应用光学光阑概要课件.ppt

1、2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院1第五章第五章 光学系统中成像光束光学系统中成像光束的选择的选择2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2 组成光学系统的所有零件都有一定的组成光学系统的所有零件都有一定的尺寸大小尺寸大小 实际的光学系统除了应满足前述的实际的光学系统除了应满足前述的物象物象共轭位置关系和成像放大率共轭位置关系和成像放大率的要求外，的要求外，还要有一定的还要有一定的成像范围成像范围 没有对光学零件的大小加以限制没有对光学零件的大小加以限制 2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学

2、院3 装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘就是限制光束的光孔，这个光孔对光缘就是限制光束的光孔，这个光孔对光学零件来说被称为学零件来说被称为“通光孔径通光孔径”由一点发出能进入透镜或光学系统的光由一点发出能进入透镜或光学系统的光束，其立体角大小决定于透镜的直径束，其立体角大小决定于透镜的直径 5-1 光阑及其作用光阑及其作用 2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院4 光阑的定义：夹持光学零件的金属框（透镜框、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，棱镜框）限制了成像光束的大小，光学中这种限制成像光束的光孔称

3、光学中这种限制成像光束的光孔称为为。光孔的大小是可变化的，这种光阑光孔的大小是可变化的，这种光阑称为称为“”光阑是实际光学系统成满意（完善）像必光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可少的零件。不可少的零件。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院5光阑在光学系统中的作用：决定像面的照度。决定像面的照度。决定系统的视场。决定系统的视场。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 拦截系统中有害的杂散光。拦截系统中有害的杂散光。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程

4、学院6光阑按上述的作用分为：光阑按上述的作用分为：孔径径光阑阑视场视场光阑阑消杂杂光光阑阑渐晕渐晕光阑阑它是它是限制轴上物点成像光束限制轴上物点成像光束立体角（锥角）的光阑。立体角（锥角）的光阑。也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像平面照度）作用的光阑。平面照度）作用的光阑。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院7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2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院8孔径光阑A()BCv 孔阑孔阑依当时的条件而定。物体位置变，孔阑

5、可能依当时的条件而定。物体位置变，孔阑可能也变。也变。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院9例一应使所有光孔处于同一空间应使所有光孔处于同一空间A AA AF F2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院10 视场视场光阑阑 限制物平面或物空间能被光学系统成限制物平面或物空间能被光学系统成像的最大范围的光阑像的最大范围的光阑称为视场光阑称为视场光阑。渐晕渐晕光阑阑 光阑以减少轴外像差为目的，使物空光阑以减少轴外像差为目的，使物空间轴外点发出的、原本能通过上述两间轴外点发出的、原本能通过上述两种光孔的成像光束只能部分通过，这种光孔

6、的成像光束只能部分通过，这种光阑称为渐晕光阑。种光阑称为渐晕光阑。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院11渐晕光阑 由轴外发出的充满入瞳的光被部分遮拦的现象叫渐晕.引起渐晕的光阑称渐晕光阑A AB B1 1B B3 3渐晕系数：渐晕系数：K=DK=DW W/D/DB B2 22023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院12 消杂杂光光阑阑 这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折射面反射的光和仪器内壁反射

7、的光等，这些光阑射面反射的光和仪器内壁反射的光等，这些光阑称为称为消杂光光阑消杂光光阑。物镜物镜消杂光光阑消杂光光阑分划板2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院135-2 孔径光阑、入瞳、出瞳孔径光阑、入瞳、出瞳v例例5-1 已知一光学系统由三个零件组成，已知一光学系统由三个零件组成，v透镜透镜1其焦距其焦距 f1=-f1=100mm，口径，口径D1=40mm；v透镜透镜2的焦距的焦距f2=-f2=120mm，口径，口径D2=30mm，v它和透镜它和透镜1之间的距离为之间的距离为d1=20mm；v光阑光阑3口径为口径为20mm，它和透镜，它和透镜2之间的距离之

