工程光學(xué)郁道銀

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1、2021/6/4 1 工 程 光 學(xué)第 4章 -2光 學(xué) 系 統(tǒng) 中 的 光 闌與 光 束 限 制 2021/6/4 2 第 一 節(jié) 光 闌第 二 節(jié) 照 相 系 統(tǒng) 的 光 闌 第 三 節(jié) 望 遠(yuǎn) 鏡 系 統(tǒng) 中 成 像 光 束 的 選 擇第 四 節(jié) 顯 微 鏡 系 統(tǒng) 中 的 光 束 限 制 與 分 析第 五 節(jié) 光 學(xué) 系 統(tǒng) 的 景 深第 六 節(jié) 數(shù) 碼 照 相 機(jī) 鏡 頭 的 景 深 （ 自 學(xué) ） 2021/6/4 3 第 三 節(jié) 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 1、 構(gòu) 成 轉(zhuǎn) 像 物 鏡 、 目 鏡 的共 同 焦 面

2、上 2021/6/4 4 2、 光 學(xué) 參 數(shù) 6 o2 8 30 視 覺(jué) 放 大 率 ： 視 場(chǎng) 角 ： 108mmf 物 18mmf 目 物 鏡 焦 距 ： 目 鏡 焦 距 ： 5mmD 出 瞳 直 徑 ： 11mmzl 出 瞳 距 離 ： 望 遠(yuǎn) 鏡 系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 化 圖D Df 物 f 目與人眼聯(lián)用,滿(mǎn)足光瞳銜接原則 2021/6/4 5 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 的 正 切 ， 與 該物 體 直 接 對(duì) 眼 睛 張 角 的 正 切 之 比 。 tantan *概 念 區(qū) 別 ： 角 放 大 率 1

3、2tantan ff 復(fù)習(xí)：第二章 2021/6/4 6 3、 分 劃 板 視 場(chǎng) 光 闌分 劃 板 位 于 物 、 目 兩 鏡 的 共 同 焦 面 上 ：入 射 窗 、 出 射 窗 均 在 無(wú) 窮 遠(yuǎn) 處 ，分 別 與 物 、 像 面 重 合 。 tantan ff 物目f fDD f f 物 物目 目DD 30mmD D 望 遠(yuǎn) 鏡 系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 化 圖D Df 物 f 目出瞳入瞳 2021/6/4 7hz物hz目hz分 1） 物 鏡 的 左 側(cè) 10mm；2） 物 鏡 上 ；3） 物 鏡 右 側(cè) 10 mm 。2、 孔 徑 光 闌 的 位 置 ：二 、 望 遠(yuǎn) 鏡 系 統(tǒng) 中 的 光 束

4、限 制 1、 光 瞳 銜 接 原 則 ： 前 面 系 統(tǒng) 的 出 瞳 與 后 面 系 統(tǒng) 的 入 瞳 重 合 。 追 跡 主 光 線(xiàn) 的 投 射 高 度 2021/6/4 8 望 遠(yuǎn) 鏡 系 統(tǒng) 的 光 闌 位 置 2021/6/4 9 hz物hz目hz分1） 光 闌 在 物 鏡 的 左 側(cè) 10mm（ =4.25 ） ：o o oo otg( 4.25 ) 10mm tg( 4.25 ) 0.75mmtg( 4.25 ) 8mm 0.75tg tg( 4.25 ) tg( 4.25 ) 108tg ( )tg 9.25mmtg20.zzz zz z zz z z z h lh y f hU

5、fh h d U h f f Uh htgU tgU Uf fl h tgU 物分 物 物物 物目 目物 物 物 物 物目 目 目 目 物目 目目 目 ； ；5mm. tan tan kk k khU U f 1 1 1tank k k kh h d U 正 切 計(jì) 算 法 tany f 2D Z通 （ h+h ） 2021/6/4 10 o ooo o otg( 4.25 ) 0 tg( 4.25 ) 0tg( 4.25 ) 8mmtg tg( 4.25 ) tg( 4.25 )tg 0 ( )tg( 4.25 ) 9.36mmtg21mmzzz zz z z zz z h lh y f h

