应用光学-04.ppt

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1、第四章光学系统中的光束限制§4-1光学系统中的光阑一、概述成像要求：1)对给定的物体在给定的共轭距离上按要求的倍率成像；2)具有给定的成像范围；3)具有一定的光度水准，即有一定的亮度；4)具有一定的分辨本领，反应物体一定的细节。1)决定了系统的轴向尺寸，2)决定于系统的视场，3~4)决定于成像光束的立体角或孔径角。2~4)可归纳为：光学系统应对成像范围以内的物点以要求孔径角的光束成像。理想光学系统：对无限大物体以任意宽的光束成像。实际光学系统：由于光学零件的尺寸和镜筒大小限制，成像光束宽度和成像范围是有限的。不同的光学系统，对成像范

2、围和成像光束的要求是不同的。因此，如何确定光学系统的成像范围、合理选择成像光束对实际光学系统而言，是非常重要的。几款摄影物镜反远距广角摄影物镜f=97.4mm,2w=84,D/f=1:1.2超广角物镜f=100mm,2w=110,D/f=1:4天塞型物镜f=299.12mm;2w=20;D/f=1:4.5.Cookelens(50mm/40）210鱼眼镜头Zoomlens(29~78mm）二、光阑及其种类1光阑系统中限制成像光束大小和范围的通光孔：镜框或专设孔一般为圆形，也有方形，个别其他形状。相机：可变光阑光阑平面垂

3、直于光轴，中心位于光轴上。2光阑的种类根据光阑的性质与作用，光阑可分为：孔径光阑限制成像光束的立体角，在子午面内就是限制轴上点成像光束中边缘光线的最大倾斜角----光束孔径角。孔阑(瞳孔)视场光阑限制物体成像范围的大小。场阑(窗口)这是两种主要光阑，一般系统都存在(伽俐略望远镜除外)。渐晕光阑部分遮拦轴外物点的成像光束，使轴外物体的成像光束比轴上点小，亮度有所降低。(目的)消杂光光阑遮拦非成像的杂散光：视场外的物体发出的光、镜头内部“透-反”或“反-透”、金属内壁反射和散射的光。=>内壁车消光螺纹并氧化发黑吸收杂散光、专设消杂光光阑

4、。三、光阑位置的确定场阑：相对固定，通常为系统或其中间实像面上的镜框或设置的专用光阑，如照相机的底片框、分划板框等。孔阑：其位置随系统而异，有些系统对其位置有特定要求：目镜或目视系统：孔阑或其实像在外，眼瞳与之重合，接受系统出射的全部成像光束；一般把眼瞳也当一个光阑考虑。远心光路：孔阑必须设置在系统的焦面上。其他情况：孔阑位置的合理选择，有助于改善轴外物体的成像质量、减小后方光组的通光孔径。四、入射光瞳与出射光瞳孔径光阑可能位于系统前面，也可能位于后面，还可能位于中间。为方便讨论系统物像方光束限制的具体情况，我们定义：入射光瞳：孔径

5、光阑经过其前面部分的光学系统在整个系统的物方空间所成的像，主要限制系统物方空间中物点发出光束的孔径角。简称入瞳。出射光瞳：孔径光阑经过其后面部分的光学系统在整个系统的像方空间所成的像，主要限制系统像方空间中到达像点的光束的孔径角。简称出瞳。入瞳出瞳孔阑A1A1A2A2孔阑、入瞳与出瞳的关系：入瞳与孔阑相对于孔阑前的部分光组共轭；出瞳与孔阑相对于孔阑后的部分光组共轭；因此，出瞳与入瞳相对于整个光学系统共轭。五、入射光窗与出射光窗视场光阑可能位于系统前面，也可能位于后面，还可能位于中间。为方便讨论系统物像方光束限制的具体情况，

6、我们定义：入射光窗：视场光阑经过其前面部分的光学系统在整个系统的物方空间所成的像，主要限制系统物方空间中物体成像的范围。简称入窗。出射光窗：视场光阑经过其后面部分的光学系统在整个系统的像方空间所成的像，主要限制系统像方空间中成像的范围。简称出窗。当然：实际起视场限制作用的是视场光阑。场阑、入窗与出窗的关系：入窗与场阑相对于场阑前的部分光组共轭；出窗与场阑相对于场阑后的部分光组共轭；因此，出窗与入窗相对于整个光学系统共轭。六、视场角物方视场角：入窗对入瞳中心的张角2，表示物方成像范围的大小；像方视场角：出窗相对于出瞳中心的张角2

7、，表示像方成像范围的大小。主光线：通过入瞳（孔阑、出瞳）中心的光线。因此，视场角为相应主光线与光轴的夹角。入瞳出瞳孔阑出窗场阑入窗PPQ---lz-lly-ylz七、渐晕与渐晕光阑渐晕：轴外物点发出的充满入瞳的光线被部分地遮拦的现象。导致轴外物点的成像光束小于轴上物点，边缘像比中心暗。渐晕光阑：产生渐晕的光阑。一般为孔阑与场阑之外的其他光学元件的镜框。渐晕与视场：在不设场阑的系统(伽俐略望远镜)中，视场由渐晕光阑确定，即视场与渐晕大小有关。渐晕系数k：轴外点与轴上点通过孔阑的光束直径之比为线渐晕系数，面积之比为面渐晕系

8、数。入瞳出瞳孔阑PPQ--k=D/D八、视场与渐晕的关系我们看到：视场越大，渐晕越大。可以断定：视场大到一定程度，轴外物点充满入瞳的光束将会被渐晕光阑全部拦掉。物空间的渐晕：以一个渐晕光阑的情况为例。AB1B2B3M2M1M