chapter5高頻（課堂PPT）

1、應用光學講稿1第五章第五章 成像系統(tǒng)中光束的選擇成像系統(tǒng)中光束的選擇應用光學講稿2 前面的研究沒有對光學零件的大小加以限制前面的研究沒有對光學零件的大小加以限制 組成光學系統(tǒng)的所有零件都有一定的尺寸大小組成光學系統(tǒng)的所有零件都有一定的尺寸大小 實際的光學系統(tǒng)除了應滿足前述的實際的光學系統(tǒng)除了應滿足前述的物象共軛位物象共軛位置關系和成像放大率置關系和成像放大率的要求外，還要有一定的的要求外，還要有一定的成像范圍成像范圍應用光學講稿3 由一點發(fā)出能進入透鏡或光學系統(tǒng)的光束，其立體角大小決定于由一點發(fā)出能進入透鏡或光學系統(tǒng)的光束，其立體角大小決定于透鏡的直徑。透鏡的直徑。5-1 光闌及其作用光闌及其

2、作用 裝夾透鏡和其他零件的金屬框的內孔邊緣就是限制光束的光孔，裝夾透鏡和其他零件的金屬框的內孔邊緣就是限制光束的光孔，這個光孔對光學零件來說被稱為這個光孔對光學零件來說被稱為“通光孔徑通光孔徑” 應用光學講稿4 光闌的定義光闌的定義 夾持光學零件的金屬框（透鏡框、棱鏡框）或者人夾持光學零件的金屬框（透鏡框、棱鏡框）或者人為設置的裝置限制了成像光束的大小，為設置的裝置限制了成像光束的大小，光學中這種光學中這種限制成像光束的光孔稱為光闌。限制成像光束的光孔稱為光闌。 有些光孔的大小是可變化的，這種光闌稱為有些光孔的大小是可變化的，這種光闌稱為“可變可變光闌光闌” 應用光學講稿5光闌在光學系統(tǒng)中的作

3、用：光闌在光學系統(tǒng)中的作用： 決定像面的照度。決定像面的照度。 決定系統(tǒng)的視場。決定系統(tǒng)的視場。 限制光束中偏離理想位置的一些光線，用以改限制光束中偏離理想位置的一些光線，用以改善系統(tǒng)的成像質量善系統(tǒng)的成像質量 攔截系統(tǒng)中有害的雜散光攔截系統(tǒng)中有害的雜散光光闌是實際光學系統(tǒng)成滿意（完善）像必不可少的零件。光闌是實際光學系統(tǒng)成滿意（完善）像必不可少的零件。 應用光學講稿6光闌按上述的作用分為：光闌按上述的作用分為： 孔徑光闌孔徑光闌 視場光闌視場光闌 漸暈光闌漸暈光闌 消雜光光闌消雜光光闌它是它是限制軸上物點成像光束立體角（錐角）的光闌。限制軸上物點成像光束立體角（錐角）的光闌。也就是起到?jīng)Q定能

4、通過光學系統(tǒng)的光能（即像平面照度）也就是起到?jīng)Q定能通過光學系統(tǒng)的光能（即像平面照度）作用的光闌。作用的光闌。應用光學講稿7 視場光闌視場光闌 限制物平面或物空間能被光學系統(tǒng)成限制物平面或物空間能被光學系統(tǒng)成像的最大范圍的光闌稱為視場光闌像的最大范圍的光闌稱為視場光闌 視場：視場： 物平面或物空間能被光學系統(tǒng)成像的最大物平面或物空間能被光學系統(tǒng)成像的最大范圍稱為視場范圍稱為視場應用光學講稿8 漸暈光闌漸暈光闌 光闌以減少軸外像差為目的，使物空間光闌以減少軸外像差為目的，使物空間軸外點發(fā)出的、原本能通過上述兩種光軸外點發(fā)出的、原本能通過上述兩種光闌的成像光束只能部分通過，這種光闌闌的成像光束只能部

