光學系統中的光束限制第1頁，課件共45頁，創作于2023年2月第三章光學系統中的光束限制由于成像理論的完善，構成了許多在科學技術和國民經濟中得到廣泛應用的光學系統，本章主要介紹攝像系統和望遠系統。實際光學系統和理想光學系統不同，必須限制參與成像的光束寬度和成像范圍以保證成像質量。其限制來自光學零件尺寸大小。光學系統不同，參與成像的光束位置和寬度要求不同。1.照相系統和光束限制2.光學系統的景深3.望遠鏡系統及光束的選擇4.顯微鏡系統中光束的限制與選擇第2頁，課件共45頁，創作于2023年2月單鏡頭反光照相機（SLR)3.1照相系統

第3頁，課件共45頁，創作于2023年2月一、攝影系統的組成

由攝影物鏡和感光元件組成。二、攝影系統的光學特性參數

焦距f’，相對孔徑D/f’，視場角2ω，景深。焦距決定成像的大??；相對孔徑決定像面照度；視場決定成像范圍。1.視場影響因素：焦距，接收器尺寸像的大小與焦距的關系：第4頁，課件共45頁，創作于2023年2月照像系統的基本結構照相系統的基本結構圖由照相鏡頭、可變光闌和感光底片組成第5頁，課件共45頁，創作于2023年2月在拍攝遠處物體時，像的大小為：在拍攝近處物體時，像的大小為：普通照相機標準鏡頭的焦距為50mm鏡頭的焦距與像的大小1.像的大小第6頁，課件共45頁，創作于2023年2月增大像距放大圖像在鏡頭與相機之間加接圈增加像距第7頁，課件共45頁，創作于2023年2月2.視場影響因素：焦距，接收器尺寸當接收器的尺寸一定時，物鏡的焦距越短，則其視場角越大，焦距越長，視場角越小。3.分辨率影響因素：物鏡的分辨率和接收器的分辨率分辨率的度量以像平面上每毫米內能分辨開的線對數Cy/mm表示。經驗公式：理論分辨率：光圈數：物方最大視場角物鏡分辨率接收器分辨率第8頁，課件共45頁，創作于2023年2月視場和焦距的關系第9頁，課件共45頁，創作于2023年2月三、照像系統的光束限制光闌：限制成像光束的光孔或限制成像范圍的光孔或框，分為視場光闌和孔徑光闌?？讖焦怅@：限制進入光學系統的成像光束的光孔口徑的光闌。視場光闌：限制成像范圍的光闌。

不同的光學系統，由于對成像要求不同，其對光束的約束也不同，光闌在光學系統中的位置會不同。

第10頁，課件共45頁，創作于2023年2月孔徑光闌的位置對光束的選擇孔徑光闌對軸上點光束的限制孔徑光闌的位置對軸上點光束寬度成像無限制第11頁，課件共45頁，創作于2023年2月孔徑光闌的位置對光束的選擇孔徑光闌對軸外點光束的限制孔徑光闌位置對軸外點的光束寬度的成像產生較大影響MM’NN’MN第12頁，課件共45頁，創作于2023年2月

漸暈、漸暈光闌及漸暈系數透鏡的邊框起到“攔光”的作用即漸暈光闌漸暈系數：第13頁，課件共45頁，創作于2023年2月入瞳和出瞳孔徑光闌經其前面的透鏡或透鏡組在光學系統物空間成的像稱為入瞳，它是入射光束的入口孔徑光闌經其后面的透鏡或透鏡組在光學系統物空間成的像稱為出瞳，它是出射光束的出口入瞳和出瞳第14頁，課件共45頁，創作于2023年2月視場光闌及入射窗、出射窗視場光闌經其前面的光組在物空間所成的像，稱為光學系統的入射窗視場光闌經其后面的光組在物空間所成的像，稱為光學系統的出射窗。第15頁，課件共45頁，創作于2023年2月孔徑光闌在組合透鏡中的位置第16頁，課件共45頁，創作于2023年2月四、光學系統的景深一、空間的物點成像第17頁，課件共45頁，創作于2023年2月2.光瞳和視場對成像的影響第18頁，課件共45頁，創作于2023年2月二、光學系統的景深3.正確透視條件第19頁，課件共45頁，創作于2023年2月4.光學系統的景深1.概念：

