应用光学【第三章】第二部分

能够在像面上获得清晰像的物空间深度，就是系统的景深。
应用光学讲稿
二、性质
1 1 2Z ' 1 1 ( ) l1 l2 D l f'
1、容许的光斑直径越大，景深越大；
2、照相物镜的相对孔径与焦距和景深的关系：
1 1 2Z ' 1 2Z ' l1 l2 D f' D 2 f ' f'
入射瞳孔：孔径光阑在系统物空间的像，入瞳 出射瞳孔距离：出瞳离系统最后一面的距离
入射瞳孔距离：入瞳离系统第一面的距离
应用光学讲稿
出瞳：是光能最集中的地方，为了看清整个视场， 眼睛的瞳孔应该和出瞳重合。 对出瞳距离必须有一定的要求，一般仪器大于6毫米， 对于军用仪器，要大一些，可能大于20毫米。 出瞳直径的大小，直接与像的亮暗有关。
应用光学讲稿
二
光阑概念
1、孔径光阑（Aperture Stop）
限制进入光学系统光束口径的光阑。限制光束最厉 害的光阑。 2、视场光阑（Field Stop）
限制成像范围的光阑 底片框 3、消杂光光阑（False Light Stop）
消除杂散光ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光阑
应用光学讲稿
三 渐晕
由于轴外点斜光束宽度比轴上点光束宽度小，使 像平面边缘比中心暗的现象称为“渐晕”。 线渐晕系数
D' NA nu 500
应用光学讲稿 为保证出射光束有一定大小，D´≥1mm
则 NA≥Γ/500 NA的选择：越大越好。
1、NA= D´ Γ/500, D´一定，要求Γ大，需增大NA; Γ一定，要求D´大，亮，也需增大NA.
2、NA与显微镜的分辨率有关，NA越大，分辨率越高。 增大NA的方法：NA=nu
视放大率： Г =6 成像范围（视场角）：2ω =8°30’ 出瞳直径： D´=5mm
出瞳距离：
物镜焦距： 目镜焦距：
l´z≥11mm
f´物=108mm f´目=18mm
应用光学讲稿
1、轴上光束传播情况
30
F’物

D D' D ' 5mm
6 D 30mm
应用光学讲稿
30
F’物
对于轴向光束，物镜口径最大，目镜口径较小 为满足光学特性的要求，各光学元件的通光口 径至少应保证轴向光束通过。
目镜
如图，假定前组透镜到它的像平面距离为150mm, 后组透镜 离开中间像平面的距离为100mm, 1 1 1 l' l f '
l l1 ' 150mm l ' l2 100mm
f ' 60mm
应用光学讲稿
§3-5-5 空间物体成像的清晰程度：景深
一、景深的定义
应用光学讲稿 2、用于大地测量的显微镜：
y
-l
F´物 -f´物
y´
需要测量距离，物镜焦距已知，物体高度（标杆）已知， 测出像高y’，即可求出物距：
f' l y y'
若孔径光阑位在物镜处，如果调焦不准，就会带来误差。
应用光学讲稿 像方远心光路：将孔径光阑放置在物方焦平面处，出瞳在无限远 出射主光线与光轴平行，出射主光线永远不变，与像平面的交 点位置也不变
应用光学讲稿
2、轴外光束传播情况
a
b a b 物镜
F’物
目镜
a-a b-b
30 60
加大 最大
应用光学讲稿
选择a-a光束，把物镜框取为30即可。
此时，物镜框限制了进入系统的光束口径，即为孔径光阑。 视场光阑在像平面上，分划镜框即为视场光阑。
应用光学讲稿
3、几个概念
出射瞳孔：孔径光阑在系统像空间的像，出瞳
景深与相对孔径成反比。
B1 B A1´ A´
误差的原因： 像平面上测量的是弥散圆的中心，即主光线与像平面的交点。 由于孔径光阑位在物镜处，主光线随着物平面的移动而改变， 其与像平面的交点也随之改变。 解决的办法：使主光线不变。
应用光学讲稿
孔径光阑
y1´=y´
远心光路：将孔径光阑放置在像方焦平面处。 入射主光线与光轴平行，出射主光线永远不变，与像平面的交 点位置也不变。 物方远心光路：将孔径光阑放置在像方焦平面处，入瞳在无限远。
应用光学讲稿
§3-5-4 场镜的特性及其应用
一、场镜的作用
F目
物镜
目镜
应用光学讲稿
F´物 物镜 场镜 目镜
场镜的作用：在不改变光学系统成像特性的前 提下，改变成像光束的位置。
应用光学讲稿 二、应用举例：
O1 物镜
O2
-L
场镜
L´
目镜
应用光学讲稿 三、场镜焦距的计算
O1
O2 -l 场镜 l´
物镜
1、提高u; 2、提高n; 使用油浸物镜。
应用光学讲稿
例：选用一个15X目镜，3X物镜，构成一个显微镜，
物镜的NA应该为多大？
目 15 3 45
45 NA 0.09 500 500
一般3X显微镜物镜的NA=0.1。显微镜目镜有5X，6X ，10X，15X，都可以与3X物镜配合。
应用光学讲稿 二、测量显微镜中的光束限制情况 1、测量物体大小的显微镜：
2y
2y´
物镜的标尺离透镜的距离固定不变，垂轴放大率β是一个常 数，测出像高y´，即可算出物高 y=y´/β 误差：物平面位置须准确，像平面才能与标尺重合
应用光学讲稿 当物平面位置不准确时：
A1 A B1´ B´
y1´ y´
应用光学讲稿
§3-5 光学系统中成像光束的选择
引入
F
H
H’
F’
应用光学讲稿
1. 成像光束的大小
D
2. 成像光束的位置
D1 D2
应用光学讲稿
§3-5-1 光阑及其作用
一 照相机的构造
镜头：起成像作用
底片：感光部分
光阑：限制成像光束，可
变光阑
光学系统中，不论是限制成像光束口径大小还是 限制成像范围的孔或框都称为“光阑”。
U : 物方孔径角
U´: 像方孔径角
由光轴转向光线
若已知D´和视放大率，如何求入射光束口径？
应用光学讲稿 由于
tgu ' u ' D' ' 2 f目

y ' nu y n' u '
nu n' u '
对于显微物镜n´=1 D' 250 1 D' nu u ' D ' D ' 目 ' ' 2 f目 500 f目 500 500 显微镜物方孔径角u和物方折射率n的乘积nu叫做数值孔径，NA
KD D D
应用光学讲稿
渐晕的原因:
为了减小元件的口径。
在某些望远镜中，渐晕 系数可以达到0.5
孔径光阑：限制轴上点或视场中央部分 （无渐晕）成像光束口径的光阑。 在照相机中：孔径光阑—可变光阑 视场光阑---底片框
应用光学讲稿
§3-5-2 望远系统中成像光束的选择
一、双目望远镜
1、光学系统图
应用光学讲稿
§3-5-3
显微镜中的光束限制、远心光路
一、一般显微镜中光束限制的情况：
显微镜原理图：
应用光学讲稿
1、成像范围：用成像物体的最大尺寸表示，即线视场。 线视场的大小由像面上放置的框大小决定。它限 制了观察范围，因此它是视场光阑。
应用光学讲稿 2、成像光束的大小:用轴上点发出的光束与光轴的夹角来表示