工程光學(xué)郁道銀優(yōu)制材料

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1、工程光學(xué)工程光學(xué)第第4章章 -2光學(xué)系統(tǒng)中的光闌光學(xué)系統(tǒng)中的光闌與與光束限制光束限制1嚴(yán)選課件第一節(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)的景深第六節(jié)第六節(jié) 數(shù)碼照相機(jī)鏡頭的景深（自學(xué)）數(shù)碼照相機(jī)鏡頭的景深（自學(xué)）2嚴(yán)選課件 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、3嚴(yán)選課件2、光學(xué)參數(shù)、光學(xué)參數(shù)6o28 30視覺放大率視覺放大率： 視場角：視場角： 108mmf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 出瞳距離：出瞳距離： 望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)簡化圖望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)簡化圖DDf 物f目與人眼聯(lián)用與人眼聯(lián)用,滿足滿足光瞳銜接原則光瞳銜接原則4嚴(yán)選課件目視光學(xué)系統(tǒng)的目視光學(xué)系統(tǒng)的視角放大率：視角放大率： 遠(yuǎn)處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對眼睛張角遠(yuǎn)處物體經(jīng)系統(tǒng)所成的像對眼睛張角 的正切，與該的正切，與該物體直接對眼睛張角物體直接對眼睛張角 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12

3、tantanff 復(fù)習(xí)：第二章復(fù)習(xí)：第二章5嚴(yán)選課件3、分劃板、分劃板 視場光闌視場光闌分劃板位于物、目兩鏡的共同焦面上：分劃板位于物、目兩鏡的共同焦面上：入射窗、出射窗均在無窮遠(yuǎn)處，入射窗、出射窗均在無窮遠(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)簡化圖望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)簡化圖DDf 物f目出出瞳瞳入入瞳瞳6嚴(yán)選課件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

4、、光瞳銜接原則：、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。前面系統(tǒng)的出瞳與后面系統(tǒng)的入瞳重合。 追跡主光線追跡主光線 的投射高度的投射高度7嚴(yán)選課件望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光闌位置望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光闌位置8嚴(yán)選課件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

5、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tanyf2DZ通（h+h ）9嚴(yán)選課件ooooootg(4.25 )0tg(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10嚴(yán)選課件3 3）光闌在物鏡右側(cè)

6、）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tantankkkkhUUf 111tankkkkhhdU正切計(jì)算法正切計(jì)算法11嚴(yán)選課件2DZ通（h+h ）通光口徑計(jì)算（表通光口徑計(jì)算（表4-14-1） h h為軸上點(diǎn)邊緣光線投射高度（平行光線）為軸上點(diǎn)邊緣光線投射高度（平行光線）12嚴(yán)選課件三、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)，一般應(yīng)滿足光瞳銜接原則；、兩光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用時(shí)，一般應(yīng)滿足光瞳銜接原則；2

7、2、目視光學(xué)系統(tǒng)的出瞳一般在外，且不小于、目視光學(xué)系統(tǒng)的出瞳一般在外，且不小于6mm6mm；4 4、分劃板就是視場光闌。、分劃板就是視場光闌。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、光闌位置對軸外光束位置的選擇、光闌位置對軸外光束位置的選擇(1)(1)(2)(3)(3)(2)13嚴(yán)選課件 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、簡單顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制一、簡單顯微鏡系統(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14嚴(yán)選課件二、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) 測距原理：測距原理：

8、(b) (b) 調(diào)焦不準(zhǔn)：調(diào)焦不準(zhǔn)：2) 2) 由于調(diào)焦不精確，引由于調(diào)焦不精確，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)致測不重合，從而導(dǎo)致測 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；15嚴(yán)選課件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) 入瞳位于物方無窮遠(yuǎn)。入瞳位于物方無窮遠(yuǎn)。2) A和和A1、B和和B1的主的主光線分別重合，且光線分別重合，且軸外點(diǎn)的主光線平軸外點(diǎn)的主光線平行于主軸。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，則光束的中心軸，則物點(diǎn)物點(diǎn)A1 B1在刻尺平在刻尺平面構(gòu)成的兩個(gè)彌散面構(gòu)成的

