第四章光學系統(tǒng)中的光闌和光束限制實際光學系統(tǒng)與理想光學系統(tǒng)不同，其參與成像的光束寬度和成像范圍都是有限的，如何合理的選擇成像光束很重要。光闌照相系統(tǒng)中的光闌望遠鏡系統(tǒng)成像光束的選擇顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析光學系統(tǒng)的景深第一節(jié)光闌光學系統(tǒng)中一些中心開孔的用來限制成像光束和成像范圍的薄金屬片，稱為光闌。光闌也可能是光學元件的邊框。孔徑光闌和視場光闌。一.孔徑光闌限制軸上物點孔徑角1.定義和作用僅就旋轉軸上物點孔徑角而言，孔徑光闌可以放在透鏡前、透鏡上、透鏡后，沒有區(qū)別?？讖焦怅@位置不同，軸外點參與成像的光束位置不同，光束通過透鏡的部位也不同。透鏡口徑通過所有成像光束所需要透鏡尺寸?？讖焦怅@的位置影響透鏡口徑的大小。當光闌位于透鏡上時，透鏡口徑最小。組合光學系統(tǒng)涉及到孔徑光闌的匹配問題，首先必須明確兩個概念：入射光瞳和出射光瞳。2.入射光瞳和出射光瞳入射光瞳：孔徑光闌對其前面光學系統(tǒng)所成的像出射光瞳：孔徑光闌對其后面光學系統(tǒng)所成的像入瞳確定了，能夠進入系統(tǒng)的光線也就確定了；出瞳同理?？讖焦怅@在系統(tǒng)的最前面，孔徑光闌本身就是入瞳；系統(tǒng)是一個薄透鏡，當孔徑光闌按放其上時，光闌既是入瞳也是出瞳；孔徑光闌在系統(tǒng)的最后面，孔徑光闌本身就是出瞳；在具體光學系統(tǒng)中，當物平面位置變動時，需分析真正起作用的光闌是誰。3.討論對于由多個口徑已經確定的透鏡組合在一起的鏡頭，對于位置確定的軸上物點，要分析哪個透鏡的邊框是孔徑光闌。方法1：從確定的軸上物點追蹤一條近軸光線，求出在每個折射面上的投射高度，投射高度與口徑之比最大的透鏡邊框就是鏡頭的孔徑光闌。方法2：將每一塊透鏡經它前面的所有透鏡成像，并求出像的大小，這些像中對給定的軸上物點所張的角最小者，其對應的透鏡邊框就是鏡頭的孔徑光闌?？讖焦怅@位置的按放原則在不同的光學系統(tǒng)中是不同的。目視光學系統(tǒng)：出瞳與眼瞳像銜接；投影計量光學系統(tǒng)：入瞳和出瞳在無限遠；有利于像差校正；注意光學系統(tǒng)各元件口徑的匹配。光學系統(tǒng)能夠清晰成像的物面大小是有限的。物方視場：能夠清晰成像的物面范圍；像方視場：物方視場對應的像面范圍。二.視場光闌視場是用光闌主動限定的---視場光闌類似于孔徑光闌的入瞳和出瞳，視場光闌對應的有入射窗和出射窗。第二節(jié)照相系統(tǒng)中的光闌照相鏡頭、可變光闌、感光底片可變光闌（光圈）：調節(jié)光能量以適應外界不同的照明條件。就限制軸上點的光束寬度而言，孔徑光闌處于不同的位置本質上沒有什么區(qū)別。對于軸外成像光束，當光闌的位置不同時，參與成像的光束空間位置不同；光束通過透鏡的部位不一樣（像質差異）；通過全部成像光束需要的透鏡孔徑不一樣。實際的光學系統(tǒng)，透鏡的孔徑是有限的，其邊框阻擋部分軸外參與成像的光線，使軸外點參與成像光束的寬度比軸上點小，從而邊緣像比中心暗----漸暈。漸暈系數(shù)：入射光瞳示意第三節(jié)望遠鏡系統(tǒng)成像光束的選擇假設光學參數(shù)如下：計算孔徑光闌在以下三個位置時，光學元件的孔徑大小。（1）物鏡左側10mm；（2）物鏡上；（3）物鏡右側10mm；分劃板限制了系統(tǒng)的視場，為系統(tǒng)的視場光闌Lz=-10;U=-4.25*pi/180;f1=108;f2=18;d=f1+f2;

