成像光束大小的参量称为为孔径孔径，系统对近距离物体成像时，其孔径大，系统对近距离物体成像时，其孔径大小用孔径角小用孔径角U表示，对无限远物体成像时，孔表示，对无限远物体成像时，孔径大小用孔径高度径大小用孔径高度h表示，如图表示，如图5-1所示。所示。A-UU孔径光阑孔径光阑视场光阑视场光阑AyB孔径光阑孔径光阑图图5-1 第一节第一节 概述概述视场光阑视场光阑 在光学系统中，用于限制成像范围大小的光在光学系统中，用于限制成像范围大小的光阑称为阑称为视场光阑视场光阑，如照相机中的底片框就是该，如照相机中的底片框就是该系统的视场光阑。系统的视场光阑。光学系统中描述成像范围大小的参量称为光学系统中描述成像范围大小的参量称为视视场场，系统对近距离物体成像时，视场大小一般，系统对近距离物体成像时，视场大小一般用物体的高度用物体的高度y表示，对远距离物体成像时，表示，对远距离物体成像时，视场大小用视场角视场大小用视场角（斜平行光线的角度）表（斜平行光线的角度）表示。如图示。如图5-2所示。所示。图图5-2 孔径光阑wFy视场光阑第一节第一节 概述概述渐晕光阑渐晕光阑 所谓所谓渐晕渐晕，是指视场范围内部分区域物点的，是指视场范围内部分区域物点的成像光束较之另一部分区域物点的光束出现减成像光束较之另一部分区域物点的光束出现减弱的现象。这些光束的减少有些是不可避免产弱的现象。这些光束的减少有些是不可避免产生的，而有些是刻意设置的。生的，而有些是刻意设置的。渐晕光阑渐晕光阑就是对轴外物点的成像光束起到部就是对轴外物点的成像光束起到部分拦光作用的一种光阑，它使轴外物点通过系分拦光作用的一种光阑，它使轴外物点通过系统的光束小于轴上物点，其目的是为了改善轴统的光束小于轴上物点，其目的是为了改善轴外点的成像质量或减小部分光学元件的横向尺外点的成像质量或减小部分光学元件的横向尺寸。寸。第一节第一节 概述概述消杂光消杂光光阑光阑 消消杂杂光光光光阑阑用用来来限限制制一一些些非非成成像像光光线线，这这些些光光线线常常常常是是由由于于镜镜头头表表面面、金金属属表表面面以以及及镜镜筒筒内内壁壁反反射射或或散散射射所所产产生生的的杂杂散散光光，它它们们通通过过系系统统后后将将在在像像面面上上产产生生杂杂光光背背景景，破破坏坏像像的的对对比度和清晰度。比度和清晰度。尽管有上述多种目的的光束限制，但任何一种尽管有上述多种目的的光束限制，但任何一种光学系统，都必须具备两种最基本的光束限制，光学系统，都必须具备两种最基本的光束限制，即对成像光束大小的限制和对成像范围大小的限即对成像光束大小的限制和对成像范围大小的限制。因此，孔径光阑和视场光阑在光学系统中不制。因此，孔径光阑和视场光阑在光学系统中不可缺少的。可缺少的。第二节第二节 孔径光阑孔径光阑v光学系统的所有元件都有有限的通光学系统的所有元件都有有限的通光口径，其中必有一个元件的口径光口径，其中必有一个元件的口径限制着给定轴上物点所能进入系统限制着给定轴上物点所能进入系统的最大光束，这就是孔径光阑。的最大光束，这就是孔径光阑。1、光束限制的共轭原则、光束限制的共轭原则 2、孔径光阑的判断、孔径光阑的判断 3、入射光瞳和出射光瞳、入射光瞳和出射光瞳 光束限制的共轭原则光束限制的共轭原则 所谓光束限制共轭原则是指，当一条光线所谓光束限制共轭原则是指，当一条光线被其所在介质空间的某一元器件的口径所限被其所在介质空间的某一元器件的口径所限制，则该光线的共轭光线也将被器件共轭像制，则该光线的共轭光线也将被器件共轭像的口径所限制，如图的口径所限制，如图5-3。