9、兩個(gè)彌散斑的斑的中心間隔中心間隔始終始終不變。不變。 物方遠(yuǎn)心光路物方遠(yuǎn)心光路 (a) 測距原理：測距原理：(b) 調(diào)焦不準(zhǔn)：調(diào)焦不準(zhǔn)：16嚴(yán)選課件三、場鏡的應(yīng)用三、場鏡的應(yīng)用 缺點(diǎn)：出射缺點(diǎn)：出射主光線的投射太高，要求物鏡后面系統(tǒng)的口徑主光線的投射太高，要求物鏡后面系統(tǒng)的口徑 必須非常大。必須非常大。 -1-1透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)：加長光路。透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)：加長光路。1 1、長光路顯微鏡系統(tǒng)、長光路顯微鏡系統(tǒng)17嚴(yán)選課件 2、降低主光線，減小后續(xù)光路口徑的辦法、降低主光線，減小后續(xù)光路口徑的辦法-1-1轉(zhuǎn)像系統(tǒng)轉(zhuǎn)像系統(tǒng) 場鏡：場鏡：與像平面重合、或者很靠近像平面的透鏡。與像平面重合、或者很靠近像平面的

10、透鏡。 效果：效果：主光線經(jīng)場鏡后通過主光線經(jīng)場鏡后通過-1-1轉(zhuǎn)像透鏡中心，轉(zhuǎn)像透鏡中心， 從而對后面系統(tǒng)的口徑要求最小。從而對后面系統(tǒng)的口徑要求最小。 場鏡起到使前后系統(tǒng)的光瞳銜接的作用。場鏡起到使前后系統(tǒng)的光瞳銜接的作用。 實(shí)際設(shè)計(jì)：實(shí)際設(shè)計(jì)： 在在-1-1轉(zhuǎn)像透鏡前、物鏡的實(shí)像面處加場鏡。轉(zhuǎn)像透鏡前、物鏡的實(shí)像面處加場鏡。18嚴(yán)選課件場鏡的應(yīng)用場鏡的應(yīng)用19嚴(yán)選課件四、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、一般情況，孔徑光闌在顯微物鏡上；、一般情況，孔徑光闌在顯微物鏡上；4、長光路顯微鏡系統(tǒng)：、長光路顯微鏡系統(tǒng)： 利用場鏡達(dá)到前后系統(tǒng)的光瞳銜接，利用場鏡達(dá)到前后系統(tǒng)的

11、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)像面處安放視場光闌；、一次實(shí)像面處安放視場光闌；3、測長顯微鏡，孔徑光闌在顯微物鏡焦平面上、測長顯微鏡，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20嚴(yán)選課件第五節(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21嚴(yán)選課件一、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：、平面上的空間像：空間點(diǎn)成像于一個(gè)像平面上?？臻g點(diǎn)成像于一個(gè)像平面上。對準(zhǔn)平面對準(zhǔn)平面景像平面景像平面共軛共軛22嚴(yán)選課件 以以入瞳中心入瞳中心為投影中心，以各空間點(diǎn)的為投影中心，以各空間點(diǎn)的主光線主光線為投為投影方

12、向，向影方向，向?qū)?zhǔn)平面對準(zhǔn)平面投影，對應(yīng)投影點(diǎn)在景象平面上的投影，對應(yīng)投影點(diǎn)在景象平面上的共軛點(diǎn)共軛點(diǎn)即為空間點(diǎn)的平面像。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。彌散斑的直徑與彌散斑的直徑與入瞳直徑入瞳直徑、與景象平面的距離與景象平面的距離有關(guān)。有關(guān)。 或：在像空間以或：在像空間以出瞳中心出瞳中心為投影中心，仍以各空間點(diǎn)的為投影中心，仍以各空間點(diǎn)的主光線為投影方向，各空間像點(diǎn)向主光線為投影方向，各空間像點(diǎn)向景象平面景象平面投影，可得投影，可得空間點(diǎn)的平面像。空間點(diǎn)的平面像。

13、23嚴(yán)選課件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清晰像的在景象平面上所獲得的成清晰像的物空間深度物空間深度。 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：像空間像空間參數(shù)參數(shù)的起算原點(diǎn)的起算原點(diǎn)24嚴(yán)選課件對準(zhǔn)對準(zhǔn)平面的彌散斑直徑：平面的彌散斑直徑：12z z11zz 22zz 景像景像平面的彌散斑直徑：平面的彌散斑直徑：1112pppaz2222pppaz由相似三角形得：由相似三角形得：1112pppaz2222pppaz1112ppza

