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1、因为每个光学零件都有一定的大小，能够进入系统成像的光因为每个光学零件都有一定的大小，能够进入系统成像的光束总有一定限制的。决定每个光学零件尺寸的就是系统中成束总有一定限制的。决定每个光学零件尺寸的就是系统中成像光束的位置和大小。像光束的位置和大小。光学系统中成像光束的选择光学系统中成像光束的选择光学系统除了物象共轭，成像放大率要求外，还要有一定成光学系统除了物象共轭，成像放大率要求外，还要有一定成像范围的要求。像范围的要求。因为像平面上要有一定的光能和反映物面细节的能力因为像平面上要有一定的光能和反映物面细节的能力(分辨率，分辨率，由衍射理论知与孔径成正比的由衍射理论知与孔径成正比的)。同时也
2、要限制光束的。同时也要限制光束的(原因原因)孔径角孔径角一一.名词名词视场视场成像范围成像范围通光孔径通光孔径光学系统中，装夹透镜和其他零件的金属框光学系统中，装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘。的内孔边缘。二二.光阑及其作用光阑及其作用1.作用作用限制成像光束的孔径角，成像的范围，当然也就限制了限制成像光束的孔径角，成像的范围，当然也就限制了进光量的多少，像的亮度；就限制了成像的大小了。进光量的多少，像的亮度；就限制了成像的大小了。通光孔径通光孔径例例：在光学系统中，装夹透镜和其他零件的金属框：在光学系统中，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。的内孔边缘就是限制光束的
3、光孔。而仅仅靠他们来限制光束不远远不够的，还需要特意设置而仅仅靠他们来限制光束不远远不够的，还需要特意设置限制光束的装置的。限制光束的装置的。2.光阑光阑带孔的金属薄片。通常形状是圆的，其中心和光轴带孔的金属薄片。通常形状是圆的，其中心和光轴重合，其平面与光轴垂直。重合，其平面与光轴垂直。光阑光阑三三.光阑的分类光阑的分类1.孔径光阑孔径光阑它是限制它是限制轴轴上物点成像光束立体角的。上物点成像光束立体角的。在有些光学系统中是有特定要求的。在有些光学系统中是有特定要求的。它决定轴上点发出的平面光束的孔径角。它决定轴上点发出的平面光束的孔径角。M1N1光阑光阑(1)在目视光学系统中，光阑或者光阑
4、的像一定要在目视光学系统中，光阑或者光阑的像一定要 在光学系统的外边，使眼睛的瞳孔可以与之重在光学系统的外边，使眼睛的瞳孔可以与之重 合，以达到良好的观察效果。合，以达到良好的观察效果。例例：(2)在计量光学系统中，为了达到精确的测量，在计量光学系统中，为了达到精确的测量，光阑常放在物镜的焦平面上。形成光阑常放在物镜的焦平面上。形成“远心光路远心光路”。除此以外，光学系统中的光阑位置是可以任意选择的，但是，除此以外，光学系统中的光阑位置是可以任意选择的，但是，合理的选择光阑的位置可以改善轴外点的成像质量。合理的选择光阑的位置可以改善轴外点的成像质量。12M1M2N1N2光阑光阑当光阑位置改变时
5、，应相应的改变其大小，以保证轴上点当光阑位置改变时，应相应的改变其大小，以保证轴上点光束的孔径角不变光束的孔径角不变合理选择光阑的位置，在保证成像质量的前提下，可以使合理选择光阑的位置，在保证成像质量的前提下，可以使整个光学系统的尺寸减少，系统的结构均称。整个光学系统的尺寸减少，系统的结构均称。12M1M2N1N2光阑光阑2.视场光阑视场光阑它是决定物平面上或物空间中成像范围的光阑。它是决定物平面上或物空间中成像范围的光阑。以上的两种光阑是光学系统系统中最重要的光阑，任何系统以上的两种光阑是光学系统系统中最重要的光阑，任何系统都有这两种光阑的都有这两种光阑的 。3.消杂光光阑消杂光光阑(3)该
