1、第五章第五章 光學(xué)系統(tǒng)中的光闌光學(xué)系統(tǒng)中的光闌 理想光學(xué)系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)成像，而且可以對(duì)任意理想光學(xué)系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)成像，而且可以對(duì)任意物以任意寬的光束給出某一定倍率的像。當(dāng)共軛距一定時(shí)，物物以任意寬的光束給出某一定倍率的像。當(dāng)共軛距一定時(shí)，物的大小與像的大小成比例。的大小與像的大小成比例。 但實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像光束將會(huì)受到限制。透鏡的大小和但實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像光束將會(huì)受到限制。透鏡的大小和像面的大小有限，從而限制了成像光束的寬度和成像范圍。像面的大小有限，從而限制了成像光束的寬度和成像范圍。 透鏡的大小限制透鏡的大小限制A點(diǎn)發(fā)出的成像光束的孔徑角，像面的大點(diǎn)發(fā)出的成像光束的孔徑角

2、，像面的大小限制成像范圍，它們都是對(duì)光束的限制，稱為光闌。小限制成像范圍，它們都是對(duì)光束的限制，稱為光闌。 51 光闌及其作用光闌及其作用 在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)按其用途、要求，在成象范圍內(nèi)的各點(diǎn)以一在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)按其用途、要求，在成象范圍內(nèi)的各點(diǎn)以一定立體角的光束通過光學(xué)系統(tǒng)成象。這就是一個(gè)如何合理地限制光束的定立體角的光束通過光學(xué)系統(tǒng)成象。這就是一個(gè)如何合理地限制光束的問題。問題。定義：定義：限制光束通過光學(xué)系統(tǒng)的光孔。限制光束通過光學(xué)系統(tǒng)的光孔。 孔徑光闌：孔徑光闌：限制軸上點(diǎn)成像光束的孔徑角，決定像面的照度限制軸上點(diǎn)成像光束的孔徑角，決定像面的照度 視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌：限制物面或像面

3、上的物體成像范圍。：限制物面或像面上的物體成像范圍。 漸暈光闌漸暈光闌：限制物空間軸外點(diǎn)發(fā)出的、本來能通過上述兩種光孔的成像光束。：限制物空間軸外點(diǎn)發(fā)出的、本來能通過上述兩種光孔的成像光束。 組成：組成：透鏡等光學(xué)零件邊框或?qū)ｉT設(shè)置的帶孔金屬框。透鏡等光學(xué)零件邊框或?qū)ｉT設(shè)置的帶孔金屬框。 消雜光光闌消雜光光闌：限制雜散光（從視場(chǎng)外射入系統(tǒng)，或由鏡頭內(nèi)部的光學(xué)表面、金：限制雜散光（從視場(chǎng)外射入系統(tǒng)，或由鏡頭內(nèi)部的光學(xué)表面、金屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)生）屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)生） ABAB孔徑光闌孔徑光闌視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌消雜光消雜光光闌光闌漸暈漸暈光闌光闌 孔徑光闌孔徑光闌：限制

4、軸上點(diǎn)成像光束的孔徑角，決定像面的照度。（有效光闌）限制軸上點(diǎn)成像光束的孔徑角，決定像面的照度。（有效光闌） A()BC位置：隨系統(tǒng)而異，目視光學(xué)系統(tǒng)要求孔闌或孔闌的像一定要在外面，以與位置：隨系統(tǒng)而異，目視光學(xué)系統(tǒng)要求孔闌或孔闌的像一定要在外面，以與眼瞳重合；遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)要求孔闌在焦面上。其他無(wú)特殊要求的可以選擇。眼瞳重合；遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)要求孔闌在焦面上。其他無(wú)特殊要求的可以選擇。ABAB孔徑光闌孔徑光闌 視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌：限制物面或像面上的物體成像范圍。：限制物面或像面上的物體成像范圍。 位置：一般是在實(shí)像面或中間實(shí)像面上，也可以沒有位置：一般是在實(shí)像面或中間實(shí)像面上，也可以沒有 在照相機(jī)中

5、：在照相機(jī)中： 孔徑光闌孔徑光闌可變光闌可變光闌 視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌-底片框底片框 ABAB視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌 漸暈光闌漸暈光闌：漸暈光闌漸暈光闌限制物空間軸外點(diǎn)發(fā)出的、本來能通過上述兩種光孔的成限制物空間軸外點(diǎn)發(fā)出的、本來能通過上述兩種光孔的成像光束。像光束。 由于軸外點(diǎn)斜光束寬度比軸上點(diǎn)光束寬度小，使像由于軸外點(diǎn)斜光束寬度比軸上點(diǎn)光束寬度小，使像平面邊緣比中心暗的現(xiàn)象稱為平面邊緣比中心暗的現(xiàn)象稱為“漸暈漸暈”。位置：位置可選擇，以改善成位置：位置可選擇，以改善成像質(zhì)量，與視場(chǎng)光闌二者必有像質(zhì)量，與視場(chǎng)光闌二者必有其一。其一。ABAB漸暈漸暈光闌光闌 消雜光光闌消雜光光闌：限制雜散光（從視場(chǎng)外射

