工程光學(xué)第四章ppt課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 光闌光闌第二節(jié)第二節(jié) 照相系統(tǒng)的光闌照相系統(tǒng)的光闌 第三節(jié)第三節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇第四節(jié)第四節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析第五節(jié)第五節(jié) 光學(xué)系統(tǒng)的景深光學(xué)系統(tǒng)的景深 第四章 光學(xué)系統(tǒng)中的光闌(Stops)第一節(jié)第一節(jié) 光闌光闌1 1、孔徑光闌的定義和作用、孔徑光闌的定義和作用一、孔徑光闌一、孔徑光闌 (Aperture Stops) (Aperture Stops) 含義含義1 1：限制軸上物點(diǎn)成像光束孔徑角大小的光闌。：限制軸上物點(diǎn)成像光束孔徑角大小的光闌。限制成像光束和成像范圍限制成像光束和成像范圍 含義含義2

2、 2：孔徑光闌的位置不同，但都起到了對(duì)軸上物點(diǎn)成：孔徑光闌的位置不同，但都起到了對(duì)軸上物點(diǎn)成像光束寬度的限制造用；只需相應(yīng)的改動(dòng)光闌大小，即可保像光束寬度的限制造用；只需相應(yīng)的改動(dòng)光闌大小，即可保證軸上物點(diǎn)成像光束的孔徑角不變。證軸上物點(diǎn)成像光束的孔徑角不變。 含義含義3 3：孔徑光闌的位置不同，那么對(duì)應(yīng)于選擇軸外物：孔徑光闌的位置不同，那么對(duì)應(yīng)于選擇軸外物點(diǎn)發(fā)出光束的不同部分參與成像。點(diǎn)發(fā)出光束的不同部分參與成像。 孔徑光闌的定義：孔徑光闌的定義：1 1限制軸上物點(diǎn)成像光束孔徑角的大小寬度；限制軸上物點(diǎn)成像光束孔徑角的大小寬度；2 2選擇軸外物點(diǎn)成像光束的位置。選擇軸外物點(diǎn)成像光束的位置。2

3、 2、入射光瞳與出射光瞳、入射光瞳與出射光瞳(Entrance and Exit (Entrance and Exit pupils)pupils) Pupils： The image of the Aperture Stops入射光瞳：孔徑光闌經(jīng)其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像物空間入射光瞳：孔徑光闌經(jīng)其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像物空間出射光瞳：孔徑光闌經(jīng)其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像像空間出射光瞳：孔徑光闌經(jīng)其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像像空間照相機(jī)鏡頭中的孔徑光闌照相機(jī)鏡頭中的孔徑光闌F 孔徑光闌孔徑光闌F 孔徑光闌孔徑光闌物像關(guān)系物像關(guān)系后面后面光學(xué)光學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)入瞳入瞳出瞳出瞳孔徑光闌孔徑光闌前面前面光學(xué)光學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)

4、整整個(gè)個(gè)光光學(xué)學(xué)系系統(tǒng)統(tǒng) 孔徑光闌、入瞳與出瞳孔徑光闌、入瞳與出瞳1L2LQ1Q2Q)U2Q1QQ2Q1QQAyBAyB出瞳出瞳 入瞳入瞳孔徑孔徑光闌光闌(U1 1入瞳：決議光學(xué)系統(tǒng)的物方光束的孔徑角。入瞳：決議光學(xué)系統(tǒng)的物方光束的孔徑角。2 2出瞳：決議光學(xué)系統(tǒng)的像方光束的孔徑角。出瞳：決議光學(xué)系統(tǒng)的像方光束的孔徑角。3 3孔徑光闌：實(shí)踐起對(duì)光束限制造用的元件，決議了孔徑光闌：實(shí)踐起對(duì)光束限制造用的元件，決議了 入瞳、出瞳；三者互為物像關(guān)系。入瞳、出瞳；三者互為物像關(guān)系。3 3、關(guān)于孔徑光闌需求留意的幾個(gè)問(wèn)題、關(guān)于孔徑光闌需求留意的幾個(gè)問(wèn)題(1) (1) 軸上物點(diǎn)的位置發(fā)生變化，孔徑光闌也會(huì)

