工程光學(xué)第四章_光學(xué)系統(tǒng)中的光闌與光束限制

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 n實(shí)例：實(shí)例：透鏡邊緣、框架、特別設(shè)置的帶孔屏障等。透鏡邊緣、框架、特別設(shè)置的帶孔屏障等。n作用：作用：限制限制成像光束孔徑成像光束孔徑、限制、限制視場(chǎng)（成像范圍）視場(chǎng)（成像范圍）。第四章第四章 光學(xué)系統(tǒng)中的光闌和光束限制光學(xué)系統(tǒng)中的光闌和光束限制通常光學(xué)系統(tǒng)中用一些中心開(kāi)孔的薄金屬片來(lái)合理通常光學(xué)系統(tǒng)中用一些中心開(kāi)孔的薄金屬片來(lái)合理地限制成像光束的寬

2、度、位置和成像范圍。這些限地限制成像光束的寬度、位置和成像范圍。這些限制成像光束和成像范圍的薄金屬片稱為光闌。制成像光束和成像范圍的薄金屬片稱為光闌。4-1 4-1 光闌光闌 n組成光學(xué)系統(tǒng)的所有零件都有一定的尺寸大小組成光學(xué)系統(tǒng)的所有零件都有一定的尺寸大小實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)除了應(yīng)滿足前述的實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)除了應(yīng)滿足前述的物象共軛位置關(guān)物象共軛位置關(guān)系和成像放大率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沒(méi)有對(duì)光學(xué)零件的大小加以限制沒(méi)有對(duì)光學(xué)零件的大小加以限制 4-1 4-1 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 (Ap

3、erture 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。入射孔徑角入射孔徑角出射孔徑角出射孔徑角 含義含義2 2：孔徑光闌在不同的位置，孔徑光闌在不同的位置，都能起到對(duì)軸上物點(diǎn)成都能起到對(duì)軸上物點(diǎn)成像光束寬度的限制作用像光束寬度的限制作用；只需相應(yīng)的改變光闌大小，即可保；只需相應(yīng)的改變光闌大小，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，則對(duì)應(yīng)于孔徑光闌的位置不同，則對(duì)應(yīng)于選擇軸外物點(diǎn)選擇軸外物點(diǎn)發(fā)出光束的不同部分參與成像發(fā)出光束的不同部分參與成像。 孔徑光闌的定義：

4、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?。▽挾龋?；）限制軸上物點(diǎn)成像光束孔徑角的大?。▽挾龋?；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。光闌在光學(xué)系統(tǒng)中的作用：光闌在光學(xué)系統(tǒng)中的作用：n決定像面的照度。決定像面的照度。決定系統(tǒng)的視場(chǎng)。決定系統(tǒng)的視場(chǎng)。限制光束中偏離理想位置的一些光線，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(zhì)量用以改善系統(tǒng)的成像質(zhì)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。光闌分類：光闌分類：n孔徑光闌孔徑光闌n視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌n消雜光光闌消雜光光闌n漸暈光闌漸暈光闌n例例1：?jiǎn)蝹€(gè)薄透鏡系統(tǒng)：?jiǎn)蝹€(gè)薄透鏡系統(tǒng)2、入射光瞳

5、與出射光瞳、入射光瞳與出射光瞳（Entrance and Exit pupils）入射光瞳：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）孔徑光闌經(jīng)其前面光學(xué)系統(tǒng)所成的像（物空間） 可直接確定入射孔徑角可直接確定入射孔徑角出射光瞳：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）孔徑光闌經(jīng)其后面光學(xué)系統(tǒng)所成的像（像空間） 可直接確定出射孔徑角可直接確定出射孔徑角光瞳：光瞳：孔徑光闌的像孔徑光闌的像入射（或出射）光線的入射（或出射）光線的延長(zhǎng)線延長(zhǎng)線過(guò)入（或出）瞳的邊緣過(guò)入（或出）瞳的邊緣1）入瞳（或出瞳）為孔徑光闌的共軛實(shí)像）入瞳（或出瞳）為孔徑光闌的共軛實(shí)像2）入瞳（或出瞳）為孔徑

6、光闌的共軛虛像）入瞳（或出瞳）為孔徑光闌的共軛虛像例例2：三片型照相鏡頭：三片型照相鏡頭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)整整個(gè)個(gè)光光學(xué)學(xué)系系統(tǒng)統(tǒng) 總結(jié)：總結(jié)：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：決定光學(xué)系統(tǒng)的）入瞳：決定光學(xué)系統(tǒng)的入射入射光束的光束的孔徑角孔徑角。2 2）出瞳：決定光學(xué)系統(tǒng)的）出瞳：決定光學(xué)系統(tǒng)的出射出射光束的光束的孔徑角孔徑角。3 3）孔徑光闌：實(shí)際對(duì)光束孔徑限制