5、分通過，這種光闌稱為漸暈光闌稱為漸暈光闌 漸暈漸暈 由于軸外點成像光束部分被遮擋，造成由于軸外點成像光束部分被遮擋，造成像的邊緣部分亮度比像平面中心暗，這像的邊緣部分亮度比像平面中心暗，這種現(xiàn)象叫漸暈種現(xiàn)象叫漸暈應用光學講稿9 消雜光光闌消雜光光闌 這種光闌不限制通過光學系統(tǒng)中的成像光束，只這種光闌不限制通過光學系統(tǒng)中的成像光束，只限制那些從非成像物體射來的光、光學系統(tǒng)各折限制那些從非成像物體射來的光、光學系統(tǒng)各折射面反射的光和儀器內壁反射的光等，這些光闌射面反射的光和儀器內壁反射的光等，這些光闌稱為消雜光光闌。稱為消雜光光闌。 物鏡物鏡消雜光光闌消雜光光闌分劃板應用光學講稿105-2 孔徑光

6、闌、入瞳、出瞳孔徑光闌、入瞳、出瞳一、孔徑光闌的確定一、孔徑光闌的確定當實際光組中有多個光闌時，確定方法為：當實際光組中有多個光闌時，確定方法為：各個光學孔徑各個光學孔徑成像到物空間成像到物空間；：由物點向光闌像邊緣引光線，找出光線與光軸的夾由物點向光闌像邊緣引光線，找出光線與光軸的夾角；角；：夾角最小者夾角最小者所對應的光闌即為孔徑光闌所對應的光闌即為孔徑光闌。確定方法可以通過圖解法，也可以通過解析法。確定方法可以通過圖解法，也可以通過解析法。應用光學講稿11v例例 已知一光學系統(tǒng)由三個零件組成，透鏡已知一光學系統(tǒng)由三個零件組成，透鏡1其焦距其焦距 f1= - f1 =100mm，口徑，口徑

7、D1 = 40mm；透鏡；透鏡2的焦距的焦距f2= - f2 =120mm，口徑口徑D2 = 30mm，它和透鏡，它和透鏡1之間的距離為之間的距離為d1 = 20mm；光闌；光闌3口徑為口徑為20mm，它和透鏡，它和透鏡2之間的距離之間的距離d2 = 30mm。物點。物點A的位的位置置L1 = -200mm，試確定該光組中，哪一個光孔是孔徑光闌。，試確定該光組中，哪一個光孔是孔徑光闌。 A3D2D1D1L2d1dF1,F2應用光學講稿121、圖解法、圖解法為了使各光闌和物點為了使各光闌和物點A產(chǎn)生直接聯(lián)系，把它們全部產(chǎn)生直接聯(lián)系，把它們全部成像到物空間去。成像到物空間去。3D2D3D2D1D應

8、用光學講稿13由物點向各個像邊緣引光線，得到夾角最小者所對應由物點向各個像邊緣引光線，得到夾角最小者所對應的光闌即為孔徑光闌的光闌即為孔徑光闌。D1D2D3應用光學講稿14 解：解：1. 1.由于透鏡由于透鏡1 1的前面沒有任何光組，的前面沒有任何光組，所以它本身就是在物空間的像。所以它本身就是在物空間的像。透鏡透鏡2 在透鏡在透鏡1的右邊，要使它成像光線須自右向左，屬的右邊，要使它成像光線須自右向左，屬于反向光路。而牛頓公式和高斯公式皆由正光路導出，于反向光路。而牛頓公式和高斯公式皆由正光路導出，符號規(guī)則也由正光路規(guī)定，不可隨便用于反光路。符號規(guī)則也由正光路規(guī)定，不可隨便用于反光路。2、解析

9、法：、解析法：方法：認為透鏡方法：認為透鏡2是像，求物。是像，求物。應用光學講稿15100112011112122lfllmml2522、因為、因為 f1= - f1 =100mm，l 2 = 20mm，利用高斯公，利用高斯公式：式：3D2D1D2d1dF1,F2應用光學講稿168 . 025202222llyymmy4758 . 0152 3. 3. 再求光闌再求光闌3 3被前面光組所成的像被前面光組所成的像。 必須注意：必須注意：為了求得光闌為了求得光闌3 3在物空間的像，在物空間的像，要使它分別對透鏡要使它分別對透鏡1 1、2 2成像。成像。應用光學講稿17同理，求得光闌同理，求得光闌3

