工程光学第五章优秀PPT.ppt

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1、工程光学第五章你现在浏览的是第一页，共80页2022/12/312022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院2 组成光学系统的所有零件都有一定的尺组成光学系统的所有零件都有一定的尺寸大小寸大小实际的光学系统除了应满足前述的实际的光学系统除了应满足前述的物象物象共轭位置关系和成像放大率共轭位置关系和成像放大率的要求外，的要求外，还要有一定的还要有一定的成像范围成像范围前面的研究没有对光学零件的大小加以前面的研究没有对光学零件的大小加以限制限制你现在浏览的是第二页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院3由一点发出能进入透镜或光学系统的光束，其由一

2、点发出能进入透镜或光学系统的光束，其立体角大小决定于透镜的直径立体角大小决定于透镜的直径 5-1 光阑及其作用光阑及其作用 装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘就是限装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘就是限制光束的光孔，这个光孔对光学零件来说被称为制光束的光孔，这个光孔对光学零件来说被称为“通光孔径通光孔径”你现在浏览的是第三页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院4光阑的定义：夹持光学零件的金属框（透镜框、棱夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）或者人为设置的装置限制了成镜框）或者人为设置的装置限制了成像光束的大小，像光束的大小，光学中这种限制成像光学中这

3、种限制成像光束的光孔称为光束的光孔称为光阑光阑。有些光孔的大小是可变化的，这种光有些光孔的大小是可变化的，这种光阑称为阑称为“可变光阑可变光阑”你现在浏览的是第四页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院5光阑在光学系统中的作用：决定像面的照度。决定像面的照度。决定系统的视场。决定系统的视场。限制光束中偏离理想位置的一些光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线，用以改善系统的成像质量 拦截系统中有害的杂散光。拦截系统中有害的杂散光。光阑是实际光学系统成满意（完善）像光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可少的零件。必不可少的零件。你现在浏览的

4、是第五页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院6光阑按上述的作用分为：光阑按上述的作用分为：孔孔径径光光阑阑视场视场光光阑阑渐晕渐晕光光阑阑消消杂杂光光光光阑阑孔径光阑：孔径光阑：它是它是限制轴上物点成像光束立限制轴上物点成像光束立体角（锥角）的光阑。体角（锥角）的光阑。也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像平面也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像平面照度）作用的光阑。照度）作用的光阑。你现在浏览的是第六页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院7视场视场光光阑阑 限制物平面或物空间能被光学系统成像的限制物平面或物空间能被

5、光学系统成像的最大范围的光阑最大范围的光阑称为视场光阑称为视场光阑。视场视场：物平面或物空间能被光学系统成像的最物平面或物空间能被光学系统成像的最大范围大范围称为视场称为视场。你现在浏览的是第七页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院8 渐晕渐晕光光阑阑 光阑以减少轴外像差为目的，使物空间光阑以减少轴外像差为目的，使物空间轴外点发出的、原本能通过上述两种光轴外点发出的、原本能通过上述两种光阑的成像光束只能部分通过，这种光阑阑的成像光束只能部分通过，这种光阑称为渐晕光阑。称为渐晕光阑。渐晕渐晕由于轴外点成像光束部分被遮挡，造由于轴外点成像光束部分被遮挡，造成像的

6、边缘部分亮度比像平面中心暗，成像的边缘部分亮度比像平面中心暗，这种现象叫渐晕。这种现象叫渐晕。你现在浏览的是第八页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院9消消杂杂光光光光阑阑 这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只限制那些从非成像物体射来的光、光学系统只限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折射面反射的光和仪器内壁反射的光等，这各折射面反射的光和仪器内壁反射的光等，这些光阑称为些光阑称为消杂光光阑消杂光光阑。物镜物镜消杂光光阑消杂光光阑分划板你现在浏览的是第九页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京

7、工程学院自动化学院105-2 孔径光阑、入瞳、出瞳孔径光阑、入瞳、出瞳一、孔径光一、孔径光阑的确定的确定当实际光组中有多个光阑时，确定方法为：当实际光组中有多个光阑时，确定方法为：各个光学孔径：各个光学孔径成像到物空间成像到物空间；：由物点向光阑像边缘引光线，找出光线与光轴的夹角；：由物点向光阑像边缘引光线，找出光线与光轴的夹角；：夹角最小者夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑。所对应的光阑即为孔径光阑。确定方法可以通过图解法，也可以通过解析法。确定方法可以通过图解法，也可以通过解析法。你现在浏览的是第十页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院11v例例 已知一

