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1、10 10 几种特殊光学系统的光束选择几种特殊光学系统的光束选择报告人：周远报告人：周远回顾：回顾：光阑光阑1.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2.孔径光阑：对成像光束口径起主要限制作用，控制了成像光束的光能量。孔径光阑：对成像光束口径起主要限制作用，控制了成像光束的光能量。3.视场光阑：限制成像范围的光阑视场光阑：限制成像范围的光阑对物点（轴上）张角最小的对应的光阑即为孔径光阑。对物点（轴上）张角最小的对应的光阑即为孔径光阑。孔径光阑通过前面光组的像为入瞳；限制入射光束大小；孔径光阑通过前面光组的像为入瞳；限制入射光束大小；通过后面光组的像为出瞳；限制出射光束大小。通过后
2、面光组的像为出瞳；限制出射光束大小。对入瞳中心张角最小的对应的光阑即为视场光阑。对入瞳中心张角最小的对应的光阑即为视场光阑。视场光阑通过前面光组的像为入窗；限制物方视场；视场光阑通过前面光组的像为入窗；限制物方视场；通过后面光组的像为出窗；限制像方视场。通过后面光组的像为出窗；限制像方视场。作出光作出光学系统学系统中所有中所有光阑通光阑通过前面过前面光组的光组的像；像；说明说明:(1)孔径光阑与物平面位置有关。孔径光阑与物平面位置有关。(2)物位于无穷远时，比较光阑通过前面光组像的大小。物位于无穷远时，比较光阑通过前面光组像的大小。(3)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、？入瞳入瞳出瞳出瞳入瞳入瞳出瞳出瞳孔径光阑孔径光阑共共轭轭共共轭轭u uu u孔径光阑孔径光阑出瞳出瞳入瞳入瞳？共共轭轭入瞳入瞳出瞳出瞳几组相关的概念几组相关的概念(1)(1)物方和像方半孔径角物方和像方半孔径角 物方半孔径角物方半孔径角:光轴上物点对入瞳的半张角光轴上物点对入瞳的半张角(U U).).像方半孔径角像方半孔径角:光轴上像点对出瞳的半张角光轴上像点对出瞳的半张角(UU)AADD(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 F数数 相对孔径相对孔径:D D/f f;F F数数:f f/D.D.-UU主
4、光线和边缘光线主光线和边缘光线 AABB边缘光线边缘光线主光线主光线主光线主光线-通过孔径光阑中心的光线通过孔径光阑中心的光线;边缘光线边缘光线-通过孔径光阑边缘的光线通过孔径光阑边缘的光线;孔径光阑孔径光阑出瞳出瞳入瞳入瞳主光线或其延长线分别通过光阑和光瞳的中心主光线或其延长线分别通过光阑和光瞳的中心边缘光线或其延长线分别通过光阑和光瞳的边缘边缘光线或其延长线分别通过光阑和光瞳的边缘DD4 4 物方和像方半视场角物方和像方半视场角物方半视场角物方半视场角:入窗对入瞳中心的半张角入窗对入瞳中心的半张角(w w).).像方半视场角像方半视场角:出窗对出瞳中心的半张角出窗对出瞳中心的半张角(w w
5、)ww1.渐晕渐晕轴向光束全部通过系统；轴向光束全部通过系统；离轴光束部分通过系统；离轴光束部分通过系统；渐晕渐晕：由于轴外光宽度比轴向光小而导致的：由于轴外光宽度比轴向光小而导致的轴外像比中心像暗的现象。轴外像比中心像暗的现象。线渐晕系数：线渐晕系数：面渐晕系数：面渐晕系数：有渐晕时，轴外光宽度不但与孔径有渐晕时，轴外光宽度不但与孔径光阑有关，还与其余元件的口径有光阑有关，还与其余元件的口径有关。但轴向光只与孔径光阑有关。关。但轴向光只与孔径光阑有关。2.几种特殊系统的光束选择几种特殊系统的光束选择放大镜放大镜物物点点瞳孔为孔径光阑，决定了光束大小；出瞳就是瞳孔；瞳孔为孔径光阑，决定了光束大