8、间的距离d2=30mm。v物点物点A的位置的位置L1=-200mm;v试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院14 解：由于透镜解：由于透镜1 1的前面没有任何光组，所以它本身的前面没有任何光组，所以它本身就是在物空间的像。就是在物空间的像。先求透镜镜2被透镜镜1所成的像。因为为 f1=-f1=100mm，l=20mm，利用高斯公式：100112011111111l fl lmml2512023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院1580252011.l ly

9、 ymmy75.188.015 再求光阑再求光阑3 3被前面光组所成的像被前面光组所成的像。必须注意：必须注意：为了求得光阑为了求得光阑3 3在物空间的像，要使它在物空间的像，要使它对透镜对透镜1 1、2 2成像。成像。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院16 先求光阑先求光阑3 3被透镜被透镜2 2所成的像，在求该像被透所成的像，在求该像被透镜镜1 1在物空间所成的像。在物空间所成的像。mmll401201130122 求法如上，因为为l 2=30mm，y2=D3/2=10mm，利用高斯公式得2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试

10、工程学院17 y2对对透镜镜1来说来说是像，故 y1=y2=13.33mm mm.yy,.llyy331375010750403022222222mmdl l602040121 因为为l2=l1 d1，所以 2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院18 再对对透镜镜1求此像所对应对应的物，仍利用高斯公式：mmll1501001160111mm.yy,.l lyy3333403313401506011111111mm.yD6666213 求物平面中心点A对对各光阑阑像的张张角（在物空间间的像）2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院

11、19 物点A对对光阑阑D1 的张张角102002020011.Dtgu0833022575182.tgu0952035033333.tgu 对对D2 的张张角 对对光阑阑D3 的张张角 u2 为为最小，说说明光阑阑像D2 限制了物点的孔径径角，故透镜镜2为为孔径径光阑阑。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院20-y-UPP1P2PP1P2UyQQ2Q出射光瞳出射光瞳入射光瞳入射光瞳孔径光阑孔径光阑L1L2U 物方孔径角物方孔径角U 像方孔径角像方孔径角2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院21 将此光阑将此光阑Q1Q Q2通

12、过其前面的透镜成通过其前面的透镜成像到物空间去，则其像像到物空间去，则其像P1PP2 就决定就决定了光学系统的物方孔径角了光学系统的物方孔径角（由孔径光由孔径光阑决定的光锥角称为阑决定的光锥角称为）U（这一限制（这一限制光束孔径角的光阑）光束孔径角的光阑）孔径光阑孔径光阑被其前面的光组被其前面的光组在光学系统在光学系统物空间物空间所成的像称为所成的像称为入射光瞳入射光瞳，简称，简称入瞳。入瞳。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院22 孔径光阑孔径光阑Q1QQ2被被其后面的其后面的透镜（光透镜（光组）在组）在像空间像空间所成的像所成的像P1PP2 称为称为出射

13、光瞳出射光瞳，简称，简称出瞳出瞳，其决定了系统，其决定了系统像方孔径角像方孔径角U 与入射光瞳、出射光瞳对应的那个实与入射光瞳、出射光瞳对应的那个实际起着限制光束作用的光阑际起着限制光束作用的光阑Q1QQ2即即为为孔径光阑孔径光阑。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院23 入射光瞳通过整个光学系统所成的像就是入射光瞳通过整个光学系统所成的像就是出射光瞳出射光瞳 入瞳入瞳与与出瞳出瞳对整个光学系统是对整个光学系统是共轭共轭的的。如果光阑在整个光学系统的像空间，如果光阑在整个光学系统的像空间，那么它本身也就是那么它本身也就是出射光瞳出射光瞳；反之，若在物空间，它

