工程光学(第四章光阑)课件

第四章第四章 光学系统中成像光束光学系统中成像光束的限制的限制光阑光阑6/19/20241第四章 光学系统中成像光束的限制光阑8/9/202光学系统的孔径光阑、入瞳和出瞳光学系统的孔径光阑、入瞳和出瞳 2景深和焦深景深和焦深 4概述概述 3 1光学系统的视场光阑光学系统的视场光阑和入射窗、出射窗和入射窗、出射窗3 33 5远心光路远心光路6/19/20242光学系统的孔径光阑、入瞳和出瞳 2景深和焦深 4概述 31光光阑的定义：夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）限制了成像光束的大小，限制了成像光束的大小，光学系统中这种光学系统中这种限制成像光束的光孔称为限制成像光束的光孔称为光阑光阑光阑光阑。若光孔的大小是可变化的，这种光阑称若光孔的大小是可变化的，这种光阑称为为“可变光阑可变光阑可变光阑可变光阑”。若光孔的大小是不变的，这种光阑称为若光孔的大小是不变的，这种光阑称为“不不可变光阑可变光阑可变光阑可变光阑”。4-1 概述概述6/19/20243光阑的定义：夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）限制了成像以普通照相机来说明光阑以普通照相机来说明光阑可变光阑可变光阑底片底片6/19/20244以普通照相机来说明光阑可变光阑底片8/9/20234光阑在光学系统中的作用：1.1.决定像面的照度。（决定像面的照度。（孔径光阑孔径光阑）2.2.决定系统的视场。（决定系统的视场。（视场光阑视场光阑）3.3.限制光束中偏离理想位置的一些限制光束中偏离理想位置的一些光线，用以改善系统的成像质量。光线，用以改善系统的成像质量。（渐晕光阑渐晕光阑）4.4.拦截系统中有害的杂散光。拦截系统中有害的杂散光。（消杂光光阑消杂光光阑）6/19/20245光阑在光学系统中的作用：1.决定像面的照度。（孔径光阑）2.4-2 孔径光阑、入瞳、出瞳孔径光阑、入瞳、出瞳一、孔径光阑一、孔径光阑：光学系统中用于限制成像光束大小的光阑称为光学系统中用于限制成像光束大小的光阑称为孔径光孔径光阑阑，如照相机中的可调光圈就是该系统的孔径光阑。，如照相机中的可调光圈就是该系统的孔径光阑。在光学系统中，描述成像光束大小的参量称为在光学系统中，描述成像光束大小的参量称为孔径孔径，系统对近距离物体成像时，其孔径大小用孔径角系统对近距离物体成像时，其孔径大小用孔径角U U表示，表示，对无限远物体成像时，孔径大小用孔径高度对无限远物体成像时，孔径大小用孔径高度h h表示，如表示，如图图4-14-1所示。所示。6/19/20246 4-2 孔径光阑、入瞳、出瞳二、光束限制的共轭原则所谓光束限制共轭原则是指，当一条光线被其所在介质空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制，则该光线的共轭光线也将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的口径所限制，如图被器件共轭像的口径所限制，如图4-24-2。一个器件对光束的限制状况可以在任一个介质空间进行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，通常将所有器件都成像在同一判断，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束限制的状况作比较。介质空间来对光束限制的状况作比较。AAIIII图图4-26/19/20247二、光束限制的共轭原则所谓光束限制共轭原则是指，当一条光线被三、孔径光阑的判断三、孔径光阑的判断在在共共轴轴光光学学系系统统中中，各各光光学学元元器器件件按按其其设设计计的的组组合合顺顺序序依依次次排排列列，成成像像光光束束在在经经过过各各个个元元器器件件时时，由由于于每每个个器器件件的的通通光光口口径径大大小小和和位位置置不不同同，对对轴轴上上物物点点允允许许通通过过的的光光束束大大小小也也不不同同。找找出出其其中中允允许许通通过过光光束束最最小小的的元元器器件件，便便是是孔孔径径光光阑阑，如如图图4-34-3所示所示 。物物A.S.L像像图图4-36/19/20248三、孔径光阑的判断在共轴光学系统中，各光学元器件按其设计的组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 1首首先先求求出出所所有有的的通通光光元元件件在在系系统统物物方方的的共共轭轭“像像”。