6、入系統(tǒng)，或由鏡頭內(nèi)部的光學(xué)表面、：限制雜散光（從視場(chǎng)外射入系統(tǒng)，或由鏡頭內(nèi)部的光學(xué)表面、 金屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)生）金屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)生） 位置：位置可選擇，以達(dá)到限制雜散光的目的，也可以沒有位置：位置可選擇，以達(dá)到限制雜散光的目的，也可以沒有 ABAB孔徑光闌孔徑光闌視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌消雜光消雜光光闌光闌漸暈漸暈光闌光闌 52 孔徑光闌孔徑光闌1. 作用：在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)際限制軸上物點(diǎn)成像光束的孔徑角作用：在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)際限制軸上物點(diǎn)成像光束的孔徑角U。2.孔徑光闌的確定孔徑光闌的確定 所有光孔投射到第一光孔的物空間，對(duì)軸上物點(diǎn)所有光孔投射到第一光孔的物空間，對(duì)軸上物

7、點(diǎn)A張角最小的光孔張角最小的光孔“像像”所共軛的光孔為所共軛的光孔為孔徑光闌孔徑光闌，該光孔，該光孔“像像”稱稱入射光瞳入射光瞳，這個(gè)張角稱物方孔徑角，這個(gè)張角稱物方孔徑角2U。 所有光孔投射到最后一個(gè)光孔的像空間，對(duì)軸上像點(diǎn)所有光孔投射到最后一個(gè)光孔的像空間，對(duì)軸上像點(diǎn)A張角最小的光孔張角最小的光孔“像像”所共軛的光孔為所共軛的光孔為孔徑光闌孔徑光闌，該光孔，該光孔“像像”稱稱出射光瞳出射光瞳，這個(gè)張角稱像方孔徑角，這個(gè)張角稱像方孔徑角2U。 物點(diǎn)在有限遠(yuǎn)時(shí)物點(diǎn)在有限遠(yuǎn)時(shí)，各，各光孔像光孔像中，對(duì)軸上物點(diǎn)張角最小者，限制了軸中，對(duì)軸上物點(diǎn)張角最小者，限制了軸上點(diǎn)光束的孔徑角，即為入瞳。入瞳對(duì)

8、應(yīng)的實(shí)際光孔即為孔徑光闌。上點(diǎn)光束的孔徑角，即為入瞳。入瞳對(duì)應(yīng)的實(shí)際光孔即為孔徑光闌。 物點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)物點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，各，各光孔像光孔像中，直徑最小者即為入瞳。入瞳對(duì)應(yīng)的中，直徑最小者即為入瞳。入瞳對(duì)應(yīng)的實(shí)際光孔即為孔徑光闌。實(shí)際光孔即為孔徑光闌。3.確定孔徑光闌的方法：確定孔徑光闌的方法： 原則：原則：將光學(xué)系統(tǒng)中所有的光學(xué)零件的通光孔（鏡框）分別通將光學(xué)系統(tǒng)中所有的光學(xué)零件的通光孔（鏡框）分別通過其前面的光學(xué)零件成像到整個(gè)系統(tǒng)的物空間去，入射光瞳必然是過其前面的光學(xué)零件成像到整個(gè)系統(tǒng)的物空間去，入射光瞳必然是其中對(duì)物面中心張角最小的一個(gè)。其中對(duì)物面中心張角最小的一個(gè)。1）將所有光學(xué)元件的通

9、光孔徑經(jīng)前方光組成像到物空間，并求出各個(gè)）將所有光學(xué)元件的通光孔徑經(jīng)前方光組成像到物空間，并求出各個(gè)光孔在物空間像的大小和位置。光孔在物空間像的大小和位置。a）規(guī)定光傳播方向從右向左，以光孔為物，與物點(diǎn)發(fā)出的光線反向。）規(guī)定光傳播方向從右向左，以光孔為物，與物點(diǎn)發(fā)出的光線反向。b）所有孔或框?yàn)閷?shí)物。）所有孔或框?yàn)閷?shí)物。c）利用解析法求解像的位置和大小。）利用解析法求解像的位置和大小。2）物點(diǎn)在有限遠(yuǎn)時(shí)，各）物點(diǎn)在有限遠(yuǎn)時(shí)，各光孔像光孔像中，對(duì)軸上物點(diǎn)張角最小者，限制了軸中，對(duì)軸上物點(diǎn)張角最小者，限制了軸上點(diǎn)光束的孔徑角，即為入瞳。入瞳對(duì)應(yīng)的實(shí)際光孔即為孔徑光闌。上點(diǎn)光束的孔徑角，即為入瞳。入瞳