HZ1=tan(U)*Lzzhengqiezhi1=tan(U)+HZ1/f1;HZ2=HZ1-d*(zhengqiezhi1)zhengqiezhi2=zhengqiezhi1+HZ2/f2;LZ1=HZ2/zhengqiezhi2

Lz=0;U=-4.25*pi/180;f1=108;f2=18;d=f1+f2;

HZ11=tan(U)*Lzzhengqiezhi1=tan(U)+HZ11/f1;HZ21=HZ11-d*(zhengqiezhi1)zhengqiezhi2=zhengqiezhi1+HZ21/f2;LZ2=HZ21/zhengqiezhi2

Lz=1/(1/10-1/108);U=-4.25*pi/180;f1=108;f2=18;d=f1+f2;

HZ12=tan(U)*Lzzhengqiezhi1=tan(U)+HZ12/f1;HZ22=HZ12-d*(zhengqiezhi1)zhengqiezhi2=zhengqiezhi1+HZ22/f2;LZ3=HZ22/zhengqiezhi2追蹤一條過光闌入瞳中心的主光線，計算程序通光口徑見表4-1光闌位置對軸外光束位置的選擇第四節(jié)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析物鏡框限制了成像光束的口徑，孔徑光闌；分劃板限制了系統(tǒng)的成像范圍，視場光闌。一.遠心光路在物鏡的像方焦平面設置孔徑光闌，其入瞳在無限遠處---物方遠心光路（保證彌散圓的中心距不變）二.場鏡的應用在長光路顯微鏡系統(tǒng)中，設有轉像鏡，造成主光線在后面的透鏡上投射高度很高，需要增大透鏡口徑。再加一個場鏡解決這個問題場鏡和物鏡的像平面重合，降低主光線在后面系統(tǒng)上的投射高度，不改變軸上點的光束行進走向，將孔徑光闌成像在轉像透鏡上，起到光瞳銜接的作用。第五節(jié)光學系統(tǒng)的景深一.光學系統(tǒng)的空間像照相制版、電影放映：平面像；望遠鏡、照相物鏡：空間像。景像平面；在物空間和景象平面共軛的平面AB稱為對準平面。以入射光瞳中心點P為投影中心，將空間點沿主光線向對準平面上投影，投影點在景象平面上的共軛點就是空間點的平面像。非對準平面內的空間點發(fā)出的充滿光瞳的光束和對準平面交為彌散斑，相應的在景象平面上的像也是一個彌散斑，彌散斑的大小和光瞳直徑、空間點到對準平面的距離有關。投影中心前后移動，投影像的變化和景物是不成比例的---投射失真視場不同，放大率變化，中心區(qū)域放大率大（?。?；邊緣區(qū)域放大率?。ù螅?。廣角物鏡是指焦距小、視場范圍大的物鏡，適于近距離大視場拍攝二.光學系統(tǒng)的景深對準平面以外的點在景象平面成像為一個彌散斑，當彌散斑小于一定限度時，可認為仍然是一個點，成清晰像。例如，彌散斑足夠小，對人眼的張角小于人眼的極限分辨角（約為1秒），則對人眼無不清晰的感覺。在景象平面上能成清晰像的物空間的深度稱為成像空間的景深。二.光學系統(tǒng)的景深遠景平面、遠景深度；近景平面、近景深度。二.光學系統(tǒng)的景深景象平面彌散斑的大小除于入瞳直徑有關，還與距離p，p1、p2有關。彌散斑直徑的允許值取決于光學系統(tǒng)的用途。二.光學系統(tǒng)的景深普通的照相物鏡，要求彌散斑對人眼的張角小于人眼的極限分辨角。極限分辨角確定以后，彌散斑大小還與眼睛到照片的距離有關，即確定觀察距離。為了獲得正確的空間感覺，必須以適當?shù)木嚯x觀察照片，應使照片上圖像各點對眼睛的張角與直接觀察空間時各對應點對眼睛的張角相等。---正確透視距離D。入射光瞳的直徑越小，即孔徑角越小，景深越大。所以，在拍照片時，縮小光圈可以獲得大的空間深度的清晰像。分析：（1）當遠景深度為無窮大時，當把物鏡調焦于p處，可以得到自入射光瞳前距離為處的平面起到無限遠的空間物體的清晰像（2）當把物鏡調焦到無限遠時，分析：（3）上面的討論是針對照片的正確透射距離的，許多時候，直接給定彌散斑的大小限制，此時景深與焦距是有關系的。例1；例2