7、作用最大的光闌?？讖焦怅@：實(shí)際對(duì)光束孔徑限制作用最大的光闌。 決定了入瞳、出瞳；三者互為物像關(guān)系。決定了入瞳、出瞳；三者互為物像關(guān)系。(1) (1) 光路中孔徑光闌的判斷光路中孔徑光闌的判斷Q1: 不同位置的軸上物點(diǎn)，誰(shuí)是孔徑光闌？不同位置的軸上物點(diǎn)，誰(shuí)是孔徑光闌？Q2: 幾個(gè)幾個(gè)口徑確定口徑確定的透鏡組合，如何判斷的透鏡組合，如何判斷究竟哪個(gè)透鏡的邊究竟哪個(gè)透鏡的邊框框是孔徑光闌是孔徑光闌?3、關(guān)于孔徑光闌需要注意的幾個(gè)問(wèn)題關(guān)于孔徑光闌需要注意的幾個(gè)問(wèn)題追跡光線法：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)過(guò)軸上物點(diǎn)的任一條近軸光線，求其在每個(gè)透鏡的投射高度與實(shí)際口徑的比值，透鏡的投

8、射高度與實(shí)際口徑的比值，比值最大比值最大的透鏡的邊框的透鏡的邊框?yàn)闉橥哥R組的孔徑光闌透鏡組的孔徑光闌。 軸上物點(diǎn)對(duì)成像張角比較法軸上物點(diǎn)對(duì)成像張角比較法1L2LQ1Q2Q)U2Q2L1QQA A Aa. a. 將光學(xué)系統(tǒng)所有光闌（各個(gè)透鏡和光圈等），對(duì)其前面將光學(xué)系統(tǒng)所有光闌（各個(gè)透鏡和光圈等），對(duì)其前面 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，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；求張角最小值即為入瞳，相應(yīng)的共

9、軛物為孔徑光闌；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?？讖焦怅@對(duì)后面光學(xué)系統(tǒng)（像空間）所成像即是出瞳。例：已知物點(diǎn)例：已知物點(diǎn)A A離透鏡離透鏡1 1的距離為的距離為- -l l1 1=30mm=30mm，透鏡，透鏡1 1的通光的通光口徑口徑D D1 1=30mm,=30mm,光孔光孔2 2的直徑的直徑D D2 2=22mm=22mm，像點(diǎn)，像點(diǎn)AA離透鏡的離透鏡的距離距離l l1 1 =60mm=60mm，透鏡與光孔之間距離為，透鏡與光孔之間距離為d=10mmd=10mm，試確定，試確定這個(gè)系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳和出瞳。這個(gè)系統(tǒng)的孔徑光闌、入瞳和出瞳。ABAB12解解：判

10、斷孔徑光闌：判斷孔徑光闌：軸上物點(diǎn)的成像張角比較法軸上物點(diǎn)的成像張角比較法1）透鏡）透鏡1的框相對(duì)于前面光學(xué)系統(tǒng)的像與自身重合。的框相對(duì)于前面光學(xué)系統(tǒng)的像與自身重合。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()4423.7492 (3020)DUarctglarctgDUarctgllarctg oo3）D1，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，最能限制的張角

11、最小，最能限制軸上物點(diǎn)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為像方為像方孔徑角。孔徑角。1)U2)U22(U(2)孔徑光闌位置的安放原則孔徑光闌位置的安放原則3、關(guān)于孔徑光闌需要注意的幾個(gè)問(wèn)題關(guān)于孔徑光闌需要注意的幾個(gè)問(wèn)題兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用共同工作時(shí)，要遵從兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)用共同工作時(shí)，要遵從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； 保證后面系統(tǒng)接收全部出射光束時(shí)，入瞳孔徑最小。保

12、證后面系統(tǒng)接收全部出射光束時(shí)，入瞳孔徑最小。保證出瞳在目鏡外的一定位置，便于人眼瞳孔與其銜接保證出瞳在目鏡外的一定位置，便于人眼瞳孔與其銜接例例3：顯微鏡系統(tǒng)（與眼睛連用）：顯微鏡系統(tǒng)（與眼睛連用） 主光線的入射主光線的入射、出射部分、出射部分各自各自通過(guò)入瞳及出瞳的中心通過(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：定義：軸外物點(diǎn)軸外物點(diǎn)發(fā)出的、通過(guò)孔徑光闌中心的光線。發(fā)出的、通過(guò)孔徑光闌中心的光線。 主光線是主光線是通過(guò)孔徑光闌通過(guò)孔徑光闌、參與成像的光束參與成像的光束的的中心光線中心光