10、對(duì)應(yīng)的實(shí)際光孔即為孔徑光闌。3）物點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，各）物點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，各光孔像光孔像中，直徑最小者即為入瞳。入瞳對(duì)應(yīng)的中，直徑最小者即為入瞳。入瞳對(duì)應(yīng)的實(shí)際光孔即為孔徑光闌。實(shí)際光孔即為孔徑光闌。例：有兩個(gè)薄透鏡例：有兩個(gè)薄透鏡L L1 1和和L L2 2 ，焦距分別為，焦距分別為90mm和和30mm，孔，孔徑分別為徑分別為60mm和和40mm，相隔，相隔50mm，在兩透鏡之間，在兩透鏡之間，離離L L2 2為為20mm處放置一直徑為處放置一直徑為10mm的圓光闌，試對(duì)的圓光闌，試對(duì)L L1 1前前120mm處的軸上物點(diǎn)求孔闌、入瞳、出瞳的位置和大小。處的軸上物點(diǎn)求孔闌、入瞳、出瞳的位置和大小。

11、L1L2L3L1L2L301l4/11202/60tan1u902222llDDL1L2502l6011 DD4450509090*50222lffll14/39122/9tan2uL3303l45399*30333lffll153333llDD22/1451202/15tan2u入瞳入瞳L2L3出瞳出瞳L3203l60302030*2023233flfll302060*103333llDD出瞳出瞳孔欄到入瞳孔欄到入瞳兩正薄透鏡組兩正薄透鏡組L L1 1和和L L2 2的焦距分別為的焦距分別為100mm100mm和和50mm50mm，通光口，通光口徑分別為徑分別為60mm60mm和和30mm3

12、0mm，兩透鏡之間的間隔為，兩透鏡之間的間隔為50mm50mm，在透鏡，在透鏡L L2 2之前之前30mm30mm處放置直徑為處放置直徑為40mm40mm的光闌，問的光闌，問1 1）當(dāng)物體在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)，孔徑光闌為哪個(gè)？）當(dāng)物體在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)，孔徑光闌為哪個(gè)？2 2）當(dāng)物體在）當(dāng)物體在L L1 1前方前方300mm300mm處時(shí)，孔徑光闌為哪個(gè)？處時(shí)，孔徑光闌為哪個(gè)？ 4.說明：說明：1）物體位置改變，原孔闌可能失去控制軸上點(diǎn)孔徑角的作用，要重復(fù)）物體位置改變，原孔闌可能失去控制軸上點(diǎn)孔徑角的作用，要重復(fù)上述三個(gè)步驟確定孔闌。上述三個(gè)步驟確定孔闌。2）一般來說，入瞳在物空間，孔闌在系統(tǒng)中，出瞳在像

13、空間；）一般來說，入瞳在物空間，孔闌在系統(tǒng)中，出瞳在像空間；但有時(shí)但有時(shí) 光學(xué)系統(tǒng)第一個(gè)光孔為孔闌，入瞳與孔闌重合；光學(xué)系統(tǒng)第一個(gè)光孔為孔闌，入瞳與孔闌重合； 光學(xué)系統(tǒng)最后一個(gè)光孔為孔闌，出瞳與孔闌重合；光學(xué)系統(tǒng)最后一個(gè)光孔為孔闌，出瞳與孔闌重合；3）入瞳為孔闌經(jīng)過前面光組在物空間的像，決定了系統(tǒng)軸上物點(diǎn)的物方孔徑角。）入瞳為孔闌經(jīng)過前面光組在物空間的像，決定了系統(tǒng)軸上物點(diǎn)的物方孔徑角。出瞳為孔闌經(jīng)過后面光組在像空間的像，決定了系統(tǒng)軸上像點(diǎn)的像方孔徑角。出瞳為孔闌經(jīng)過后面光組在像空間的像，決定了系統(tǒng)軸上像點(diǎn)的像方孔徑角。4）對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，軸上和軸上和軸外物點(diǎn)的軸外物點(diǎn)的主

14、光線主光線都過入瞳、孔都過入瞳、孔闌、出瞳中心。闌、出瞳中心。主光線主光線：通過入射光瞳中心的光通過入射光瞳中心的光線稱為主光線。線稱為主光線。 主光線主光線是物面上發(fā)出的充滿光學(xué)是物面上發(fā)出的充滿光學(xué)系統(tǒng)入射光瞳的成像光束的軸線。系統(tǒng)入射光瞳的成像光束的軸線。6）入瞳、孔闌、出瞳之間的相互共軛關(guān)系。）入瞳、孔闌、出瞳之間的相互共軛關(guān)系。7）光學(xué)特性：）光學(xué)特性：入射光瞳直徑入射光瞳直徑D D和整個(gè)系統(tǒng)焦距和整個(gè)系統(tǒng)焦距ff之比稱為該系統(tǒng)的相對(duì)孔徑之比稱為該系統(tǒng)的相對(duì)孔徑 。相對(duì)孔徑相對(duì)孔徑 （望遠(yuǎn)、照相系統(tǒng)）：（望遠(yuǎn)、照相系統(tǒng)）：fD數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑NANA（顯微系統(tǒng)）：（顯微系統(tǒng)）：當(dāng)物體