14、p 2222ppzap 1212, ,z za p p p 12,z z是否可以看做一個(gè)幾何點(diǎn)，取決于其對觀測元件的張角！兩個(gè)因素：觀測距離、極限分辨角兩個(gè)因素：觀測距離、極限分辨角25嚴(yán)選課件 正確透視距離：正確透視距離：觀察距離滿足照片上各點(diǎn)對人眼睛的張觀察距離滿足照片上各點(diǎn)對人眼睛的張角，與直接觀察空間時(shí)各對應(yīng)點(diǎn)對眼睛的張角相等。角，與直接觀察空間時(shí)各對應(yīng)點(diǎn)對眼睛的張角相等。眼睛眼睛ppuDypytantanppyyD以下推導(dǎo)以下推導(dǎo)不考慮正負(fù)號不考慮正負(fù)號以照相機(jī)為例，分析人眼看照片認(rèn)為是清晰圖像的情況：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26嚴(yán)選課件12

15、zzzzp對準(zhǔn)平面上對應(yīng)彌散斑的允許值：對準(zhǔn)平面上對應(yīng)彌散斑的允許值：11112zapzpp21222zapzpp遠(yuǎn)景、近景到對準(zhǔn)平面的距離：遠(yuǎn)景、近景到對準(zhǔn)平面的距離：221222ppapap 1122zaapp2222zaapp1112ppzap2222ppzap遠(yuǎn)景、近景到入瞳的距離：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景像平面（照片）上彌散斑直徑的允許值12zzzDp yDppy1 2清晰像：彌散斑直徑對人眼的張角人眼的極限分辨角12, (2 , , )a p 27嚴(yán)選課件總成像深度總成像深度景深景深22222144paap224tan4tanpUU Upata

16、n22物方孔徑角物方孔徑角U：軸上物點(diǎn)：軸上物點(diǎn)-入瞳邊緣連線與光軸的夾角。入瞳邊緣連線與光軸的夾角。眼睛眼睛ppu2a2,aU 28嚴(yán)選課件例：照相機(jī)的原理圖例：照相機(jī)的原理圖29嚴(yán)選課件光圈大小對于景深的影響光圈大小對于景深的影響224tan4tanpUU Upatan222,aU 30嚴(yán)選課件對于對于固定焦距和拍攝距離固定焦距和拍攝距離，使用光圈越小，景深越大，使用光圈越小，景深越大31嚴(yán)選課件n孔徑光闌孔徑光闌光圈光圈相對孔徑相對孔徑D/f(入瞳直徑與焦距之比入瞳直徑與焦距之比)32嚴(yán)選課件例例1：現(xiàn)有一照相機(jī)，其物鏡：現(xiàn)有一照相機(jī)，其物鏡f=75mm，現(xiàn)以常攝距離，現(xiàn)以常攝距離p=3

17、m進(jìn)行拍攝，光圈的進(jìn)行拍攝，光圈的相對孔徑相對孔徑D/f(入瞳直徑與焦距之入瞳直徑與焦距之比比)分別采用分別采用1/3.5和和1/22，試分別求其景深。，試分別求其景深。21222244apap 222222221)1/ 3.5221.433.54243.980.2439842)1/ 2223.412241637.371.637374DfaDmmfapmmmapDfaDmmfapmmmap 解：解：10.00029rad人眼的極限分辨角：33嚴(yán)選課件F/3.5不同光圈的效果不同光圈的效果F/11F/3234嚴(yán)選課件1 1、使、使對準(zhǔn)平面前的整個(gè)空間對準(zhǔn)平面前的整個(gè)空間都能在景像平面上成清晰像：

18、都能在景像平面上成清晰像： 1即，遠(yuǎn)景深度：即，遠(yuǎn)景深度：三、特例三、特例20ap212pap 景深：自入瞳前距離景深：自入瞳前距離a/處的平面起至無限遠(yuǎn)。處的平面起至無限遠(yuǎn)。2ap（對準(zhǔn)平面）（對準(zhǔn)平面）appapppp222222近景位置：近景位置：35嚴(yán)選課件 p2、照相物鏡、照相物鏡調(diào)焦到無限遠(yuǎn)調(diào)焦到無限遠(yuǎn)：END4景深：自入瞳前距離景深：自入瞳前距離2a/處的平面起至無限遠(yuǎn)。處的平面起至無限遠(yuǎn)。（對準(zhǔn)平面）（對準(zhǔn)平面）pz 2ap222222zaapp近景位置：近景位置：36嚴(yán)選課件（一）長景深的照片（一）長景深的照片37嚴(yán)選課件38嚴(yán)選課件39嚴(yán)選課件40嚴(yán)選課件（二）短景深照片（二）短景深照片41嚴(yán)選課件42嚴(yán)選課件43嚴(yán)選課件44嚴(yán)選課件作業(yè)作業(yè)-1圖圖3-245嚴(yán)選課件作業(yè)作業(yè)-2第第4章課后習(xí)題章課后習(xí)題446嚴(yán)選課件