6、光阑不限制通过光学系统的成像光束，只限制那些从非该光阑不限制通过光学系统的成像光束，只限制那些从非 成像物体射来的光，成像物体射来的光，例如例如：各反射面反射的光，仪器内各反射面反射的光，仪器内 壁反射的光等。壁反射的光等。(1)杂光杂光(2)其危害：使像面产生明亮的背景，降低像的衬度其危害：使像面产生明亮的背景，降低像的衬度非成像的光，来自反射面反射的光，仪器内壁反射的光等。非成像的光，来自反射面反射的光，仪器内壁反射的光等。(4)当然也只是一些重要的光学系统，专门设置当然也只是一些重要的光学系统，专门设置消杂光光阑消杂光光阑 的，且可以有几个的。的，且可以有几个的。例如例如：天文望远镜，长
7、焦距平行：天文望远镜，长焦距平行 光管等。光管等。(5)一般的系统仅仅使用其镜管内壁加工成内螺纹，并涂以一般的系统仅仅使用其镜管内壁加工成内螺纹，并涂以 黑色无光漆或者煮黑来达到消杂光的目的。黑色无光漆或者煮黑来达到消杂光的目的。分划板分划板消杂光光阑消杂光光阑物镜物镜光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳光学系统中总有一个光孔是限制光束的大小的。光学系统中总有一个光孔是限制光束的大小的。看下图：看下图：入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳孔径光阑孔径光阑-U说明说明(1)孔径光阑通过其前面的透镜成像到物空间去，孔径光阑通过其前面的透镜成像到物空间去，入射光瞳
8、入射光瞳(入瞳入瞳)(2)孔径光阑通过其后面的透镜成像到像空间去，孔径光阑通过其后面的透镜成像到像空间去，出射光瞳出射光瞳(出瞳出瞳)入瞳入瞳实际上限制着光学系统的物方孔径角实际上限制着光学系统的物方孔径角 U出瞳出瞳实际上限制着光学系统的像方孔径角实际上限制着光学系统的像方孔径角(4)入射光瞳和出射光瞳对于整个光学系统是共轭的，即：入射光瞳和出射光瞳对于整个光学系统是共轭的，即：入射光瞳通过整个系统所成的像就是出射光瞳。入射光瞳通过整个系统所成的像就是出射光瞳。(3)入瞳入瞳位于物空间的；位于物空间的；出瞳出瞳位于像空间的。位于像空间的。入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳孔径光阑孔径光阑-U物
9、物像像中间像中间像物物(入射光瞳入射光瞳)经过透镜经过透镜 成像为成像为孔径光阑孔径光阑经过透镜经过透镜 成像为成像为像像(出射光瞳出射光瞳)入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳孔径光阑孔径光阑-U物物像像中间像中间像物物(出射光瞳出射光瞳)经过透镜经过透镜 成像为成像为孔径光阑孔径光阑经过透镜经过透镜 成像为成像为像像(入射光瞳入射光瞳)(5)将光学系统中所有光学零件的通光孔，分别通过其前面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系统的物空间去，入射光瞳必然的光学零件成像到整个系统的物空间去，入射光瞳必然 是其中对物平面中心的张角为最小的一个。是其中对物平面中心的张
10、角为最小的一个。入射光瞳的特性入射光瞳的特性入射光瞳入射光瞳入射光瞳必定是对入射光瞳必定是对物物面中心的张角最小的一个面中心的张角最小的一个孔径光阑孔径光阑-U出射光瞳的特性出射光瞳的特性出射光瞳出射光瞳出射光瞳必定是对出射光瞳必定是对像像面中心的张角最小的一个面中心的张角最小的一个孔径光阑孔径光阑将光学系统中所有光学零件的通光孔，分别通过其后面的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个系统的像空间去，则出射光瞳必然是光学零件成像到整个系统的像空间去，则出射光瞳必然是其中对像平面中心的张角为最小的一个。其中对像平面中心的张角为最小的一个。(6)光学系统的孔径光阑只是