6、小；出瞳就是瞳孔；放大镜镜框为视场光阑，决定视场大小。入窗就是镜框；放大镜镜框为视场光阑，决定视场大小。入窗就是镜框；2.几种特殊系统的光束选择几种特殊系统的光束选择照相机照相机光圈是孔径光阑；光圈是孔径光阑；入瞳和出瞳可认为是光圈本身；入瞳和出瞳可认为是光圈本身；底片框是视场光阑。底片框是视场光阑。入窗可认为是无穷远，出窗是底片框。入窗可认为是无穷远，出窗是底片框。2.几种特殊系统的光束选择几种特殊系统的光束选择望远镜望远镜物镜框为孔径光阑，决定光束大小。物镜框为孔径光阑，决定光束大小。入瞳就是物镜框。入瞳就是物镜框。出瞳是物镜框经目镜成的像出瞳是物镜框经目镜成的像分划板框为视场光阑，决定视
7、场大小。入窗和出窗在无穷远。分划板框为视场光阑，决定视场大小。入窗和出窗在无穷远。物镜物镜目镜目镜分划板分划板 眼睛只有在出瞳附近，才可看到整个视场。眼睛只有在出瞳附近，才可看到整个视场。出瞳距不能太短。一般大于出瞳距不能太短。一般大于6cm。军用。军用20cm。半视场角半视场角2.几种特殊系统的光束选择几种特殊系统的光束选择显微镜显微镜物镜框为孔径光阑，决定光束大小。物镜框为孔径光阑，决定光束大小。入瞳就是物镜框。入瞳就是物镜框。出瞳是物镜框经目镜成的像出瞳是物镜框经目镜成的像分划板框为视场光阑，决定视场大小。入窗在物平面；出窗分划板框为视场光阑，决定视场大小。入窗在物平面；出窗在无穷远。在
8、无穷远。物镜物镜目镜目镜分划板分划板 眼睛只有在出瞳附近，才可看到整个视场。眼睛只有在出瞳附近，才可看到整个视场。3.显微镜的视场、成像光束大小、数值孔径显微镜的视场、成像光束大小、数值孔径物镜物镜目镜目镜分划板分划板视场视场用成像物体的最大尺寸用成像物体的最大尺寸 表示表示一般分划板直径一般分划板直径成像光束大小成像光束大小用物方孔径角用物方孔径角u和像方孔径角和像方孔径角u表示表示最大线视场最大线视场3.显微镜的视场、成像光束大小、数值孔径显微镜的视场、成像光束大小、数值孔径物镜物镜目镜目镜分划板分划板显微镜的数值孔径显微镜的数值孔径 要想增大显微镜的视放大率，要想增大显微镜的视放大率，必
9、增大它的数值孔径必增大它的数值孔径NA.增大孔径角增大孔径角u，增加物方介质折射率增加物方介质折射率n 浸液物镜浸液物镜4.远心光路远心光路物方远心光路和像方远心光路物方远心光路和像方远心光路在光学仪器中，很大一部分仪器用来测量长度在光学仪器中，很大一部分仪器用来测量长度 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，如工具显微镜等计量仪器。尺相比，求被测物体的长度，如工具显微镜等计量仪器。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
10、一个已知值，来求仪器到标尺间距离，率，使标尺的像等于一个已知值，来求仪器到标尺间距离，如大地测量仪器中的视距测量。如大地测量仪器中的视距测量。在显微镜的实像平面上，放置已知刻度值的透明刻尺（称为分划板）在显微镜的实像平面上，放置已知刻度值的透明刻尺（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 测量时，待测物与物镜间的距离应保持不变，使物镜的放大率保持常数测量时，待测物与物镜间的距离应保持不变，使物镜的放大率保持常数实际待测物与物镜距离不可能如此准确，带来误差实际待测物与物镜距离不可能如此准确，带来误差。分划板分划板物镜物镜yBAyAB第一类光学系统