14、就是反之，若在物空间，它就是入射光瞳入射光瞳2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院24 将光学系统中所有光学零件的通光将光学系统中所有光学零件的通光孔分别通过其前面的光学零件成像孔分别通过其前面的光学零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。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院25QQQ2A-UQ1QQ2入射光瞳入射光瞳孔径光阑孔径光阑L1L2 2L22023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计

15、量测试工程学院26PL1AU孔径光阑孔径光阑QQ2QL2P P 出射光瞳出射光瞳L12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院27孔阑、入瞳和出瞳入瞳入瞳整个光学系统整个光学系统出瞳出瞳孔阑孔阑孔阑前的光学系统孔阑前的光学系统孔阑后的光学系统孔阑后的光学系统共轭共轭共轭共轭2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院28 通过入射光瞳通过入射光瞳中心中心的光线称为的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阑中心由于共轭关系，主光线也必然通过孔径光阑中心和出瞳中心。和出瞳中心。显然，主光线是各个物点发出的成像显然，主光线

16、是各个物点发出的成像光束的光束轴线。光束的光束轴线。光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重要性能参数之一。要性能参数之一。它不但决定了像面的它不但决定了像面的照度照度，而且还决，而且还决定了光学系统定了光学系统分辨能力分辨能力 2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院29对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法来表征这种对于不同类型的光学系统，有不同的表示方法来表征这种孔径角相应的性能参数孔径角相应的性能参数 显微系统和投影系统的物镜常用显微系统和投影系统的物镜常用nsinsinU Umaxmax表示，被称之为表示，被称之为

17、数值孔径数值孔径，用，用NANA表示，即表示，即maxUsinnNA n n 物方空间的介质折射率。物方空间的介质折射率。物方孔径角物方孔径角U Umaxmax越大，其越大，其数值孔径数值孔径也越大也越大 进进入系统统的光能越多，理论论分辨本领领越高2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院30 望远系统和摄影系统常用望远系统和摄影系统常用相对孔径相对孔径A来表示来表示 fDA AD fF1 D 入瞳直径径 f物镜镜焦距 相对对孔径径A越大，表明能进进入系统统的光能也越多 而照相机，则则常用另一个术语个术语光阑阑指数数，用F来来表示，它它是相对对孔径径的倒数数，即

18、 F俗称俗称光圈光圈，相对孔径越大时，光圈数值愈小，相对孔径越大时，光圈数值愈小。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院31必须注意：光学系统的孔径光阑只是对一定位置的光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物体而言的物体而言的 如果物体位置发生变化，原来限制光束的孔径光如果物体位置发生变化，原来限制光束的孔径光阑将会失去限制光束的作用，光束会被其他光孔阑将会失去限制光束的作用，光束会被其他光孔所限制。所限制。对于对于无限远的物体无限远的物体，光学系统的所有光孔被其前，光学系统的所有光孔被其前面的光学零件在物空间所成的像中，直径最小的面的光学零件在物空间所成的像中，

19、直径最小的一个光孔像就是系统的入瞳。一个光孔像就是系统的入瞳。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院32 例例5-1 已知一光学系统由三个零件组成，已知一光学系统由三个零件组成，透镜透镜1其焦距其焦距 f1=-f1=100mm，口径，口径D1=40mm；透镜透镜2的焦距的焦距f2=-f2=120mm，口径，口径D2=30mm，它和透镜它和透镜1之间的距离为之间的距离为d1=20mm；光阑光阑3口径为口径为20mm，它和透镜，它和透镜2之间的距离之间的距离d2=30mm。物点物点A的位置的位置L1=-100mm;试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。试确定该光组

20、中，哪一个光孔是孔径光阑。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院334-3 视场光阑、入射窗、出射窗视场光阑、入射窗、出射窗光学系统的成像范围是有限的光学系统的成像范围是有限的:照相机中底片框限制了被成像范围的大照相机中底片框限制了被成像范围的大小小 工具显微镜中分划板的直径决定成像物工具显微镜中分划板的直径决定成像物体的大小体的大小这种限制物体成像范围的光阑称为这种限制物体成像范围的光阑称为视场光阑视场光阑2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院34 如果孔径光阑或入射光瞳都如果孔径光阑或入射光瞳都非常小非常小时，只有沿主光线