即即对对每每一一器器件件从从右右到到左左，由由像像空空间间对对其其左左方方的的所所有有成成像像元元件件进进行行成像，得到所有器件在物方空间的共轭成像，得到所有器件在物方空间的共轭“像像”。2 2在在物物空空间间确确定定各各器器件件允允许许通通过过光光束束的的最最大大孔孔径径角角（当当物物在在无无限限远远时时，确确定定所所允允许许通通过过光光束束的的最最大大高高度度）。即即由由给给定定的的轴轴上上物物点点以以不不同同的的孔孔径径角角去去连连接接各各个个元元件件在在物物方方的的共共轭轭“像像”边边缘缘，这这些些孔孔径径角角代代表表了了各各器器件件对对轴轴上上物物点点限限制制的的最最大大光光束；束；3 3比比较较出出其其中中孔孔径径角角为为最最小小（物物在在无无限限远远时时为为孔孔径径高高度度最最小小）所对应的器件，该元件就是系统的孔径光阑。所对应的器件，该元件就是系统的孔径光阑。6/19/20249孔径光阑的判断具体判断方法是：8/9/20239孔径光阑的判断孔径光阑的判断例例4-1：如图：如图4-4a所示，所示，D1为一透镜，为一透镜，D2为一光孔，用作图法判断何者为孔径为一光孔，用作图法判断何者为孔径光阑。光阑。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，它在物方的共轭前面无成像透镜，它在物方的共轭像像D1就是其本身，就是其本身，D2对对D1成像于成像于D2（其作图法可参照理想光学系统由（其作图法可参照理想光学系统由像求物的作图方法），如图像求物的作图方法），如图4-4b所示。所示。由物点由物点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。该系统的最大孔为孔径光阑。该系统的最大孔径为径为U2。AD1FFD2AU1FU221DDD2F图图4-4(a)(b)图图4-4 6/19/202410孔径光阑的判断例4-1：如图4-4a所示，D1为一透镜，D2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件所代替，孔径光阑的所属将发生变化。如例题4-1中，当物体移至无限远，这时轴上物点发出的平行光束中，D1允许通过的孔径高度最小，因此，此时D1成为孔径光阑。6/19/202411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的物体位例例2 2：如图：如图4-5a4-5a所示，所示，L L1 1，L L2 2是两个直径相是两个直径相等的正薄透镜，等的正薄透镜，A A为物点，为物点，P P是光孔，已知是光孔，已知透镜的焦距透镜的焦距 ，物距孔径光阑的判断孔径光阑的判断间间距距，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4-5a6/19/202412例2：如图4-5a所示，L1，L2是两个直径相等的正薄透镜，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180180，首先，光孔，首先，光孔P P经透镜经透镜L1L1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（表示直径大小可不考虑虑符号）符号）再将透镜再将透镜L L2 2对透镜对透镜L L1 1成像：成像：，得：，得：，得：，得：，得：，得：透镜透镜L1L1本身处在物空间，不必成像。将上述所有成本身处在物空间，不必成像。将上述所有成像结果再转回像结果再转回180180，得到图，得到图4-5b4-5b。6/19/202413解 求出所有器件在物空间的像。为此将整个系统翻转180，首先孔径光阑的判断孔径光阑的判断由物点由物点A 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。比比较较以上三个孔径角，有以上三个孔径角，有所以得出光孔所以得出光孔P为为孔径光孔径光阑阑。D=3A2PD =2P2LD =2D1=6P40D2=620(L)11LP2L图图4-5b6/19/202414孔径光阑的判断由物点A像所有物空间的器件像边缘作连线，比较边四、入射光瞳和出射光瞳四、入射光瞳和出射光瞳 要找到孔径光阑，首先应使所有的光孔处于同一要找到孔径光阑，首先应使所有的光孔处于同一空间空间。即 所有光孔投射到第一光孔的物空间，对轴上物点A张角最小的光孔“像”所共轭的光孔为孔径光阑,该光孔“像”称入射光瞳。.或所有光孔投射到最后一个光孔的像空间，对轴上像点A张角最小的光孔“像”所共轭的光孔为孔径光阑,该光孔“像”称为出射光瞳。