11、对一定位置的物体而言的。光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物体而言的。如果物体的位置发生变化，原来限制光束的孔径光阑将如果物体的位置发生变化，原来限制光束的孔径光阑将有可能失去限制光束的作用。有可能失去限制光束的作用。孔径光阑孔径光阑出射光瞳出射光瞳入射光瞳入射光瞳AB对于无限远的物体，透镜对于无限远的物体，透镜 将是限制光束的。将是限制光束的。孔径光阑孔径光阑出出射射光光瞳瞳入入射射光光瞳瞳(7)在大多数情况下，轴外点发出并充满入射光瞳的光束，在大多数情况下，轴外点发出并充满入射光瞳的光束，会被某些透镜遮拦的。会被某些透镜遮拦的。AB(8)这种轴外光束被部分拦截的现象这种轴外光束被部分拦截的
12、现象渐晕渐晕显然物点离光轴愈远，渐晕愈大。其成像的孔径角也比显然物点离光轴愈远，渐晕愈大。其成像的孔径角也比轴上点成像光束的孔径角小得多。轴上点成像光束的孔径角小得多。渐晕的原因：轴外点的成像光束小于轴上点的成像光束。渐晕的原因：轴外点的成像光束小于轴上点的成像光束。渐晕的危害：使得像面边缘的光照度相对于中心有所下渐晕的危害：使得像面边缘的光照度相对于中心有所下 降的。降的。渐晕系数：渐晕系数：轴外点成像光束与轴上点成像光束在光瞳面轴外点成像光束与轴上点成像光束在光瞳面上的线度之比值。上的线度之比值。(9)对于无限远的物体而言，光学系统的所有光孔被其前面对于无限远的物体而言，光学系统的所有光孔
13、被其前面 的光学零件在物空间所成的像中，直径最小的一个光孔的光学零件在物空间所成的像中，直径最小的一个光孔 像就是系统的入射光瞳，像就是系统的入射光瞳，能进入系统成像的光束直径就等于入射光瞳的直径。能进入系统成像的光束直径就等于入射光瞳的直径。孔径光阑孔径光阑出射光瞳出射光瞳入射光瞳入射光瞳AB这个系统对于无限远的物体而言，这个系统对于无限远的物体而言，是入射光瞳，也就是是入射光瞳，也就是孔径光阑。当然孔径光阑。当然 被其后面零件被其后面零件 所成的像就是所成的像就是出射光瞳。出射光瞳。(10)通过入射光瞳中心的光线通过入射光瞳中心的光线 主光线。主光线。对于理想光学系统，由于共轭关系，主光线
14、也必然通过对于理想光学系统，由于共轭关系，主光线也必然通过孔径光阑中心和出射光瞳中心。孔径光阑中心和出射光瞳中心。显然，主光线是各个物点发出的成像光束的光束轴线。显然，主光线是各个物点发出的成像光束的光束轴线。光学系统的视场光阑，入射窗和出射窗光学系统的视场光阑，入射窗和出射窗光学系统的成像光束的孔径角，是由孔径光阑加以限制的。光学系统的成像光束的孔径角，是由孔径光阑加以限制的。视场光阑视场光阑当入射光瞳当入射光瞳（孔径光阑）（孔径光阑）无限小时无限小时限制成像范围的光阑限制成像范围的光阑一一.视场光阑视场光阑孔径光阑出射光瞳入射光瞳AB视场光阑视场光阑入射窗入射窗出射窗出射窗C可见仅仅可见仅
15、仅B点以内的物点可以被系统成像。点以内的物点可以被系统成像。B点与入射光瞳中心的连线与光轴的夹角最小。点与入射光瞳中心的连线与光轴的夹角最小。入射窗入射窗对对入射光瞳入射光瞳中心的张角为中心的张角为最小最小的的出射窗出射窗对对出射光瞳出射光瞳中心的张角为中心的张角为最小最小的的视场角视场角说明说明(1)视场光阑通过其前面的透镜成像到物空间去，视场光阑通过其前面的透镜成像到物空间去，入射窗入射窗(2)视场光阑通过其后面的透镜成像到像空间去，视场光阑通过其后面的透镜成像到像空间去，出射窗出射窗(4)入射窗入射窗和和出出射窗射窗对于整个光学系统是共轭的，即：对于整个光学系统是共轭的，即：入射窗入射窗
16、通过整个系统所成的像就是通过整个系统所成的像就是出出射窗射窗。(3)入射窗入射窗位于物空间的；位于物空间的；出射窗出射窗位于像空间的。位于像空间的。入射窗入射窗限制了物方视场。限制了物方视场。出射窗出射窗限制了像方视场。限制了像方视场。(5)将光学系统中除了孔径光阑以外的光学零件的通光孔，将光学系统中除了孔径光阑以外的光学零件的通光孔，分别通过其前面的光学零件成像到整个系统的物空间去，分别通过其前面的光学零件成像到整个系统的物空间去，入射窗必然是其中对入瞳中心的张角为最小的一个。入射窗必然是其中对入瞳中心的张角为最小的一个。同样同样出射窗必然是其中对出瞳中心的张角为最小的一个。出射窗必然是其中