21、时，只有沿主光线的一束无限细光束能通过光学系统的一束无限细光束能通过光学系统 孔径光阑孔径光阑AL1L2BC出射光瞳出射光瞳入射窗入射窗PQP入射光瞳入射光瞳AB视场光阑视场光阑（出射窗）（出射窗）因此光学系统的成像范围，便由对主光线发生限制的因此光学系统的成像范围，便由对主光线发生限制的光孔所决定。光孔所决定。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院35 与孔径光阑类似，视场光阑被其前面的与孔径光阑类似，视场光阑被其前面的光组在整个系统的物空间所成的像称为光组在整个系统的物空间所成的像称为入射窗（简称入窗）入射窗（简称入窗）。视场光阑被其后面的光组在整个系统的

22、像视场光阑被其后面的光组在整个系统的像空间所成的像称为空间所成的像称为出射窗（简称出窗）出射窗（简称出窗）2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院36 把孔径光阑以外的所有光孔通过其前把孔径光阑以外的所有光孔通过其前面的光组成像，则在这些像中面的光组成像，则在这些像中入射窗入射窗对入瞳中心的张角为最小对入瞳中心的张角为最小。可找出系统中哪一个光孔是视场光阑可找出系统中哪一个光孔是视场光阑 入射窗限制着物空间的成像范围入射窗限制着物空间的成像范围2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院37 把除孔径光阑外的所有光孔通过其后面的光把除

23、孔径光阑外的所有光孔通过其后面的光组在整个系统的像空间成像时，组在整个系统的像空间成像时，出射窗对出出射窗对出射光瞳中心的张角为最小射光瞳中心的张角为最小。出射窗限制了像方视场范围出射窗限制了像方视场范围 入射窗和出射窗共轭入射窗和出射窗共轭。入射窗、视场光阑和出射窗在各自的空间对入射窗、视场光阑和出射窗在各自的空间对同一条主光线起限制作用，同一条主光线起限制作用，主光线和光轴间主光线和光轴间的夹角即表示整个光学系统的视场角。的夹角即表示整个光学系统的视场角。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院38 当当物体在无限远远时时，常用视场视场角表示光学学系统统的视

24、场视场，以2表示 当当物体在有限距离时时，常用物高表示视场视场，称为称为线视场线视场，以2y表示之 例5-3 求例5-1中光组组的视场视场光阑阑。f1=-f1=100mm，D1=40mm；f2=-f2=120mm，D2=30mm，d1=20mm；D3=20mm，d2=30mm，L1=-200mm 求出系统统每一个个光阑阑被它它前面光组组在物空间间所成的像（此步骤骤在求孔径径光阑时阑时已经进经进行）2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院39 D1 对对入瞳中心的张张角为为 D2 本身是入瞳，D3对对入瞳中心的张张角为为 D3对对入瞳中心的张张角最小，故光阑阑3是

25、视场视场光阑阑。8025201.tg25602015033333.tg2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院40入瞳入瞳出瞳出瞳D3 透镜透镜2 2（孔径光阑）孔径光阑）D2透镜透镜1 1D1D1D2视场光阑视场光阑（出窗出窗）F1F2D3入窗入窗2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院41 视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的 当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替将可能被另外的光孔所代替 渐晕现象渐晕现象 以上只讨论了入射光瞳为无限

26、小时的情况以上只讨论了入射光瞳为无限小时的情况 实际上光学系统的入射光瞳总有一定的大小实际上光学系统的入射光瞳总有一定的大小 2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院42 在多数情况下，入射窗并不能完全决定光学在多数情况下，入射窗并不能完全决定光学系统的成像范围系统的成像范围A物平面物平面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院43在物面上按其成像光束孔径角的不同可分在物面上按其成像光束孔径角的不同可分为三个区域：为三个区域：第一个区域第一

