工程光学(第四章光阑)课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《工程光学(第四章光阑)课件.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程 光学 第四 光阑 课件
- 资源描述:
-
1、2022-4-301第四章第四章 光学系统中成像光束光学系统中成像光束的限制的限制光阑光阑2022-4-302光学系统的孔径光阑、入瞳和出瞳光学系统的孔径光阑、入瞳和出瞳 2景深和焦深景深和焦深 4概述概述 3 1光学系统的光学系统的视场光阑视场光阑和入射窗、出射窗和入射窗、出射窗3 33 5远心光路远心光路2022-4-303 光阑的定义: 夹持光学零件的金属框(透镜框、棱镜夹持光学零件的金属框(透镜框、棱镜框)限制了成像光束的大小,框)限制了成像光束的大小,光学系统光学系统中这种限制成像光束的光孔称为中这种限制成像光束的光孔称为。 若光孔的大小是可变化的,这种光阑称若光孔的大小是可变化的,
2、这种光阑称为为“”。 若光孔的大小是不变的,这种光阑称为若光孔的大小是不变的,这种光阑称为“不不”。 4-1 概概述2022-4-304以普通照相机来说明光阑以普通照相机来说明光阑可变光阑可变光阑底片底片2022-4-305光阑在光学系统中的作用:1. 1.决定像面的照度。(决定像面的照度。(孔径径光阑阑)2. 2.决定系统的视场。(决定系统的视场。(视场视场光阑阑) 3. 3.限制光束中偏离理想位置的一些限制光束中偏离理想位置的一些光线,用以改善系统的成像质量。光线,用以改善系统的成像质量。(渐晕渐晕光阑阑)4. 4. 拦截系统中有害的杂散光。拦截系统中有害的杂散光。(消杂杂光光阑阑)202
3、2-4-306 4-2 孔径光阑、入瞳、出瞳孔径光阑、入瞳、出瞳一、孔径光阑一、孔径光阑: 光学系统中用于限制成像光束大小的光阑称为光学系统中用于限制成像光束大小的光阑称为孔径光孔径光阑阑,如照相机中的可调光圈就是该系统的孔径光阑。,如照相机中的可调光圈就是该系统的孔径光阑。 在光学系统中,描述成像光束大小的参量称为在光学系统中,描述成像光束大小的参量称为孔径孔径,系统对近距离物体成像时,其孔径大小用孔径角系统对近距离物体成像时,其孔径大小用孔径角U U表示,表示,对无限远物体成像时,孔径大小用孔径高度对无限远物体成像时,孔径大小用孔径高度h h表示,如表示,如图图4-14-1所示。所示。视
4、场 光 阑AyB孔 径 光 阑A-UU孔 径 光 阑A =孔 径 光 阑h2022-4-307二、光束限制的共轭原则 所谓光束限制共轭原则是指,当一条光线被其所在介质空所谓光束限制共轭原则是指,当一条光线被其所在介质空间的某一元器件的口径所限制,则该光线的共轭光线也将间的某一元器件的口径所限制,则该光线的共轭光线也将被器件共轭像的口径所限制,如图被器件共轭像的口径所限制,如图4-24-2。 一个器件对光束的限制状况可以在任一个介质空间进行一个器件对光束的限制状况可以在任一个介质空间进行判断,但是,出于可比性,通常将所有器件都成像在同一判断,但是,出于可比性,通常将所有器件都成像在同一介质空间来
5、对光束限制的状况作比较。介质空间来对光束限制的状况作比较。 AAIIII图图4-22022-4-308三、孔径光阑的判断三、孔径光阑的判断 在共轴光学系统中,各光学元器件按其设计的组在共轴光学系统中,各光学元器件按其设计的组合顺序依次排列,成像光束在经过各个元器件时,合顺序依次排列,成像光束在经过各个元器件时,由于每个器件的通光口径大小和位置不同,对轴由于每个器件的通光口径大小和位置不同,对轴上物点允许通过的光束大小也不同。找出其中允上物点允许通过的光束大小也不同。找出其中允许通过光束最小的元器件,便是孔径光阑,如图许通过光束最小的元器件,便是孔径光阑,如图4 4-3-3所示所示 。物物A.S