15、在很近的距離時(shí)，常用物方孔徑角正弦和物空間介質(zhì)折當(dāng)物體在很近的距離時(shí)，常用物方孔徑角正弦和物空間介質(zhì)折射率乘積來取代相對(duì)孔徑，稱為數(shù)值孔徑，即射率乘積來取代相對(duì)孔徑，稱為數(shù)值孔徑，即11sinUnNA 5）在保證軸上點(diǎn)物方孔徑角不變的情況）在保證軸上點(diǎn)物方孔徑角不變的情況下，合理的選取孔徑光闌的位置，可提下，合理的選取孔徑光闌的位置，可提高成像質(zhì)量，減小整個(gè)系統(tǒng)的橫向尺寸。高成像質(zhì)量，減小整個(gè)系統(tǒng)的橫向尺寸。DfK光瞳數(shù)，焦距數(shù)光瞳數(shù)，焦距數(shù) 53 視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌1.作用：限制物、像面上的成像范圍。作用：限制物、像面上的成像范圍。2.視場(chǎng)表示方法：視場(chǎng)表示方法：物方線視場(chǎng)物方線視場(chǎng)2y像方線

16、視場(chǎng)像方線視場(chǎng)2y長(zhǎng)度度量：長(zhǎng)度度量：角度度量：角度度量：物方視場(chǎng)角物方視場(chǎng)角2 像方線視場(chǎng)像方線視場(chǎng)2 視場(chǎng)光闌通過前面光組在光學(xué)系統(tǒng)的物空間所成的像稱為視場(chǎng)光闌通過前面光組在光學(xué)系統(tǒng)的物空間所成的像稱為入射窗入射窗。視場(chǎng)光闌通過后面光組在光學(xué)系統(tǒng)的像空間所成的像稱為視場(chǎng)光闌通過后面光組在光學(xué)系統(tǒng)的像空間所成的像稱為出射窗出射窗。3.確定視場(chǎng)光闌的方法：確定視場(chǎng)光闌的方法：孔徑光闌孔徑光闌AL1L2BL2u uPQP入射光瞳入射光瞳AB1）首先用尋找入瞳、孔闌的方法尋找到入瞳、孔闌。）首先用尋找入瞳、孔闌的方法尋找到入瞳、孔闌。3.確定視場(chǎng)光闌的方法：確定視場(chǎng)光闌的方法：2）將所有除孔闌外的

17、光孔經(jīng)其前方光組成像到物空間，求出每個(gè)光孔）將所有除孔闌外的光孔經(jīng)其前方光組成像到物空間，求出每個(gè)光孔像的位置和大小。像的位置和大小?？讖焦怅@孔徑光闌AL1L2BCL2入射窗入射窗PQP入射光瞳入射光瞳AB視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌（出射窗）（出射窗）3）各）各光孔像光孔像中，對(duì)入瞳中心張角最小者，像本身為入射窗，像對(duì)應(yīng)的中，對(duì)入瞳中心張角最小者，像本身為入射窗，像對(duì)應(yīng)的實(shí)際光孔即為視闌。視闌經(jīng)過后方光組成在像空間的像即為出射窗。實(shí)際光孔即為視闌。視闌經(jīng)過后方光組成在像空間的像即為出射窗?？讖焦怅@孔徑光闌AL1L2BC出射光瞳出射光瞳入射窗入射窗PQP入射光瞳入射光瞳AB視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌（出射窗）（出射

18、窗）通過入射光瞳中心的光線稱為主光線通過入射光瞳中心的光線稱為主光線,主光線同時(shí)通過入瞳、孔闌、出瞳中心主光線同時(shí)通過入瞳、孔闌、出瞳中心物方視場(chǎng)角物方視場(chǎng)角2 像方線視場(chǎng)像方線視場(chǎng)2 1）孔闌位置變化，入瞳、出瞳位置也變化，原視闌可能失去限制物象）孔闌位置變化，入瞳、出瞳位置也變化，原視闌可能失去限制物象方視場(chǎng)范圍的作用，要重新確定視闌。方視場(chǎng)范圍的作用，要重新確定視闌。4）若視闌為長(zhǎng)方形或正方形，其線視場(chǎng)按對(duì)角線計(jì)算。）若視闌為長(zhǎng)方形或正方形，其線視場(chǎng)按對(duì)角線計(jì)算。5）入射窗、出射窗、視闌之間的相互共軛關(guān)系。）入射窗、出射窗、視闌之間的相互共軛關(guān)系。2）入窗限制物方物面上的成像范圍，視場(chǎng)光