8、光学系统由三个零件组成，透镜已知一光学系统由三个零件组成，透镜1其焦距其焦距 f1=-f1=100mm，口径，口径D1=40mm；透镜；透镜2的焦距的焦距f2=-f2=120mm，口径口径D2=30mm，它和透镜，它和透镜1之间的距离为之间的距离为d1=20mm；光阑；光阑3口径为口径为20mm，它和透镜，它和透镜2之间的距离之间的距离d2=30mm。物点。物点A的位的位置置L1=-200mm，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。F1,F2你现在浏览的是第十一页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院121、图解法、图解

9、法为了使各光阑和物点为了使各光阑和物点A产生直接联系，把它们全部产生直接联系，把它们全部成像到物空间去。成像到物空间去。你现在浏览的是第十二页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院13由物点向各个像边缘引光线，得到夹角最小者所由物点向各个像边缘引光线，得到夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑对应的光阑即为孔径光阑。D1D2D3你现在浏览的是第十三页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院14解：解：1.1.由于透镜由于透镜1 1的前面没有任何光组，所以的前面没有任何光组，所以它本身就是在物空间的像。它本身就是在物空间的像。透镜透镜

10、2 在透镜在透镜1的右边，要使它成像光线须自右向左，的右边，要使它成像光线须自右向左，属于反向光路。而牛顿公式和高斯公式皆由正光路导属于反向光路。而牛顿公式和高斯公式皆由正光路导出，符号规则也由正光路规定，不可随便用于反光路。出，符号规则也由正光路规定，不可随便用于反光路。2、解析法：、解析法：方法：认为透镜方法：认为透镜2是像，求物。是像，求物。你现在浏览的是第十四页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院152 2、因为、因为 f1=-f1=100mm，l 2=20mm，利用高斯公，利用高斯公式：式：F1,F2你现在浏览的是第十五页，共80页2022/12/

11、3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院163.3.再求光阑再求光阑3 3被前面光组所成的像被前面光组所成的像。必须注意：必须注意：为了求得光阑为了求得光阑3 3在物空间的像，要使它分别在物空间的像，要使它分别对透镜对透镜1 1、2 2成像。成像。你现在浏览的是第十六页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院17同理，求得光阑同理，求得光阑3在物空间的像在物空间的像D1D2D3你现在浏览的是第十七页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院18物点物点A对对光光阑阑D1 的的张张角角对对D2 的的张张角角对对光光阑阑D3 的的

12、张张角角u2 为为最小，最小，说说明光明光阑阑像像D2 限制了物点的限制了物点的物方物方孔孔径径角角，故，故透透镜镜2的的镜镜框框为为孔孔径径光光阑阑。你现在浏览的是第十八页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院19将孔径光阑将孔径光阑Q1Q Q2通过其前面的透镜成像到物空间去，通过其前面的透镜成像到物空间去，则其像则其像P1PP2 就决定了光学系统的物方孔径角就决定了光学系统的物方孔径角U。-y-UPP1P2UyQQ2Q孔径光阑孔径光阑L1L2U 物方孔径角物方孔径角你现在浏览的是第十九页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学

13、院20孔径光阑孔径光阑被其前面的光组被其前面的光组在光学系统在光学系统物空间物空间所成的像称为所成的像称为入射光瞳入射光瞳，简称，简称入瞳。入瞳。-y-UUyQQ2Q孔径光阑孔径光阑L1L2U 物方孔径角物方孔径角PP1P2入射光瞳入射光瞳你现在浏览的是第二十页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院21孔径光阑孔径光阑Q1QQ2被被其后面的其后面的透镜（光组）在透镜（光组）在像空间像空间所成的像所成的像P1PP2 称为称为出射光瞳出射光瞳，简称，简称出瞳出瞳，其决定了系统像方孔径角，其决定了系统像方孔径角U P1P2出射光瞳出射光瞳孔径光阑孔径光阑-y-UPU