6、.L像像图图4-32022-4-309孔径光阑的判断孔径光阑的判断 具体判断方法是:具体判断方法是: 1 1首先求出所有的通光元件在系统物方的共轭首先求出所有的通光元件在系统物方的共轭“像像”。即对。即对每一器件从右到左,由像空间对其左方的所有成像元件进行每一器件从右到左,由像空间对其左方的所有成像元件进行成像,得到所有器件在物方空间的共轭成像,得到所有器件在物方空间的共轭“像像”。 2 2在物空间确定各器件允许通过光束的最大孔径角(当物在在物空间确定各器件允许通过光束的最大孔径角(当物在无限远时,确定所允许通过光束的最大高度)。即由给定的无限远时,确定所允许通过光束的最大高度)。即由给定的轴
7、上物点以不同的孔径角去连接各个元件在物方的共轭轴上物点以不同的孔径角去连接各个元件在物方的共轭“像像”边缘,这些孔径角代表了各器件对轴上物点限制的最大光束;边缘,这些孔径角代表了各器件对轴上物点限制的最大光束; 3 3比较出其中孔径角为最小(物在无限远时为孔径高度最小)比较出其中孔径角为最小(物在无限远时为孔径高度最小)所对应的器件,该元件就是系统的孔径光阑。所对应的器件,该元件就是系统的孔径光阑。 2022-4-3010孔径光阑的判断孔径光阑的判断例例4-1:如图:如图4-4a所示,所示,D1为一透镜,为一透镜,D2为一光孔,用作图法判断何者为孔径为一光孔,用作图法判断何者为孔径光阑。光阑。
8、 解:解: 将将D1、D2在物方求在物方求“像像”。由于。由于D1前面无成像透镜,它在物方的共轭像前面无成像透镜,它在物方的共轭像D1就是其本身,就是其本身,D2对对D1成像于成像于D2(其作图法可参照理想光学系统由像(其作图法可参照理想光学系统由像求物的作图方法),如图求物的作图方法),如图4-4b所示。所示。由物点由物点A连接连接D1、D2的边缘,张角的边缘,张角分别为分别为U1、U2,比较得出,比较得出U2U1 ,所以所以D2为孔径光阑。该系统的最大孔为孔径光阑。该系统的最大孔径为径为U2。 AD1FFD2AU1FU221DDD2F图图4-4 (a) (b) 图图4-4 2022-4-3
9、011孔径光阑的判断孔径光阑的判断应当指出,光学系统的孔径光阑只是对确定的物体位置而言的,如果物体位置发生变化,原来孔径光阑有可能失去限制作用而被其它器件所代替,孔径光阑的所属将发生变化。如例题4-1中,当物体移至无限远,这时轴上物点发出的平行光束中,D1允许通过的孔径高度最小,因此,此时D1成为孔径光阑。 2022-4-3012例例2 2:如图:如图4-5a4-5a所示,所示,L L1 1,L L2 2是两个直径相是两个直径相等的正薄透镜,等的正薄透镜,A A为物点,为物点,P P是光孔,已知是光孔,已知透镜的焦距透镜的焦距 , ,物距孔径光阑的判断孔径光阑的判断mmf201mmf102mm
10、l1001mmd401mmDD621mmDP2间距间距,直径,直径,求此系统的孔径光阑,求此系统的孔径光阑。 D =2=6=6A100D1P401LPD2202L图图4-5a2022-4-3013解解 求出所有器件在物空间的像。为此将整个系统求出所有器件在物空间的像。为此将整个系统翻转翻转180180,首先,光孔首先,光孔P P经透镜经透镜L1L1成像:成像:孔径光阑的判断孔径光阑的判断2014011l)(40mml 14040ll)(2mmDDPP2016011l)(30mml 5 . 06030)( 322mmDD,得:,得: (表示直径大小可不考虑符号)(表示直径大小可不考虑符号)再将透