19、闌是實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中限制）入窗限制物方物面上的成像范圍，視場(chǎng)光闌是實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中限制物面成像范圍的實(shí)際光孔，出窗限制像方像面范圍。物面成像范圍的實(shí)際光孔，出窗限制像方像面范圍。3）入瞳無(wú)限小時(shí)，視場(chǎng)范圍由入窗邊緣和入瞳中心連線決定；當(dāng)物體）入瞳無(wú)限小時(shí)，視場(chǎng)范圍由入窗邊緣和入瞳中心連線決定；當(dāng)物體在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，視場(chǎng)必須設(shè)置在像平面（后焦面）上。在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，視場(chǎng)必須設(shè)置在像平面（后焦面）上。說明說明 54 漸暈光闌漸暈光闌 軸外光束被攔截的現(xiàn)象稱為軸外光束被攔截的現(xiàn)象稱為“漸暈漸暈”，產(chǎn)生漸暈的光闌稱為，產(chǎn)生漸暈的光闌稱為“漸暈光闌漸暈光闌”。漸暈光闌多是透鏡框。漸暈光闌多是透鏡框。作用：提高作用：

20、提高軸外點(diǎn)成像質(zhì)量，減小光學(xué)零件尺寸。軸外點(diǎn)成像質(zhì)量，減小光學(xué)零件尺寸。2.圖示：圖示： 在物面上的在物面上的整個(gè)成像范圍內(nèi)，整個(gè)成像范圍內(nèi)，隨著成像光束的隨著成像光束的不同，可分為三不同，可分為三個(gè)區(qū)域。個(gè)區(qū)域。一、入射窗與物平面不重合產(chǎn)生漸暈一、入射窗與物平面不重合產(chǎn)生漸暈1.實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中，入瞳、孔闌、出瞳為有限大，有可能產(chǎn)生實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中，入瞳、孔闌、出瞳為有限大，有可能產(chǎn)生漸暈。漸暈。1）以以AB1為半徑的圓形區(qū)域：為半徑的圓形區(qū)域：在這個(gè)區(qū)域內(nèi)每個(gè)點(diǎn)均以充滿入射光瞳的全部在這個(gè)區(qū)域內(nèi)每個(gè)點(diǎn)均以充滿入射光瞳的全部光束成象。光束成象。2）以以B1B2繞光軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的環(huán)形區(qū)域：繞光

21、軸旋轉(zhuǎn)一周所形成的環(huán)形區(qū)域：在此區(qū)域內(nèi)，已不能使所有在此區(qū)域內(nèi)，已不能使所有點(diǎn)以充滿入射光瞳的光束通過光學(xué)系統(tǒng)成象，這就是軸外點(diǎn)的漸暈。點(diǎn)以充滿入射光瞳的光束通過光學(xué)系統(tǒng)成象，這就是軸外點(diǎn)的漸暈。3 3）以以B2B3繞光軸旋轉(zhuǎn)一周所得到的環(huán)形區(qū)域：繞光軸旋轉(zhuǎn)一周所得到的環(huán)形區(qū)域：在此區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的光束漸暈更為在此區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的光束漸暈更為嚴(yán)重。嚴(yán)重。A物平面物平面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P1線漸暈系數(shù)：線漸暈系數(shù)：幾何（面）漸幾何（面）漸暈系數(shù)：暈系數(shù)：DDkpAAAk由由B1到到B2點(diǎn)，線漸暈點(diǎn)，線漸暈系數(shù)由系數(shù)由1降到降到0.5。

22、軸外點(diǎn)光束在入瞳上的截軸外點(diǎn)光束在入瞳上的截面積入瞳面積面積入瞳面積 軸外點(diǎn)光束在入瞳上的軸外點(diǎn)光束在入瞳上的高度入瞳直徑高度入瞳直徑 用漸暈系數(shù)描述光束漸暈的程度：用漸暈系數(shù)描述光束漸暈的程度：由由B2點(diǎn)到點(diǎn)到B3點(diǎn)，線漸暈系數(shù)由點(diǎn)，線漸暈系數(shù)由0.5降到降到0。3.說明：說明：1）軸上點(diǎn)均能以充滿入瞳的全光束成像。）軸上點(diǎn)均能以充滿入瞳的全光束成像。2）入瞳為有限大小時(shí)，成像范圍由入瞳邊緣和入窗邊緣連線決定。）入瞳為有限大小時(shí)，成像范圍由入瞳邊緣和入窗邊緣連線決定。3）軸外點(diǎn)從某一視場(chǎng)范圍開始，通過光學(xué)系統(tǒng)的成像光束要比軸）軸外點(diǎn)從某一視場(chǎng)范圍開始，通過光學(xué)系統(tǒng)的成像光束要比軸上光束少，并

23、逐漸遞減，直至光照度為零。上光束少，并逐漸遞減，直至光照度為零。4.消除漸暈的條件：消除漸暈的條件：（必要條件）（必要條件）qpqBB231 由上式可知，欲使?jié)u暈區(qū)由上式可知，欲使?jié)u暈區(qū)B1B3為為零，需使零，需使p=q，即入射窗和物平面重，即入射窗和物平面重合，出射窗和象平面重合。合，出射窗和象平面重合。 * * * *入瞳為無(wú)限小時(shí)。入瞳為無(wú)限小時(shí)。 在有的光學(xué)系統(tǒng)中，不存在實(shí)像平面，視場(chǎng)光闌無(wú)法與像在有的光學(xué)系統(tǒng)中，不存在實(shí)像平面，視場(chǎng)光闌無(wú)法與像平面重合，這種系統(tǒng)的視場(chǎng)邊緣存在一個(gè)由亮到暗的過渡區(qū)域，平面重合，這種系統(tǒng)的視場(chǎng)邊緣存在一個(gè)由亮到暗的過渡區(qū)域，沒有清晰的視場(chǎng)邊界。沒有清晰的