景深Δ：成像清晰的空間深度

遠景深度：遠景平面距對準平面的距離

近景深度：近景平面距對準平面的距離2.景深公式：由第20頁，課件共45頁，創作于2023年2月由相似三角形關系得：由此得：由：第21頁，課件共45頁，創作于2023年2月景深和焦距及孔徑光闌的關系景深和焦距以及入瞳直徑有關系拍攝距離和光圈數影響景深孔徑光闌越小景深越大第22頁，課件共45頁，創作于2023年2月3.像面照度物體在無限遠時，β＝0，則：對大視場物鏡有：第23頁，課件共45頁，創作于2023年2月調節曝光量，改變成像質量第24頁，課件共45頁，創作于2023年2月二、孔徑光闌孔徑的調節第25頁，課件共45頁，創作于2023年2月三、攝影物鏡的類型1.像差校正要求：大視場，大相對孔徑需要校正軸外點和軸上點像差2.基本類型介紹普通攝影物鏡，大相對孔徑攝影物鏡廣角攝影物鏡；遠攝物鏡變焦距物鏡變焦比：焦距為：第26頁，課件共45頁，創作于2023年2月天塞物鏡雙高斯物鏡廣角物鏡遠攝物鏡變焦物鏡第27頁，課件共45頁，創作于2023年2月四、照相光學系統小結照相光學系統中根據軸外光束的像質來選擇孔徑光闌的位置，大致位置在物鏡的某個空氣間隔中。在有漸暈的情形下，軸外點光束寬度不僅僅由孔徑光闌的口徑確定，而且還和漸暈光闌的口徑有關。在照相光學系統中，感光底片的框子就是視場光闌?？讖焦怅@的形狀一般為圓形，而視場光闌的形狀為圓形或矩形等。第28頁，課件共45頁，創作于2023年2月3.2望遠系統一、望遠系統的結構第29頁，課件共45頁，創作于2023年2月一、望遠系統的基本結構光學數據視角放大率:Γ視場角:2ω出瞳直徑:D’出瞳距離lz’物鏡焦距:f’物目鏡焦距:f’目第30頁，課件共45頁，創作于2023年2月二、望遠系統的光學參數1.視覺放大率望遠鏡的視角放大率與物體的位置無關，僅取決于望遠系統的結構，欲增大視角放大率，必須增大物鏡的焦距或減少目鏡的焦距，但目鏡的焦距不小于6mm，使得望遠系統保持一定的出瞳距。第31頁，課件共45頁，創作于2023年2月望遠系統的分辨率：按瑞利判斷：按道威判斷：即入射光瞳直徑D越大，極限分辨率越高視覺放大率和分辨率的關系有效放大率：滿足分辨要求的最小視覺放大率工作放大率：分辨角Φ

2.望遠系統的分辨率艾里斑半徑第32頁，課件共45頁，創作于2023年2月1.開普勒望遠鏡：物鏡框是孔徑光闌、分劃板是視場光闌、出瞳、入瞳、目鏡框是漸暈光闌物方視場角ω為：視場角2ω一般不超過15°2.伽利略望遠鏡瞳孔為孔徑光闌，物鏡框為視場光闌漸暈①當視場為50％漸暈（K=50%）時，其視場角

最大視場（漸暈系數K＝0）視覺放大率視場3.望遠鏡的視場第33頁，課件共45頁，創作于2023年2月開普勒望遠鏡伽利略望遠鏡2.其它形式的望遠系統

第34頁，課件共45頁，創作于2023年2月第35頁，課件共45頁，創作于2023年2月三、望遠系統中的光束限制光瞳銜接原則：前面系統的出瞳和后面系統的入瞳重合?？讖焦怅@在不同位置處的計算

1)物鏡左側10mm2)物鏡上

3)物鏡右側10mm孔徑光闌處于不同位置時光束的成像第36頁，課件共45頁，創作于2023年2月三、望遠光學系統小結兩個光學系統連用時，一般應滿足光瞳銜接原則目視光學系統的出瞳一般在外，且出瞳距不能短于6mm望遠光學系統的孔徑光闌大致在物鏡左右可放分劃板的望遠系統中，分劃板框是望遠系統的視場光闌。第37頁，課件共45頁，創作于2023年2月3.3顯微鏡系統中的光束限制與分析一、簡單顯微鏡系統的光束限制遠心光路二、場鏡的應用場鏡場鏡的作用：壓低光線，減小后續光闌光瞳直徑第38頁，課件共45頁，創作于2023年2月第39頁，課件共45頁，創作于2023年2月第40頁，課件共45頁，創作于2023年2月三、顯微鏡光學系統小結一般顯微鏡系統中，孔徑光闌置于顯微鏡上，一次實像面處安置系統的視場光闌。顯微系統用于測長等目的時，為了消除測量誤差，孔徑光闌安放在顯微物鏡的像方焦面處，稱為“物方遠心光路”在長光路系統中，往往利用場鏡達到前后系統的光瞳銜接，以減小光學零件的口徑。第41頁，課件共45頁，創作于2023年2月二、光學系統的景深4.例題設入射光瞳直徑為當把對準平面調焦在無窮遠處時，求近景位置，若使遠景平面無限遠，求對準平面和近景位置。若使求遠景和近景的深度和位置。第42頁，課件共45頁，創作于202