工程光学4-1 光学系统的光束限制.ppt

透视失真: 同样的景物在图a中是分开的; 而在图b中由于入射光瞳位置的变化是重合在一起的。 显然，投影中心前后移动，投影像的变化和景物是不成比例的，这种现像叫作透视失真。 ? 景像畸变： 用广角物镜拍摄物体时，若物体为一系列球状体。如图， ?????? 它们对入射光瞳中心均张以相同的圆锥状立体角， 顶点为入射光瞳中心， 这些圆锥状光束的共扼光束亦为圆锥状。 每个圆锥状光束的轴线以不同的角w‘，交于像平面，由图可知，锥状光束在像平面上的截面将随w’的不同而不同，该现象称为景像畸变， 圆形变成椭圆形，越在视场边缘这种现象越严重。 二、光学系统的景深 按理想光学系统的特性，除对准平面上的点能成点像外，其它空间点在景像平面上只能为一个弥散斑。 但当其小于一定限度时，仍可认为是一个点。 现在讨论：当入射光瞳一定时，在物空间多大的深度范围内的物体在景像平面上能成清晰像。 景深： 景深： 任何光能接收器，都是不完善的（如眼晴、感光乳剂等），并不要求像平面上的像点为一几何点，而是根据接收器的特性，规定一个允许的分辨率数值。 ? 当入射光瞳直径为定值时，便可确定成像空间的深度，在此深度范围内的物体对一定的接收器可得清晰图像。 ? 在景像平面上所获得的成清晰像的空间深度称为成像空间的景深，简称景深。 远景平面： 能成清晰像的最远的平面称为远景平面; 近景平面： 能成清晰像的最近平面称为近景平面。 景深： 远景深度: 远景平面距对准平面的距离。 近景深度： 近景平面距对准平面的距离。 景深是远景深度和近景深度之和 ? 弥散斑 景像平面上的弥散斑大小除与入射光瞳直径有关外，还与距离p,p1和p2有关。 ? 由成像关系： 由相似三角形： 弥散斑直径的允许值取决于光学系统的用途。 例如一个普通的照相物镜，若照片上各点的弥散斑对人眼的张角小于人眼极限分辨最(1-2‘)，则感觉犹似点像，可认为图像是清晰的。 通常用ε表示弥散斑对人眼的极限分辨角。 极限分辨角确定后，允许的弥散斑大小还与眼晴到照片的距离有关，因此，还需要确定这一观测距离。 ??? 日常经验表明，当用一只眼晴观察空间的平面像。例如照片，观察者会把像面上自己所熟悉的物体的像投射到空间去而产生空间感(立体感觉)。 ??? 但获得空间感觉时，诸物点间相对位置的正确性与眼晴观察照片的距离有关， 为了获得正确的空间感觉，而不发生景像的歪曲，必须要以适当的距离观察照片。? 即应使照片上的各像点对眼睛的张角与直接观察该空间物体时各对应点对眼晴的张角相等， 符合这一条件的距离叫作正确透视距离，以D表示。 眼睛在R处， 为得到正确的透视，景像平面上像y‘对点R的张角w’应等于物空间的共扼物y对入射光瞳中心P的张角w，即: 所以,景像面上或照片上弥散斑直径的允许值为: 对应于对准平面上弥散斑的允许值为： 由此可得远景和近景到对准平面的距离，即远景深度Δ1和近景深度Δ2分别为： 由上可知，当光学系统的入射光瞳直径2a和对准平面的位置以及极限分辨角确定后，远景深度Δ1较近景深度Δ2大。 总的成像深度，即景深Δ为 将z1=z2=pε代入上式，有： 由上式可知，入射光瞳的直径越小，即孔径角越小，景深越大。 在拍照片时，把光圈缩小可以获得大的空间深度的清晰像，其原因就在于此。 ? 若用孔径角U取代入射光瞳直径，有如下关系: 即从对准平面中心看入射光瞳时，其对眼晴的张角应等于极限分辨角 , 此时近景位置p2为： 若使对准平面后的整个空间都能在景像平面上成清晰像，即 远景深度Δ1=∞，有： 分母应为0 因此，把照相物镜调焦于p=2a/ε处，在景像平面上可以得到自入射光瞳前距离为a/ε处的平面起至无限远的整个空间内物体的清晰像。 如果把照相物镜调焦到无限远，即p=∞，可求得近景位置为 ? ? 此式表明，这时的景深等于自物镜前距离为2a/ε的平面开始到无限远。? END 第一章?光学系统的光束限制 实际光学系统与理想光学系统不同，其参与成像的光束宽度和成像范围都是有限的。 其限制来自:??光学零件的尺寸大小和其它遮光框。 光学系统不同，对参与成像的光束位置和宽度要求也不同。 本章分析几种典型的光学系统。 第一章?光学系统的光束限制 第一节??照相系统和光阑 第二节? 望远镜系统光束限制 第三节??显微镜系统中光束限制 第四节? 光学系统的景深 第一节???? 照相系统和光阑 普通照相系统是由三个主要部分组成：  照相镜头、可变光阑、感光底片 第一节???? 照相系统和光阑 可变光阑A是一个开口A1A2大小可变的圆孔，随A1A2缩小或增大，参与成像的光束宽度就减小(相当于u‘角小)或加大(相当于u’角增大），从而达到调节光能量，以适应外界不同