10、在物空間的像在物空間的像mmy31003mml1503mm25mm150D1D2D3mm200應用光學講稿18 物點物點A對光闌對光闌D1 的張角的張角102002020011.Dtgu12122514752tgu5 .101350131003tgu 對對D2 的張角的張角 對光闌對光闌D3 的張角的張角 u2 為最小，說明光闌像為最小，說明光闌像D2 限制了物點限制了物點的的物方孔徑角物方孔徑角，故，故透鏡透鏡2的鏡框為孔徑的鏡框為孔徑光闌。光闌。 應用光學講稿19 將孔徑光闌將孔徑光闌Q Q1 1Q QQ Q2 2通過其前面的透鏡成像到物空間通過其前面的透鏡成像到物空間去，則其像去，則其像

11、P P1 1PP2 PP2 就決定了光學系統(tǒng)的物方孔徑角就決定了光學系統(tǒng)的物方孔徑角U U。-y -UPP1P2UyQQ2Q孔徑光闌孔徑光闌L1L2U 物方孔徑角物方孔徑角應用光學講稿20 孔徑光闌孔徑光闌被其前面的光組被其前面的光組在光學系統(tǒng)在光學系統(tǒng)物空間物空間所成的像稱為所成的像稱為入射光瞳入射光瞳，簡稱，簡稱入瞳入瞳。 -y -UUyQQ2Q孔徑光闌孔徑光闌L1L2U 物方孔徑角物方孔徑角PP1P2入射光瞳入射光瞳應用光學講稿21 孔徑光闌孔徑光闌Q Q1 1QQQQ2 2被被其后面的其后面的透鏡（光組）在透鏡（光組）在像空間像空間所成的像所成的像P P1 1PP2 PP2 稱為稱為出

12、射光瞳出射光瞳，簡稱簡稱出瞳出瞳，其決定了系統(tǒng)像方孔徑角其決定了系統(tǒng)像方孔徑角UU P1P2出射光瞳出射光瞳孔徑光闌孔徑光闌-y -UPUyQQ2QL1L2U 像方孔徑角像方孔徑角應用光學講稿22 入射光瞳通過整個光學系統(tǒng)所成的像入射光瞳通過整個光學系統(tǒng)所成的像就是出射光瞳就是出射光瞳 入瞳入瞳與與出瞳出瞳對整個光學系統(tǒng)是對整個光學系統(tǒng)是共軛共軛的。的。 如果孔徑光闌在整個光學系統(tǒng)的如果孔徑光闌在整個光學系統(tǒng)的像空間，那么它本身也就是出射像空間，那么它本身也就是出射光瞳；光瞳；反之，若在物空間，它就是反之，若在物空間，它就是入射入射光瞳。光瞳。應用光學講稿23 將光學系統(tǒng)中所有光學零件的通將光

13、學系統(tǒng)中所有光學零件的通光孔分別通過其前面的光學零件光孔分別通過其前面的光學零件成像到整個系統(tǒng)的成像到整個系統(tǒng)的物空間物空間去，系去，系統(tǒng)的入射光瞳必然是其中對物面統(tǒng)的入射光瞳必然是其中對物面中心的中心的張角為最小張角為最小的一個。的一個。 對于一定位置的物體而言，對于一定位置的物體而言，瞳決定了能進瞳決定了能進入系統(tǒng)成像的最大光束孔徑，且是物面上各入系統(tǒng)成像的最大光束孔徑，且是物面上各點發(fā)出的成像光束進入系統(tǒng)的點發(fā)出的成像光束進入系統(tǒng)的。應用光學講稿24QQQ2A -UP1PP2入射光瞳入射光瞳孔徑光闌孔徑光闌L1L2 2L2應用光學講稿25 將光學系統(tǒng)中所有光學零件的通將光學系統(tǒng)中所有光學