27、个区域是以是以B1A为半径的圆形区，其中每个点为半径的圆形区，其中每个点均以充满入射光瞳的全部光束成像均以充满入射光瞳的全部光束成像 此区域之边缘点此区域之边缘点B1由入射光瞳下边缘由入射光瞳下边缘P2和入射窗和入射窗下边缘点下边缘点M2的连线所确定。的连线所确定。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院44A物平面物平面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院45 第二个区个区域是以B1B2绕绕光轴轴旋转转一周所形成的环环形区区域，在此区

28、区域内内，每一点已不能用充满满入瞳的光束成像，在含轴轴面内内看光束，由B1点到B2点，其能通过过入射光瞳的光束，由100%到50%渐变渐变，这这就是轴轴外点的渐晕现渐晕现象。此区区域的边缘边缘点B2由入射光瞳中心P和入射窗下边缘边缘M2的连线连线确定2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院46A物平面物平面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院47 第三个区个区域是以B2B3绕绕光轴轴旋转转一周所形成的环环形区区域，在此区区域内内各点的光

29、束渐晕渐晕更为严为严重，由B2点到B3点，其渐晕渐晕系数数由50%降低到0。B3点是可见视场见视场最边缘边缘点，它它由入射光瞳上边缘边缘点P1和入射窗下边缘边缘点M2的连线连线所决决定。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院48A物平面物平面B1B2B3M1M2M入射窗入射窗入射光瞳入射光瞳P1P2PP2P2P2P P P1P1P12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院49 以上三个区个区域只是大致的划划分，实际实际上在物平面上，由B1到B3点的渐晕渐晕系数数由100%到0是渐变渐变的，并没并没有明显显的界限 用眼睛通过过放大

30、镜观镜观察物面时时，由放大镜镜和眼睛组组成的光学学系统统就是这样这样。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院50 入射光瞳具有一定大小入射光瞳具有一定大小时，没有渐晕的情况也时，没有渐晕的情况也是存在的是存在的 入射窗和物平面相重合入射窗和物平面相重合 或者或者把视场光阑设置在把视场光阑设置在像平面上像平面上 视场具有清晰的界限视场具有清晰的界限 物平面物平面入窗入窗入瞳入瞳出瞳出瞳像平面像平面视场光阑视场光阑出窗出窗2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院51光学学系统统的视场视场大小用两种两种方法表示 线视场线视场：对对近距

31、离成像的光组组，常用能看到的物平面直径来径来表示 视场视场角：对远对远距离或无限远远物体成像的光组组，常用角度来来表示其视场视场的大小 这这就是前面谈谈到过过的物方视场视场角2和像方视场视场角2。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院52 综综上所述，孔径径光阑阑和视场视场光阑阑是光学学系统统中起重要作用的两种两种光阑阑，前者主要限制成像光束的孔径径，即决决定像的照度。后者决决定视场视场，即物体被成像的范围围。切不可把孔径径光阑阑和视场视场光阑阑混为为一谈谈 2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院53光学系统的景深光学系统的景

32、深 上节讨论节讨论在垂直于光轴轴的平面上点的成像问题问题。如：照相制版物镜镜和电电影放映物镜镜 实际实际上有很多光学仪学仪器需要把空间间中的物点成像在一个个像平面上（称为称为平面上的空间间像），如望远镜远镜和照相物镜镜等就属属于这这一类类。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院54入瞳入瞳出瞳出瞳BB1abB01B2B3B4PPAB04B03B02B2”B3”B4”B1”B4B3B2ABabB1AB对准平面对准平面AB景像平景像平面面2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院55 ab和a b 的大小和入射光瞳的直径径有关关，入射