14、yQQ2QL1L2U 像方孔径角像方孔径角你现在浏览的是第二十一页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院22入射光瞳通过整个光学系统所成的像就是入射光瞳通过整个光学系统所成的像就是出射光瞳出射光瞳 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。如果孔径光阑在整个光学系统的像空间，如果孔径光阑在整个光学系统的像空间，那么它本身也就是那么它本身也就是出射光瞳出射光瞳；反之，若在物空间，它就是反之，若在物空间，它就是入射光瞳入射光瞳你现在浏览的是第二十二页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院23将光学系统中所有

15、光学零件的通光孔分将光学系统中所有光学零件的通光孔分别通过其前面的光学零件成像到整个别通过其前面的光学零件成像到整个系统的系统的物空间物空间去，系统的入射光瞳必然去，系统的入射光瞳必然是其中对物面中心的是其中对物面中心的张角为最小张角为最小的一个。的一个。对于一定位置的物体而言，对于一定位置的物体而言，入瞳入瞳决定了决定了能进入系统成像的最大光束孔径，且能进入系统成像的最大光束孔径，且是是物面物面上各点发出的上各点发出的成像光束进入系统的公共入口成像光束进入系统的公共入口；你现在浏览的是第二十三页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院24QQQ2A-UP1PP

16、2入射光瞳入射光瞳孔径光阑孔径光阑L1L2 2L2你现在浏览的是第二十四页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院25将光学系统中所有光学零件的通光孔将光学系统中所有光学零件的通光孔分别通过其后面的光学零件成像到整分别通过其后面的光学零件成像到整个系统的个系统的像空间像空间去，系统的出射光瞳必去，系统的出射光瞳必然是其中对像面中心的然是其中对像面中心的张角为最小张角为最小的一的一个。个。你现在浏览的是第二十五页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院26PL1AU孔径光阑孔径光阑QQ2QL2PP出射光瞳出射光瞳L1出瞳是物面上各点

17、的成像光束经系统出瞳是物面上各点的成像光束经系统后射出系统的公共出口。后射出系统的公共出口。你现在浏览的是第二十六页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院27 通过入射光瞳通过入射光瞳中心中心的光线称为的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。显然，主光线是各个物点发出的成像光束的光显然，主光线是各个物点发出的成像光束的光束轴线。束轴线。光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重要性能参数之一，用要性能参数之一，用 U Umax max 表

18、示。表示。它不但决定了像面的照度，而且还决定了光学它不但决定了像面的照度，而且还决定了光学系统分辨能力系统分辨能力 你现在浏览的是第二十七页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院28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，被表示，被称之为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

19、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，理论分辨本领越高进入系统的光能越多，理论分辨本领越高你现在浏览的是第二十八页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院29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 入瞳直入瞳直径径 f物物镜镜焦距焦距 相相对对孔孔径径A越大，表明能越大，表明能进进入系入系统统的光能也越多的光能也越多而照相机，而照相机，则则常用另一常用另一个术语个术语光光阑阑指指数数，用，用F来来表表示，示，它它是相是相对对孔孔径径的倒的倒数数，即，即F俗称俗称光圈光圈，相对孔径越

20、大时，光圈数值愈小，相对孔径越大时，光圈数值愈小。你现在浏览的是第二十九页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院30必须注意：光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物体而言的体而言的如果物体位置发生变化，原来限制光束的孔径光阑将会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，光束会被其他光孔所限制。失去限制光束的作用，光束会被其他光孔所限制。在上例中，若物距在上例中，若物距l1=-100mm=-100mm，此时光学系统的孔径光阑为，此时光学系统的孔径光阑为哪一个？哪一个？你现在浏览的是第三十页，共80页20

21、22/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院31注：在目视仪器中，出瞳的像一定要成在系统外面，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。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。合理选择孔径光阑的位置可以改善轴外点成像质量。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前面，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。光孔像就是系统的入瞳。你现在浏览的是第三十一页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院

22、自动化学院325-3 视场光阑、入射窗、出射窗视场光阑、入射窗、出射窗光学系统的成像范围是有限的。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工具显微镜中分划板的直径决定成像物体的大小的大小这种限制物体成像范围的光阑称为这种限制物体成像范围的光阑称为视场光阑视场光阑你现在浏览的是第三十二页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院33一、视场光阑的确定方法：一、视场光阑的确定方法：（2）确定）确定孔径光阑孔径光阑；（1）用计算法或作图法求每一光阑被它前面光组在物空）用计算

