第12课【远心光路和景深】.pptVIP

4.3 光学系统的景深 一、光学系统的空间像 1 、引例： 前面我们已经对垂轴平面上物体的成像进行了讨论。 属于这一类成像光学仪器的有某些显微镜、照相复制 镜头和电影放映机等。 照相机——立体物（空间物）成平面像 ——平面上的空间像（照片） 实际上，还有较多的光学仪器要求在某个像平面 上给出整个空间或部分空间的像（即空间物的平面像， 又称平面上的空间像），如照相机、电影摄影机和望 远镜等，眼睛也属于此类。 理论上，立体空间经光学系统成像时，只有与像 平面共轭的那个平面上的物点能真正成像于该像平面 上，其它非共轭平面上的物点在这个像平面上只能得 到相应光束的截面，即弥散斑。 一、光学系统的空间像 一、光学系统的空间像 2 、理论分析： 1 ）理想光学系统的共线成像理论 ? 点物成点像 —— 平面物成平面像 —— 空间 物成空间像 矛盾？非完善成像！ 照相机：立体物（空间物）成平面像 2 ）空间像的形成（图解） —— 可以利用主光线求空间点的平面像 入瞳 出瞳 B B 1 a b B 01 B 2 B 3 B 4 P P ' A B 04 B 03 B 02 B 2 ” B 3 ” B 4 ” B 1 ” B 4 ' B 3 ' B 2 ' A ' B ' a ' b ' B 1 ' AB — 对准平面 A ' B ' — 景像平面 ? 对准平面与景象平面共轭 ? 考察对准平面之外的点 如果弥散斑足够小，如它对眼睛的张角小于眼睛的 最小分辨角（约为 1 分），眼睛看起来并无不清楚的感 觉。此时，弥散斑Z1'和Z2'可以认为是空间点 B1 和 B2 在平面上A'的像，它们的位置由空间点的主光线和像 平面的交点决定。他们的大小与入瞳大小和空间点至共 轭平面 A 的距离有关。 空间点 B1 和 B2 位于物平面 A 以外， 其像 B1' 和 B2' 也在 像平面 A' 以外，在 像平面 A' 上得到的 这两点的成像光束 的截面 Z1' 和 Z2' ， 他们分别与物空间 中的相应光束在 A 平面的截面 Z1 和 Z2 共轭。 一、光学系统的空间像 4.5 光学系统的景深 ? 由于任何光能接收器，例如眼睛、感光乳胶等都存在缺陷， 因此并不要求像平面上所有的像点均为几何点。可以根据 接收器的特性，对这些像给予一个允许值，也就是对像面 上空间点所成的弥散斑的大小给出一个限制或质量标准， 使其不超过光能接收器的分辨能力。 ? 在这个限制以内，我们可以认为一定范围内的空间点在像 平面上的像是清晰的。这样，光学仪器的性能和应用范围 也因此得以扩大。 二、 光学系统的景深 1 、问题： ? 1 ）弥散班的大小与入瞳（大小、位置）有关。当弥散班 小于一定限度时可以认为是一点 —— 与接收器的分辨力有 关 2 ）当光瞳一定（大小、位置）在物空间（对准平面 附近）多大的深度范围内物体能在景象平面上成清晰 像（弥散班较小） —— 缩小光瞳时，弥散斑也将缩小，当光瞳缩小到一定程度时（允许 值），就能保证对准平面附近（前后）一定距离的物点都能成清晰的 像。这个距离就是景深。 —— 光瞳对于物平面的距离有一定范围。 二、 光学系统的景深 2 、景深的概念 1 ）能在景象平面上获得空间物体的清晰平 面像的空间深度 —— 成像空间的景深 2 ）对准平面附近一定空间深度内的空 间物体能够通过光学系统在景象平面上 清晰成像，这个距离就是景深。 我们把能够在像平面上 获得清晰像的空间深度 称为景深，通常用符号 Δ 表示。在图中，景深 就是（ Δ1+Δ2 ）。像平 面称为景象平面，其共 轭面称为对准平面。 能在景象平面上成清晰像 的最远平面称为远景平面， 它到对准平面的距离 Δ1 称 为 远景深度 （或后景深）； 能在景象平面上成清晰像 的最近平面成为近景平面， 它到对准平面的距离 Δ2 称 为 近景深度 （或前景深）。 这样，景深的概念还可以表述为：能在景象 平面上获得空间物体的清晰平面像的空间深度， 即成像空间的景深。也可表述为，对准平面附近 一定空间深度内的空间物体能够通过光学系统在 景象平面上清晰成像，这个空间深度就是光学系 统的景深。 2 、景深的概念 2 、景深的概念 ? 光