入射窗和出射窗

2021-04-09 18:00:04 浏览:4310

定义

入射窗是视场光阑经其前面的光学系统所成的像。

出射窗是视场光阑经其后面的光学系统所成的像,入射窗、视场光阑和出射窗三者互为物像关系[1]

入射窗和出射窗的判断方法

判断常见光学系统的入射窗和出射窗需要首先确定系统光阑。方法是:

(1)把孔径光阑以外的所有光孔经前面的光学系统成像到物空间,确定入瞳中心位置

(2) 计算这些像的边缘对入瞳中心的张角大小。张角最小者即为入射窗 ,入射窗对应的光学零件视场光阑。入射窗边缘对入瞳中心的张角为物方视场角,同时也决定了视场边缘点。视场光阑经后面光学零件所成的像即为出射窗,出射窗对出瞳中心的张角即为像方视场角

需要注意的是视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的。

典型光学系统的入射窗和出射窗   

1、放大镜的入射窗和出射窗

放大镜像空间的光束限制情况如图1所示:

 

图 1 放大镜的光束限制

放大镜与眼睛组合构成目视光学系统。眼瞳是孔径光阑,又是出瞳。放大镜框是视场光阑,又是出、入射窗,同时放大镜本身又是渐晕光阑。

2、显微镜系统的入射窗和出射窗

一般的显微镜由物镜和目镜所组成,系统中成像光束的口径往往由物镜框限制,物镜框是孔径光阑。位于目镜物方焦面上的圆孔光阑或分划板框限制了系统的成像范围,成为系统的视场光阑,如图2所示。

 

图 2 显微镜系统光路

3、望远镜系统的入射窗和出射窗

开普勒望远镜的成像光路如图3所示。

 

图 3 幵普勒望远镜成像原理

开普勒望远镜的物镜框是孔径光阑,也是人瞳;出瞳在目镜外面,与人眼重合,目镜框是渐晕光阑,一般允许有50%的渐晕。物镜的后焦平面上可放置分划板,分划板框即是视场光阑。那么分划板框通过物镜在物空间的像即为入射窗,分划板框通过目镜在像空间的像即为出射窗。

伽利略望远镜中的光束限制情况如图4所示。

 

图 4 伽利略望远镜的光束限制

伽利略望远镜一般以人眼的瞳孔作为孔径光阑,同时又是望远系统的出瞳。物镜框为视场光阑,同时又是望远系统的入射窗。由于望远系统的视场光阑不与物面(或像面)重合,因此伽利略望远系统对大视场一般存在渐晕现象。

4、摄影系统的入射窗和出射窗

摄影物镜的光学特性由焦距、相对孔径和视场角表示。焦距决定成像的大小,相对孔径决定像面照度,视场决定成像的范围。视场的大小由物镜的焦距和接收器的尺寸决定。一般来说,焦距越长,所成像的尺寸越大。在拍摄远处物体时,像的大小为:

在拍摄近处物体时,像的大小取决于垂轴放大率:

摄影物镜的感光元件框是视场光阑和出射窗,它决定了像空间的成像范围,即像的最大尺寸,当接收器的尺寸一定时,物镜的焦距越短,则其视场角越大;焦距越长,视场角越小,相应地对应这两种情况的物镜分别称作广角物镜和远摄物镜。

参考文献

[1] 工程光学 [M]. 机械工业出版社,郁道银,谈恒英, 2017

成像基本概念

作          者: 泮桥成像光电商城

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