23、法或作图法求每一光阑被它前面光组在物空间所成的间所成的像；像；由由入瞳中心入瞳中心向各光阑在物空间所成的像的边缘引光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。线，夹角最小者所对应的光阑即为视场光阑。你现在浏览的是第三十三页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院34求上例中光组的视场光阑。求上例中光组的视场光阑。f f1 1=-f-f1 1=100mm=100mm，D D1 1=40mm=40mm；f f2 2=-f-f2 2 =120mm=120mm，D D2 2=30mm=30mm，d d1 1=20mm=20mm；D D3

24、3=20mm20mm，d d2 2=30mm =30mm，L L1 1=-200mm=-200mmD D1 1D D2 2D D3 3F FF F你现在浏览的是第三十四页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院35求出系统每一个光阑被它前面光组在物空间所成的像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（此步骤在求孔径光阑时求孔径光阑时已经进行）已经进行）D3（孔径光阑）孔径光阑）D2D1D1D2F1F2D333.33w1w2w3你现在浏览的是第三十五页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院36D1 对对入瞳中心的入

25、瞳中心的张张角角为为D2 本身是入瞳，本身是入瞳，D3 对对入瞳中心的入瞳中心的张张角角为为D3 对对入瞳中心的入瞳中心的张张角最小，故光角最小，故光阑阑3是是视场视场光光阑阑。你现在浏览的是第三十六页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院37二、相关概念二、相关概念光学系统的视场光阑确定后引入如下概念：光学系统的视场光阑确定后引入如下概念：入射窗入射窗：视场光阑视场光阑被其被其前面光组前面光组前面光组前面光组在在物空间物空间所成所成的像。的像。(简称简称入窗入窗)出射窗出射窗：视场光阑视场光阑被其被其后面光组后面光组在在像空间像空间像空间像空间所成所成的像。

26、的像。(简称简称出窗出窗出窗出窗)入窗限制物空间的可成像范围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出窗限制像空间的成像范围入窗和出窗共轭。入窗和出窗共轭。你现在浏览的是第三十七页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院38在上例中，出窗与视场光阑重合。在上例中，出窗与视场光阑重合。物方视场角物方视场角物方视场角物方视场角：在：在物空间物空间物空间物空间中，中，入窗边缘入窗边缘对对入瞳中入瞳中心心的张角的张角2 2 像方视场角像方视场角像方视场角像方视场角：在：在像空间中像空间中，出窗边缘出窗边缘出窗边缘出窗边缘对对出瞳中心出瞳中心出瞳中心出瞳中心的张

27、角的张角2 2 半视场角半视场角 与与也可以表示光组视场的大小，因此也可以表示光组视场的大小，因此常把常把 与与称为视场角。称为视场角。你现在浏览的是第三十八页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院39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。当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将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可能被另外的光孔所代替。你现在浏览的是第三十九页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院40实际中入瞳总是有一定的大小实际中入瞳总是有一定的大小则则A1以内的

28、区域每点均以充满入瞳的全部光束以内的区域每点均以充满入瞳的全部光束成像成像A1A2区域内每一点已不区域内每一点已不能用充满入瞳的全部光能用充满入瞳的全部光束成像，有一部分光线束成像，有一部分光线被入窗阻挡。被入窗阻挡。A2A3区域内每点光线被区域内每点光线被入窗阻挡的更多。入窗阻挡的更多。A3点以外的区域每点光线点以外的区域每点光线不能进入入瞳，不能成像。不能进入入瞳，不能成像。渐晕现象渐晕现象入瞳入瞳入窗入窗你现在浏览的是第四十页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院41这种由轴外点发出充满入瞳的光束中部分光线被其他光孔这种由轴外点发出充满入瞳的光束中部分光

29、线被其他光孔遮拦的现象称为轴外点光束的渐晕。遮拦的现象称为轴外点光束的渐晕。物点离光轴越远，渐晕越大物点离光轴越远，渐晕越大渐晕系数：被拦掉的渐晕系数：被拦掉的光束在入瞳面上的截光束在入瞳面上的截面积与入瞳面积之比。面积与入瞳面积之比。由由A1到到A2，渐晕系数，渐晕系数由由0到到0.5由由A2到到A3，渐晕系，渐晕系数由数由0.5到到1因此整个视场由亮逐渐变暗，没有清晰的界限。因此整个视场由亮逐渐变暗，没有清晰的界限。入瞳入瞳入窗入窗你现在浏览的是第四十一页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院42入射光瞳具有一定大小时，入射光瞳具有一定大小时，没有渐晕的情