24、視場(chǎng)邊界。 當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)中透鏡較多，且孔徑都不大時(shí)，雖然視場(chǎng)光闌不起攔當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)中透鏡較多，且孔徑都不大時(shí)，雖然視場(chǎng)光闌不起攔光作用，但其它透鏡框仍可能攔光而造成漸暈。光作用，但其它透鏡框仍可能攔光而造成漸暈。二、其他透鏡框產(chǎn)生的漸暈二、其他透鏡框產(chǎn)生的漸暈*是否所有光學(xué)系統(tǒng)都要無(wú)漸暈？是否所有光學(xué)系統(tǒng)都要無(wú)漸暈？ 當(dāng)孔徑和視場(chǎng)都較大時(shí)，無(wú)漸暈既無(wú)必要也不可能。因?yàn)檫h(yuǎn)離當(dāng)孔徑和視場(chǎng)都較大時(shí)，無(wú)漸暈既無(wú)必要也不可能。因?yàn)檫h(yuǎn)離孔闌的透鏡直徑不能做得太大，且適當(dāng)攔掉偏離理想成像狀態(tài)較遠(yuǎn)的孔闌的透鏡直徑不能做得太大，且適當(dāng)攔掉偏離理想成像狀態(tài)較遠(yuǎn)的即像差較大的軸外光束有利于改善像質(zhì)。即像差較大的軸外光束

25、有利于改善像質(zhì)。光闌小結(jié)光闌小結(jié) 孔徑光闌：孔徑光闌：限制軸上點(diǎn)成像光束的孔徑角，決定像面的照度限制軸上點(diǎn)成像光束的孔徑角，決定像面的照度 孔徑光闌的判斷，入瞳、出瞳、相對(duì)孔徑、數(shù)值孔徑孔徑光闌的判斷，入瞳、出瞳、相對(duì)孔徑、數(shù)值孔徑 視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌：限制物面或像面上的物體成像范圍。：限制物面或像面上的物體成像范圍。 視場(chǎng)光闌判斷，入射窗、出射窗、線視場(chǎng)、視場(chǎng)角視場(chǎng)光闌判斷，入射窗、出射窗、線視場(chǎng)、視場(chǎng)角 漸暈光闌漸暈光闌：限制物空間軸外點(diǎn)發(fā)出的、本來能通過上述兩種光孔的成像光束。：限制物空間軸外點(diǎn)發(fā)出的、本來能通過上述兩種光孔的成像光束。 限制光束中偏離理想位置的一些光線，用以改善系統(tǒng)的成像

26、質(zhì)量。限制光束中偏離理想位置的一些光線，用以改善系統(tǒng)的成像質(zhì)量。 線漸暈系數(shù)、面漸暈系數(shù)、消除漸暈的條件線漸暈系數(shù)、面漸暈系數(shù)、消除漸暈的條件 漸暈光闌與視場(chǎng)光闌二者必有其一漸暈光闌與視場(chǎng)光闌二者必有其一 消雜光光闌消雜光光闌：限制雜散光（從視場(chǎng)外射入系統(tǒng)，或由鏡頭內(nèi)部的光學(xué)表面、金：限制雜散光（從視場(chǎng)外射入系統(tǒng)，或由鏡頭內(nèi)部的光學(xué)表面、金屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)生）屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)生） ABAB孔徑光闌孔徑光闌視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌消雜光消雜光光闌光闌漸暈漸暈光闌光闌 消雜光光闌消雜光光闌：限制雜散光（從視場(chǎng)外射入系統(tǒng)，或由鏡頭內(nèi)部的光學(xué)表面、：限制雜散光（從視場(chǎng)外射入系統(tǒng)

27、，或由鏡頭內(nèi)部的光學(xué)表面、 金屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)生）金屬表面及鏡座內(nèi)壁的反射和散射所產(chǎn)生） 位置：位置可選擇，以達(dá)到限制雜散光的目的，也可以沒有位置：位置可選擇，以達(dá)到限制雜散光的目的，也可以沒有 ABAB孔徑光闌孔徑光闌視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌消雜光消雜光光闌光闌漸暈漸暈光闌光闌 55 光學(xué)系統(tǒng)的景深光學(xué)系統(tǒng)的景深拍攝小景深的照片拍攝小景深的照片 拍攝大景深的照片拍攝大景深的照片如特定鏡頭，應(yīng)選擇長(zhǎng)焦距、如特定鏡頭，應(yīng)選擇長(zhǎng)焦距、大的相對(duì)孔徑即小的光圈數(shù)，大的相對(duì)孔徑即小的光圈數(shù)，對(duì)準(zhǔn)距離近。對(duì)準(zhǔn)距離近。如遠(yuǎn)景鏡頭，應(yīng)選擇短焦距、如遠(yuǎn)景鏡頭，應(yīng)選擇短焦距、小的相對(duì)孔徑即大的光圈數(shù)，小的