11、：工具显微镜测物体长度第一类光学系统：工具显微镜测物体长度4.1.物方远心光路物方远心光路在物镜像方焦平面上放一在物镜像方焦平面上放一孔径光阑孔径光阑；成像光束主光线过像方焦点；成像光束主光线过像方焦点；分划板上的光斑中心高度与分划板上的光斑中心高度与y相同；消除了误差；相同；消除了误差；像方焦平面上的孔径光阑对应的入瞳在物方无穷远。对应的光路叫物方远心像方焦平面上的孔径光阑对应的入瞳在物方无穷远。对应的光路叫物方远心光路光路物方远心光路的入射主光线平行与主轴，出射主光线过像方焦点。物方远心光路的入射主光线平行与主轴，出射主光线过像方焦点。在大多数的计量光学仪器中，孔径光阑常安置在物镜像方焦平
12、面上以形成物在大多数的计量光学仪器中，孔径光阑常安置在物镜像方焦平面上以形成物方远心光路以提高观测精度。方远心光路以提高观测精度。4.2.像方远心光路像方远心光路像面与分划板像面与分划板不重合带来测不重合带来测量误差。量误差。在物方焦平面放一在物方焦平面放一孔径光阑，使出射孔径光阑，使出射主光线与主轴平行。主光线与主轴平行。减小测量误差。减小测量误差。入射主光线过物方焦点；出射主光线平行主轴；入射主光线过物方焦点；出射主光线平行主轴；出瞳在像方无穷远，光路叫做像方远心光路。出瞳在像方无穷远，光路叫做像方远心光路。5.场镜场镜开普勒望远镜开普勒望远镜光线在目镜上的投影高太高，导致目镜尺寸要求大。
13、光线在目镜上的投影高太高，导致目镜尺寸要求大。可在像平面（公共焦平面）上放一正透镜（可在像平面（公共焦平面）上放一正透镜（叫做场镜叫做场镜）场镜与像平面重合，物镜所成的像恰好在场镜主平面上，场镜与像平面重合，物镜所成的像恰好在场镜主平面上，为为1，物镜所成，物镜所成的像通过场镜后不改变大小。因此场镜的引入不会影响系统的成像性质。的像通过场镜后不改变大小。因此场镜的引入不会影响系统的成像性质。因场镜是正透镜，会把成像光束向中心会聚，目镜的尺寸就可以减小了。因场镜是正透镜，会把成像光束向中心会聚，目镜的尺寸就可以减小了。例题例题17倍望远系统，视场倍望远系统，视场2=80，目镜焦距为，目镜焦距为2
14、5mm，出瞳直径为，出瞳直径为5mm，假定无渐晕，求孔径光阑、入瞳、出瞳位置，物镜和，假定无渐晕，求孔径光阑、入瞳、出瞳位置，物镜和目镜的口径、视场光阑口径。目镜的口径、视场光阑口径。物镜物镜目镜目镜分划板分划板半视场角半视场角例题例题2200倍显微镜的目镜焦距为倍显微镜的目镜焦距为25mm，如果出瞳直径，如果出瞳直径D=1mm，显微，显微物镜的物像共轭距为物镜的物像共轭距为195mm，求显微镜的数值孔径是多少？物镜，求显微镜的数值孔径是多少？物镜的通光口径是多少（空气镜头）？的通光口径是多少（空气镜头）？物镜物镜目镜目镜分划板分划板例题例题3半视场角为半视场角为50的望远系统由焦距分别为的望
15、远系统由焦距分别为100mm和和20mm的两正透镜构成，出的两正透镜构成，出瞳直径瞳直径D=5mm，由于目镜口径的限制，轴外边缘视场渐晕系数，由于目镜口径的限制，轴外边缘视场渐晕系数KD=0.5，为，为了消除渐晕，需在中间像平面上加场镜，问在不增加目镜口径的基础上，场了消除渐晕，需在中间像平面上加场镜，问在不增加目镜口径的基础上，场镜焦距等于多大时，能消除渐晕。镜焦距等于多大时，能消除渐晕。物镜物镜目镜目镜分划板分划板家庭作业家庭作业例题1例题2例题3124536?!LegendLegendLegendx+x+11TextTextTextinhereTextinhereTextinhere 3.组合光学系统的另一种分析方法组合光学系统的另一种分析方法思路：由思路：由U和和h求求U和和h3.组合光学系统的另一种分析方法组合光学系统的另一种分析方法思路：由思路：由U和和h求求U和和h组合系统的焦距：组合系统的焦距：