一个器件对光束的限制状况可以在任一个一个器件对光束的限制状况可以在任一个介质空间进行判断，但是，出于可比性，通介质空间进行判断，但是，出于可比性，通常将所有器件都成像在同一介质空间来对光常将所有器件都成像在同一介质空间来对光束限制的状况作比较。束限制的状况作比较。AAIIII图图5-3孔径光阑的判断孔径光阑的判断 在共轴光学系统中，各光学元器件按其设在共轴光学系统中，各光学元器件按其设计的组合顺序依次排列，成像光束在经过各计的组合顺序依次排列，成像光束在经过各个元器件时，由于每个器件的通光口径大小个元器件时，由于每个器件的通光口径大小和位置不同，对轴上物点允许通过的光束大和位置不同，对轴上物点允许通过的光束大小也不同。找出其中允许通过光束最小的元小也不同。找出其中允许通过光束最小的元器件，便是孔径光阑，如图器件，便是孔径光阑，如图5-4所示所示。物物A.S.L像像图图5-4孔径光阑的判断孔径光阑的判断具体判断方法是：具体判断方法是：1首先求出所有的通光元件在系统物方的共首先求出所有的通光元件在系统物方的共轭轭“像像”。即对每一器件从右到左，由像空间。即对每一器件从右到左，由像空间对其左方的所有成像元件进行成像，得到所有对其左方的所有成像元件进行成像，得到所有器件在物方空间的共轭器件在物方空间的共轭“像像”。2在物空间确定各器件允许通过光束的最大在物空间确定各器件允许通过光束的最大孔径角（当物在无限远时，确定所允许通过光孔径角（当物在无限远时，确定所允许通过光束的最大高度）。即由给定的轴上物点以不同束的最大高度）。即由给定的轴上物点以不同的孔径角去连接各个元件在物方的共轭的孔径角去连接各个元件在物方的共轭“像像”边缘，这些孔径角代表了各器件对轴上物点限边缘，这些孔径角代表了各器件对轴上物点限制的最大光束；制的最大光束；3比较出其中孔径角为最小（物在无限远时比较出其中孔径角为最小（物在无限远时为孔径高度最小）所对应的器件，该元件就是为孔径高度最小）所对应的器件，该元件就是系统的孔径光阑。系统的孔径光阑。孔径光阑的判断孔径光阑的判断例例5-1：如图如图5-5a所示，所示，D1为一透镜，为一透镜，D2为为一光孔，用作图法判断何者为孔径光阑。一光孔，用作图法判断何者为孔径光阑。AD1FFD2AU1FU221DDD2F图图5-5(a)(b)解解：将将D1、D2在物方求在物方求“像像”。由于由于D1前面无成像透镜，它在物前面无成像透镜，它在物方的共轭像方的共轭像D1就是其本身，就是其本身，D2对对D1成像于成像于D2（其作图法可（其作图法可参照理想光学系统由像求物的作参照理想光学系统由像求物的作图方法）图方法），如图，如图5-5b所示。所示。由物由物点点A连接连接D1、D2的边缘，张角的边缘，张角分别为分别为U1、U2，比较得出，比较得出U2U1，所以，所以D2为孔径光阑。为孔径光阑。该系统的最大孔径为该系统的最大孔径为U2。图图5-5 孔径光阑的判断孔径光阑的判断 应当指出，光学系统的孔径光阑只是对确定应当指出，光学系统的孔径光阑只是对确定的物体位置而言的，如果物体位置发生变化，的物体位置而言的，如果物体位置发生变化，原来孔径光阑有可能失去限制作用而被其它器原来孔径光阑有可能失去限制作用而被其它器件所代替，孔径光阑的所属将发生变化。如例件所代替，孔径光阑的所属将发生变化。