13、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：定義：在物在物/ /像面上安放的、限定成像范圍的光闌。像面上安放的、限定成像范圍的光闌。物方視場(chǎng)：能夠清晰成像的物面范圍；物方視場(chǎng)：能夠清晰成像的物面范圍； 像方視場(chǎng)：相應(yīng)的能夠清晰成像的像面范圍；像方視場(chǎng)：相應(yīng)的能夠清晰成像的像面范圍； 接收面或中間實(shí)像面上的分劃板。接收面或中間實(shí)像面上的分劃板。攝影系統(tǒng)：像面的大小決攝影系統(tǒng)：像面的大小決定視場(chǎng)角定視場(chǎng)角2W2W的大小的大小 望遠(yuǎn)鏡：中間實(shí)像面上分劃板的望遠(yuǎn)鏡：中間實(shí)像面上分劃板的大小決定視場(chǎng)角大小決定視場(chǎng)角2W2W的大

14、小的大小 2 2、入射窗與出射窗、入射窗與出射窗入射窗：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）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：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）視場(chǎng)光闌經(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。1 1、孔徑光闌孔徑光闌：入瞳、出瞳：入瞳、出瞳 軸上物點(diǎn)的成像張角比較法；軸上物點(diǎn)的成像張角比較法； 光學(xué)系統(tǒng)的物（像）方孔徑角：光學(xué)系統(tǒng)的物（像）方孔徑角：軸上物（像）點(diǎn)軸上物（像）點(diǎn)- -入瞳邊入瞳邊 緣連線，與光軸的夾角。緣連線，與光軸的夾角。2 2

15、、視場(chǎng)光闌視場(chǎng)光闌：入射窗、出射窗：入射窗、出射窗三、小結(jié)三、小結(jié)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（視場(chǎng)光闌）鏡頭、可變光闌（孔徑光闌）、感光底片（視場(chǎng)光闌）光圈英文名稱為光圈英文名稱為ApertureAperture，用來(lái)控制透過(guò)鏡頭進(jìn)入機(jī)身內(nèi)感光面的光量，用來(lái)控制透過(guò)鏡頭進(jìn)入機(jī)身內(nèi)感光面的光量，它的大小決定著通過(guò)鏡頭進(jìn)入感光元件的光線的多少。它的大小決定著通過(guò)鏡頭進(jìn)入感光元件的光線的多少。光圈光圈 F F 值越小，通光孔徑越大，在同一單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)光量便越多，而且上一值越小，通光孔徑越大，

16、在同一單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)光量便越多，而且上一級(jí)的進(jìn)光量剛好是下一級(jí)的兩倍，例如光圈從級(jí)的進(jìn)光量剛好是下一級(jí)的兩倍，例如光圈從F8F8調(diào)整到調(diào)整到5.6 5.6 ，進(jìn)光量便多一倍，進(jìn)光量便多一倍，我們也說(shuō)光圈開(kāi)大了一級(jí)。對(duì)于消費(fèi)型數(shù)碼相機(jī)而言，光圈我們也說(shuō)光圈開(kāi)大了一級(jí)。對(duì)于消費(fèi)型數(shù)碼相機(jī)而言，光圈 F F 值常常介于值常常介于 f2.8 - f2.8 - f11f11。 光圈簡(jiǎn)介光圈簡(jiǎn)介表達(dá)光圈大小用表達(dá)光圈大小用F F值，其中，值，其中，F(xiàn)=F=鏡頭的焦距鏡頭的焦距/ /鏡頭的有效口徑的直徑。鏡頭的有效口徑的直徑。 中景深：為使畫(huà)面中所選擇的部分清晰地記中景深：為使畫(huà)面中所選擇的部分清晰地記錄下

17、來(lái)，如拍集體照時(shí)，需用中檔光圈。錄下來(lái)，如拍集體照時(shí)，需用中檔光圈。大景深：如果想清晰的照下畫(huà)面中所有的物大景深：如果想清晰的照下畫(huà)面中所有的物體，這是最佳選擇。體，這是最佳選擇。無(wú)景深：把前景和背景明顯地分離，如拍人無(wú)景深：把前景和背景明顯地分離，如拍人像時(shí)，就需要這樣的大光圈。像時(shí)，就需要這樣的大光圈。曝光曝光: : 相機(jī)的感光元件在有限的時(shí)間（快門速度時(shí)間）內(nèi)接受光，相機(jī)的感光元件在有限的時(shí)間（快門速度時(shí)間）內(nèi)接受光，并成像，這個(gè)過(guò)程叫做曝光。感光元件，膠片時(shí)代是指的膠片，并成像，這個(gè)過(guò)程叫做曝光。感光元件，膠片時(shí)代是指的膠片，數(shù)碼時(shí)代指的是感光元件數(shù)碼時(shí)代指的是感光元件CCDCCD或或