14、零件的通光孔分別通過其后面的光學零件光孔分別通過其后面的光學零件成像到整個系統(tǒng)的成像到整個系統(tǒng)的像空間像空間去，系去，系統(tǒng)的出射光瞳必然是其中對像面統(tǒng)的出射光瞳必然是其中對像面中心的中心的張角為最小張角為最小的一個。的一個。 應用光學講稿26PL1AU孔徑光闌孔徑光闌QQ2QL2P P 出射光瞳出射光瞳L1出瞳是物面上各點的成像光束經(jīng)系統(tǒng)出瞳是物面上各點的成像光束經(jīng)系統(tǒng)后射出系統(tǒng)的公共出口。后射出系統(tǒng)的公共出口。應用光學講稿27 通過入射光瞳通過入射光瞳中心中心的光線稱為的光線稱為主主光線光線 由于共軛關系，主光線也必然通由于共軛關系，主光線也必然通過孔徑光闌中心和出瞳中心。過孔徑光闌中心和出

15、瞳中心。 顯然，主光線是各個物點發(fā)出的成像顯然，主光線是各個物點發(fā)出的成像光束的光束軸線。光束的光束軸線。 光束的孔徑角是表征實際光學系統(tǒng)功光束的孔徑角是表征實際光學系統(tǒng)功能的重要性能參數(shù)之一，用能的重要性能參數(shù)之一，用 U Umax max 表示。表示。 它不但決定了像面的照度，而且還決它不但決定了像面的照度，而且還決定了光學系統(tǒng)分辨能力。定了光學系統(tǒng)分辨能力。 應用光學講稿28對于不同類型的光學系統(tǒng)，有不同的表示方法對于不同類型的光學系統(tǒng)，有不同的表示方法來表征這種孔徑角相應的性能參數(shù)來表征這種孔徑角相應的性能參數(shù) 顯微系統(tǒng)和投影系統(tǒng)的物鏡常用顯微系統(tǒng)和投影系統(tǒng)的物鏡常用nsinsinU

16、Umaxmax表表示，被稱之為示，被稱之為數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑，用，用NANA表示，即表示，即maxUsinnNA n n 物方空間的介質折射率。物方空間的介質折射率。 物方孔徑角物方孔徑角U Umaxmax越大，其越大，其數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑也越大。也越大。 進入系統(tǒng)的光能越多，理論分辨本領越高。進入系統(tǒng)的光能越多，理論分辨本領越高。應用光學講稿29 望遠系統(tǒng)和攝影系統(tǒng)常用望遠系統(tǒng)和攝影系統(tǒng)常用相對孔徑相對孔徑A來表示來表示 fDA AD fF1 D 入瞳直徑入瞳直徑 f物鏡焦距物鏡焦距 相對孔徑相對孔徑A越大，表明能進入系統(tǒng)的光能也越大，表明能進入系統(tǒng)的光能也越多越多 而照相機，則常用另一個術語而

17、照相機，則常用另一個術語光闌指數(shù)光闌指數(shù)，用，用F來表示，它是相對孔徑的倒數(shù)，即來表示，它是相對孔徑的倒數(shù)，即 F俗稱俗稱光圈光圈，相對孔徑越大時，光圈數(shù)值愈，相對孔徑越大時，光圈數(shù)值愈小小。 應用光學講稿30必須注意： 光學系統(tǒng)的孔徑光闌只是對一定位置的光學系統(tǒng)的孔徑光闌只是對一定位置的物體而言的。物體而言的。如果物體位置發(fā)生變化，原來限制光束如果物體位置發(fā)生變化，原來限制光束的孔徑光闌將會失去限制光束的作用，光的孔徑光闌將會失去限制光束的作用，光束會被其他光孔所限制。束會被其他光孔所限制。 在上例中，若物距在上例中，若物距l(xiāng)1 = -100mm = -100mm，此時光學系統(tǒng)的，此時光學系

18、統(tǒng)的孔徑光闌為哪一個？孔徑光闌為哪一個？應用光學講稿31注：在目視儀器中，出瞳的像一定要成在系統(tǒng)外面，注：在目視儀器中，出瞳的像一定要成在系統(tǒng)外面，以使眼睛的瞳孔與之重合。以使眼睛的瞳孔與之重合。合理選擇孔徑光闌的位置可以改善軸外點成像質量。合理選擇孔徑光闌的位置可以改善軸外點成像質量。 對于對于無限遠的物體無限遠的物體，光學系統(tǒng)的所有光孔，光學系統(tǒng)的所有光孔被其前面的光學零件在物空間所成的像中，被其前面的光學零件在物空間所成的像中，直徑最小的一個光孔像就是系統(tǒng)的入瞳。直徑最小的一個光孔像就是系統(tǒng)的入瞳。應用光學講稿321 1）一光闌口徑為）一光闌口徑為50mm50mm，放在透鏡后，放在透鏡后