17、对出瞳中心的张角为最小的一个。(7)视场的表示方法视场的表示方法当物体位于无限远时，用视场角当物体位于无限远时，用视场角 表示。表示。当物体位于有限远时，用物体的高度表示视场，称为当物体位于有限远时，用物体的高度表示视场，称为线视场。线视场。A(6)入射窗，视场光阑，出射窗在各自的空间对同一条主光线入射窗，视场光阑，出射窗在各自的空间对同一条主光线 起限制作用。起限制作用。(8)视场光阑是对一定的孔径光阑而言的，当孔径光阑位置视场光阑是对一定的孔径光阑而言的，当孔径光阑位置 改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替。改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替。孔孔径径光光阑阑出出射射
18、光光瞳瞳入入射射光光瞳瞳A视场光阑视场光阑B(9)入射光瞳为有限大时，此时入射窗并不能完全决定光入射光瞳为有限大时，此时入射窗并不能完全决定光 学系统的成像范围学系统的成像范围入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳AB2当入射光瞳无限小时当入射光瞳无限小时可见其成像范围仅仅由入射窗的大小决定了，即：可见其成像范围仅仅由入射窗的大小决定了，即：当入射光瞳为有限小时当入射光瞳为有限小时入射窗入射窗 入射光瞳入射光瞳AB1B2B3点的光线中就仅仅有主光线以上的光线才可以成像的。点的光线中就仅仅有主光线以上的光线才可以成像的。点的光线中就仅仅有最上面的一条光线才可以成像的。点的光线中就仅仅有最上面的一条光线才可
19、以成像的。充满入射光瞳中最充满入射光瞳中最下面的一条光线下面的一条光线充满入射光瞳充满入射光瞳中的主光线中的主光线充满入射光瞳中最上充满入射光瞳中最上面的一条光线面的一条光线点的光线中所有光线都可以成像的。点的光线中所有光线都可以成像的。入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳AB1B2B3 点发出的可以成像的光线在入点发出的可以成像的光线在入射光瞳上的成像光束截面射光瞳上的成像光束截面充满入射光瞳上充满入射光瞳上的成像光束截面的成像光束截面可见可见 区间的物点成像没有渐晕的。区间的物点成像没有渐晕的。点发出的点发出的可以真正成可以真正成像的光线像的光线入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳AB2 点发出的可以成像
20、的光线在入点发出的可以成像的光线在入射光瞳上的成像光束截面射光瞳上的成像光束截面充满入射光瞳上充满入射光瞳上的成像光束截面的成像光束截面可见可见 区间的物点成像存在渐晕的。区间的物点成像存在渐晕的。B1 点发出的点发出的可以真正成可以真正成像的光线像的光线入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳AB3可见可见 区间的物点成像存在渐晕的。区间的物点成像存在渐晕的。B2 点发出的可以成像的光线在入点发出的可以成像的光线在入射光瞳上的成像光束截面射光瞳上的成像光束截面 点发出的可点发出的可以真正成像的以真正成像的光线光线(一条一条)望远系统中成像光束的选择望远系统中成像光束的选择成像光束的限制会影响像面上光能的
21、分布；系统中各个成像光束的限制会影响像面上光能的分布；系统中各个光学零件尺寸和整个仪器的大小。光学零件尺寸和整个仪器的大小。一一.双目望远镜双目望远镜物镜物镜棱镜组棱镜组分划板分划板目镜目镜性能参数性能参数1.系统各个零件尺寸的确定系统各个零件尺寸的确定望远镜视放大倍率望远镜视放大倍率由图可见：对于轴向光束，物镜的口径最大。由图可见：对于轴向光束，物镜的口径最大。每个零件每个零件的口径不得小于对应的轴向光束的口径。的口径不得小于对应的轴向光束的口径。由于仪器总有一定的视场要求，所以还需要参考视场角来确由于仪器总有一定的视场要求，所以还需要参考视场角来确定合理的零件尺寸。定合理的零件尺寸。由图可