6/19/202415四、入射光瞳和出射光瞳 要找到孔径光阑，首先应使所有的光孔QQQ2A-UP1PP2入射光瞳入射光瞳孔径光阑孔径光阑L1L2 2L2BACK6/19/202416QQQ2A-UP1PP2入射光瞳孔径光阑L1L2L2BA将光学系统中所有光学元件的通光将光学系统中所有光学元件的通光孔分别通过其前面的光学元件成像孔分别通过其前面的光学元件成像到整个系统的到整个系统的物空间物空间去，系统的入去，系统的入射光瞳必然是其中对物面中心的射光瞳必然是其中对物面中心的张张角为最小角为最小的一个的一个。6/19/202417将光学系统中所有光学元件的通光孔分别通过其前面的光学元件成像PL1AU孔径光阑孔径光阑QQ2QL2P P 出射光瞳出射光瞳L16/19/202418PL1AU孔径光阑QQ2QL2PP出射光瞳L18将光学系统中所有光学元件的通光将光学系统中所有光学元件的通光孔分别通过其后面的光学元件成像孔分别通过其后面的光学元件成像到整个系统的到整个系统的像空间像空间去，系统的出去，系统的出射光瞳必然是其中对像面中心的射光瞳必然是其中对像面中心的张张角为最小角为最小的一个的一个。6/19/202419将光学系统中所有光学元件的通光孔分别通过其后面的光学元件成像 入瞳入瞳、出瞳与孔径光阑的共轭关系出瞳与孔径光阑的共轭关系2.2.入射光瞳与孔径光阑对其前面的光学系统而言就入射光瞳与孔径光阑对其前面的光学系统而言就是共轭关系；是共轭关系；3.3.出射光瞳与孔径光阑对其后面的光学系统而言出射光瞳与孔径光阑对其后面的光学系统而言是共轭关系；是共轭关系；1.入瞳是物面上所有各点发出的光束的共同入口；出瞳入瞳是物面上所有各点发出的光束的共同入口；出瞳是物面上各点发出光束经整个光学系统以后从最后一个是物面上各点发出光束经整个光学系统以后从最后一个光孔出射的共同出口。光孔出射的共同出口。4.入瞳入瞳与与出瞳出瞳对整个光学系统是对整个光学系统是共轭共轭的的。6/19/202420 入瞳、出瞳与孔径光阑的共轭关系2.入射光瞳与孔径光阑对其前 一般指由轴外物点发出一般指由轴外物点发出通过入射光瞳中心的通过入射光瞳中心的光线称为光线称为主光线主光线由于共轭关系，主光线也必然通过孔径光由于共轭关系，主光线也必然通过孔径光阑中心和出瞳中心。阑中心和出瞳中心。主光线是各个物点发出的成像光束的光主光线是各个物点发出的成像光束的光束轴线。束轴线。五、主光线的概念五、主光线的概念6/19/202421 一般指由轴外物点发出通过入射光瞳中心的光线称为主光线由于共六、孔径角的概念：由轴上物点A向入射光瞳的边缘所引直线的张角，这个张角称物方孔径角。一般用2U表示。由轴上像点A向出射光瞳边缘所引的张角，这个张角称像方孔径角。一般用2U 表示。它不但决定了它不但决定了像面的照度像面的照度，而且还决定，而且还决定了光学系统了光学系统分辨能力分辨能力 NEXT106/19/202422六、孔径角的概念：由轴上物点A向入射光瞳的边缘所引直线的张角对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法来表征这种对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法来表征这种孔径角相应的性能参数孔径角相应的性能参数 显微系统和投影系统的物镜常用显微系统和投影系统的物镜常用nsinsinU Umaxmax表示，被称之为表示，被称之为数值孔径数值孔径，用，用NANA表示，即表示，即 n n 物方空间的介质折射率。物方空间的介质折射率。物方孔径角物方孔径角U Umaxmax越大，其越大，其数值孔径数值孔径也越大也越大 进入系统的光能越多进入系统的光能越多，理论分辨本领越高理论分辨本领越高6/19/202423对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法来表征这种孔径角相应望远系统和摄影系统常用望远系统和摄影系统常用相对孔径相对孔径A来表示来表示 D 入瞳直径入瞳直径 f物镜焦距物镜焦距 相对孔径相对孔径A越大越大，表明能进入系统的光能也越多表明能进入系统的光能也越多而照相机而照相机，则常用另一个术语则常用另一个术语光阑指数光阑指数，用用F来来表示表示，它是相对孔径的倒数它是相对孔径的倒数，即即F俗称俗称光圈光圈，相对孔径越大时，光圈数值愈小，相对孔径越大时，光圈数值愈小。6/19/202424望远系统和摄影系统常用相对孔径A来表示 而照相机，则常用另一必须注意：光学系统的孔径光阑只是对一定位置的光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物体而言的物体而言的如果物体位置发生变化，原来限制光束的孔径光如果物体位置发生变化，原来限制光束的孔径光阑将会失去限制光束的作用，光束会被其他光孔阑将会失去限制光束的作用，光束会被其他光孔所限制。