【光学】几何光学笔记

dexfire · 2020-4-12 · 次阅读

几何光学

理想光学系统

基本概念

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0. 光阑

光阑是指用来限制成像光束大小或者成像空间范围的光具组件中光学元件的边缘、框架或特别设置的带孔屏障。

光阑的作用：

  • 限制入射孔径角(aperture angle)，保证近轴条件（u为极小值），改善成像质量。
  • 控制景深。
  • 限制成像范围，视场（field of view）。
  • 限制通光量，控制像面亮度。

1. 孔径光阑

孔径光阑，光学系统中对于光轴上物点发出的光束起主要限制作用的光阑。

定义：
孔阑（aperture stop）：限制成像光束立体角的光阑；它决定轴上点成像光束中最边缘光线的倾斜角，即孔径角（aperture angle）。

  • 孔径光阑的确定方法：
    1. 作出光学系统中所有光阑在系统物(像)空间的像；
    2. 在系统的物(像)空间比较光阑的像对A(A’)的张角，张角最小的光阑的像对应的光阑即为孔径光阑。

2. 入瞳、出瞳

入瞳，出瞳

2.1 入瞳(entrance pupil)

入瞳, 是孔径光阑在物面所成的像。
入瞳和出瞳相对应，把孔径光阑在物空间的共轭像称为“入瞳”。

  • 定义：限制入射光束的有效孔径。
  • 判别：是孔径光阑对前方光学系统所成的像。
  • 物理意义：入瞳的位置和直径大小，决定了入射光线实际可通过的位置和最大直径。
    • 是限制轴上光束孔径角的有效光孔。
  • 理解：
    • 由于孔径光阑是对实际光线限制作用最强的光阑，所以入瞳默认已经对应于有效的入射光孔了。
2.2 出瞳(exit pupil)

出瞳，是孔径光阑在像面的像。

2.3 视场（field of view, FOV）

视场是指

视场与焦距的关系：
一般情况下，视场越大，焦距就越短。
长焦距镜头视场窄于40°,以下列举几个实例:

  • 例如：镜头焦距25 mm，视场为 45°左右。
  • 镜头焦距50 mm，视场为 23°左右。
  • 镜头焦距75 mm，视场为 14°左右。
  • 镜头焦距100 mm，视场为 12°左右。
  • 镜头焦距150 mm，视场为 8°左右。

参考资料：

  1. 光学学习中很棒的概念图谱网站：KnowledgeBase - 图像质量与色彩技术资料
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