如例题题5-1中，当物体移至无限远，这时轴上物点中，当物体移至无限远，这时轴上物点发出的平行光束中，发出的平行光束中，D1允许通过的孔径高度允许通过的孔径高度最小，因此，此时最小，因此，此时D1成为孔径光阑。成为孔径光阑。例例5-2：如图如图5-6a所示，所示，L1，L2是两个直径是两个直径相等的正薄透镜，相等的正薄透镜，A为物点，为物点，P是光孔，已是光孔，已知透镜的焦距知透镜的焦距 ，物距孔径光阑的判断孔径光阑的判断间距间距，直径，直径，求此系统的孔径光阑。，求此系统的孔径光阑。D =2=6=6A100D1P401LPD2202L图图5-6a解解 求出所有器件在物空间的像。为此将整个系统求出所有器件在物空间的像。为此将整个系统翻转翻转180，首先，光孔首先，光孔P经透镜经透镜L1成像：成像：孔径光阑的判断孔径光阑的判断，得：，得：（表示直径大小可不考虑符号）（表示直径大小可不考虑符号）再将透镜再将透镜L2对透镜对透镜L1成像：成像：，得：，得：，得：，得：，得：，得：透镜透镜L1本身处在物空间，不必成像。将上述所有本身处在物空间，不必成像。将上述所有成像结果再转回成像结果再转回180，得到图，得到图5-6b。孔径光阑的判断孔径光阑的判断由物点由物点A像所有物空间的器件像边缘作连线，比较像所有物空间的器件像边缘作连线，比较边缘光线的角度。边缘光线的角度。比较以上三个孔径角，有比较以上三个孔径角，有所以得出光孔所以得出光孔P为孔径光阑。为孔径光阑。D=3A2PD =2P2LD =2D1=6P40D2=620(L)11LP2L图图5-6b入射光瞳和出射光瞳入射光瞳和出射光瞳 我们把孔径光阑在物方空间的共轭我们把孔径光阑在物方空间的共轭“像像”称为称为入射光瞳入射光瞳，简称，简称入瞳入瞳，孔径光阑在像方，孔径光阑在像方空间的共轭像称为空间的共轭像称为出射光瞳出射光瞳，简称，简称出瞳出瞳。孔。孔径光阑、入瞳、出瞳三者互为共轭关系，它径光阑、入瞳、出瞳三者互为共轭关系，它们对光束的限制是等价的。根据光束限制的们对光束的限制是等价的。根据光束限制的共轭原则，入瞳在整个系统的物方对光束进共轭原则，入瞳在整个系统的物方对光束进行限制，而出瞳则在整个系统的像方对光束行限制，而出瞳则在整个系统的像方对光束进行限制，如图进行限制，如图5-7所示。所示。QL2L1Ex.PEn.PA.S.物物M.R.C.R.像像Q图图5-7入射光瞳和出射光瞳入射光瞳和出射光瞳 孔径光阑（或入瞳、出瞳）的位置在有些孔径光阑（或入瞳、出瞳）的位置在有些光学系统中是有特殊要求的。在图光学系统中是有特殊要求的。在图5-8中，入中，入瞳位于位置瞳位于位置1时，轴外物点时，轴外物点B以光束以光束BM1N1成像，当入瞳位于位置成像，当入瞳位于位置2时，轴外物点以光时，轴外物点以光束束BM2N2成像，通过比较就可以设定光阑位成像，通过比较就可以设定光阑位置，把成像质量差的光线拦在外面。另外，置，把成像质量差的光线拦在外面。另外，孔径光阑还可以由系统的横向尺寸来决定其孔径光阑还可以由系统的横向尺寸来决定其位置，孔径光阑与透镜重合时，透镜具有最位置，孔径光阑与透镜重合时，透镜具有最小的横向尺寸，越远离透镜则要求透镜的横小的横向尺寸，越远离透镜则要求透镜的横向尺寸越大。向尺寸越大。BAM1N2N1M221图图5-8入射光瞳和出射光瞳入射光瞳和出射光瞳 我们把物面上任意点入射的光束中，通过我们把物面上任意点入射的光束中，通过入瞳中心的光线称为该物点的主光线，它代入瞳中心的光线称为该物点的主光线，它代表了该物点的光束中心。