11、镜再将透镜L L2 2对透镜对透镜L L1 1成像:成像: ,得:,得:,得:,得:,得:,得:透镜透镜L1L1本身处在物空间,不必成像。将上述所有本身处在物空间,不必成像。将上述所有成像结果再转回成像结果再转回180180,得到图,得到图4-5b4-5b。2022-4-3014孔径光阑的判断孔径光阑的判断03. 010026100211Dtgu021. 0702/330100222Dtgu0167. 0602/2401002PPDtgu12uuuP由物点由物点A A像所有物空间的器件像边缘作连线,比较像所有物空间的器件像边缘作连线,比较边缘光线的角度。边缘光线的角度。 比较以上三个孔径角,有
12、比较以上三个孔径角,有所以得出光孔所以得出光孔P为孔径光阑。为孔径光阑。 D = 3A2PD =2P2LD =2D1=6P40D2=620(L )11LP2L图图4-5b2022-4-3015四、入射光瞳和出射光瞳四、入射光瞳和出射光瞳 要找到孔径光阑,首先应使所有的光孔处于同一要找到孔径光阑,首先应使所有的光孔处于同一空间空间。即 所有光孔投射到第一光孔的物空间,对轴上物点A张角最小的光孔“像”所共轭的光孔为孔径光阑,该光孔“像”称入射光瞳。 .或所有光孔投射到最后一个光孔的像空间,对轴上像点A张角最小的光孔“像”所共轭的光孔为孔径光阑,该光孔“像”称为出射光瞳。2022-4-3016QQQ
13、2A -UP1PP2入射光瞳入射光瞳孔径光阑孔径光阑L1L2 2L2BACK2022-4-3017 将光学系统中所有光学元件的通光将光学系统中所有光学元件的通光孔分别通过其前面的光学元件成像孔分别通过其前面的光学元件成像到整个系统的到整个系统的物空间物空间去,系统的入去,系统的入射光瞳必然是其中对物面中心的射光瞳必然是其中对物面中心的张张角为最小角为最小的一个的一个。 2022-4-3018PL1AU孔径光阑孔径光阑QQ2QL2P P 出射光瞳出射光瞳L12022-4-3019 将光学系统中所有光学元件的通光将光学系统中所有光学元件的通光孔分别通过其后面的光学元件成像孔分别通过其后面的光学元件
14、成像到整个系统的到整个系统的像空间像空间去,系统的出去,系统的出射光瞳必然是其中对像面中心的射光瞳必然是其中对像面中心的张张角为最小角为最小的一个的一个。 2022-4-3020 入瞳入瞳、出瞳与孔径光阑的共轭关系出瞳与孔径光阑的共轭关系2. 2.入射光瞳与孔径光阑对其前面的光学系统而言就入射光瞳与孔径光阑对其前面的光学系统而言就是共轭关系;是共轭关系; 3. 3.出射光瞳与孔径光阑对其后面的光学系统而言出射光瞳与孔径光阑对其后面的光学系统而言是共轭关系;是共轭关系;1.入瞳是物面上所有各点发出的光束的共同入口;出瞳入瞳是物面上所有各点发出的光束的共同入口;出瞳是物面上各点发出光束经整个光学系
15、统以后从最后一个是物面上各点发出光束经整个光学系统以后从最后一个光孔出射的共同出口。光孔出射的共同出口。 4.入瞳与与出瞳对对整个个光学学系统统是共轭轭的。2022-4-3021 一般指由轴轴外物点发发出通过入射光瞳中心的通过入射光瞳中心的光线称为光线称为主光线主光线 由于共轭关系,主光线也必然通过孔径光由于共轭关系,主光线也必然通过孔径光阑中心和出瞳中心。阑中心和出瞳中心。 主光线是各个物点发出的成像光束的光主光线是各个物点发出的成像光束的光束轴线。束轴线。五、主光线的概念五、主光线的概念2022-4-3022六、孔径角的概念: 由轴上物点A向入射光瞳的边缘所引直线的张角,这个张角称物方孔径
展开阅读全文