5、變化。軸上物點(diǎn)的位置發(fā)生變化，孔徑光闌也會(huì)變化。 (2)(2)幾個(gè)口徑一定的透鏡組合，判別確定的軸上物點(diǎn)位置的孔徑光闌：幾個(gè)口徑一定的透鏡組合，判別確定的軸上物點(diǎn)位置的孔徑光闌：追跡光線法：過(guò)軸上物點(diǎn)的任一條近軸光線，求其在每個(gè)折射面的投追跡光線法：過(guò)軸上物點(diǎn)的任一條近軸光線，求其在每個(gè)折射面的投射高度與實(shí)踐口徑的比值，比值最大的折射面的邊框?yàn)橥哥R組的孔徑光射高度與實(shí)踐口徑的比值，比值最大的折射面的邊框?yàn)橥哥R組的孔徑光闌。闌。 成像張角比較法：成像張角比較法： 1L2LQ1Q2Q)U2Q2L1QQAa. a. 將光學(xué)系統(tǒng)一切光闌各個(gè)透鏡和光圈等，對(duì)其前面將光學(xué)系統(tǒng)一切光闌各個(gè)透鏡和光圈等，對(duì)其

6、前面 的光學(xué)系統(tǒng)物空間成像，求像之大小和位置；的光學(xué)系統(tǒng)物空間成像，求像之大小和位置；b. b. 由物位置軸上點(diǎn)向各像邊緣、第一個(gè)透鏡邊緣分別由物位置軸上點(diǎn)向各像邊緣、第一個(gè)透鏡邊緣分別 作連線，求張角最小值即為入瞳，相應(yīng)的共軛物為孔徑作連線，求張角最小值即為入瞳，相應(yīng)的共軛物為孔徑 光闌；光闌；c. c. 孔徑光闌對(duì)后面光學(xué)系統(tǒng)像空間所成像即是出瞳。孔徑光闌對(duì)后面光學(xué)系統(tǒng)像空間所成像即是出瞳。A A例例1：知物點(diǎn)：知物點(diǎn)A離透鏡離透鏡1的間隔為的間隔為-l1=30mm，透鏡，透鏡1的通光口徑的通光口徑D1=30mm,光光孔孔2的直徑的直徑D2=22mm，像點(diǎn)，像點(diǎn)A離透鏡的間隔離透鏡的間隔l

7、1=60mm，透鏡與光孔之間間，透鏡與光孔之間間隔為隔為d=10mm，試確定這個(gè)系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳和出瞳。，試確定這個(gè)系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳和出瞳。ABAB12解：判別孔徑光闌：軸上物點(diǎn)的成像張角比較法解：判別孔徑光闌：軸上物點(diǎn)的成像張角比較法1透鏡透鏡1框內(nèi)孔相對(duì)于前面光學(xué)系統(tǒng)的像與本身重合?？騼?nèi)孔相對(duì)于前面光學(xué)系統(tǒng)的像與本身重合。2光孔光孔2相對(duì)于前面透鏡成像：相對(duì)于前面透鏡成像：11222222260,3020;10,202044llfldfllDDDmml 透鏡焦距：光孔關(guān)于透鏡的像：，；像的大?。?11llf2ABAB12111221223026.5652 ( 30)2()4423.

8、7492 (3020)DUarctglarctgDUarctgllarctg 3D1，D2對(duì)軸上物點(diǎn)對(duì)軸上物點(diǎn)A的張角：的張角： D2的張角最小，最能限制軸上物點(diǎn)的張角最小，最能限制軸上物點(diǎn)A的成像光束，的成像光束，為入瞳，即光孔為入瞳，即光孔2為孔徑光闌，為孔徑光闌，U2為物方孔徑角。為物方孔徑角。 光孔光孔2后面無(wú)透鏡，孔徑光闌與出瞳重合，后面無(wú)透鏡，孔徑光闌與出瞳重合，U2為像為像方孔徑角。方孔徑角。1)U2)U22(U(3) (3) 孔徑光闌位置的安放原那么：孔徑光闌位置的安放原那么：a. a. 目視光學(xué)系統(tǒng)，出瞳與人眼瞳孔銜接光瞳銜接原那么；目視光學(xué)系統(tǒng)，出瞳與人眼瞳孔銜接光瞳銜接原