所限制。对于对于无限远的物体无限远的物体，光学系统的所有光孔被其，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。的一个光孔像就是系统的入瞳。6/19/202425必须注意：光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物体而言的如果4-3 视场光阑视场光阑 入射窗入射窗 出射窗出射窗 光学系统的成像范围是有限的。如光学系统的成像范围是有限的。如:照相机中底片框限制了被成像范围的大小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工具显微镜中分划板的直径决定成像物体的大小大小一、视场光阑一、视场光阑定义定义：6/19/2024264-3 视场光阑 入射窗 出射窗 光学系统的定义：限制成像范围大小的光阑称为视场光阑。描述成像范围大小的参量称为视场，近距离物体成像的视场一般用物体的高度y表示，无限远物体成像的视场用视场角 表示。一视场光阑一视场光阑图图4-96/19/202427定义：限制成像范围大小的光阑称为视场光阑。一视场光阑图4-光学系统的视场光阑对成像的范围（或称视场大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，视场光阑多设在小）起限制作用。一般情况下，视场光阑多设在像面或物面上，有时也设在系统成像过程中的某像面或物面上，有时也设在系统成像过程中的某个中间实像面上，如图个中间实像面上，如图4-104-10所示，这样，物或像所示，这样，物或像的大小直接被限制在视场光阑的口径内，口径以的大小直接被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。外的部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图图4-106/19/202428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。一二、入射窗二、入射窗 出射窗出射窗与孔径光阑类似，视场光阑被其前面的光组在与孔径光阑类似，视场光阑被其前面的光组在整个系统的物空间所成的像称为整个系统的物空间所成的像称为入射窗（简称入射窗（简称入窗）入窗）。视场光阑被其后面的光组在整个系统的像空间所视场光阑被其后面的光组在整个系统的像空间所成的像称为成的像称为出射窗（简称出窗）出射窗（简称出窗）6/19/202429二、入射窗 出射窗与孔径光阑类似，视场光阑被其前面的光组如果孔径光阑或入射光瞳都如果孔径光阑或入射光瞳都非常小非常小时，只有沿主光线时，只有沿主光线的一束无限细光束能通过光学系统的一束无限细光束能通过光学系统 孔径光阑孔径光阑AL1L2BC出射光瞳出射光瞳入射窗入射窗PQP入射光瞳入射光瞳AB视场光阑视场光阑（出射窗）（出射窗）6/19/202430如果孔径光阑或入射光瞳都非常小时，只有沿主光线的一束无限细把孔径光阑以外的所有光孔通过其前把孔径光阑以外的所有光孔通过其前面的光组成像，则在这些像中面的光组成像，则在这些像中入射窗入射窗对入瞳中心的张角为最小对入瞳中心的张角为最小。入射窗限制着入射窗限制着物空间物空间的成像范围的成像范围6/19/202431把孔径光阑以外的所有光孔通过其前面的光组成像，则在这些像中入把除孔径光阑外的所有光孔通过其后面的光把除孔径光阑外的所有光孔通过其后面的光组在整个系统的像空间成像时，组在整个系统的像空间成像时，出射窗对出出射窗对出射光瞳中心的张角为最小射光瞳中心的张角为最小。出射窗限制了出射窗限制了像方视场范围像方视场范围入射窗和出射窗共轭入射窗和出射窗共轭。入射窗、视场光阑对入射窗、视场光阑对位于其前面的光学系统共轭；出射窗、视场位于其前面的光学系统共轭；出射窗、视场光阑对位于其后面的光学系统共轭；光阑对位于其后面的光学系统共轭；6/19/202432把除孔径光阑外的所有光孔通过其后面的光组在整个系统的像空间成三三、视场角视场角的概念的概念：把把入瞳中心对入射窗的张角，称为物方视场角。入瞳中心对入射窗的张角，称为物方视场角。以以2表示表示。出瞳中心对出射窗的张角，称为像方视场角，出瞳中心对出射窗的张角，称为像方视场角，以以2表示表示。需要注意需要注意：视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的。