文档介绍：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
B1
a
b
B01
B2
B3
B4
P
P’
A
B04
B03
B02
B2”
B3”
B4”
B1”
B4’
B3’
B2’
A’
B’
a’
b’
B1’
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
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
光学系统能够把物空间一定深度范围内的物体在像平面上成清晰的像,此时对应的物空间距离称为景深。
要拍摄小景深的照片,如特定镜头,应选择长焦距、大的相对孔径即小的光圈数,对准距离近。
要拍摄大景深的照片,如远景镜头,应选择短焦距、小的相对孔径即大的光圈数,对准距离远。