9、那么；b. b. 投影計(jì)量光學(xué)系統(tǒng)，保證投影像的倍率不因物距變化；投影計(jì)量光學(xué)系統(tǒng)，保證投影像的倍率不因物距變化；c. c. 對(duì)軸外光束像差校正；對(duì)軸外光束像差校正；d. d. 各光學(xué)元件的口徑匹配。各光學(xué)元件的口徑匹配。 理想光學(xué)系統(tǒng)：主光線必然經(jīng)過(guò)入瞳及出瞳的中心。理想光學(xué)系統(tǒng)：主光線必然經(jīng)過(guò)入瞳及出瞳的中心。4、主光線、主光線Chief ray：1L2LQ1Q2Q2Q1QQ2Q1QQABACB出瞳出瞳 入瞳入瞳孔徑光闌孔徑光闌定義：離軸物點(diǎn)發(fā)出的、經(jīng)過(guò)孔徑光闌中心的光線。定義：離軸物點(diǎn)發(fā)出的、經(jīng)過(guò)孔徑光闌中心的光線。 主光線是經(jīng)過(guò)孔徑光闌、并參與成像的物光束的中心光線。主光線是經(jīng)過(guò)孔徑光

10、闌、并參與成像的物光束的中心光線。二、視場(chǎng)光闌二、視場(chǎng)光闌 (Field Stops) (Field Stops) 1 1、視場(chǎng)光闌、視場(chǎng)光闌: :定義：在物定義：在物/ /像面上安放的、限定光學(xué)系統(tǒng)成像范圍的光闌。像面上安放的、限定光學(xué)系統(tǒng)成像范圍的光闌。物方視場(chǎng)：可以明晰成像的物面范圍；物方視場(chǎng)：可以明晰成像的物面范圍； 像方視場(chǎng)：相應(yīng)的可以明晰成像的像面范圍；像方視場(chǎng)：相應(yīng)的可以明晰成像的像面范圍； 2 2、入射窗與出射窗、入射窗與出射窗入射窗：視場(chǎng)光闌經(jīng)其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像物空間入射窗：視場(chǎng)光闌經(jīng)其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像物空間出射窗：視場(chǎng)光闌經(jīng)其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像像空間出射窗：視場(chǎng)光

11、闌經(jīng)其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像像空間3 3、視場(chǎng)光闌、入射窗與出射窗三者互為物象關(guān)系。、視場(chǎng)光闌、入射窗與出射窗三者互為物象關(guān)系。視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌 限制物平面或物空間范圍的光闌稱視場(chǎng)光闌。限制物平面或物空間范圍的光闌稱視場(chǎng)光闌。 Q1Q2Q1Q2是視場(chǎng)光闌。是視場(chǎng)光闌。Q1Q2Q1Q2為入射窗為入射窗; ;Q1Q2Q1Q2本身也為出本身也為出射窗。射窗。通常設(shè)置在系統(tǒng)通常設(shè)置在系統(tǒng)的實(shí)像平面或物的實(shí)像平面或物平面平面出射光瞳出射光瞳孔徑光闌孔徑光闌入射光瞳入射光瞳B BA AQ1Q1Q2Q2P1P1P2P2P2P2P1P1P1P1P2P2O1O1PPP PPPO2O2-U-UUU視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌(

12、 (出射窗出射窗) )入射窗入射窗Q1Q1Q2Q2(2)(2)計(jì)算這些像的邊緣對(duì)入瞳中心的張角大小。張角最小計(jì)算這些像的邊緣對(duì)入瞳中心的張角大小。張角最小者即為入射窗，入射窗對(duì)應(yīng)的光學(xué)零件視場(chǎng)光闌者即為入射窗，入射窗對(duì)應(yīng)的光學(xué)零件視場(chǎng)光闌. .2入射窗邊緣對(duì)入瞳中心的張角為物方視場(chǎng)角入射窗邊緣對(duì)入瞳中心的張角為物方視場(chǎng)角 ，同時(shí)，同時(shí)也決議了視場(chǎng)邊緣點(diǎn)。視場(chǎng)光闌經(jīng)后面光學(xué)零件所成的也決議了視場(chǎng)邊緣點(diǎn)。視場(chǎng)光闌經(jīng)后面光學(xué)零件所成的像即為出射窗，出射窗對(duì)出瞳中心的張角即為像方視場(chǎng)像即為出射窗，出射窗對(duì)出瞳中心的張角即為像方視場(chǎng)角角 。2確定視場(chǎng)光闌的方法：確定視場(chǎng)光闌的方法： (1)(1)把孔徑光