主光线与光轴的夹表了该物点的光束中心。主光线与光轴的夹角为视场角角为视场角（图（图5-9），如果设物距为），如果设物距为l，入瞳距为入瞳距为lz，由图，由图5-9可知，物高与视场角的可知，物高与视场角的关系为关系为（5-1）入瞳入瞳-y-llz-w-w图图5-9第三节第三节 视场光阑视场光阑v光学系统的视场光阑对成像的范围（或称光学系统的视场光阑对成像的范围（或称视场大小）起限制作用。一般情况下，视视场大小）起限制作用。一般情况下，视场光阑多设在像面或物面上，有时也设在场光阑多设在像面或物面上，有时也设在系统成像过程中的某个中间实像面上，如系统成像过程中的某个中间实像面上，如图图5-10所示，这样，物或像的大小直接被所示，这样，物或像的大小直接被限制在视场光阑的口径内，口径以外的部限制在视场光阑的口径内，口径以外的部分将被拦去而不能成像。分将被拦去而不能成像。视场光阑视场光阑AyB孔径光阑孔径光阑孔径光阑孔径光阑w wFy视场光阑视场光阑视场光阑视场光阑a 视场光阑设在像面视场光阑设在像面b视场光阑设在物面视场光阑设在物面c视场光阑设在中间像面视场光阑设在中间像面 图图5-10第三节第三节 视场光阑视场光阑v寻找视场光阑的方法:v1.先找出入瞳的位置;v2.自入瞳中心引向系统的不透明内孔在物方空间的象的边缘,其张角最小者即为入窗,它最能限制物面成像范围.相应的不透明内框即为视场光阑第三节第三节 视场光阑视场光阑2 21 13 3视场光阑与物（像）面重视场光阑与物（像）面重合时的视场计算合时的视场计算渐晕及其计算渐晕及其计算入射窗和出射窗入射窗和出射窗 视场光阑与中间实像面重合的计算方法类似，只需视场光阑与中间实像面重合的计算方法类似，只需将其中将其中 （物为有限距离，其中（物为有限距离，其中为系统的放大率）为系统的放大率）（5-2）视场计算视场计算 根据视场光阑的不同位置，物方视场的根据视场光阑的不同位置，物方视场的大小由以下方法计算：大小由以下方法计算：1.视场光阑与像面重合视场光阑与像面重合 当视场光阑与像面重合时，视场光阑的大小就是像的大小，当视场光阑与像面重合时，视场光阑的大小就是像的大小，即即，由此可得物方视场的大小为，由此可得物方视场的大小为 （物在无限远，其中（物在无限远，其中或或用分系统的参数代入。用分系统的参数代入。为系统的焦距）为系统的焦距）（5-3）2视场光阑与物面重合视场光阑与物面重合当视场光阑与物面重合时，视场光阑的大小当视场光阑与物面重合时，视场光阑的大小就是物的大小，此时就是物的大小，此时视场计算视场计算 （5-4）其中其中 为入瞳的位置为入瞳的位置（5-5）渐晕及其计算渐晕及其计算 1渐晕的概念及渐晕系数渐晕的概念及渐晕系数 当孔径光阑和视场光阑确定以后，其余限当孔径光阑和视场光阑确定以后，其余限制轴外光束的光阑对轴外点将产生渐晕作用，制轴外光束的光阑对轴外点将产生渐晕作用，称为渐晕光阑。称为渐晕光阑。渐晕光阑的作用渐晕光阑的作用 1、减小光学系统的横向尺寸、减小光学系统的横向尺寸 2、改善轴外点的成向质量、改善轴外点的成向质量 图图5-11中的系统由一个透镜和一个光孔组中的系统由一个透镜和一个光孔组 成，成，光孔为孔径光阑，也是系统的入瞳，物面上的所光孔为孔径光阑，也是系统的入瞳，物面上的所有点都将通过入瞳射入光线并成像，在图有点都将通过入瞳射入光线并成像，在图5-11中，中，透镜就是视场光阑，此时的视场光阑与物面像面透镜就是视场光阑，此时的视场光阑与物面像面都不重合，光线因逐渐减弱而没有清晰的视场边都不重合，光线因逐渐减弱而没有清晰的视场边界。