19、30mm30mm處，處，透鏡焦距透鏡焦距 50mm50mm，口徑，口徑60mm60mm。物點。物點P P置于透鏡前置于透鏡前120mm120mm處。試求：處。試求：1 1）入射光瞳與出射光瞳的位置）入射光瞳與出射光瞳的位置2 2）像的位置）像的位置習題習題2 2）孔徑都為）孔徑都為40mm40mm的兩個薄透鏡組成一光學系統(tǒng)，的兩個薄透鏡組成一光學系統(tǒng)，一個是會聚的，焦距一個是會聚的，焦距50mm50mm，另一個發(fā)散，另一個發(fā)散，焦距焦距100mm100mm。兩透鏡相隔。兩透鏡相隔40mm40mm。對于會聚透鏡前。對于會聚透鏡前60mm60mm的物點，求的物點，求1 1）哪一個是孔徑光闌）哪一個

20、是孔徑光闌2 2）入射光瞳與出射光瞳的位置）入射光瞳與出射光瞳的位置3 3）入射光瞳與出射光瞳的大?。┤肷涔馔c出射光瞳的大小應用光學講稿335-3 視場光闌、入射窗、出射視場光闌、入射窗、出射窗窗 光學系統(tǒng)的成像范圍是有限的。光學系統(tǒng)的成像范圍是有限的。照相機中底片框限制了被成像范圍照相機中底片框限制了被成像范圍的大小的大小 工具顯微鏡中分劃板的直徑?jīng)Q定成工具顯微鏡中分劃板的直徑?jīng)Q定成像物體的大小像物體的大小這種限制物體成像范圍的光闌稱為這種限制物體成像范圍的光闌稱為視場視場光闌光闌應用光學講稿34一、視場光闌的確定方法：一、視場光闌的確定方法：（2）確定）確定；（1）用計算法或作圖法求每一

21、光闌被它前面）用計算法或作圖法求每一光闌被它前面 光組光組在物空間所成的在物空間所成的（3）由）由向各光闌在物空間所成的向各光闌在物空間所成的 像的像的邊緣引光線，夾角最小者所對應的光闌即為視場邊緣引光線，夾角最小者所對應的光闌即為視場光闌。光闌。應用光學講稿35求上例中光組的視場光闌。求上例中光組的視場光闌。 f1= - f1 =100mm，D1 = 40mm；f2= - f2 =120mm，D2 = 30mm，d1 = 20mm； D3=20mm，d2 = 30mm ，L1 = -200mmmm20mm100D1D2D3mm200F Fmm30應用光學講稿36求出系統(tǒng)每一個光闌被它前面光組

22、在物空間所成的像求出系統(tǒng)每一個光闌被它前面光組在物空間所成的像（此步驟在（此步驟在求孔徑光闌時求孔徑光闌時已經(jīng)進行）已經(jīng)進行） D3（孔徑光闌）孔徑光闌）D2D1D1D2F1F2D3mm25mm15033.33w1w2w3應用光學講稿37 D1 對入瞳中心的張角為對入瞳中心的張角為 D2 本身是入瞳，本身是入瞳，D3對入瞳中心的張角對入瞳中心的張角為為D3對入瞳中心的張角最小，故光闌對入瞳中心的張角最小，故光闌3 是是視場光闌。視場光闌。 5425201tg15425150131003tg應用光學講稿38二、相關概念二、相關概念光學系統(tǒng)的視場光闌確定后引入如下概念：光學系統(tǒng)的視場光闌確定后引入

23、如下概念：被其被其在在所成的所成的像。像。(簡稱簡稱)：被其被其在在所成的所成的像。像。(簡稱簡稱)入窗限制物空間的可成像范圍入窗限制物空間的可成像范圍出窗限制像空間的成像范圍出窗限制像空間的成像范圍入窗和出窗共軛。入窗和出窗共軛。應用光學講稿39D3（孔徑光闌）孔徑光闌）D2D1D1D2F1F2D3mm25mm15033.33w1w2w3W應用光學講稿40在上例中，出窗與視場光闌重合。在上例中，出窗與視場光闌重合。：在物空間中在物空間中入窗邊緣對入瞳入窗邊緣對入瞳的張角的張角2 。：在像空間中，出窗邊緣對出瞳中心在像空間中，出窗邊緣對出瞳中心的張角的張角2 。半視場角半視場角 與與也可以表示