13、闌以外的一切光孔經(jīng)前面的光學(xué)系統(tǒng)成像到把孔徑光闌以外的一切光孔經(jīng)前面的光學(xué)系統(tǒng)成像到物空間，確定入瞳中心位置物空間，確定入瞳中心位置 ( (實(shí)踐上在確定孔徑光闌時(shí)實(shí)踐上在確定孔徑光闌時(shí)這一步驟已完成這一步驟已完成) )。 BABO2O1O2PPAP入射窗入射窗出射光瞳出射光瞳孔徑光闌孔徑光闌入射光瞳入射光瞳孔徑光闌為無(wú)限小時(shí)，物面范圍由入窗邊緣與入瞳孔徑光闌為無(wú)限小時(shí)，物面范圍由入窗邊緣與入瞳中心連線決議。中心連線決議。減小孔徑光闌并不會(huì)對(duì)視場(chǎng)產(chǎn)生影響減小孔徑光闌并不會(huì)對(duì)視場(chǎng)產(chǎn)生影響孔徑光闌的變化孔徑光闌的變化孔徑光闌孔徑光闌BAP1P2O1PPPO2-UU主光線主光線視場(chǎng)光闌在像方對(duì)光線的限

14、制在本質(zhì)上是在物方對(duì)光視場(chǎng)光闌在像方對(duì)光線的限制在本質(zhì)上是在物方對(duì)光線的限制。線的限制。例：有一個(gè)由三個(gè)光學(xué)零件組成的光組，透鏡例：有一個(gè)由三個(gè)光學(xué)零件組成的光組，透鏡O1,其口徑其口徑D14mmf1=36mm，透鏡，透鏡O2，其，其口徑口徑 D212mm，f2=15mm,二透鏡間隔二透鏡間隔195mm，在離透鏡，在離透鏡O1右右180mm處設(shè)有一光處設(shè)有一光孔孔D310mm，物點(diǎn)離透鏡，物點(diǎn)離透鏡Ol為為-45mm1求孔徑光闌和入瞳出瞳的大小和位置求孔徑光闌和入瞳出瞳的大小和位置?2)求視場(chǎng)求視場(chǎng)光闌和入窗出窗的大小和位置？光闌和入窗出窗的大小和位置？AO1O2D3180195F245D1=

15、4mmD3=10mmD2=12mm解：光孔解：光孔D3經(jīng)經(jīng)O1成像成像mmflfll45361803618013133在在O1左方與物點(diǎn)重合左方與物點(diǎn)重合mmDllD5 . 210180453333AO1O2D3180195F245D1=4mmD3=10mmD2=12mmAO1O2D3180195F245D1=4mmD3=10mmD2=12mm透鏡透鏡O2O2經(jīng)經(jīng)O1O1成像成像 mmflfll15.44361953619512122mmDllD72. 21219515.442222AO1O2D3180195F245D1=4mmD3=10mmD2=12mm1求孔徑光闌、入瞳、出瞳求孔徑光闌、入

16、瞳、出瞳044. 04521tgU6 . 115.44452/72. 22tgU02/5 . 23tgUU1最小，故物鏡框最小，故物鏡框O1是入瞳，也是孔徑光闌。它經(jīng)是入瞳，也是孔徑光闌。它經(jīng)O2的像為出瞳。的像為出瞳。 mmflfll25.16151951519521211mmDllD33. 0419525.161111AO1O2D3180195F245D1=4mmD3=10mmD2=12mm2 2求視場(chǎng)光闌、入窗、出窗求視場(chǎng)光闌、入窗、出窗 0307. 019560278. 0180523tgtg故光孔故光孔O3O3為視場(chǎng)光闌，入窗與物平面重合，大為視場(chǎng)光闌，入窗與物平面重合，大小為小為2