33、光瞳直径减径减少，弥散斑也随随之减减少 物空间间各空间间点的成像，相当当于以入射光瞳中心为为投影中心，以主光线线为为投影线线，将将各点投影到对对准平面上后，再成像到景象平面上。或者在像空间间以出射光瞳中心为为投影中心，各空间间像点沿主光线线投影到景象平面上，即是空间间物点的平面像。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院56 如果入瞳位置对对于物方空间间点（即景物）位置发发生变变化，则则景象也随随之变变化 投影中心作前后移动动时时，投影像的变变化和景物是不成比例的，这种现这种现象称为称为景象畸变变，也称为称为透视视失真真。对准平面对准平面AAAAPPS1S2入射

34、光瞳入射光瞳出射光瞳出射光瞳景像平面景像平面P2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院57 根据理想光学学系统统特性，物空间间一个个平面，在像空间间只有一个个平面与与之共轭轭。讨论讨论:当当入射光瞳一定时时，在物空间间有多大深度范围围的物体能在景象平面上成清清晰像(以摄摄影物镜为镜为例）2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院58任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且任何光接收器都不能接受到真正的几何像点，且分辨本领也不一样，因此只要像的弥散斑足够小分辨本领也不一样，因此只要像的弥散斑足够小并能满足接受器的分辨本领，就可人为这

35、个弥散并能满足接受器的分辨本领，就可人为这个弥散斑是一个点斑是一个点一个光学系统是能对一个光学系统是能对空间物体空间物体成一个清晰的成一个清晰的平面像平面像能在像平面上获得清晰像并沿光轴能在像平面上获得清晰像并沿光轴方向的方向的物空间深度物空间深度称为称为成像空间深成像空间深度度(景深景深)2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院59ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1设在设在B1点和点和B2点之间的物空间各点均能在点之间的物空间各点均能在像平面像平面A成清晰像成清晰像2023-1-2中国计量学院计量测试工程学

36、院中国计量学院计量测试工程学院60ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1l1=p1-p称为后景深；称为后景深；l2=p-p2称为前景深称为前景深总景深总景深l=l1+l2=p1-p2为前后景深之和为前后景深之和2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院61ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1A为为对准平面对准平面，其对应的是，其对应的是景像平面景像平面A2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院62ll1l2p2P p1P1PP2AB

37、1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z1能成清晰像的能成清晰像的最远最远平面（平面（B1）称为）称为远景远景能成清晰像的能成清晰像的最近最近平面（平面（B2）称为）称为近景近景 2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院6311z z22z zll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院64DpppzpppDz111111DpppzpppDz222222ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z

38、12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院65222ppz Dp111ppz Dpll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院66人在看图片时，一般是把图片放在眼前人在看图片时，一般是把图片放在眼前250mm处，被称为处，被称为明视距离明视距离Mll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院67若弥散斑在明视距离对眼睛的张角若弥散斑在明

39、视距离对眼睛的张角小于小于分辨角分辨角，看上去就是一点看上去就是一点ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院6812z z M人眼的分辨率人眼的分辨率ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院6911DppDz 22DppDz ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中

40、国计量学院计量测试工程学院70MDpDp2MDpDp1ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院71MDMpppl11MDMpppl22前景深前景深后景深后景深ll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院72pf 由于由于那么那么p fxfll1l2p2P p1P1PP2AB1B2z1z2P1P2DP1P2DB2AB1z2z12023-1-2中国计量学院计量测试工

41、程学院中国计量学院计量测试工程学院73MDMpppl11MDMpppl22p fxfMpDfMpl21MpDfMpl22总景深为总景深为222222212pM fDpMDflll2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院74从从l1、l2看出，摄摄影物镜镜的后景深大于前景深，这与这与以下有关关：入瞳直径径D：当当D越小，其景深越大，反之则则相反；从从DF=f 可知，若想获获得较较大的景深需要较较大的光圈指数数F，但这时这时在f 不变变的情况况下，入瞳较较小所进进入的光能也较较小，需要较长较长的曝光时间时间。当当共轭轭面的一定时时，f 越长长，则对则对准平面越远远，

