工程光学第四章_光学系统中的光阑与光束限制.ppt

-1×转像系统 的圆孔，求此光学系统的瞳、窗及物方视场角，判断系统有无渐晕，及满足无渐晕时的目镜通光口径。 例5:一个望远系统有两个正薄透镜组成，已知物镜的焦距 ，物镜与目镜相隔 1200mm ，其通光口径 ，其光学间隔 。 今在 处设置一直径为 ,目镜的通光口径 F 1 ( F 2 ) f 1 =1000 1200 f 2 =200 240 1,1 3 2 1 图 1-物镜 2-目镜 3-圆孔 解： 根据题义，作图 式中的负号表示成倒像。对无限远轴上物点的光束限制可直接比较物方的三个光孔的直径，由于物镜的直径最小，所以物镜为入瞳，它也是孔径光阑， 解：⑴ 确定孔径光阑、入瞳、出瞳 将各光孔对前面透镜成像。1经其前面系统成像为其本身，光孔3位于物镜的像方焦面上，对物镜成像在物方无限远处,大小为无限大，与无限远的物面重合； 目镜2对物镜成像的位置、大小为 式中负号表示成倒像,即出瞳位于目镜右方240㎜处，大小为10㎜。 ⑵ 确定视场光阑、入窗、出窗及物方视场角 光孔3与物镜的实像面重合，所以光孔即为视场光阑，入窗和出窗分别与无限远的物面和无限远的像面重合。物方视场角为 ， 出瞳的位置和大小计算如下 ⑶ 确定渐晕及目镜的最大直径 物方最大视场充满入瞳的光束经物镜后将会聚于B’点，其中光线1和光线3的孔径角分别为 光线1和光线3在目镜面上的高度分别为 而目镜的半口径为 ，光束中有一部分光线被目镜的口径限制而不能最终到达像方，因此光学系统存在渐晕，渐晕系数为 若要使得系统无渐晕，即渐晕系数为1，目镜的半口径应该能使光线3通过，即半口径为14.6mm, ，目镜直径为29.2mm。 * * * * * * * * * —— 投影中心前后移动，所得投影像与景物不成比例。 2、透视失真 3、景像畸变 二、光学系统的景深 远景 平面 近景平面 入瞳中心： 物空间参数 的起算原点 出瞳中心： 像空间参数 的起算原点 ★ 成像空间的景深： 在景象平面上所获得的成清晰像的物空间深度。 ★对准平面的弥散斑直径： ★景像平面的弥散斑直径： ★由相似三角形得： 两个因素：观测距离、极限分辨角 ★对准平面上对应弥散斑的允许值： ★远景、近景到对准平面的距离： ★远景、近景到入瞳的距离： 眼睛 以照相机为例，分析人眼看照片认为是清晰图像的情况： ★ 正确透视距离：观察距离满足照片上各点对人眼睛的张角，与直接观察空间时各对应点对眼睛的张角相等。 眼睛 2a ★物方孔径角U：轴上物点-入瞳边缘连线与光轴的夹角。 光圈大小对于景深的影响 例：照相机的原理图 有效光阑起着限制成像光束口径大小的作用，他影响 到空间成像的景深和焦深。 景 深 焦 深 结 论： 孔径光阑越小，成像光束 越细，景深和焦深越长；反之亦反。 但是，若孔径光阑孔径太小则像的分辨率也要下降。 孔径光阑——光圈 相对孔径D/f′(入瞳直径与焦距之比) 例1：现有一照相机，其物镜f′=75mm，现以常摄距离p=3m进行拍摄，光圈的相对孔径D/f′(入瞳直径与焦距之比)分别采用1/3.5和1/22，试分别求其景深。 解： F/3.5 不同光圈的效果 F/11 F/32 1、使对准平面前的整个空间都能在景像平面上成清晰像： 即，远景深度： 三、特例 ★景深：自入瞳前距离a/ε处的平面起至无限远。 （对准平面） 近景位置： 2、照相物镜调焦到无限远： ★景深：自入瞳前距离2a/ε处的平面起至无限远。 （对准平面） 近景位置： （一）长景深的照片 （二）短景深照片 景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关。这些主要因素对景深的影响如下(假定其他的条件都不改变)： (1)、镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大； (2)、镜头焦距镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大； (3)、拍摄距离距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。 有关渐晕光阑的补充 由上式可知，欲使渐晕区B1B3为零，需使p=q，即消除渐晕的条件是： 入射窗和物平面重合，