18、CMOSCMOS。 曝光過(guò)度曝光過(guò)度: :指由于光圈開(kāi)得過(guò)大、底片的感光度太高或曝光時(shí)間指由于光圈開(kāi)得過(guò)大、底片的感光度太高或曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所造成的影像失常。過(guò)長(zhǎng)所造成的影像失常。 軸上物點(diǎn)軸上物點(diǎn)軸外物點(diǎn)軸外物點(diǎn)軸外光束決定軸外光束決定 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 MM N N MMN NA A A A討論光闌位置對(duì)選擇光束的作用討論光闌位置對(duì)選擇光束的作用孔徑光闌在不同位置，對(duì)成像光孔徑光闌在不同位置，對(duì)成像光束寬度的限束寬度的限 制作用相同：都是光制作用相同：都是光束的中束的中 間部分參與成像。間部分參與成像?？讖焦怅@在不同位置，參與成像孔徑光闌在

19、不同位置，參與成像光束的空間位置不同，成像質(zhì)量光束的空間位置不同，成像質(zhì)量不同。不同。實(shí)際中，透鏡口徑并不不是任意大，軸外物點(diǎn)發(fā)出并充滿入實(shí)際中，透鏡口徑并不不是任意大，軸外物點(diǎn)發(fā)出并充滿入瞳的光束不一定能全部通過(guò)系統(tǒng)，一部分光可能被光闌阻擋，瞳的光束不一定能全部通過(guò)系統(tǒng)，一部分光可能被光闌阻擋，就是攔光。就是攔光。二、漸暈光闌二、漸暈光闌 （Vignetting stop） 請(qǐng)觀察，當(dāng)視場(chǎng)逐漸增大時(shí)，軸外點(diǎn)發(fā)出充滿孔闌的光束被前后請(qǐng)觀察，當(dāng)視場(chǎng)逐漸增大時(shí)，軸外點(diǎn)發(fā)出充滿孔闌的光束被前后兩個(gè)透鏡所攔，其中上光線被第兩個(gè)透鏡所攔，其中上光線被第2個(gè)透鏡攔，下光線被第個(gè)透鏡攔，下光線被第1個(gè)透鏡個(gè)

20、透鏡攔。軸外點(diǎn)的實(shí)際成像光束孔徑要比軸上點(diǎn)小。攔。軸外點(diǎn)的實(shí)際成像光束孔徑要比軸上點(diǎn)小。 1 1、漸暈現(xiàn)象：、漸暈現(xiàn)象：像平面的邊緣比中間暗像平面的邊緣比中間暗（離軸物點(diǎn)）（離軸物點(diǎn)）。一個(gè)系統(tǒng)可以有一個(gè)系統(tǒng)可以有0到到2個(gè)漸暈光闌。個(gè)漸暈光闌。 2、漸暈系數(shù)、漸暈系數(shù): DDK用漸暈系數(shù)表示漸暈嚴(yán)重的程度用漸暈系數(shù)表示漸暈嚴(yán)重的程度 想一想：是否所有光學(xué)系統(tǒng)都要無(wú)漸暈？想一想：是否所有光學(xué)系統(tǒng)都要無(wú)漸暈？關(guān)于問(wèn)題：關(guān)于問(wèn)題：當(dāng)孔徑和視場(chǎng)都較大時(shí)，無(wú)漸暈既無(wú)必要也不可能。因?yàn)檫h(yuǎn)離當(dāng)孔徑和視場(chǎng)都較大時(shí)，無(wú)漸暈既無(wú)必要也不可能。因?yàn)檫h(yuǎn)離孔闌的透鏡直徑不能做得太大，且適當(dāng)攔掉偏離理想成像狀態(tài)孔闌的透