42、即p越大，景深越大。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院75例5-4 有一摄摄影物镜镜，若要求对对准平面后的空间间均能在景像平面上成清清晰像，问对问对准距离应为应为多少？近景位于何处处？解：欲使l1为为无限大，其公式的分母为为零，就有 将将p值值代入前景深公式，就可得到前景深和近景距：MDfp MDfl22MDflpp222MpDfMpl212023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院76例5-5 照相机物镜镜焦距为为75mm，在对对准平面离相机2m时时，所用的光圈指数为数为11和5.6；设设眼睛分辨率为为1.5，求这两种这两种情

43、况况下的景深大小？当当F=11时时，其入瞳D为为 当当F=5.6时时，其入瞳D为为mm.F fD4136575mm.F fD8261175m.MpDfMpl48121m.MpDfMpl6022m.lpp48311m.lpp4122m.lll08221m.MpDfMpl36022m.MpDfMpl55021m.lpp55211m.lpp64122m.lll910212023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院77远心光路远心光路 物方远远心光路和像方远远心光路 在光学仪学仪器中，很大一部分仪仪器用来测来测量长长度 一类仪类仪器是光学学系统统有一定放大率，使被测测物的像

44、和标标准刻尺相比，求被测测物体的长长度，如工具显显微镜镜等计计量仪仪器。另一类仪类仪器是把一标标尺放在不同的位置，光学学系统统改变变放大率，使标标尺的像等于一个个已知值值，来来求仪仪器到标标尺间间距离，如大地测测量仪仪器中的视视距测测量。远心光路应用案例2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院79在工具显显微镜镜光学学系统统的实实像平面上，放置已知刻度值值的透明刻尺（称为称为分划划板）分划划板上刻尺的格值值已考虑虑了物镜镜的放大率 按此方法测测量，刻尺与与物镜镜之间间的距离应应保持不变变，使物镜镜的放大率保持常数数这种测这种测量方法的测测量精度在很大程度上取决决

45、于像平面与与刻尺平面的重合程度。分划板分划板物镜物镜yBAyAB2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院802023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院81由于景深及调调焦误误差，不可能做到真真正的重合，会会引起一些误误差。像平面与与分划划板不重合的现现象称为称为视视差。由于视视差而引起长长度测测量误误差可由下图来说图来说明。F M分划板分划板A1A2B2B1B2B1B2B1B1B2透镜透镜2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院82为为了减减少视视差对测对测量精度的影响响，可以由控制主光线线的方向来达

46、来达到。孔径光阑孔径光阑（出瞳）（出瞳）F B2B1A1A2B2B1B2B1MM2M1分划板分划板2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院832023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院84由于入瞳在无限远处远处，物方主光线线平行于光轴轴的光学学系统统，故称为称为物方远远心光路。在大多数数的计计量光学仪学仪器中，其孔径径光阑阑（或出瞳）常安置在显显微镜镜物镜镜或投影物镜镜像方焦平面上以形成物方远远心光路以提高观测观测精度。在光学仪学仪器中常采用另一种种光路像方远远心光路 它它是孔径径光阑阑（或入瞳）安置在整个个光组组的物方焦平面上形成

47、的 2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院85这种这种光学学系统统因为为出瞳位于像方无限远处远处，平行于光轴轴的像方主光线线在无限远处会远处会聚于出瞳中心，因此称称为为像方远远心光路。孔径光阑孔径光阑（入瞳）（入瞳）分划板分划板M1M2MFB1B2B22023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院86 像方远远心光路常用在大地测测量仪仪器（光组为组为望远镜远镜系统统）中以提高测测距精度。这种这种光路也常用在照明系统统中，以使它与它与成像系统统的物方远远心光路相配合。2023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院872023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院882023-1-2中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院89CCD偏左偏左CCD偏右偏右没有远心镜头没有远心镜头加上远心镜头加上远心镜头