视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的。6/19/202433三、视场角的概念：8/9/202333光学系统的视场大小用两种方法表示光学系统的视场大小用两种方法表示 线视场线视场：对近距离成像的光组对近距离成像的光组，常用能看常用能看到的物平面直径来表示到的物平面直径来表示 视场角视场角：对远距离或无限远物体成像的光对远距离或无限远物体成像的光组组，常用角度来表示其视场的大小常用角度来表示其视场的大小这就是前面谈到过的这就是前面谈到过的物方物方视场角视场角2和和像像方方视场角视场角2。6/19/202434光学系统的视场大小用两种方法表示 线视场：对近距离成像的光组常见实例摄影系统摄影系统：像面的大小决定视场角：像面的大小决定视场角2W的大小的大小 望远镜望远镜：中间实像面上分划板的大小决定视场角：中间实像面上分划板的大小决定视场角2W的大小的大小 6/19/202435常见实例摄影系统：像面的大小决定视场角2W的大小 望远镜：中综上所述综上所述，孔径光阑和视场光阑是光学系孔径光阑和视场光阑是光学系统中起重要作用的两种光阑统中起重要作用的两种光阑，前者主要限制成像光束的孔径前者主要限制成像光束的孔径，即决定像即决定像的照度的照度。后者决定视场后者决定视场，即物体被成像的范围即物体被成像的范围。切不可把孔径光阑和视场光阑混为一谈切不可把孔径光阑和视场光阑混为一谈 6/19/202436综上所述，孔径光阑和视场光阑是光学系统中起重要作用的两种光阑4-4 光学系统的景深光学系统的景深问题问题:为什么看许多照片时感觉远近都清楚？为什么看许多照片时感觉远近都清楚？根据理想光学系统特性根据理想光学系统特性，物空间一个平面物空间一个平面，在像空在像空间只有一个平面与之共轭间只有一个平面与之共轭。实际上有很多光学仪器需要把空间实际上有很多光学仪器需要把空间中的物点成像在一个像平面上中的物点成像在一个像平面上（称称为平面上的空间像为平面上的空间像），），如望远镜和如望远镜和照相物镜等就属于这一类照相物镜等就属于这一类。6/19/2024374-4 光学系统的景深问题:为什么看许多照片时感觉远近ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1设在设在B1点和点和B2点之间的物空间各点均能在点之间的物空间各点均能在像平面像平面A成清晰像成清晰像6/19/202438ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z理论上，只有共轭的物平面才能在像平面上理论上，只有共轭的物平面才能在像平面上成清晰像，其他物点所成的像均为弥散斑。成清晰像，其他物点所成的像均为弥散斑。但当此斑对眼睛的张角小于眼睛的最小分辨角但当此斑对眼睛的张角小于眼睛的最小分辨角1时，人眼看起来仍为一点。此时，该弥散斑可时，人眼看起来仍为一点。此时，该弥散斑可认为是空间点在平面上的像。认为是空间点在平面上的像。能在像平面上获得清晰像时沿光轴能在像平面上获得清晰像时沿光轴方向的方向的物空间深度物空间深度称为称为景深景深6/19/202439理论上，只有共轭的物平面才能在像平面上成清晰像，其他物点所ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1对准平面对准平面：像面所对应的共轭面远景深远景深：对准平面以远能成清晰像的物空间深度近景深近景深：对准平面以近能成清晰像的物空间深度景深为近景深与远景深之和景深为近景深与远景深之和。6/19/202440ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z与景深有关的因素景深随入瞳的增大而减小 景深随对准平面距离的增大而增大 景深随放大率（或焦距）的增大而减小 景深随像面分辨率的增加而减小6/19/202441与景深有关的因素8/9/202341左图：要拍摄小景深的照片，如特定镜头，应选择长焦距、左图：要拍摄小景深的照片，如特定镜头，应选择长焦距、大的相对孔径即小的光圈数，对准距离近。大的相对孔径即小的光圈数，对准距离近。右图：要拍摄大景深的照片，如远景镜头，应选择短焦距、右图：要拍摄大景深的照片，如远景镜头，应选择短焦距、小的相对孔径即大的光圈数，对准距离远。小的相对孔径即大的光圈数，对准距离远。6/19/202442左图：要拍摄小景深的照片，如特定镜头，应选择长焦距、右图：要ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1焦深：当物面位置固定时，得到清晰像时像平面沿光轴的移动量。