17、.5mm2.5mm，出窗在無(wú)窮遠(yuǎn)，出窗在無(wú)窮遠(yuǎn) 32第二節(jié)第二節(jié) 照相系統(tǒng)中的光闌照相系統(tǒng)中的光闌 一、照相機(jī)的三個(gè)組成部分一、照相機(jī)的三個(gè)組成部分 鏡頭、可變光闌孔徑光闌、感光底片鏡頭、可變光闌孔徑光闌、感光底片/ /暗盒視場(chǎng)光闌暗盒視場(chǎng)光闌f/1f/1.4f/2f/2.8f/4f/5.6f/8f/11f/16f/22f/32f/45f/64 軸上物點(diǎn)：孔徑光闌在不同軸上物點(diǎn)：孔徑光闌在不同 位置，對(duì)成像光束寬度的限位置，對(duì)成像光束寬度的限 制造用一樣：都是光束的中制造用一樣：都是光束的中 間部分參與成像。間部分參與成像。軸外物點(diǎn)：孔徑光闌在軸外物點(diǎn)：孔徑光闌在 不同位置，參與成像光不同位置

18、，參與成像光 束的空間位置不同，成束的空間位置不同，成 像質(zhì)量不同。像質(zhì)量不同。軸外光束決議軸外光束決議 孔徑光闌的位置孔徑光闌的位置假設(shè)：透鏡口徑足夠大假設(shè)：透鏡口徑足夠大 MNMNAA光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響光闌位置對(duì)成像光束的影響1、漸暈景象：像平面的邊緣比中間暗離軸物、漸暈景象：像平面的邊緣比中間暗離軸

19、物點(diǎn)。點(diǎn)。二、漸暈光闌二、漸暈光闌 Vignetting stopVignetting stop 漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌漸暈光闌 軸外物點(diǎn)充溢孔徑光闌的光束被部分地?cái)r截，稱為軸外物點(diǎn)充溢孔徑光闌的光束被部分地?cái)r截，稱為“漸暈。該光闌稱為漸暈。該光闌稱為“漸暈光闌，漸暈光闌多為透漸暈光闌，漸暈光闌多為透鏡框。漸暈光闌的作用是參與限制軸外點(diǎn)成像光束。鏡框。漸暈光闌的作用是參與限制軸外點(diǎn)成像光束。漸暈光闌漸暈光闌DDDDK 三、照相系統(tǒng)的光闌總結(jié)三、照相系統(tǒng)的光闌總結(jié)3 3、感光底片邊框，即視場(chǎng)光闌；、感光底片邊框，即視場(chǎng)光闌；1 1

20、、根據(jù)軸外光束的像質(zhì)選擇孔徑光闌位置；、根據(jù)軸外光束的像質(zhì)選擇孔徑光闌位置；2 2、軸外點(diǎn)成像光束寬度取決于孔徑光闌、漸暈光闌均有關(guān)；、軸外點(diǎn)成像光束寬度取決于孔徑光闌、漸暈光闌均有關(guān)；4 4、孔徑光闌普通為圓形，視場(chǎng)光闌為圓形或者矩形。、孔徑光闌普通為圓形，視場(chǎng)光闌為圓形或者矩形?？讖焦怅@在物鏡中的位置孔徑光闌在物鏡中的位置 第三節(jié)第三節(jié) 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇 一、雙目望遠(yuǎn)鏡的組成一、雙目望遠(yuǎn)鏡的組成 1 1、構(gòu)成、構(gòu)成轉(zhuǎn)像轉(zhuǎn)像物鏡、目鏡的物鏡、目鏡的共同焦面上共同焦面上2、光學(xué)參數(shù)、光學(xué)參數(shù)6o28 30視覺(jué)放大率：視覺(jué)放大率： 視場(chǎng)角：視場(chǎng)角： 108mm

21、f物18mmf 目物鏡焦距：物鏡焦距： 目鏡焦距：目鏡焦距： 5mmD 出瞳直徑：出瞳直徑： 11mmzl 出瞳間隔：出瞳間隔： 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖DDf 物f目與人眼聯(lián)用與人眼聯(lián)用,滿足光瞳銜接原那么滿足光瞳銜接原那么目視光學(xué)系統(tǒng)的視角放大率：目視光學(xué)系統(tǒng)的視角放大率： 遠(yuǎn)處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對(duì)眼睛張角遠(yuǎn)處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對(duì)眼睛張角 的正切，與該的正切，與該物體直接對(duì)眼睛張角物體直接對(duì)眼睛張角 的正切之比。的正切之比。tantan *概念區(qū)別：角放大率概念區(qū)別：角放大率12tantanff 復(fù)習(xí)：第二章復(fù)習(xí)：第二章3、分劃板、分劃板 視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌分劃板位于物、目?jī)社R的共同