这种轴上轴外光线逐渐减弱的现象称为渐晕。界。这种轴上轴外光线逐渐减弱的现象称为渐晕。由分析不难得知，视场光阑与物面像面都不重合由分析不难得知，视场光阑与物面像面都不重合时，视场必然产生渐晕。时，视场必然产生渐晕。渐晕及其计算渐晕及其计算AB1B2B3P1P2L2L1视场光阑物平面入瞳图图5-11渐晕及其计算渐晕及其计算渐晕的大小可以定量计算，我们把入瞳渐晕的大小可以定量计算，我们把入瞳面上轴外物点通过系统的光束直径面上轴外物点通过系统的光束直径D与轴与轴上物点通过系统的光束直径上物点通过系统的光束直径D D0 0之比称为线之比称为线渐晕系数渐晕系数K KD D。（见图。（见图5-12），），即即（5-6）w wABDP21P入瞳入瞳视场光阑视场光阑2L图图5-12渐晕及其计算渐晕及其计算2视场光阑与物（像）面不重合时的视视场光阑与物（像）面不重合时的视场计算场计算 在这种情况下，计算视场大小的具体步骤是：在这种情况下，计算视场大小的具体步骤是：首先求出所有的通光元件在系统的物方的共轭首先求出所有的通光元件在系统的物方的共轭像，并按上一节所述方法找到入瞳；像，并按上一节所述方法找到入瞳；在入瞳口径上按渐晕系数截取一点，作为通过在入瞳口径上按渐晕系数截取一点，作为通过临界光线与入瞳的交点；临界光线与入瞳的交点；由该点向各个元件在物方的共轭像边框作连线，由该点向各个元件在物方的共轭像边框作连线，并延长连线至物面，其中允许通过的成像范围为并延长连线至物面，其中允许通过的成像范围为最小的光学元件就是系统的视场光阑。最小的光学元件就是系统的视场光阑。入射窗和出射窗入射窗和出射窗 同孔径光阑一样，我们把视场光阑在物同孔径光阑一样，我们把视场光阑在物方空间的共轭方空间的共轭“像像”称为入射窗，简称入称为入射窗，简称入窗，视场光阑在像方空间的共轭像称为出窗，视场光阑在像方空间的共轭像称为出射窗，简称出窗。视场光阑、入窗、出窗射窗，简称出窗。视场光阑、入窗、出窗三者之间的共轭关系类似于孔径光阑、入三者之间的共轭关系类似于孔径光阑、入瞳、出瞳三者的共轭关系，它们在各自空瞳、出瞳三者的共轭关系，它们在各自空间对视场（或光束）的限制是等价的。间对视场（或光束）的限制是等价的。第四节第四节 渐晕光阑及场镜的应用渐晕光阑及场镜的应用v渐晕光阑不是光学系统必须的，有的时渐晕光阑不是光学系统必须的，有的时 候候也可以有多个，通常都是为了减小透镜尺寸也可以有多个，通常都是为了减小透镜尺寸而使视场产生了渐晕。例如图而使视场产生了渐晕。例如图5-14的望远系的望远系统，视场光阑设置在中间实像面上起限制视统，视场光阑设置在中间实像面上起限制视场作用，但其后的目镜为了适当地减小尺寸，场作用，但其后的目镜为了适当地减小尺寸，将边缘视场的部分光束拦截在系统之外而产将边缘视场的部分光束拦截在系统之外而产生渐晕。生渐晕。目镜目镜21f 物镜物镜-w w视场光阑视场光阑-f图图5-14 的圆孔，求此光学系的圆孔，求此光学系统的瞳窗及物方视场角统的瞳窗及物方视场角.