6、U fh h d U f fh htgU tgU Uf fl h tgU 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 ： tan tan kk k khU U f 1 1 1tank k k kh h d U 正 切 計(jì) 算 法 2021/6/4 11 3） 光 闌 在 物 鏡 右 側(cè) 10mm： o oztg( 4.25 ) 11 tg( 4.25 ) 0.82mmzh l 物 8mm zh 分 9.51mmzh 目 21.3mmzl z1 1 1 11mm10 108z ll 1 1 1zl l f 物 tan tan kk k

7、khU U f 1 1 1tank k k kh h d U 正 切 計(jì) 算 法 2021/6/4 12 2D Z通 （ h+h ）通 光 口 徑 計(jì) 算 （ 表 4-1） h為 軸 上 點(diǎn) 邊 緣 光 線(xiàn) 投 射 高 度 （ 平 行 光 線(xiàn) ） 2021/6/4 13三 、 望 遠(yuǎn) 鏡 系 統(tǒng) 光 束 限 制 的 總 結(jié)1、 兩 光 學(xué) 系 統(tǒng) 聯(lián) 用 時(shí) ， 一 般 應(yīng) 滿(mǎn) 足 光 瞳 銜 接 原 則 ；2、 目 視 光 學(xué) 系 統(tǒng) 的 出 瞳 一 般 在 外 ， 且 不 小 于 6mm；4、 分 劃 板 就 是 視 場(chǎng) 光 闌 。3、 孔 徑 光 闌 大 致 在 物 鏡 左 右 ； 4、

8、 光 闌 位 置 對(duì) 軸 外 光 束 位 置 的 選 擇(1)(1) (2) (3)(3)(2) 2021/6/4 14 第 四 節(jié) 顯 微 鏡 系 統(tǒng) 中 的 光 束 限 制 和 分 析 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 2021/6/4 15 二 、 遠(yuǎn) 心 光 路 1、 孔 徑 光 闌 在 物 鏡 上 (a) 測(cè) 距 原 理 ：(b) 調(diào) 焦 不 準(zhǔn) ：2) 由 于 調(diào) 焦 不 精 確 ， 引 起 像 平 面 和 標(biāo) 尺 平 面 不 重 合 ， 從 而 導(dǎo) 致 測(cè) 量 誤 差 。1) 入 瞳 與 物 鏡 邊 框 重 合 ；

9、2021/6/4 16 2、 孔 徑 光 闌 在 物 鏡 的 像 方 焦 平 面 上1) 入 瞳 位 于 物 方 無(wú) 窮 遠(yuǎn) 。 A和 A1、 B和B1的 主光 線(xiàn) 分 別 重 合 ， 且軸 外 點(diǎn) 的 主 光 線(xiàn) 平行 于 主 軸 。3) 主 光 線(xiàn) 是 物 點(diǎn) 成 像光 束 的 中 心 軸 ， 則物 點(diǎn) A 1 B1在 刻 尺 平面 構(gòu) 成 的 兩 個(gè) 彌 散斑 的 中 心 間 隔 始 終不 變 。 物 方 遠(yuǎn) 心 光 路 (a) 測(cè)距原理：(b) 調(diào)焦不準(zhǔn)： 2021/6/4 17 三 、 場(chǎng) 鏡 的 應(yīng) 用 缺 點(diǎn) ： 出 射 主 光 線(xiàn) 的 投 射 太 高 ， 要 求 物 鏡 后 面