24、光組視場的大小，因此常也可以表示光組視場的大小，因此常把把 與與稱為視場角。稱為視場角。視場光闌是對一定位置的孔徑光闌而言的。當視場光闌是對一定位置的孔徑光闌而言的。當孔徑光闌位置改變時，原來的視場光闌將可能孔徑光闌位置改變時，原來的視場光闌將可能被另外的光孔所代替被另外的光孔所代替。應用光學講稿41實際中入瞳總是有一定的大小實際中入瞳總是有一定的大小則則A1以內的區(qū)域每點均以充滿入瞳的全部光以內的區(qū)域每點均以充滿入瞳的全部光束成像束成像A1A2區(qū)域內每一點已不區(qū)域內每一點已不能用充滿入瞳的全部光束能用充滿入瞳的全部光束成像，有一部分光線被入成像，有一部分光線被入窗阻擋。窗阻擋。A2A3區(qū)域內

25、每點光線被區(qū)域內每點光線被入窗阻擋的更多。入窗阻擋的更多。A3點以外的區(qū)域每點光線點以外的區(qū)域每點光線不能進入入瞳，不能成像。不能進入入瞳，不能成像。O3A2A1A漸暈現(xiàn)象漸暈現(xiàn)象入瞳入瞳入窗入窗pq2a應用光學講稿42這種由軸外點發(fā)出充滿入瞳的光束中部分光線被其他光這種由軸外點發(fā)出充滿入瞳的光束中部分光線被其他光孔遮攔的現(xiàn)象稱為軸外點光束的漸暈?？渍跀r的現(xiàn)象稱為軸外點光束的漸暈。物點離光軸越遠，漸暈越大物點離光軸越遠，漸暈越大漸暈系數(shù)：軸外光束在漸暈系數(shù)：軸外光束在入瞳面上的截面積與入入瞳面上的截面積與入瞳面積之比。瞳面積之比。由由A1到到A2，漸暈系數(shù)，漸暈系數(shù)由由1到到0.5由由A2到到

26、A3，漸暈系數(shù)，漸暈系數(shù)由由0.5到到0因此整個視場由亮逐漸變暗，沒有清晰的界限。因此整個視場由亮逐漸變暗，沒有清晰的界限。O3A2A1A入瞳入瞳入窗入窗應用光學講稿43 入射光瞳具有一定大小入射光瞳具有一定大小時，沒有漸暈的情況也時，沒有漸暈的情況也是存在的。是存在的。 即即 入射窗和物平面相重合。入射窗和物平面相重合。 或者或者把視場光闌設置在把視場光闌設置在像平面上。像平面上。 視場具有清晰的界限。視場具有清晰的界限。 物平面物平面入窗入窗入瞳入瞳出瞳出瞳像平面像平面視場光闌視場光闌出窗出窗0paq2AA31 應用光學講稿44光學系統(tǒng)的視場大小用兩種方法表示光學系統(tǒng)的視場大小用兩種方法表

27、示 線視場：線視場：對近距離成像的光組，常用能看到的物平對近距離成像的光組，常用能看到的物平面直徑來表示面直徑來表示視場角：視場角：對遠距離或無限遠物體成像的光組，常用角對遠距離或無限遠物體成像的光組，常用角度來表示其視場的大小度來表示其視場的大小用于近距離成像系統(tǒng)，如顯微系統(tǒng)。用于近距離成像系統(tǒng)，如顯微系統(tǒng)。用于遠距離成像系統(tǒng)，如望遠鏡，照相物鏡。用于遠距離成像系統(tǒng)，如望遠鏡，照相物鏡。應用光學講稿45光學系統(tǒng)中還有一種光闌并不限制通過光學系統(tǒng)參與光學系統(tǒng)中還有一種光闌并不限制通過光學系統(tǒng)參與成像的光束，只對非成像物體射進系統(tǒng)的雜光起限制成像的光束，只對非成像物體射進系統(tǒng)的雜光起限制作用，稱