22、见：尽管视场角一样，但对系统中各个零件的通光由图可见：尽管视场角一样，但对系统中各个零件的通光 口径却不相同的。口径却不相同的。由图可见：不仅仅与视场角的大小有关，还与入射光束位置由图可见：不仅仅与视场角的大小有关，还与入射光束位置 有关的。有关的。在分划板上成理想象的高度为：在分划板上成理想象的高度为：分划板的直径为：分划板的直径为：物镜口径要求大于物镜口径要求大于棱镜和目镜的口径要求的大。棱镜和目镜的口径要求的大。鉴于以上的情况，实际中通常选用鉴于以上的情况，实际中通常选用对于轴向光束来说：物镜口径一样对于轴向光束来说：物镜口径一样棱镜和目镜的口径要求的大。棱镜和目镜的口径要求的大。分析分
23、析分析光阑分析光阑分划板限制了成像的大小，它是视场光阑。分划板限制了成像的大小，它是视场光阑。物镜的口径限制了成像光束的口径，它是孔径光阑。物镜的口径限制了成像光束的口径，它是孔径光阑。其他尺寸的确定其他尺寸的确定孔径光阑，入瞳孔径光阑，入瞳出瞳出瞳不同视场角成像的斜光束必须通过孔径光阑，当然出射的不同视场角成像的斜光束必须通过孔径光阑，当然出射的光束也必然通过出瞳。光束也必然通过出瞳。为了使人眼睛能够看到整个视场，当然就必须将眼睛放在为了使人眼睛能够看到整个视场，当然就必须将眼睛放在出瞳附近了。出瞳附近了。不能太短，否则眼睛没有办法放在出瞳的位置的，同时眼不能太短，否则眼睛没有办法放在出瞳的
24、位置的，同时眼睫毛不能碰到玻璃表面影响观察，则睫毛不能碰到玻璃表面影响观察，则军用的光学仪器中对于出瞳的距离一般为军用的光学仪器中对于出瞳的距离一般为 左右左右显微系统中的光束限制和远心光路显微系统中的光束限制和远心光路孔径光阑孔径光阑视场光阑视场光阑说明说明(1)一般情况下，系统中成像光束的口径由一般情况下，系统中成像光束的口径由物镜框物镜框限制，所以限制，所以 孔径光阑。孔径光阑。物镜框物镜框(2)位于位于目镜物方焦距上目镜物方焦距上的分划板或者光阑限制了系统的成像的分划板或者光阑限制了系统的成像范围，范围，视场光阑。视场光阑。一一.显微系统中的光束限制显微系统中的光束限制(3)显微镜中，
25、成像范围不用视场角表示的，直接用成像显微镜中，成像范围不用视场角表示的，直接用成像物体物体的最大尺寸的最大尺寸表示的。表示的。一般显微镜视场光阑的直径为一般显微镜视场光阑的直径为20mm 由放大率由放大率 如果如果可见：可以观察的物体可以很微小的。可见：可以观察的物体可以很微小的。(4)数值孔径数值孔径显微镜中物镜成像光束的大小，一般用轴上点光束的孔显微镜中物镜成像光束的大小，一般用轴上点光束的孔径角表示的。径角表示的。数值孔径数值孔径数值孔径数值孔径增大数值孔径的方法增大数值孔径的方法增大物方孔径角增大物方孔径角增大物方介质的折射率增大物方介质的折射率(浸液物镜浸液物镜)增大数值孔径可以提高
26、显微镜的视放大率。增大数值孔径可以提高显微镜的视放大率。(4)对于某些测量显微镜中，在物镜的像方焦平面上加入一对于某些测量显微镜中，在物镜的像方焦平面上加入一 个光阑作为系统的孔径光阑，个光阑作为系统的孔径光阑，的误差所引起的测量误差。的误差所引起的测量误差。以消除由于像平面位置以消除由于像平面位置结果结果：一样的物体高度却使测量的结果不同，当然测量计算一样的物体高度却使测量的结果不同，当然测量计算得到的物体高度就有差别了得到的物体高度就有差别了。这个高度测量的是像的弥散斑的中心这个高度测量的是像的弥散斑的中心 孔径光阑孔径光阑该结构成像特点：该结构成像特点：入射光束的主光线都和光轴平行入射光