22、焦面上：分劃板位于物、目?jī)社R的共同焦面上：入射窗、出射窗均在無(wú)窮遠(yuǎn)處，入射窗、出射窗均在無(wú)窮遠(yuǎn)處，分別與物、像面重合。分別與物、像面重合。tantanff 物目ffDDff物物目目DD 30mmDD 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖DDf 物f目出出瞳瞳入入瞳瞳hz物hz目hz分1物鏡的左側(cè)物鏡的左側(cè)10mm；2物鏡上；物鏡上；3物鏡右側(cè)物鏡右側(cè)10 mm 。2 2、孔徑光闌的位置：、孔徑光闌的位置：二、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的光束限制二、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的光束限制 1 1、光瞳銜接原那么：、光瞳銜接原那么： 前面系統(tǒng)的出瞳與后面系統(tǒng)的入瞳重前面系統(tǒng)的出瞳與后面系統(tǒng)的入瞳重合。合。 追跡主光線追跡主光線 的

23、投射高度的投射高度望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光闌位置望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光闌位置hz物hz目hz分1 1光闌在物鏡的左側(cè)光闌在物鏡的左側(cè)10mm10mm=4.25=4.25：oooootg(4.25 )10mm tg(4.25 )0.75mmtg(4.25 )8mm0.75tgtg(4.25 )tg(4.25 )108tg()tg9.25mmtg20.zzzzzzzzzzzhlhyfhUfhhd UhffUhhtgUtgUUfflhtgU 物分物物物物目目物物物物物目目目目物目目目目；5mm. tantankkkkhUUf 111tankkkkhhdU正切計(jì)算法正切計(jì)算法tanyfooooootg(4.25 )0t

24、g(4.25 )0tg(4.25 )8mmtgtg(4.25 )tg(4.25 )tg0()tg(4.25 )9.36mmtg21mmzzzzzzzzzzhlhyfhUfhhdUffhhtgUtgUUfflhtgU 物分物物物物目目物物物目目目目物目目目目；2光闌在物鏡上：光闌在物鏡上： tantankkkkhUUf 111tankkkkhhdU正切計(jì)算法正切計(jì)算法3 3光闌在物鏡右側(cè)光闌在物鏡右側(cè)10mm10mm： ooztg(4.25 )11 tg(4.25 )0.82mmzhl物8mmzh分9.51mmzh目21.3mmzlz11111mm10108zll111zllf物tantankk

25、kkhUUf 111tankkkkhhdU正切計(jì)算法正切計(jì)算法三、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)光束限制的總結(jié)三、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)光束限制的總結(jié)1 1、兩光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用時(shí)，普通應(yīng)滿足光瞳銜接原那么；、兩光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用時(shí)，普通應(yīng)滿足光瞳銜接原那么；2 2、目視光學(xué)系統(tǒng)的出瞳普通在外，且不小于、目視光學(xué)系統(tǒng)的出瞳普通在外，且不小于6mm6mm；4 4、分劃板就是視場(chǎng)光闌。、分劃板就是視場(chǎng)光闌。3 3、孔徑光闌大致在物鏡左右；、孔徑光闌大致在物鏡左右； 4 4、光闌位置對(duì)軸外光束位置的選擇、光闌位置對(duì)軸外光束位置的選擇(1)(1)(2)(3)(3)(2) 第四節(jié)第四節(jié) 顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制和分析顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制和分析 一