例例5-4:一个望远系统有两个正薄透镜组成，已知物镜一个望远系统有两个正薄透镜组成，已知物镜的焦距的焦距 ，物镜与目镜相隔，物镜与目镜相隔 1200mm 渐晕光阑及场镜的应用渐晕光阑及场镜的应用，其通光口径，其通光口径,目镜的通光口径目镜的通光口径，其光学间隔，其光学间隔 。今在今在处设置一直径为处设置一直径为F1(F2)f 1=10001200f 2=2002401,1321图图5-15 1-物镜物镜 2-目镜目镜 3-圆孔圆孔解：根据题义，作图解：根据题义，作图5-15，计算步骤如下，计算步骤如下（下页）（下页）式中的负号表示成倒像。对无限远轴上物点的光束限制可式中的负号表示成倒像。对无限远轴上物点的光束限制可直接比较物方的三个光孔的直径，由于物镜的直径最小，直接比较物方的三个光孔的直径，由于物镜的直径最小，所以物镜为入瞳，它也是孔径光阑，出瞳的位置和大小计所以物镜为入瞳，它也是孔径光阑，出瞳的位置和大小计算如下算如下 渐晕光阑及场镜的应用渐晕光阑及场镜的应用 确定孔径光阑、入瞳、出瞳确定孔径光阑、入瞳、出瞳将各光孔对前面透镜成像。光孔将各光孔对前面透镜成像。光孔3位于物镜的像方焦面位于物镜的像方焦面上，对物镜成像在物方无限远处，大小为无限大，与上，对物镜成像在物方无限远处，大小为无限大，与无限远的物面重合；目镜无限远的物面重合；目镜2对物镜成像的位置、大小为对物镜成像的位置、大小为 式中负号表示成倒像。式中负号表示成倒像。即出瞳位于目镜右方即出瞳位于目镜右方240处，大小为处，大小为10。确定视场光阑、确定视场光阑、入窗、出窗及物方视场角、出窗及物方视场角光孔光孔3与物镜的像重合，所以光孔即为视场光阑，入与物镜的像重合，所以光孔即为视场光阑，入窗和出窗分别与无限远的物面和无限远的像面重合。物窗和出窗分别与无限远的物面和无限远的像面重合。物方视场角为方视场角为渐晕光阑及场镜的应用渐晕光阑及场镜的应用，有的光学系统不允许有渐晕，又不希望透镜有的光学系统不允许有渐晕，又不希望透镜有过大的口径，通常采用场镜来实现这一目的。有过大的口径，通常采用场镜来实现这一目的。场镜就是在系统的中间像面或其附近处加入的场镜就是在系统的中间像面或其附近处加入的正透镜，场镜能够改变成像光束的位置，而不正透镜，场镜能够改变成像光束的位置，而不影响系统的光学特性。如图影响系统的光学特性。如图5-17 渐晕光阑及场镜的应用渐晕光阑及场镜的应用目镜目镜物镜物镜物镜物镜目镜目镜场镜场镜F物物F物物图图5-17例例5-5：在图在图5-18中，若物体经前组成像的像距为中，若物体经前组成像的像距为 ，解：依题意，前组透镜经场镜后恰好成像在后组上，故解：依题意，前组透镜经场镜后恰好成像在后组上，故前后两组透镜对于场镜恰为一对物像关系，即对于场镜前后两组透镜对于场镜恰为一对物像关系，即对于场镜有有 ，渐晕光阑及场镜的应用渐晕光阑及场镜的应用 确定场镜焦距的方法，可以按照某一条光线通过场确定场镜焦距的方法，可以按照某一条光线通过场镜前后所要求的位置，利用高斯光学来求解镜前后所要求的位置，利用高斯光学来求解。像面离开后组透镜的距离为像面离开后组透镜的距离为 ，现要求加入场镜后，现要求加入场镜后使系统主光线既通过前组透镜的中心，又通过后组透镜使系统主光线既通过前组透镜的中心，又通过后组透镜的中心，求场镜焦距。的中心，求场镜焦距。，其物像关系可以写成，其物像关系可以写成解得解得。这就是场镜所需的焦距。这就是场镜所需的焦距。