11+应用光学.ppt

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1、11 11 景深与辐射度学基础景深与辐射度学基础报告人：周远报告人：周远回顾：回顾：几种特殊系统的光束选择几种特殊系统的光束选择孔径光阑孔径光阑入瞳入瞳出瞳出瞳视场光阑视场光阑入窗入窗出窗出窗放大镜放大镜瞳孔瞳孔瞳孔瞳孔放大镜框放大镜框放大镜框放大镜框照相机照相机光圈光圈光圈光圈光圈光圈底片框底片框无穷远无穷远底片框底片框望远镜望远镜物镜框物镜框物镜框物镜框物镜框经目镜物镜框经目镜成的像成的像分划板分划板无穷远无穷远无穷远无穷远显微镜显微镜物镜框物镜框物镜框物镜框物镜框经目镜物镜框经目镜成的像成的像分划板分划板物平面物平面无穷远无穷远1.远心光路远心光路分为分为物方远心光路物方远心光路和和像方

2、远心光路像方远心光路；物方远心光路典型应用：工具显微镜，测物体长度；物方远心光路典型应用：工具显微镜，测物体长度；像方远心光路典型应用：大地测量仪器，测距离；像方远心光路典型应用：大地测量仪器，测距离；在显微镜的实像平面上，放置已知刻度值的透明刻尺（称为分划板）在显微镜的实像平面上，放置已知刻度值的透明刻尺（称为分划板）分划板上刻尺的格值已考虑了物镜的放大率分划板上刻尺的格值已考虑了物镜的放大率 测量时，待测物与物镜间的距离应保持不变，使物镜的放大率保持常数测量时，待测物与物镜间的距离应保持不变，使物镜的放大率保持常数实际待测物与物镜距离不可能如此准确，带来误差实际待测物与物镜距离不可能如此准

3、确，带来误差。分划板分划板物镜物镜yBAyAB第一类光学系统：工具显微镜测物体长度第一类光学系统：工具显微镜测物体长度1.1.物方远心光路物方远心光路在物镜像方焦平面上放一在物镜像方焦平面上放一孔径光阑孔径光阑；成像光束主光线过像方焦点；成像光束主光线过像方焦点；分划板上的光斑中心高度与分划板上的光斑中心高度与y相同；消除了误差；相同；消除了误差；像方焦平面上的孔径光阑对应的入瞳在物方无穷远。对应的光路叫物方远心像方焦平面上的孔径光阑对应的入瞳在物方无穷远。对应的光路叫物方远心光路光路物方远心光路的入射主光线平行与主轴，出射主光线过像方焦点。物方远心光路的入射主光线平行与主轴，出射主光线过像方

4、焦点。在大多数的计量光学仪器中，孔径光阑常安置在物镜像方焦平面上以形成物在大多数的计量光学仪器中，孔径光阑常安置在物镜像方焦平面上以形成物方远心光路以提高观测精度。方远心光路以提高观测精度。1.2.像方远心光路像方远心光路像面与分划板像面与分划板不重合带来测不重合带来测量误差。量误差。在物方焦平面放一在物方焦平面放一孔径光阑，使出射孔径光阑，使出射主光线与主轴平行。主光线与主轴平行。减小测量误差。减小测量误差。入射主光线过物方焦点；出射主光线平行主轴；入射主光线过物方焦点；出射主光线平行主轴；出瞳在像方无穷远，光路叫做像方远心光路。出瞳在像方无穷远，光路叫做像方远心光路。5.场镜场镜开普勒望远

5、镜开普勒望远镜光线在目镜上的投影高太高，导致目镜尺寸要求大。光线在目镜上的投影高太高，导致目镜尺寸要求大。可在像平面（公共焦平面）上放一正透镜（可在像平面（公共焦平面）上放一正透镜（叫做场镜叫做场镜）场镜与像平面重合，物镜所成的像恰好在场镜主平面上，场镜与像平面重合，物镜所成的像恰好在场镜主平面上，为为1，物镜所成，物镜所成的像通过场镜后不改变大小。因此场镜的引入不会影响系统的成像性质。的像通过场镜后不改变大小。因此场镜的引入不会影响系统的成像性质。因场镜是正透镜，会把成像光束向中心会聚，目镜的尺寸就可以减小了。因场镜是正透镜，会把成像光束向中心会聚，目镜的尺寸就可以减小了。成像的景深：问题的

6、引入成像的景深：问题的引入焦距确定、像距确定时，光学系统只能对一个垂直光轴的焦距确定、像距确定时，光学系统只能对一个垂直光轴的平面上物点成清晰像平面上物点成清晰像景像平面景像平面对准平面对准平面对准平面以外的点在景像平面成像不是一个点像而是一个对准平面以外的点在景像平面成像不是一个点像而是一个“弥散斑弥散斑”。当弥散斑不被人眼或接收器识别，仍认为是一个清晰点像当弥散斑不被人眼或接收器识别，仍认为是一个清晰点像景深是远离对准平面物点成像不能分辨的最远距离！景深是远离对准平面物点成像不能分辨的最远距离！1.景深的定义景深的定义定义：能够在景像平面上获得清晰像的物空间深度范围称为景深定义：能够在景像