21、鏡直徑不能做得太大，且適當(dāng)攔掉偏離理想成像狀態(tài)較遠(yuǎn)的即像差較大的軸外光束有利于改善像質(zhì)。較遠(yuǎn)的即像差較大的軸外光束有利于改善像質(zhì)。關(guān)于問(wèn)題：關(guān)于問(wèn)題：?jiǎn)蜗驍r光相當(dāng)于孔闌位于光學(xué)系統(tǒng)之外。但孔闌在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)單向攔光相當(dāng)于孔闌位于光學(xué)系統(tǒng)之外。但孔闌在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)，可能有兩個(gè)漸暈光闌，一個(gè)攔上光線，另一個(gè)攔下光線。部時(shí)，可能有兩個(gè)漸暈光闌，一個(gè)攔上光線，另一個(gè)攔下光線。特別是全對(duì)稱系統(tǒng)，必有兩個(gè)漸暈光闌。特別是全對(duì)稱系統(tǒng)，必有兩個(gè)漸暈光闌。 漸暈光闌是否只有一個(gè)？漸暈光闌是否只有一個(gè)？ 三、照相系統(tǒng)的光闌總結(jié)三、照相系統(tǒng)的光闌總結(jié)1 1、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

22、擇孔徑光闌位置；孔徑光闌在物鏡中的位置孔徑光闌在物鏡中的位置2 2、有漸暈時(shí)，軸外點(diǎn)光束寬度不僅與孔徑光闌口徑有關(guān)，還、有漸暈時(shí)，軸外點(diǎn)光束寬度不僅與孔徑光闌口徑有關(guān)，還和漸暈光闌的口徑有關(guān)。和漸暈光闌的口徑有關(guān)。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；4 4、孔徑光闌一般為圓形，視場(chǎng)光闌為圓形或者矩形。、孔徑光闌一般為圓形，視場(chǎng)光闌為圓形或者矩形。第五節(jié)第五節(jié) 光學(xué)系統(tǒng)的景深光學(xué)系統(tǒng)的景深理論上，只有共軛的物平面才能在像平面上成清晰理論上，只有共軛的物平面才能在像平面上成清晰像，其他物點(diǎn)所成的像均為彌散斑。像，其他物點(diǎn)所成的像均為彌散斑。想一想：為什么看許多照片時(shí)感覺(jué)遠(yuǎn)

23、近都清楚？想一想：為什么看許多照片時(shí)感覺(jué)遠(yuǎn)近都清楚？同一位置不同景深的效果同一位置不同景深的效果 但當(dāng)此斑對(duì)眼睛的張角小于眼睛的最小分辨角但當(dāng)此斑對(duì)眼睛的張角小于眼睛的最小分辨角11時(shí)，時(shí)，人眼看起來(lái)仍為一點(diǎn)。此時(shí)，該彌散斑可認(rèn)為是空間點(diǎn)在人眼看起來(lái)仍為一點(diǎn)。此時(shí)，該彌散斑可認(rèn)為是空間點(diǎn)在平面上的像。平面上的像。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。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軛共軛 對(duì)準(zhǔn)平面對(duì)準(zhǔn)平面外外的空間點(diǎn)，在景象平面產(chǎn)生一個(gè)彌散斑。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

24、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)。 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)的主光主光線線為投影方向，向?yàn)橥队胺较颍驅(qū)?zhǔn)平面對(duì)準(zhǔn)平面投影，對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)在投影，對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)在景象平面上的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： 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)向間點(diǎn)的主光線為投影方向，各空間像點(diǎn)向景象平景象平面面投影，可得空間點(diǎn)的平面像。投影，可得空間點(diǎn)的平面像。2、透視失真、透視失真

25、 投影中心前后移動(dòng)，所得投影像與景物不成比例。投影中心前后移動(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)對(duì)準(zhǔn)對(duì)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：1112pppaz2222p

26、ppaz由相似三角形得：由相似三角形得：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)因素：觀測(cè)距離、極限分辨角兩個(gè)因素：觀測(cè)距離、極限分辨角如果彌散斑對(duì)人眼的張角小于人眼的極限分辨角如果彌散斑對(duì)人眼的張角小于人眼的極限分辨角 ，可認(rèn)為圖像是清晰的?？烧J(rèn)為圖像是清晰的。 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(duì)人眼睛的張觀察距離滿足照片上各點(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。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。眼睛眼睛ppuDypytantanppyyD以下推導(dǎo)以下推導(dǎo)不考慮正負(fù)號(hào)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：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)平面上對(duì)應(yīng)彌散斑的允許值：11112zapzpp21222zapzpp遠(yuǎn)景、近景到對(duì)準(zhǔn)平面的距離：遠(yuǎn)景、近景到對(duì)準(zhǔn)平面的距離：221222ppapap 1122zaapp2222zaapp1112ppzap2222ppzap遠(yuǎn)景、近景到入瞳的距離：遠(yuǎn)景