第五节第五节 景深和焦深景深和焦深v景深景深v焦深焦深 v远心光路远心光路 景深景深 空间有一定深度的物体所成的平面像只空间有一定深度的物体所成的平面像只是某种实用程度上的清晰像，而不是理想是某种实用程度上的清晰像，而不是理想像。我们把在平面上能成清晰像的物方空像。我们把在平面上能成清晰像的物方空间深度称为间深度称为景深景深。如图。如图5-19所示所示 对准平面对准平面影像平面影像平面入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳图图5-19景深景深由图由图得得将将代入上式得代入上式得于是得到于是得到 近景深近景深远景深远景深景深景深（5-7）景深景深v为了获得正确的空间感觉,必须以适当的距离观察照片,即应使照片上图像的各点对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,符合这一条件的距离叫正确透视距离,以D表示.景深景深焦深焦深 我们将一个物平面能够获得清晰像的像方我们将一个物平面能够获得清晰像的像方空间深度称为焦深。如图空间深度称为焦深。如图5-20 ADD出瞳出瞳入瞳入瞳D DD DPD D12zA1z2图图5-20由图由图5-20可得，可得，于是得到焦深于是得到焦深 (5-8)景深和焦深是两个不同的概念，虽然在符号表示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。上有相似之处，但它们绝不是一对共轭关系。由于由于变化此测量系统变化此测量系统 会产生测量误差会产生测量误差 为避免这种测量误差而采用物方为避免这种测量误差而采用物方远心光路（如图远心光路（如图5-225-22）主光线在像面上的高度保持不变。）主光线在像面上的高度保持不变。远心光路远心光路 1、物方远心光路、物方远心光路 孔径光阑设置在光学系统的像方焦面处时，其入瞳在物孔径光阑设置在光学系统的像方焦面处时，其入瞳在物方无穷远，这种光路称为物方远心光路，在用于测量物方无穷远，这种光路称为物方远心光路，在用于测量物体大小的显微镜中经常被采用，用以提高测量精度。体大小的显微镜中经常被采用，用以提高测量精度。如图如图5-21是一个非物方远心光路测量系统。主光线在像面是一个非物方远心光路测量系统。主光线在像面上的高度为上的高度为主光线主光线B1Bf xA1A孔径光阑孔径光阑FABy1By1-w-wlyy孔径光阑孔径光阑BB1主光线主光线f AA1Fxy(y)B(B)11A-w-w 图图5-21图图5-22远心光路远心光路2、像方远心光路、像方远心光路 孔径光阑置于光学系统的物方焦面上时，其出瞳位于像方无孔径光阑置于光学系统的物方焦面上时，其出瞳位于像方无穷远，这种光路称为像方远心光路，在用于测量物体距离的穷远，这种光路称为像方远心光路，在用于测量物体距离的望远系统中经常被采用，也同样可以提高测量精度。望远系统中经常被采用，也同样可以提高测量精度。如图如图5-23是一个非像方远心光路测量系统。主光线在像面是一个非像方远心光路测量系统。主光线在像面上的高度为上的高度为 。在测量过程中不变在测量过程中不变。因像面位置的调焦状况而变化因像面位置的调焦状况而变化,由此产生测量误差由此产生测量误差.为避免这为避免这类测量误差而采用像方远心光路（如图类测量误差而采用像方远心光路（如图5-24），使），使主光线主光线孔径光阑孔径光阑B(B)A(A)F主光线主光线1-x1-f孔径光阑孔径光阑BB11AAzyCompanyLOGO