30、况也是存在没有渐晕的情况也是存在的的 入射窗和物平面相重合入射窗和物平面相重合 或者或者把视场光阑设置在把视场光阑设置在像平面上像平面上视场具有清晰的界限视场具有清晰的界限 物平面物平面入窗入窗入瞳入瞳出瞳出瞳像平面像平面视场光阑视场光阑出窗出窗你现在浏览的是第四十二页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院43光学系光学系统的的视场大小用两种方法表示大小用两种方法表示线视场：线视场：对近距离成像的光组，常用能看到的对近距离成像的光组，常用能看到的物平面直径来表示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组，常用角度对远距离或无限远物体成像的光

31、组，常用角度来表示其视场的大小来表示其视场的大小用于近距离成像系统，如显微系统用于近距离成像系统，如显微系统用于远距离成像系统，如望远镜，照相物镜用于远距离成像系统，如望远镜，照相物镜你现在浏览的是第四十三页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院44光学系统中还有一种光阑并不限制通过光学系统参光学系统中还有一种光阑并不限制通过光学系统参与成像的光束，只对非成像物体射进系统的杂光起与成像的光束，只对非成像物体射进系统的杂光起限制作用，称为限制作用，称为消杂光光阑消杂光光阑消杂光光阑消杂光光阑。为了改善轴外点的成像，常有意识地缩小某一、二个为了改善轴外点的成像，常

32、有意识地缩小某一、二个透镜直径，挡去一部分成像光线，这种被缩小直径的透镜直径，挡去一部分成像光线，这种被缩小直径的透镜或光孔称为透镜或光孔称为渐晕光阑渐晕光阑。你现在浏览的是第四十四页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院45三、两种光阑作用的比较三、两种光阑作用的比较对对孔孔径径光光阑与视场阑与视场光光阑阑孔孔径径光光阑阑限制成像光束的孔限制成像光束的孔径径，即，即决决定像的照度、分定像的照度、分辩辩率。率。视场视场光光阑决阑决定定视场视场，即物体成像的范，即物体成像的范围围。孔孔径径光光阑缩阑缩小小时时，每一物点成像光束孔，每一物点成像光束孔径径角角变变小

33、，像面照小，像面照度度减减小，但成像范小，但成像范围围不不变变视场视场光光阑缩阑缩小小时时，成像范，成像范围变围变小，但能成像物点的孔小，但能成像物点的孔径径角不角不变变，即像的照度不即像的照度不变变。你现在浏览的是第四十五页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院46作业：将一个直径作业：将一个直径D D1 1=30mm=30mm、焦距为、焦距为f f=40mm=40mm的薄透的薄透镜做成一放大镜，眼瞳镜做成一放大镜，眼瞳2 2放在透镜像方焦点放在透镜像方焦点F F1 1上，眼上，眼瞳直径瞳直径D D2 2=4mm=4mm，物面放在透镜物方焦点，物面放在透镜物

34、方焦点F F1 1上，试分上，试分析系统中的孔径光阑、视场光阑、入瞳、入窗、物方析系统中的孔径光阑、视场光阑、入瞳、入窗、物方孔径角、物方视场角和线视场，视场内有无渐晕？孔径角、物方视场角和线视场，视场内有无渐晕？你现在浏览的是第四十六页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院475-4 光学系统的景深光学系统的景深（5-5）上节讨论在垂直于光轴的平面上点的成像上节讨论在垂直于光轴的平面上点的成像问题。问题。如：照相制版物镜和电影放映物镜如：照相制版物镜和电影放映物镜实际上有很多光学仪器需要把空间中一定范实际上有很多光学仪器需要把空间中一定范围内的物点成像在一个

35、像平面上（称为平面围内的物点成像在一个像平面上（称为平面上的空间像），如照相物镜等就属于这一类。上的空间像），如照相物镜等就属于这一类。你现在浏览的是第四十七页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院48入瞳入瞳出瞳出瞳BB1abB01B2B3B4PPAB04B03B02B2”B3”B4”B1”B4B3B2ABabB1AB对准平面对准平面AB景像平面景像平面你现在浏览的是第四十八页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院49ab和和a b 的大小和入射光瞳的直的大小和入射光瞳的直径径有有关关，入射，入射光瞳直光瞳直径减径减少，弥散