27、束的主光线都和光轴平行。二二.远心光路远心光路在光学仪器中，有很大的一部分仪器用来测量长度的。在光学仪器中，有很大的一部分仪器用来测量长度的。分为分为1.光学系统有一定的放大率，使被测量之象和一光学系统有一定的放大率，使被测量之象和一 标尺相比，求知被测物体的长度。标尺相比，求知被测物体的长度。2.把标尺放在不同的位置，光学系统改变放大率，把标尺放在不同的位置，光学系统改变放大率，使标尺象等于一个已知值，求得仪器到标尺间距离。使标尺象等于一个已知值，求得仪器到标尺间距离。例如：计量仪器，工具显微镜例如：计量仪器，工具显微镜例如：大地测量仪器例如：大地测量仪器1.计量仪器计量仪器分划板分划板分划
28、板上刻尺的格值考虑了物镜的放大率，直接读值即可。分划板上刻尺的格值考虑了物镜的放大率，直接读值即可。减少视差对测量精度的影响的方法：减少视差对测量精度的影响的方法：被测量物体的象和带有刻尺的分划板由于眼睛的视差而不能被测量物体的象和带有刻尺的分划板由于眼睛的视差而不能完全重合，就带来了测量误差。完全重合，就带来了测量误差。适当的控制主光线的方向。适当的控制主光线的方向。将孔径光阑设在物镜的将孔径光阑设在物镜的像方焦平面上即可。像方焦平面上即可。孔径光阑孔径光阑当被测量物体的位置变化时，其的主光线总是平行光轴的，当被测量物体的位置变化时，其的主光线总是平行光轴的，当然在分划板上的交点是不会改变的
29、。这样即使调焦不准当然在分划板上的交点是不会改变的。这样即使调焦不准也不会影响测量结果的。也不会影响测量结果的。因为这种光学系统物方主光线平行于光轴，主光线的会聚因为这种光学系统物方主光线平行于光轴，主光线的会聚中心位于物方无限远处中心位于物方无限远处物方远心光路。物方远心光路。2.大地测量仪器大地测量仪器被测量物体的象和带有刻尺的分划板由于眼睛的视差而不能被测量物体的象和带有刻尺的分划板由于眼睛的视差而不能完全重合，就带来了测量误差。完全重合，就带来了测量误差。求得的被测量物体距离为：求得的被测量物体距离为：减少视差对测量精度的影响的方法：减少视差对测量精度的影响的方法：适当的控制主光线的方
30、向。适当的控制主光线的方向。将孔径光阑设在物镜的将孔径光阑设在物镜的孔径光阑孔径光阑因为这种光学系统像方主光线平行于光轴，主光线的会聚因为这种光学系统像方主光线平行于光轴，主光线的会聚中心位于像方无限远处中心位于像方无限远处像方远心光路。像方远心光路。物方焦平面上即可。物方焦平面上即可。结论结论(1)对于某些测量显微镜中，在物镜的对于某些测量显微镜中，在物镜的像方焦平面像方焦平面上加入一上加入一 个光阑作为系统的个光阑作为系统的孔径光阑孔径光阑，的误差所引起的测量误差。的误差所引起的测量误差。以消除由于像平面位置以消除由于像平面位置(2)对于大地测量物镜中，在物镜的对于大地测量物镜中，在物镜的
31、物方焦平面物方焦平面处加以个光阑处加以个光阑系统的系统的孔径光阑孔径光阑。所引起的测量误差。所引起的测量误差。以消除由于像平面位置的误差以消除由于像平面位置的误差场镜的特性及其应用场镜的特性及其应用 可以减少目镜的口径可以减少目镜的口径 场镜场镜说明说明(1)场镜场镜 能够改变成像光束的位置，而不影响系统的光学特性。能够改变成像光束的位置，而不影响系统的光学特性。位于像平面或者和像平面重合或者与像平面靠的很近位于像平面或者和像平面重合或者与像平面靠的很近的透镜。的透镜。(2)场镜的特性场镜的特性 (3)场镜经常被使用在连续成像的组合系统中。场镜经常被使用在连续成像的组合系统中。因为其前面的光学
32、零件所成的像正好位于场镜的主平面，因为其前面的光学零件所成的像正好位于场镜的主平面，通过场镜后所成的像和原来像的大小相等。通过场镜后所成的像和原来像的大小相等。第一个透镜出射的光束全部进入第二个透镜，且第二个透镜第一个透镜出射的光束全部进入第二个透镜，且第二个透镜的口径也不至于太大。的口径也不至于太大。(3)确定场镜的焦距确定场镜的焦距 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前面讨论的只是在垂直于光轴的平面上点的成像问题。前面讨论的只是在垂直于光轴的平面上点的成像问题。但常常有很多仪器需要把空间中的物点成像在一个像平面上。但常常有很多仪器需要把空间中的物点成像在一个像平面上。而物