28、相對(duì)孔徑即大的光圈數(shù)，對(duì)準(zhǔn)距離遠(yuǎn)。對(duì)準(zhǔn)距離遠(yuǎn)。一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像1.對(duì)準(zhǔn)面為景象面在物空間的共軛面。對(duì)準(zhǔn)面為景象面在物空間的共軛面。2.以入瞳中心為透視中心，將空間物點(diǎn)沿主光線方向向?qū)?zhǔn)平面上以入瞳中心為透視中心，將空間物點(diǎn)沿主光線方向向?qū)?zhǔn)平面上投影，投影點(diǎn)在景象面上的共軛點(diǎn)即為空間點(diǎn)的投影，投影點(diǎn)在景象面上的共軛點(diǎn)即為空間點(diǎn)的平面像平面像。3.對(duì)準(zhǔn)面和景象面上的點(diǎn)不算真正意義上的幾何點(diǎn)而為對(duì)準(zhǔn)面和景象面上的點(diǎn)不算真正意義上的幾何點(diǎn)而為斑點(diǎn)斑點(diǎn)。入瞳入瞳出瞳出瞳BB1abB01B2B3B4PPAB04B03B02B2”B3”B4”B1”B4B3B2ABabB1AB對(duì)準(zhǔn)平

29、面對(duì)準(zhǔn)平面AB景像平面景像平面如果入瞳位置對(duì)于物如果入瞳位置對(duì)于物方空間點(diǎn)（即景物）方空間點(diǎn)（即景物）位置發(fā)生變化，則景位置發(fā)生變化，則景象也隨之變化象也隨之變化 投影中心作前后移動(dòng)投影中心作前后移動(dòng)時(shí)，投影像的變化和時(shí)，投影像的變化和景物是不成比例的，景物是不成比例的，也稱為也稱為透視失真。透視失真。對(duì)準(zhǔn)平面對(duì)準(zhǔn)平面AAAAPPS1S2入射光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳景像平面景像平面P景象畸變景象畸變二、景深性質(zhì)及計(jì)算二、景深性質(zhì)及計(jì)算1. 景深：景象平面上獲得清晰象的物空間深度范圍。景深：景象平面上獲得清晰象的物空間深度范圍。1 1：遠(yuǎn)景深；：遠(yuǎn)景深； 2 2：近景深；：近景深； 1 12

30、 2：景深：景深 2221112,2pppzpppz221122,22zaappzaapp2. 景深的計(jì)算：景深的計(jì)算：222211112,2zapzppzapzpppappap2,2222122222144paap1）像方：景象平面上的斑點(diǎn)對(duì)人眼張角不超過人眼極限分辨角）像方：景象平面上的斑點(diǎn)對(duì)人眼張角不超過人眼極限分辨角, 取取1122； 2）物方：對(duì)準(zhǔn)面上的斑點(diǎn)對(duì)入瞳中心張角不超過人眼極限分辨角）物方：對(duì)準(zhǔn)面上的斑點(diǎn)對(duì)入瞳中心張角不超過人眼極限分辨角 ；3. 正確透視條件：（正確透視距離下看照片）正確透視條件：（正確透視距離下看照片）pDzz21pDzz21pDzz/213）若）若 ，對(duì)

31、準(zhǔn)平面以后的整個(gè)空間都能在景象平面上成清晰象對(duì)準(zhǔn)平面以后的整個(gè)空間都能在景象平面上成清晰象 102p2p22222pppppp4）若調(diào)焦至無(wú)窮遠(yuǎn)，即）若調(diào)焦至無(wú)窮遠(yuǎn)，即p22222pappppappap2,2222122222144paap5）說明：）說明：a）在正確透視距離下觀察，景深與焦距無(wú)關(guān)；）在正確透視距離下觀察，景深與焦距無(wú)關(guān)； b）遠(yuǎn)景深）遠(yuǎn)景深1 1大于近景深大于近景深2 2 ； c）入瞳直徑）入瞳直徑2a越小，景深越大；越小，景深越大； 4. Z被規(guī)定不能超過某一數(shù)值。被規(guī)定不能超過某一數(shù)值。用景象平面上共軛彌散斑大小用景象平面上共軛彌散斑大小Z取代上面中的取代上面中的Z，有，

32、有Z ZZpf aZp221Zpf aZp222Zpf afapp221Zpf afapp2222222244ZpfaZpf ad）P越大，即拍攝距離越大，景深越大；越大，即拍攝距離越大，景深越大； 景深隨光圈數(shù)的增加而增加，隨焦距的增大而減小。景深隨光圈數(shù)的增加而增加，隨焦距的增大而減小。光圈數(shù)：光圈數(shù)：DfF容許的光斑直徑容許的光斑直徑Z越大，景深越大。越大，景深越大。說明：說明：22222144paappappap2,22221例：設(shè)有一照相物鏡，例：設(shè)有一照相物鏡，f=50mm=50mm，2a=12.5mm2a=12.5mm，規(guī)定，規(guī)定Z=0.05mm=0.05mm。對(duì)下列情況分別求近