28、為作用，稱為。為了改善軸外點的成像，常有意識地縮小某一、二個為了改善軸外點的成像，常有意識地縮小某一、二個透鏡直徑，擋去一部分成像光線，這種被縮小直徑的透鏡直徑，擋去一部分成像光線，這種被縮小直徑的透鏡或光孔稱為透鏡或光孔稱為。應用光學講稿46三、兩種光闌作用的比較三、兩種光闌作用的比較 對孔徑光闌與視場光闌對孔徑光闌與視場光闌 孔徑光闌限制成像光束的孔徑，即決定像的照度、孔徑光闌限制成像光束的孔徑，即決定像的照度、分辨率。分辨率。 視場光闌決定視場，即物體成像的范圍。視場光闌決定視場，即物體成像的范圍。 孔徑光闌縮小時，每一物點成像光束孔徑角變小，孔徑光闌縮小時，每一物點成像光束孔徑角變小，

29、像面照度減小，但成像范圍不變像面照度減小，但成像范圍不變 視場光闌縮小時，成像范圍變小，但能成像物點視場光闌縮小時，成像范圍變小，但能成像物點的孔徑角不變，即像的照度不變。的孔徑角不變，即像的照度不變。應用光學講稿47例題：一個望遠系統(tǒng)由兩個正薄透鏡組成，已知物鏡的焦距例題：一個望遠系統(tǒng)由兩個正薄透鏡組成，已知物鏡的焦距 ，通光口徑，通光口徑 ，物鏡與目鏡相隔，物鏡與目鏡相隔 ，目鏡的通光口徑目鏡的通光口徑 ，物鏡與目鏡的光學間隔，物鏡與目鏡的光學間隔 。今在今在 處設置一直徑為處設置一直徑為 的圓孔，求次系統(tǒng)的瞳、窗的圓孔，求次系統(tǒng)的瞳、窗及物方視場角。及物方視場角。 mmf10001mmD

30、501mm1200mmD2020)(21FFmmD163應用光學講稿48 將一個直徑將一個直徑D1=30mm、焦距為、焦距為f =40mm的薄透鏡做成一放的薄透鏡做成一放大鏡，眼瞳大鏡，眼瞳2放在透鏡像方焦點放在透鏡像方焦點F1 上，眼瞳直徑上，眼瞳直徑D2=4mm，物面放在透鏡物方焦點物面放在透鏡物方焦點F1上，試分析系統(tǒng)中的孔徑光闌、上，試分析系統(tǒng)中的孔徑光闌、視場光闌、入瞳、入窗、物方孔徑角、物方視場角和線視視場光闌、入瞳、入窗、物方孔徑角、物方視場角和線視場，視場內有無漸暈？場，視場內有無漸暈？應用光學講稿495-3 顯微鏡中的光束限制、遠心光路顯微鏡中的光束限制、遠心光路一、一般顯微

31、鏡中光束限制的情況：一、一般顯微鏡中光束限制的情況：顯微鏡原理圖：應用光學講稿501、成像范圍：用成像物體的最大尺寸表示，即線視場。、成像范圍：用成像物體的最大尺寸表示，即線視場。 線視場的大小由像面上放置的框大小決定。它限線視場的大小由像面上放置的框大小決定。它限制了觀察范圍，因此它是視場光闌。制了觀察范圍，因此它是視場光闌?？紤]到顯微鏡互換性，通常視場光闌為考慮到顯微鏡互換性，通常視場光闌為2y =20mm,由由 y = y / ,若若=40 , ymax =20/40=0.5mm應用光學講稿512、成像光束的大小、成像光束的大小:用軸上點發(fā)出的光束與光軸的夾角來表示用軸上點發(fā)出的光束與光