33、空间中的物点分布在距光学系统入射光瞳不同的距离处。而物空间中的物点分布在距光学系统入射光瞳不同的距离处。这些物点的像原则上不与平面物体的成像相同。这些物点的像原则上不与平面物体的成像相同。例如：望远镜，照相物镜例如：望远镜，照相物镜如何使如何使“距光学系统入射光瞳不同的距离处距光学系统入射光瞳不同的距离处”的物点在的物点在同一个像平面上成清晰的像同一个像平面上成清晰的像(观察仪器可以辨别清楚的。观察仪器可以辨别清楚的。因为任何的光能接受器例如：眼睛，感光乳剂等都是不完因为任何的光能接受器例如：眼睛，感光乳剂等都是不完善的善的)的问题就是的问题就是景深景深一一.弥散斑的形成以及影响弥散斑大小的因
34、素弥散斑的形成以及影响弥散斑大小的因素入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳B1B2B3B4B1*B2*B3*B4*景象平面景象平面对准平面对准平面当光瞳有一定的大小时，所有位于对准平面以外的空间点，当光瞳有一定的大小时，所有位于对准平面以外的空间点，以充满入射光瞳的光束与对准平面相交为以充满入射光瞳的光束与对准平面相交为“弥散斑弥散斑”aba*b*说明：说明：(1)可见：可见：“弥散斑弥散斑”的大小会随入射光瞳直径大小而改变的大小会随入射光瞳直径大小而改变的。的。(2)入射光瞳直径减小，入射光瞳直径减小，弥散斑也随之减小。弥散斑也随之减小。入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳B1B1*景象平面景象平面
35、对准平面对准平面aba*b*(3)当然，当入瞳位置对于物方空间点当然，当入瞳位置对于物方空间点(景物景物)位置发生变化，位置发生变化，则景象也随之变化则景象也随之变化.景象平面景象平面对准平面对准平面B1B2B1*B2*景象平面景象平面对准平面对准平面B1B2B1*(B2*)入射光瞳入射光瞳 出射光瞳出射光瞳入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳B1B2B1*B2*景象平面景象平面对准平面对准平面aba*b*AA*(4)显然像平面上的弥散斑的大小还与空间点距对准平面的距显然像平面上的弥散斑的大小还与空间点距对准平面的距 离有关。离有关。(5)当入射光瞳直径的大小一定时
36、，当入射光瞳直径的大小一定时，弥散斑弥散斑可以看成一个可以看成一个“点点”。因为任何的光能接受器例如：眼睛，感光乳剂等都是不完因为任何的光能接受器例如：眼睛，感光乳剂等都是不完 善的。善的。以下的问题是：当入射光瞳一定时，在以下的问题是：当入射光瞳一定时，在物空间物空间有多大有多大的深度范围的物体可以在景象平面上能成的深度范围的物体可以在景象平面上能成“清晰像清晰像”二二.名词名词景深景深能在景象平面能在景象平面(像平面像平面)上获得清晰象的上获得清晰象的物空间物空间深度。深度。远景远景近景近景成清晰象的最远成清晰象的最远象象平面。平面。成清晰象的最近成清晰象的最近象象平面。平面。远景深度远景
37、深度远景在物空间的共轭面距离对准平面的距离。远景在物空间的共轭面距离对准平面的距离。近景深度近景深度近景在物空间的共轭面距离对准平面的距离。近景在物空间的共轭面距离对准平面的距离。入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳B1B2景象平面景象平面对准平面对准平面AZ1Z212D二二.弥散斑的大小与各个参量的关系弥散斑的大小与各个参量的关系由相似三角形关系可得由相似三角形关系可得可见可见:景象平面景象平面(像平面像平面)上的弥散斑的大小与光瞳的直径有关上的弥散斑的大小与光瞳的直径有关 外外,还和还和由物像关系可以得到由物像关系可以得到当然弥散斑的直径的允许值为多少当然弥散斑的直径的允许值为多少,要随观察的