10、 系 統(tǒng) 的 口 徑 必 須 非 常 大 。 -1 透 鏡 轉(zhuǎn) 像 系 統(tǒng) ： 加 長(zhǎng) 光 路 。1、 長(zhǎng) 光 路 顯 微 鏡 系 統(tǒng) 2021/6/4 18 2、 降 低 主 光 線(xiàn) ， 減 小 后 續(xù) 光 路 口 徑 的 辦 法 -1 轉(zhuǎn) 像 系 統(tǒng) 場(chǎng) 鏡 ： 與 像 平 面 重 合 、 或 者 很 靠 近 像 平 面 的 透 鏡 。 效 果 ： 主 光 線(xiàn) 經(jīng) 場(chǎng) 鏡 后 通 過(guò) -1 轉(zhuǎn) 像 透 鏡 中 心 ， 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 。 實(shí) 際 設(shè) 計(jì) ： 在 -1 轉(zhuǎn) 像 透

11、鏡 前 、 物 鏡 的 實(shí) 像 面 處 加 場(chǎng) 鏡 。 2021/6/4 19 場(chǎng) 鏡 的 應(yīng) 用 2021/6/4 20 四 、 顯 微 鏡 系 統(tǒng) 光 束 選 擇 的 總 結(jié)1、 一 般 情 況 ， 孔 徑 光 闌 在 顯 微 物 鏡 上 ；4、 長(zhǎng) 光 路 顯 微 鏡 系 統(tǒng) ： 利 用 場(chǎng) 鏡 達(dá) 到 前 后 系 統(tǒng) 的 光 瞳 銜 接 ， 減 小 光 學(xué) 零 件 尺 寸 。2、 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 物 方 遠(yuǎn) 心 光 路 2021/6/4 21 第 五 節(jié) 光 學(xué) 系 統(tǒng)

12、的 景 深同 一 位 置 不 同 景 深 的 效 果 2021/6/4 22 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 。對(duì) 準(zhǔn) 平 面 景 像 平 面共 軛 2021/6/4 23 以 入 瞳 中 心 為 投 影 中 心 ， 以 各 空 間 點(diǎn) 的 主 光 線(xiàn) 為 投影 方 向 ， 向 對(duì) 準(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 。 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

13、 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 距 離 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) 的主 光 線(xiàn) 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 。 2021/6/4 24pp 1p1p 2p2p 二 、 光 學(xué) 系 統(tǒng) 的 景 深 成 像 空 間 的 景 深 ： 在 景 象 平 面 上 所 獲 得 的 成 清 晰 像 的 物 空 間 深 度 。 遠(yuǎn) 景平 面 近 景 平 面 1 2 入 瞳 中 心 ：

14、物 空 間 參 數(shù) 的 起 算 原 點(diǎn) 出 瞳 中 心 ：像 空 間 參 數(shù)的 起 算 原 點(diǎn) 2021/6/4 25 對(duì) 準(zhǔn) 平 面 的 彌 散 斑 直 徑 ： 1 2z z1 1z z 2 2z z 景 像 平 面 的 彌 散 斑 直 徑 ： 1112 p ppaz 2 222 p ppaz 由 相 似 三 角 形 得 ： 111 2 p ppaz 2 22 2 p ppaz 11 12 p pz a p 22 22 p pz a p 1 2 1 2, , , ,z z a p p p 1 2,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

15、張 角 ！兩個(gè)因素：觀測(cè)距離、極限分辨角 2021/6/4 26 正 確 透 視 距 離 ： 觀 察 距 離 滿(mǎn) 足 照 片 上 各 點(diǎn) 對(duì) 人 眼 睛 的 張角 ， 與 直 接 觀 察 空 間 時(shí) 各 對(duì) 應(yīng) 點(diǎn) 對(duì) 眼 睛 的 張 角 相 等 。眼 睛 pp uDypy tantan ppyyD 以 下 推 導(dǎo)不 考 慮 正 負(fù) 號(hào) 以 照 相 機(jī) 為 例 ， 分 析 人 眼 看 照 片 認(rèn) 為 是 清 晰 圖 像 的 情 況 ： ： 人 眼 的極 限 分 辨 角 2021/6/4 27 1 2 zz z z p 對(duì) 準(zhǔn) 平 面 上 對(duì) 應(yīng) 彌 散 斑 的 允 許 值 ： 1111 2 z

