光学系统中成像光束的选择课件

第五章第五章 光学系统中成像光束的选择光学系统中成像光束的选择Chapter 5:Choice of imaging beam in optical system神八与天宫一号空间对接神八与天宫一号空间对接桂林开会桂林开会桂林山水桂林山水5-1 Diaphragm and their applications5-1 Diaphragm and their applicationsn Diaphragm:限制成像光束的圆孔称为限制成像光束的圆孔称为光阑光阑n Iris:限制进入光学系统成像光束口径的光阑称限制进入光学系统成像光束口径的光阑称孔径光阑孔径光阑n Field diaphragm:限制成像范围的光阑称限制成像范围的光阑称视场光阑视场光阑n Stray light iris:限制进入光学系统杂光的光阑称限制进入光学系统杂光的光阑称消杂光光阑消杂光光阑IrisFielddiaphragmStray light iris5-1 Diaphragm and their applicationsn Vignetting:渐晕渐晕Linear vignetting fator:5-1 Diaphragm and their applicationsn Vignetting:渐晕渐晕当存在渐晕时，渐晕光线宽度不仅与孔径光阑有关，而且还与其它当存在渐晕时，渐晕光线宽度不仅与孔径光阑有关，而且还与其它光阑口径有关。光阑口径有关。5-2 望远系统中成像光束的选择望远系统中成像光束的选择n 双目望远镜双目望远镜技术要求：技术要求：1.视放大率：视放大率：2.出射光束口径：出射光束口径：3.成像范围成像范围(视场角视场角)：4.出瞳距离：出瞳距离：5.物镜焦距：物镜焦距：6.目镜焦距：目镜焦距：5-2 望远系统中成像光束的选择望远系统中成像光束的选择n 双目望远镜双目望远镜The objective is the aperture diaphragm(iris)5-2 望远系统中成像光束的选择望远系统中成像光束的选择n 双目望远镜双目望远镜Reticle is the field diaphragm视场光阑一般为像面、物面或者分划板视场光阑一般为像面、物面或者分划板民品民品:军品军品:眼点眼点:5-2 望远系统中成像光束的选择望远系统中成像光束的选择Entrance pupilExit pupilIrisPrincipal ray共轭共轭5-2 望远系统中成像光束的选择望远系统中成像光束的选择n 周视瞄准镜周视瞄准镜IrisField diaphragm5-2 望远系统中成像光束的选择望远系统中成像光束的选择n Summaryl 确定轴向光束在成像特性确定轴向光束在成像特性,获得轴向光束的口径获得轴向光束的口径,系统成像确系统成像确定定l 选择轴外成像光束选择轴外成像光束,以降低某些零件的口径过大以降低某些零件的口径过大,一般使轴外一般使轴外光束的主光线通过轴向光束口径最大的光学零件或光阑光束的主光线通过轴向光束口径最大的光学零件或光阑,并把之并把之作为孔径光阑作为孔径光阑l 当光学系统没有渐晕时当光学系统没有渐晕时,孔径光阑即决定了轴向光束的口径孔径光阑即决定了轴向光束的口径,也也决定了轴外光束的口径决定了轴外光束的口径.孔径光阑在物空间的像称为入瞳孔径光阑在物空间的像称为入瞳,在像在像空间的像称为出瞳空间的像称为出瞳.通过孔径光阑中心的光线称为主光线通过孔径光阑中心的光线称为主光线.l 如果中心视场没有渐晕如果中心视场没有渐晕,边缘视场有渐晕边缘视场有渐晕,一般按没有渐晕的一般按没有渐晕的视场来确定孔径光阑、入瞳和出瞳位置视场来确定孔径光阑、入瞳和出瞳位置.l 随着视场的增加随着视场的增加,渐晕使主光线和光轴的交点位置发生变化渐晕使主光线和光轴的交点位置发生变化,一般按近轴区域内的主光线和光轴交点的位置来确定孔径光阑、一般按近轴区域内的主光线和光轴交点的位置来确定孔径光阑、入瞳和出瞳入瞳和出瞳.5-2 望远系统中成像光束的选择望远系统中成像光束的选择n Summaryl 在某此目视光学仪器中在某此目视光学仪器中,出瞳并不在系统后面出瞳并不在系统后面,如伽俐略望远如伽俐略望远镜等镜等,在与人眼配合使用时在与人眼配合使用时,可以把人眼瞳孔认为是孔径光阑可以把人眼瞳孔认为是孔径光阑,也也是出瞳是出瞳.l 限制光学系统成像范围的光阑称为视场光阑限制光学系统成像范围的光阑称为视场光阑,一般为实像平面一般为实像平面,通常为像面或者分划板通常为像面或者分划板,使系统有一个清晰的视场边界使系统有一个清晰的视场边界.但在没有但在没有实像面的光学系统中实像面的光学系统中,不存在视场光阑不存在视场光阑,随着视场的加大渐晕增随着视场的加大渐晕增加加,亮度逐渐减弱亮度逐渐减弱,没有清晰的视场边界没有清晰的视场边界.5-3 显微镜中的光束限制和远心光路显微镜中的光束限制和远心光路ObjectiveOcularIrisField diaphragmLagrange invariant 5-3 显微镜中的光束限制和远心光路显微镜中的光束限制和远心光路出瞳直径出瞳直径物方折射率物方折射率物方孔径角物方孔径角视放大率视放大率5-3 显微镜中的光束限制和远心光路显微镜中的光束限制和远心光路n 例例:目镜目镜15X,物镜物镜3X,需选用多大的数值孔径物镜需选用多大的数值孔径物镜?5-3 显微镜中的光束限制和远心光路显微镜中的光束限制和远心光路n 物方远心光路物方远心光路5-3 显微镜中的光束限制和远心光路显微镜中的光束限制和远心光路n 像方远心光路像方远心光路5-4 场镜的特性及其应用场镜的特性及其应用Field lens5-4 场镜的特性及其应用场镜的特性及其应用Field lens5-5 空间物体成像的清晰深度空间物体成像的清晰深度景深景深5-5 空间物体成像的清晰深度空间物体成像的清晰深度景深景深5-5 空间物体成像的清晰深度空间物体成像的清晰深度景深景深称为景深称为景深5-5 空间物体成像的清晰深度空间物体成像的清晰深度景深景深5-5 空间物体成像的清晰深度空间物体成像的清晰深度景深景深成像成像物像关系式物像关系式两式相减两式相减5-5 空间物体成像的清晰深度空间物体成像的清晰深度景深景深当当5-5 空间物体成像的清晰深度空间物体成像的清晰深度景深景深n 1.容许的光斑的直径越大，景深越大容许的光斑的直径越大，景深越大n 2.景深与相对孔径和景深与相对孔径和F数数(光圈光圈)的关系的关系5-5 空间物体成像的清晰深度空间物体成像的清晰深度景深景深n 3.求最近的基准物平面位置和总的成像深度求最近的基准物平面位置和总的成像深度5-5 空间物体成像的清晰深度空间物体成像的清晰深度景深景深n 例：已知照相物镜的焦距例：已知照相物镜的焦距f=50mm,像平面上允许的光斑直径为像平面上允许的光斑直径为0.05mm,物镜的相对孔径为物镜的相对孔径为1:10，要求最远的清晰范围到无限远。，要求最远的清晰范围到无限远。求最近的基准物平面位置和总的成像深度。求最近的基准物平面位置和总的成像深度。作业作业习题习题4习题习题7