38、光学系统要随观察的光学系统的用途而定的的用途而定的,同时与眼睛到像的距离有关的。同时与眼睛到像的距离有关的。例如：照相物镜例如：照相物镜只要照片上各点的弥散斑对人眼的张角小于人眼只要照片上各点的弥散斑对人眼的张角小于人眼最小分辨角，则感觉像就是一个点，可以认为图最小分辨角，则感觉像就是一个点，可以认为图象是清晰的。象是清晰的。当然这个弥散斑大小与眼睛到像的距离有关的。当然这个弥散斑大小与眼睛到像的距离有关的。二二.正确透视距离正确透视距离L要求要求:像上各点对眼睛的张角与直接观察空间时对应点对眼睛像上各点对眼睛的张角与直接观察空间时对应点对眼睛 的张角相等。的张角相等。眼睛距离景象平面的距离眼
39、睛距离景象平面的距离保证观察到的景象不歪曲保证观察到的景象不歪曲一个正确观察图象的距离。一个正确观察图象的距离。入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳景象平面景象平面对准平面对准平面ALDRBy-U弥散斑的直径的允许值为弥散斑的直径的允许值为对应于对准平面上弥散斑的允许值为对应于对准平面上弥散斑的允许值为对人眼睛来说就对应着人眼睛的最小分辨角对人眼睛来说就对应着人眼睛的最小分辨角三三.一定弥散斑的大小所对应的景深范围一定弥散斑的大小所对应的景深范围由由得到远景和近景到入射光瞳得距离得到远景和近景到入射光瞳得距离在正确透视距离下观察在正确透视距离下观察远景深度远景深度近景深度近景深度(1)可见：远景深
40、度比近景深度要大可见：远景深度比近景深度要大总的景深为总的景深为(2)容许的弥散斑的直径愈大，景深愈大。容许的弥散斑的直径愈大，景深愈大。用孔径角代替入射光瞳直径用孔径角代替入射光瞳直径(1)可见：入射光瞳的直径愈小，即孔径角愈小，景深愈大。可见：入射光瞳的直径愈小，即孔径角愈小，景深愈大。所以照相时，把光圈缩小可以获得大的空间深度。所以照相时，把光圈缩小可以获得大的空间深度。说明：说明：(2)如果要求对准平面以后的整个物空间都可以在景象平面上如果要求对准平面以后的整个物空间都可以在景象平面上 成清晰像，即成清晰像，即对准平面应在何处？对准平面应在何处？可见：光瞳的可见：光瞳的直径越小，孔直径
41、越小，孔径角越小径角越小即：从对准平面中心看入射光瞳时，其对眼睛的张角即：从对准平面中心看入射光瞳时，其对眼睛的张角 等于极限角等于极限角此时近景的位置为此时近景的位置为将照相物镜调焦于将照相物镜调焦于则在景象平面上可以得到则在景象平面上可以得到的平面到无限远的整个的平面到无限远的整个结论结论自入射光瞳前起距离为自入射光瞳前起距离为空间内物体的清晰象。空间内物体的清晰象。(3)如果将照相物镜调焦于无限远如果将照相物镜调焦于无限远(对准平面位于无限远对准平面位于无限远)，即：即：近景的位置为近景的位置为表明这时的景深等于自入射光瞳前距离为表明这时的景深等于自入射光瞳前距离为的平面开始到的平面开始
42、到无限远，可以看到将照相机调焦在无限远，可以看到将照相机调焦在无限远无限远时没有将照相机时没有将照相机得到的景深大。得到的景深大。例例设设(1)将照相机调焦在将照相机调焦在无限远无限远时时将照相机调焦在将照相机调焦在 时时(2)远景在无限远时，远景在无限远时，调焦在调焦在近景位置在近景位置在(3)将物镜调到将物镜调到景深为景深为即：从物镜前即：从物镜前 到到 为止均为成像清晰的范围。为止均为成像清晰的范围。当规定景象平面上的弥散斑不能超过某一数值时当规定景象平面上的弥散斑不能超过某一数值时由几何图形可以得到由几何图形可以得到共轭面之间的物像对应关系共轭面之间的物像对应关系两式相减两式相减同理可得同理可得说明：说明：(1)可见：远景深度比近景深度要大可见：远景深度比近景深度要大(2)容许的弥散斑的直径愈大，景深愈大。容许的弥散斑的直径愈大，景深愈大。(2)对于照相机对于照相机景深和数值孔径成反比。景深和数值孔径成反比。减少光圈可以提高景深。减少光圈可以提高景深。景深和焦距的平方成反比。焦距愈小，景深愈大。景深和焦距的平方成反比。焦距愈小，景深愈大。例例：135 照相机的景深比照相机的景深比120照相机的景深大的多。照相机的景深大的多。