26、、簡(jiǎn)單顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制一、簡(jiǎn)單顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制 1、顯微鏡系統(tǒng)的構(gòu)成、顯微鏡系統(tǒng)的構(gòu)成二、遠(yuǎn)心光路二、遠(yuǎn)心光路 1、孔徑光闌在物鏡上、孔徑光闌在物鏡上(a) (a) 測(cè)距原理：測(cè)距原理：(b) (b) 調(diào)焦不準(zhǔn)：調(diào)焦不準(zhǔn)：2) 2) 由于調(diào)焦不準(zhǔn)確，引由于調(diào)焦不準(zhǔn)確，引 起像平面和標(biāo)尺平面起像平面和標(biāo)尺平面 不重合，從而導(dǎo)致測(cè)不重合，從而導(dǎo)致測(cè) 量誤差。量誤差。1) 1) 入瞳與物鏡邊框重合；入瞳與物鏡邊框重合；2、孔徑光闌在物鏡、孔徑光闌在物鏡 的像方焦平面上的像方焦平面上1) 入瞳位于物方無(wú)窮遠(yuǎn)。入瞳位于物方無(wú)窮遠(yuǎn)。A和和A1、B和和B1的的主光線分別重合，主光線分別重合，且軸

27、外點(diǎn)的主光線且軸外點(diǎn)的主光線平行于主軸。平行于主軸。3) 主光線是物點(diǎn)成像主光線是物點(diǎn)成像光束的中心軸，那光束的中心軸，那么物點(diǎn)么物點(diǎn)A1 B1在刻尺在刻尺平面構(gòu)成的兩個(gè)彌平面構(gòu)成的兩個(gè)彌散斑的中心間隔一散斑的中心間隔一直不變。直不變。 物方遠(yuǎn)心光路物方遠(yuǎn)心光路 (a) 測(cè)距原理：測(cè)距原理：(b) 調(diào)焦不準(zhǔn)：調(diào)焦不準(zhǔn)：三、場(chǎng)鏡的運(yùn)用三、場(chǎng)鏡的運(yùn)用 缺陷：出射主光線的投射太高，要求物鏡后面系統(tǒng)的口徑缺陷：出射主光線的投射太高，要求物鏡后面系統(tǒng)的口徑 必需非常大。必需非常大。 -1-1透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)：加長(zhǎng)光路。透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)：加長(zhǎng)光路。1 1、長(zhǎng)光路顯微鏡系統(tǒng)、長(zhǎng)光路顯微鏡系統(tǒng) 2、降低主光線，減小后

28、續(xù)光路口徑的方法、降低主光線，減小后續(xù)光路口徑的方法-1-1轉(zhuǎn)像系統(tǒng)轉(zhuǎn)像系統(tǒng) 場(chǎng)鏡：與像平面重合、或者很接近像平面的透鏡。場(chǎng)鏡：與像平面重合、或者很接近像平面的透鏡。 效果：主光線經(jīng)場(chǎng)鏡后經(jīng)過(guò)效果：主光線經(jīng)場(chǎng)鏡后經(jīng)過(guò)-1-1轉(zhuǎn)像透鏡中心，轉(zhuǎn)像透鏡中心， 從而對(duì)后面系統(tǒng)的口徑要求最小。從而對(duì)后面系統(tǒng)的口徑要求最小。 場(chǎng)鏡起到使前后系統(tǒng)的光瞳銜接的作用。場(chǎng)鏡起到使前后系統(tǒng)的光瞳銜接的作用。 實(shí)踐設(shè)計(jì)：實(shí)踐設(shè)計(jì)： 在在-1-1轉(zhuǎn)像透鏡前、物鏡的實(shí)像面處加場(chǎng)鏡。轉(zhuǎn)像透鏡前、物鏡的實(shí)像面處加場(chǎng)鏡。場(chǎng)鏡的運(yùn)用場(chǎng)鏡的運(yùn)用四、顯微鏡系統(tǒng)光束選擇的總結(jié)四、顯微鏡系統(tǒng)光束選擇的總結(jié)1、普通情況，孔徑光闌在顯微物鏡

29、上；、普通情況，孔徑光闌在顯微物鏡上；4、長(zhǎng)光路顯微鏡系統(tǒng)：、長(zhǎng)光路顯微鏡系統(tǒng)： 利用場(chǎng)鏡到達(dá)前后系統(tǒng)的光瞳銜接，利用場(chǎng)鏡到達(dá)前后系統(tǒng)的光瞳銜接， 減小光學(xué)零件尺寸。減小光學(xué)零件尺寸。2、一次實(shí)像面處安放視場(chǎng)光闌；、一次實(shí)像面處安放視場(chǎng)光闌；3、測(cè)長(zhǎng)顯微鏡，孔徑光闌在顯微物鏡焦平面上、測(cè)長(zhǎng)顯微鏡，孔徑光闌在顯微物鏡焦平面上 物方遠(yuǎn)心光路物方遠(yuǎn)心光路第五節(jié)第五節(jié) 光學(xué)系統(tǒng)的景深光學(xué)系統(tǒng)的景深同一位置不同景深的效果同一位置不同景深的效果一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像一、光學(xué)系統(tǒng)的空間像1、平面上的空間像：空間點(diǎn)成像于一個(gè)像平面上。、平面上的空間像：空間點(diǎn)成像于一個(gè)像平面上。對(duì)準(zhǔn)平面對(duì)準(zhǔn)平面景像平面景像平面共