36、斑也少，弥散斑也随随之之减减少少 物空物空间间各空各空间间点的成像，相点的成像，相当当于以入射光瞳中于以入射光瞳中心心为为投影中心投影中心，以，以主光主光线线为为投影投影线线，将将各点各点投影到投影到对对准平面上后，再成像到景象平面准平面上后，再成像到景象平面上。上。或者在像空或者在像空间间以出射光瞳中心以出射光瞳中心为为投影中心，投影中心，各空各空间间像点沿主光像点沿主光线线投影到景象平面上，投影到景象平面上，即是空即是空间间物点的平面像。物点的平面像。你现在浏览的是第四十九页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院50如果入瞳位置如果入瞳位置对对于物于物方空

37、方空间间点（即景物）点（即景物）位置位置发发生生变变化，化，则则景景象也象也随随之之变变化化 投影中心作前后移投影中心作前后移动时动时，投影像的投影像的变变化和景物是化和景物是不成比例的，不成比例的，这种现这种现象象称为称为景象畸景象畸变变，也，也称称为为透透视视失失真真。对对准准平平面面AAAAPPS1S2入入射射光光瞳瞳出出射射光光瞳瞳景景像像平平面面P你现在浏览的是第五十页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院51根据理想光根据理想光学学系系统统特性，物空特性，物空间间一一个个平面，在像空平面，在像空间间只有一只有一个个平面平面与与之共之共轭轭。讨论讨论

38、:当当入射光瞳一定入射光瞳一定时时，在物空，在物空间间有多大有多大深度范深度范围围的物体能在景象平面上成的物体能在景象平面上成清清晰像晰像(以以摄摄影物影物镜为镜为例）例）你现在浏览的是第五十一页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院52任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且分辨本领也不一样，因此只要像的弥散斑足够小分辨本领也不一样，因此只要像的弥散斑足够小并能满足接受器的分辨本领，就可人为这个弥散并能满足接受器的分辨本领，就可人为这个弥散斑是一个点斑是一个点一个光学系统是能对一个光学系统是能对空间物体空间物体成一

39、个清晰的成一个清晰的平面像平面像能在像平面上获得清晰像并沿光轴方能在像平面上获得清晰像并沿光轴方向的向的物空间深度物空间深度称为称为成像空间深度成像空间深度(景深景深)你现在浏览的是第五十二页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院53 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1设在设在B1点和点和B2点之间的物空间各点均能在像平点之间的物空间各点均能在像平面面A成清晰像成清晰像你现在浏览的是第五十三页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院54 l l1 l2p2P p1P1PP

40、2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1l1=p1-p称为后景深；称为后景深；l2=p-p2称为前景深称为前景深总景深总景深l=l1+l2=p1-p2为前后景深之和为前后景深之和你现在浏览的是第五十四页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院55 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1A为为对准平面对准平面，其对应的是，其对应的是景像平面景像平面A你现在浏览的是第五十五页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院56 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B

41、2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1能成清晰像的能成清晰像的最远最远平面（平面（B1）称为）称为远景远景能成清晰像的能成清晰像的最近最近平面（平面（B2）称为）称为近景近景 你现在浏览的是第五十六页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院57 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1你现在浏览的是第五十七页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院58 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1你现在浏览的是第五十八页，

42、共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院59 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1你现在浏览的是第五十九页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院60人在看图片时，一般是把图片放在眼前人在看图片时，一般是把图片放在眼前250mm处，处，被称为被称为明视距离明视距离M l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1你现在浏览的是第六十页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院61若弥散斑在明视距离对眼睛

43、的张角若弥散斑在明视距离对眼睛的张角小于小于分辨角，分辨角，看上去就是一点看上去就是一点 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1你现在浏览的是第六十一页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院62人眼的分辨率人眼的分辨率 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1你现在浏览的是第六十二页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院63 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1你现在

44、浏览的是第六十三页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院64 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1你现在浏览的是第六十四页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院65前景深前景深后景深后景深 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1你现在浏览的是第六十五页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院66由于由于那么那么 l l1 l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB

45、2AB1z2z1你现在浏览的是第六十六页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院67总景深为总景深为你现在浏览的是第六十七页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院68从从l1、l2看出，看出，摄影物影物镜的后景深大于前的后景深大于前景深景深，这与以下有关：与以下有关：入瞳直入瞳直径径D：当当D越小，其景深越大，反之越小，其景深越大，反之则则相反；相反；从从DF=f 可知，若想可知，若想获获得得较较大的景深需要大的景深需要较较大的光大的光圈指圈指数数F，但，但这时这时在在f 不不变变的情的情况况下，入瞳下，入瞳较较小所小所进进入的

46、光能也入的光能也较较小，需要小，需要较长较长的曝光的曝光时时间间。当当共共轭轭面的面的一定一定时时，f 越越长长，则对则对准平面越准平面越远远，即，即p越大，景深越大。越大，景深越大。你现在浏览的是第六十八页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院69例例5-4 有一有一摄影物影物镜，若要求，若要求对准平面后的空准平面后的空间均能在景像均能在景像平面上成清晰像，平面上成清晰像，问对准距离准距离应为多少？近景位于何多少？近景位于何处？解：欲使解：欲使l1为为无限大，其公式的分母无限大，其公式的分母为为零，就有零，就有 将将p值值代入前景深公式，就可得到前景深和近景

47、距：代入前景深公式，就可得到前景深和近景距：你现在浏览的是第六十九页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院70例例5-5 照相机物照相机物镜焦距焦距为75mm，在，在对准平面离相机准平面离相机2m时，所用的光圈指，所用的光圈指数数为11和和5.6；设眼睛分辨率眼睛分辨率为1.5，求，求这两种情况下的景深大小？两种情况下的景深大小？当当F=11时时，其入瞳，其入瞳D为为 当当F=5.6时时，其入瞳，其入瞳D为为你现在浏览的是第七十页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院715-5 远心光路远心光路（5-35-3）物方物方远远心光

48、路和心光路和像方像方远远心光路心光路在光在光学仪学仪器中，很大一部分器中，很大一部分仪仪器用器用来测来测量量长长度度 一一类仪类仪器是光器是光学学系系统统有一定放大率，使被有一定放大率，使被测测物的像和物的像和标标准刻尺相比，求被准刻尺相比，求被测测物体的物体的长长度，如度，如工具工具显显微微镜镜等等计计量量仪仪器。器。另一另一类仪类仪器是把一器是把一标标尺放在不同的位置，光尺放在不同的位置，光学学系系统统改改变变放大率，使放大率，使标标尺的像等于一尺的像等于一个个已知已知值值，来来求求仪仪器到器到标标尺尺间间距离，如距离，如大地大地测测量量仪仪器器中的中的视视距距测测量。量。你现在浏览的是第

49、七十一页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院72在工具在工具显显微微镜镜光光学学系系统统的的实实像平面上，放置已知刻度像平面上，放置已知刻度值值的透明刻尺的透明刻尺（称为称为分分划划板）板）分分划划板上刻尺的格板上刻尺的格值值已考已考虑虑了物了物镜镜的放大率的放大率 按此方法按此方法测测量，刻尺量，刻尺与与物物镜镜之之间间的距离的距离应应保持不保持不变变，使物，使物镜镜的放大的放大率保持常率保持常数数这种测这种测量方法的量方法的测测量精度量精度在很大程度上取在很大程度上取决决于像平面于像平面与与刻尺平面的刻尺平面的重合程度。重合程度。分划板分划板物镜物镜yB

50、AyAB你现在浏览的是第七十二页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院73由于景深及由于景深及调调焦焦误误差，不可能做到差，不可能做到真真正的重合，正的重合，会会引起一些引起一些误误差。差。像平面像平面与与分分划划板板不重合不重合的的现现象象称为称为视视差差。由于由于视视差而引起差而引起长长度度测测量量误误差可由下差可由下图来说图来说明。明。出瞳出瞳P1P2ZB1B2M1M2物体像物体像分划板分划板-Uz你现在浏览的是第七十三页，共80页2022/12/3南京工程学院自动化学院南京工程学院自动化学院74为了减少了减少视差差对测量精度的影响，可以由控制量精度的影