6/19/202443ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z4-5 远心光路远心光路远心光路分为远心光路分为：物方物方远心光路和远心光路和像方像方远心光路远心光路另一类仪器是把一标尺放在不同的位置，光学系另一类仪器是把一标尺放在不同的位置，光学系统改变放大率，使标尺的像等于一个已知值，来统改变放大率，使标尺的像等于一个已知值，来求仪器到标尺间距离，如求仪器到标尺间距离，如大地测量仪器大地测量仪器中的视距中的视距测量。测量。一类仪器是光学系统有一定放大率，使被测物的一类仪器是光学系统有一定放大率，使被测物的像和标准刻尺相比，求被测物体的长度，如像和标准刻尺相比，求被测物体的长度，如工具工具显微镜显微镜等计量仪器。等计量仪器。6/19/2024444-5 远心光路远心光路分为：物方远心光路和像方远心光路在工具显微镜光学系统的实像平面上在工具显微镜光学系统的实像平面上，放置已知刻度值的透明刻尺放置已知刻度值的透明刻尺（称为分划板称为分划板）分划板上刻尺的格值已考虑了物镜的放大率分划板上刻尺的格值已考虑了物镜的放大率 按此方法测量按此方法测量，刻尺与物镜之间的距离应保持不变刻尺与物镜之间的距离应保持不变，使物镜的放大使物镜的放大率保持常数率保持常数这种测量方法的这种测量方法的测量精度测量精度在很大程度上取决于像平面与刻尺平面的在很大程度上取决于像平面与刻尺平面的重合程度重合程度。分划板分划板物镜物镜yBAyAB6/19/202445在工具显微镜光学系统的实像平面上，放置已知刻度值的透明刻尺（由于景深及调焦误差由于景深及调焦误差，不可能做到真正的重合不可能做到真正的重合，会引起一些误差会引起一些误差。像平面与分划板像平面与分划板不重合不重合的现象称为的现象称为视差视差。出瞳出瞳P1P2ZB1B2M1M2物体像物体像分划板分划板-Uz6/19/202446由于景深及调焦误差，不可能做到真正的重合，会引起一些误差。出为了减少视差对测量精度的影响为了减少视差对测量精度的影响，可以由控可以由控制制主光线主光线的方向来达到的方向来达到。孔径光阑孔径光阑（出瞳）（出瞳）F B2B1A1A2B2B1B2B1MM2M1分划板分划板6/19/202447为了减少视差对测量精度的影响，可以由控制主光线的方向来达到。该光路孔径光阑设置在物镜的像方焦平面处该光路孔径光阑设置在物镜的像方焦平面处，入瞳在无入瞳在无限远处限远处，物方主光线平行于光轴的光学系统物方主光线平行于光轴的光学系统，故称为故称为物物方远心光路方远心光路。其作用消除景深而带来的测量误差其作用消除景深而带来的测量误差。在大多数的计量光学仪器中在大多数的计量光学仪器中，其孔径光阑其孔径光阑（或出瞳或出瞳）常常安置在显微镜物镜或投影物镜像方焦平面上以形成物方安置在显微镜物镜或投影物镜像方焦平面上以形成物方远心光路以提高观测精度远心光路以提高观测精度。在光学仪器中常采用另一种光路在光学仪器中常采用另一种光路像方远心光路像方远心光路它是孔径光阑它是孔径光阑（或入瞳或入瞳）安置在整个光组的物方焦平面安置在整个光组的物方焦平面上形成的上形成的。6/19/202448该光路孔径光阑设置在物镜的像方焦平面处，入瞳在无限远处，物方这种光学系统因为出瞳位于像方无限远处这种光学系统因为出瞳位于像方无限远处，平行于光平行于光轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心轴的像方主光线在无限远处会聚于出瞳中心，因此称因此称为为像方远心光路像方远心光路。用来消除焦深所带来的测量误差。孔径光阑孔径光阑（入瞳）（入瞳）分划板分划板M1M2MFB1B2B26/19/202449这种光学系统因为出瞳位于像方无限远处，平行于光轴的像方主光线像方远心光路常用在大地测量仪器像方远心光路常用在大地测量仪器（光组为望远镜系统光组为望远镜系统）中以提高测距中以提高测距精度精度。这种光路也常用在照明系统中这种光路也常用在照明系统中，以使以使它与成像系统的物方远心光路相配合它与成像系统的物方远心光路相配合。6/19/202450像方远心光路常用在大地测量仪器（光组为望远镜系统）中以提高测第四章要点1.光阑的概念2.孔径光阑及其判断3.入瞳、出瞳的概念及其与孔径光阑的共轭关系4.入、出瞳在光学系统中的作用5.孔径角 主光线 6.视场光阑概念、位置、入射窗、出射窗7.视场光阑在光学系统中的作用8.视场角 9.景深 焦深 10.物（像）方远心光路6/19/202451第四章要点1.光阑的概念8/9/202351