32、軸的夾角來表示U : 物方孔徑角物方孔徑角U : 像方孔徑角像方孔徑角由光軸轉向光線由光軸轉向光線 若已知若已知D 和視放大率，如何求入射光束口徑？和視放大率，如何求入射光束口徑？應用光學講稿52由于由于顯微鏡物方孔徑角顯微鏡物方孔徑角u u和物方折射率和物方折射率n n的乘積的乘積nunu叫做數(shù)值孔徑，叫做數(shù)值孔徑，NANA2目fDutguunnuunnuyy對于顯微物鏡對于顯微物鏡n =150050015002502DDfDfDunu目目目500DnuNA應用光學講稿53為保證出射光束有一定大小，為保證出射光束有一定大小，D 1mm則則 NA/500增大增大NA的方法：的方法：NA=nu

33、1、提高、提高u; 2、提高、提高n; 使用油浸物鏡。使用油浸物鏡。NA的選擇：越大越好。的選擇：越大越好。 1、NA= D /500, D 一定，要求一定，要求大，大，需需增大增大NA; 一定，要求一定，要求D 大，亮，也需增大大，亮，也需增大NA.2、NA與顯微鏡的分辨率有關，與顯微鏡的分辨率有關，NA越大，分辨率越高。越大，分辨率越高。應用光學講稿54例：選用一個例：選用一個15X目鏡，目鏡，3X物鏡，構成一個顯微鏡，物鏡，構成一個顯微鏡，物鏡的物鏡的NA應該為多大？應該為多大？一般一般3X顯微鏡物鏡的顯微鏡物鏡的NA=0.1。顯微鏡目鏡有。顯微鏡目鏡有5X，6X，10X，15X，都可以

34、與，都可以與3X物鏡配合。物鏡配合。45315目09. 050045500NA應用光學講稿55有效放大道威判斷 NA5 . 00725. 000029. 02501000555. 0代入NA264NANA1000500應用光學講稿56二、測量顯微鏡中的光束限制情況二、測量顯微鏡中的光束限制情況1、測量物體大小的顯微鏡、測量物體大小的顯微鏡：2y2y 物鏡的標尺離透鏡的距離固定不變，垂軸放大率物鏡的標尺離透鏡的距離固定不變，垂軸放大率是一個是一個常數(shù)，測出像高常數(shù)，測出像高y ，即可算出物高，即可算出物高 y=y / 誤差：物平面位置須準確，像平面才能與標尺重合誤差：物平面位置須準確，像平面才能

35、與標尺重合應用光學講稿57A1B1ABB A B1 A1 y1 y當物平面位置不準確時：當物平面位置不準確時：誤差的原因：誤差的原因：像平面上測量的是彌散圓的中心，即主光線與像平面的交點像平面上測量的是彌散圓的中心，即主光線與像平面的交點。由于孔徑光闌位在物鏡處，主光線隨著物平面的移動而改。由于孔徑光闌位在物鏡處，主光線隨著物平面的移動而改變，其與像平面的交點也隨之改變。變，其與像平面的交點也隨之改變。解決的辦法：使主光線不變解決的辦法：使主光線不變應用光學講稿58遠心光路：將孔徑光闌放置在像方焦平面處遠心光路：將孔徑光闌放置在像方焦平面處孔徑光闌 y1=y入射主光線與光軸平行，出射主光線永遠

36、不變，與像平面的交入射主光線與光軸平行，出射主光線永遠不變，與像平面的交點位置也不變點位置也不變物方遠心光路：將孔徑光闌放置在像方焦平面處，入瞳在無限遠物方遠心光路：將孔徑光闌放置在像方焦平面處，入瞳在無限遠應用光學講稿592、用于大地測量的顯微鏡：、用于大地測量的顯微鏡：F物yy-f物-l需要測量距離，物鏡焦距已知，物體高度（標桿）已知，需要測量距離，物鏡焦距已知，物體高度（標桿）已知，測出像高測出像高y，即可求出物距，即可求出物距yyfl若孔徑光闌位在物鏡處，如果調焦不準，就會帶來誤差若孔徑光闌位在物鏡處，如果調焦不準，就會帶來誤差應用光學講稿60ABA B y y1 當像平面與標尺分劃刻線不重合時：當像平面與標尺分劃刻線不重合時： 應用光學講稿61出射主光線與光軸平行，出射主光線永遠不變，與像平面的交出射主光線與光軸平行，出射主光線永遠不變，與像平面的交點位置也不變點位置也不變像方遠心光路：將孔徑光闌放置在物方焦平面處，出瞳在