16、apzpp 2122 2 zapzpp 遠(yuǎn) 景 、 近 景 到 對(duì) 準(zhǔn) 平 面 的 距 離 ：2 21 22 2p pa p a p 11 22 zaapp 22 22 zaapp 11 12 p pz a p 22 22 p pz a p 遠(yuǎn) 景 、 近 景 到 入 瞳 的 距 離 ： 景 像 平 面 （ 照 片 ） 上 彌 散 斑 直 徑 的 允 許 值1 2z z z D p yD p py 1 2 清 晰 像 ： 彌 散 斑 直 徑 對(duì) 人 眼 的 張 角 人 眼 的 極 限 分 辨 角 1 2, (2 , , )a p 2021/6/4 28 總 成 像 深 度 景 深 222 22

17、1 4 4 pa ap 2 24 tan4 tanp UU Upa tan22 物 方 孔 徑 角 U： 軸 上 物 點(diǎn) -入 瞳 邊 緣 連 線(xiàn) 與 光 軸 的 夾 角 。眼 睛 pp u2a 2 , ,a U 2021/6/4 29 例 ： 照 相 機(jī) 的 原 理 圖 2021/6/4 30 光 圈 大 小 對(duì) 于 景 深 的 影 響2 24 tan4tanp UU Upa tan22 2 , ,a U 2021/6/4 31對(duì) 于 固 定 焦 距 和 拍 攝 距 離 ， 使 用 光 圈 越 小 ， 景 深 越 大 2021/6/4 32 n 孔 徑 光 闌 光 圈相對(duì)孔徑D/f(入瞳直徑

18、與焦距之比) 2021/6/4 33 例 1： 現(xiàn) 有 一 照 相 機(jī) ， 其 物 鏡 f=75mm， 現(xiàn) 以 常 攝 距 離p=3m進(jìn) 行 拍 攝 ， 光 圈 的 相 對(duì) 孔 徑 D/f(入 瞳 直 徑 與 焦 距 之比 )分 別 采 用 1/3.5和 1/22， 試 分 別 求 其 景 深 。 21 2 2 2 244 apa p 22 2 222 2 21) 1 / 3.5 2 21.433.54 243.98 0.2439842) 1 / 22 2 3.41224 1637.37 1.637374D fa D mmf ap mm ma pD fa D mmf ap mm ma p 解：

19、1 0.00029rad 人 眼 的 極 限 分 辨 角 ： 2021/6/4 34 F/3.5不 同 光 圈 的 效 果F/11F/32 2021/6/4 35 1、 使 對(duì) 準(zhǔn) 平 面 前 的 整 個(gè) 空 間 都 能 在 景 像 平 面 上 成 清 晰 像 ： 1即 ， 遠(yuǎn) 景 深 度 ：三 、 特 例 2 0a p 21 2 pa p 景 深 ： 自 入 瞳 前 距 離 a/處 的 平 面 起 至 無(wú) 限 遠(yuǎn) 。2ap （對(duì)準(zhǔn)平面） appapppp 22 2222近 景 位 置 ： 2021/6/4 36 p2、 照 相 物 鏡 調(diào) 焦 到 無(wú) 限 遠(yuǎn) ： END4景 深 ： 自 入

20、瞳 前 距 離 2a/處 的 平 面 起 至 無(wú) 限 遠(yuǎn) 。（對(duì)準(zhǔn)平面）pz 2 ap 22 22 22 zaapp 近景位置： 2021/6/4 37 （ 一 ） 長(zhǎng) 景 深 的 照 片 2021/6/4 38 2021/6/4 39 2021/6/4 40 2021/6/4 41 （ 二 ） 短 景 深 照 片 2021/6/4 42 2021/6/4 43 2021/6/4 44 2021/6/4 45 作 業(yè) -1 圖 3-2 2021/6/4 46 作 業(yè) -2第 4章 課 后 習(xí) 題 4 部 分 資 料 從 網(wǎng) 絡(luò) 收 集 整理 而 來(lái) ， 供 大 家 參 考 ，感 謝 您 的 關(guān) 注 ！