7、平面上获得清晰像的物空间深度范围称为景深只要在景像平面上得到的弥散斑小于眼睛（或探测器）的分辨率，看到的只要在景像平面上得到的弥散斑小于眼睛（或探测器）的分辨率，看到的还是清晰的像。还是清晰的像。近景近景远景远景远景深度远景深度近景深度近景深度景深景深景像平面景像平面先后都能看清楚，说明景深大。先后都能看清楚，说明景深大。先后看不清楚，说明景深小。先后看不清楚，说明景深小。先后都能看清楚，说明景深大。先后都能看清楚，说明景深大。先后看不清楚，说明景深小。先后看不清楚，说明景深小。先后都能看清楚，说明景深大。先后都能看清楚，说明景深大。先后看不清楚，说明景深小。先后看不清楚，说明景深小。景深小景

8、深小景深小景深小景深小景深小2.景深的理解景深的理解AA底片底片A1A2B1B2对准面对准面A前后的物点在底片上留下弥散斑。前后的物点在底片上留下弥散斑。只要弥散斑口径足够小，我们就可以看清它。只要弥散斑口径足够小，我们就可以看清它。若我们能辨别的最大弥散斑口径为若我们能辨别的最大弥散斑口径为Z，那么从，那么从A1到到A2面这个轴向深面这个轴向深度的物体我们都能看清。这个深度，就是景深。度的物体我们都能看清。这个深度，就是景深。我们所能分辨的最大弥散斑口径我们所能分辨的最大弥散斑口径Z越大，景深是越大还是越小？越大，景深是越大还是越小？2.景深的理解景深的理解AA底片底片A1A2B1B2把能分

9、辨的最大弥散斑口径把能分辨的最大弥散斑口径Z作为求景深的依据。作为求景深的依据。2.景深的理解景深的理解AA底片底片A1A2B1B2景深为景深为允许的光斑直径允许的光斑直径Z越大，景深越大。越大，景深越大。即像的清晰度要求越低，景深就越大。即像的清晰度要求越低，景深就越大。照相物镜相对孔径照相物镜相对孔径 越大，景深越小越大，景深越小照相物镜焦距越大，景深越小。照相物镜焦距越大，景深越小。一般：一般：2.景深的理解景深的理解AA底片底片A1A2B1B2若要求最远的清晰范围为无限远若要求最远的清晰范围为无限远，则对准面的位置则对准面的位置 为：为：对应的最近清晰物平面位置：对应的最近清晰物平面位

10、置：例题例题1照相物镜焦距为照相物镜焦距为50mm，相对孔径，相对孔径1：5，对，对2m远处目标照相，远处目标照相，假定底片上像点弥散斑直径小于假定底片上像点弥散斑直径小于0.05mm仍可认为成像清晰，仍可认为成像清晰，问：问：(1)物空间能清晰成像的最远、最近距离各为多少米物空间能清晰成像的最远、最近距离各为多少米?(2)若要求最远清晰成像范围到无限远，求基准物平面位置及若要求最远清晰成像范围到无限远，求基准物平面位置及最近清晰成像位置最近清晰成像位置 3.立体角立体角单位：弧度单位：弧度 单位：球面度（单位：球面度（sr）立体角：封闭锥面所包含的空间。立体角：封闭锥面所包含的空间。半顶角为

11、半顶角为的圆锥的立体角的圆锥的立体角面元面元ds对对A点所张的立体角点所张的立体角 例题例题地球的半径等于地球的半径等于6.371106m，太阳到地球的年平均距离为，太阳到地球的年平均距离为1.4961011m，求地球对太阳的立体角等于多大？，求地球对太阳的立体角等于多大？方法一：方法一：方法二：方法二：4.辐射度学的基本量辐射度学的基本量辐射通量辐射通量单位时间内辐射体向外辐射的总能量，也叫辐射功率。单位：瓦特单位时间内辐射体向外辐射的总能量，也叫辐射功率。单位：瓦特W辐射通量的光谱密集度辐射通量的光谱密集度 4.辐射度学的基本量辐射度学的基本量辐射强度辐射强度表示辐射体在不同方向上的辐射特

12、性。表示辐射体在不同方向上的辐射特性。单位：瓦特每球面度单位：瓦特每球面度W/sr 4.辐射度学的基本量辐射度学的基本量辐出射度辐出射度 和辐照度和辐照度单位：瓦特每平方米单位：瓦特每平方米表示辐射体表面不同位置的辐射特性。表示辐射体表面不同位置的辐射特性。通过通过dS的所有方向的辐射通量。的所有方向的辐射通量。若某表面被其余辐射体照射，单位面积接收的辐射通量若某表面被其余辐射体照射，单位面积接收的辐射通量 为辐照度为辐照度 4.辐射度学的基本量辐射度学的基本量辐射亮度辐射亮度单位：瓦每球面度平方米单位：瓦每球面度平方米 描述辐射体不同表面位置不同方向上的辐射特性。描述辐射体不同表面位置不同方

13、向上的辐射特性。为为dS在在AO垂直方向的投影。垂直方向的投影。例题例题已知太阳的辐出射度为已知太阳的辐出射度为6.2832107W/m2，太阳半径为，太阳半径为6.957108m，求太阳的辐射通量、辐射强度、辐射亮度。，求太阳的辐射通量、辐射强度、辐射亮度。家庭作业家庭作业第一题：例题第一题：例题1 1第二题：已知太阳的辐射强度为第二题：已知太阳的辐射强度为3.04103.04102525W/srW/sr，地球半径为，地球半径为6.371106.371106 6m m，太阳到地球的平均距离为，太阳到地球的平均距离为1.496101.496101111m m，求地球，求地球接收的辐射通量和辐射照度。接收的辐射通量和辐射照度。124536?!LegendLegendLegendx+x+11TextTextTextinhereTextinhereTextinhere