30、軛共軛 以入瞳中心為投影中心，以各空間點(diǎn)的主光線為投以入瞳中心為投影中心，以各空間點(diǎn)的主光線為投影方向，向?qū)?zhǔn)平面投影，對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)在景象平面上的影方向，向?qū)?zhǔn)平面投影，對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)在景象平面上的共軛點(diǎn)即為空間點(diǎn)的平面像。共軛點(diǎn)即為空間點(diǎn)的平面像。 平面上的空間像的獲得：平面上的空間像的獲得： 對(duì)準(zhǔn)平面外的空間點(diǎn)，在景象平面產(chǎn)生一個(gè)彌散斑。對(duì)準(zhǔn)平面外的空間點(diǎn)，在景象平面產(chǎn)生一個(gè)彌散斑。彌散斑的直徑與入瞳直徑、與景象平面的間隔有關(guān)。彌散斑的直徑與入瞳直徑、與景象平面的間隔有關(guān)。 或：在像空間以出瞳中心為投影中心，仍以各空間點(diǎn)的或：在像空間以出瞳中心為投影中心，仍以各空間點(diǎn)的主光線為投影方向，各空間像

31、點(diǎn)向景象平面投影，可得主光線為投影方向，各空間像點(diǎn)向景象平面投影，可得空間點(diǎn)的平面像?？臻g點(diǎn)的平面像。2、透視失真、透視失真 投影中心前后挪動(dòng)，所得投影像與景物不成比例。投影中心前后挪動(dòng)，所得投影像與景物不成比例。 3、景像畸變、景像畸變 pp1p1p2p2p 二、光學(xué)系統(tǒng)的景深二、光學(xué)系統(tǒng)的景深 成像空間的景深：成像空間的景深： 在景象平面上所獲得的成明晰像的物空間深度。在景象平面上所獲得的成明晰像的物空間深度。 遠(yuǎn)景遠(yuǎn)景平面平面近景平面近景平面12 入瞳中心：入瞳中心：物空間參數(shù)物空間參數(shù)的起算原點(diǎn)的起算原點(diǎn) 出瞳中心：出瞳中心：像空間參數(shù)像空間參數(shù)的起算原點(diǎn)的起算原點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)平面的彌散斑直徑

32、：對(duì)準(zhǔn)平面的彌散斑直徑：12z z11zz 22zz 景像平面的彌散斑直徑：景像平面的彌散斑直徑：1112pppaz2222pppaz由類似三角形得：由類似三角形得：1112pppaz2222pppaz1112ppzap 2222ppzap 1212, ,z za p p p 12,z z是否可以看做一個(gè)幾何點(diǎn)，取決于其對(duì)觀測(cè)元件的張角！兩個(gè)要素：觀測(cè)間隔、極限分辨角兩個(gè)要素：觀測(cè)間隔、極限分辨角 正確透視間隔：察看間隔滿足照片上各點(diǎn)對(duì)人眼睛的張正確透視間隔：察看間隔滿足照片上各點(diǎn)對(duì)人眼睛的張角，與直接察看空間時(shí)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)眼睛的張角相等。角，與直接察看空間時(shí)各對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)眼睛的張角相等。眼睛眼睛ppuDypytantanppyyD以下推導(dǎo)以下推導(dǎo)不思索正負(fù)號(hào)不思索正負(fù)號(hào)以照相機(jī)為例，分析人眼看照片以為是明晰圖像的情況：以照相機(jī)為例，分析人眼看照片以為是明晰圖像的情況：人眼的極限分辨角12zzzzp對(duì)準(zhǔn)平面上對(duì)應(yīng)彌散斑的允許值：對(duì)準(zhǔn)平面