33、景、遠(yuǎn)景位置及景深。對(duì)下列情況分別求近景、遠(yuǎn)景位置及景深。1 1）遠(yuǎn)景位于無(wú)窮遠(yuǎn)；）遠(yuǎn)景位于無(wú)窮遠(yuǎn)；2 2）調(diào)焦至無(wú)窮遠(yuǎn)；）調(diào)焦至無(wú)窮遠(yuǎn)；3 3）調(diào)焦使得）調(diào)焦使得P=5mP=5m。mmmZf ap5 .121250005. 0/50*5 .12/2Zpf afapp22102Zpf amZpf afapp25. 6)05. 0*1250050*5 .12/(50*12500*5 .12222PmZpf af ap5 .12)05. 0/(50*5 .12/2225PmZpf af ap57. 3175. 0/50*5 .12)05. 05000/50*5 .12/(50*5 .12/222m

34、Zpf afapp3185 . 7/5*5 .12)05. 0*500050*5 .12/(50*5000*5 .1222176. 457. 333. 8mmZpfaZpf a76. 45 .10/50)25 .12/(5000*5*24422222三、景深與焦深三、景深與焦深底片平面前后成像清晰的范圍，稱為焦深。底片平面前后成像清晰的范圍，稱為焦深。 56 遠(yuǎn)心光路遠(yuǎn)心光路一、作用一、作用 用遠(yuǎn)心光路來提高測(cè)量精度。（投影儀物鏡、測(cè)量顯微鏡、用遠(yuǎn)心光路來提高測(cè)量精度。（投影儀物鏡、測(cè)量顯微鏡、大地測(cè)量?jī)x等）大地測(cè)量?jī)x等）二、物方遠(yuǎn)心光路二、物方遠(yuǎn)心光路1. 概念：測(cè)量顯微鏡中，為了消除像平面

35、位置的放置誤差而引起的概念：測(cè)量顯微鏡中，為了消除像平面位置的放置誤差而引起的測(cè)量誤差，在物鏡的像方焦平面上加入一個(gè)光闌作為孔徑光闌，測(cè)量誤差，在物鏡的像方焦平面上加入一個(gè)光闌作為孔徑光闌，入瞳則位于物方無(wú)窮遠(yuǎn)，稱為入瞳則位于物方無(wú)窮遠(yuǎn)，稱為“物方遠(yuǎn)心光路物方遠(yuǎn)心光路”。2. 應(yīng)用：（放大率一定，求被測(cè)物長(zhǎng)度）應(yīng)用：（放大率一定，求被測(cè)物長(zhǎng)度）工具顯微鏡中（工具顯微鏡中（ 準(zhǔn)確）被測(cè)物的像與刻度尺相比較，可測(cè)物之長(zhǎng)度。準(zhǔn)確）被測(cè)物的像與刻度尺相比較，可測(cè)物之長(zhǎng)度。物體不論處于何位置，發(fā)出的主光線都不隨物體不論處于何位置，發(fā)出的主光線都不隨物體位置的移動(dòng)而變化；讀出刻尺面上光斑物體位置的移動(dòng)而變

36、化；讀出刻尺面上光斑的中心示值，即可求出準(zhǔn)確的象高。的中心示值，即可求出準(zhǔn)確的象高。/ yxfyy孔徑光闌孔徑光闌（出瞳）（出瞳）F B2B1A1A2B2B1B2B1MM2M1分劃板分劃板三、三、 象方遠(yuǎn)心光路象方遠(yuǎn)心光路1. 概念：概念： 某些大地測(cè)量?jī)x器或投影儀器中，為了消除像平面和標(biāo)尺分劃刻某些大地測(cè)量?jī)x器或投影儀器中，為了消除像平面和標(biāo)尺分劃刻線面不重合而引起的測(cè)量誤差，在物鏡的物方焦平面上加入一個(gè)光線面不重合而引起的測(cè)量誤差，在物鏡的物方焦平面上加入一個(gè)光闌作為孔徑光闌，出瞳則位于像方無(wú)窮遠(yuǎn)，稱為闌作為孔徑光闌，出瞳則位于像方無(wú)窮遠(yuǎn)，稱為“像方遠(yuǎn)心光路像方遠(yuǎn)心光路”。2. 應(yīng)用：應(yīng)用：物體長(zhǎng)度已知，不同放大率位置求出儀器到標(biāo)尺距離。物體長(zhǎng)度已知，不同放大率位置求出儀器到標(biāo)尺距離。/fx孔徑光闌孔徑光闌（入瞳）（入瞳）分劃板分劃板M1M2MFB1B2B2 58 幾種典型系統(tǒng)的光束限制幾種典