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1、景深和焦深景深和焦深现在学习的是第1页,共28页主光线主光线通过入瞳中心的光线,根据共轭关系,它也必然通通过入瞳中心的光线,根据共轭关系,它也必然通过孔径光阑中心和出瞳中心。显然,主光线是各物点发出的过孔径光阑中心和出瞳中心。显然,主光线是各物点发出的光束的轴线。光束的轴线。相对孔径相对孔径即为入瞳直径与焦距之比值即为入瞳直径与焦距之比值(D/D/f)是是光光学系统的一个重要性能指标。学系统的一个重要性能指标。现在学习的是第2页,共28页PQLF FA-u入瞳入瞳孔径光阑孔径光阑出瞳出瞳入窗入窗视场光阑视场光阑出窗出窗-现在学习的是第3页,共28页L2L1F2 F1A-u 入瞳入瞳孔径光阑孔径
2、光阑 出瞳出瞳入窗入窗视场光阑视场光阑出窗出窗-现在学习的是第4页,共28页5.2 景深和焦深景深和焦深现在学习的是第5页,共28页本节要求:o掌握光学系统中景深的概念o了解景深的计算幻灯幻灯照相制版照相制版望远镜望远镜照相机照相机物空间 像平面物平面 像平面现在学习的是第6页,共28页Z1B1Z1B1AAP1 P2P入瞳入瞳P1P2P出瞳出瞳对准平面对准平面景像平面景像平面光学系统的空间像光学系统的空间像现在学习的是第7页,共28页o是指能在景象平面上获得清晰像(此即物点所成像的弥散圆直径与接收器(如人眼)中心之张角小于1视角)的物空间深度,以表示之。o远景和近景能否同时清晰成像在景象平面(
3、底片)上呢?如果可以,在多大范围内能清晰成像?景景 深深现在学习的是第8页,共28页AZ2Z2B2Z1B1Z1-ll-l1l1-l2l2DAP1 P2P入瞳入瞳P1P2P出瞳出瞳B11远景平面远景平面2B2近景平面近景平面对准平面对准平面景像平面景像平面光学系统的景深光学系统的景深现在学习的是第9页,共28页远景和近景远景和近景(Depth of Field,DOF)o 能成清晰像的最远平面,称为远景;o 能成清晰像的最近平面,称为近景;o 它们到对准平面(A)的距离分别称为远景深度(1)(也称后景深)和近景深度(2)(也称前景深)。o 景深是远景深度(1)与近景深度(2)之和,=1+2现在学
4、习的是第10页,共28页AZ2Z2B2Z1B1Z1-ll-l1l1-l2l2DAP1 P2P入瞳入瞳P1P2P出瞳出瞳B11远景平面远景平面2B2近景平面近景平面对准平面对准平面景像平面景像平面远景远景深度深度近景近景深度深度景深景深现在学习的是第11页,共28页1212,DlDlllDZDZ112212,ZllZllDlDl 1212;ZZZZZZAZ2Z2B2Z1B1Z1-ll-l1l1-l2l2DAP1 P2P入瞳入瞳P1 P2P出瞳出瞳B112B2景深关系式推导:1122()()lZllDZlZllDZ 1212222DlZllDZ 现在学习的是第12页,共28页1212222DlZl
5、lDZ 11220,()ZZZZ2222Dl ZDZ 景深表达式:/fl当物很远时=222222Df l ZD fl Z 现在学习的是第13页,共28页22222222222221.D=/22.=/23./4.f l ZDfl ZDDf ZlD flZDl ZfD fl Zf 入瞳直径 越大,景深 越小:对准距离-越大,景深 越大:焦距 越大,景深 越小:对弥散斑大小要求不高时,景深也可相应增大影响景深的因素影响景深的因素222222Df l ZD fl Z 现在学习的是第14页,共28页清晰像清晰像o 如果弥散斑足够小,可视为成清晰像;o 清晰的标准是什么?n与观测系统有关,对人眼,物点所成
6、像的弥散圆直径与人眼中心之张角小于1(极限分辨角)n对照相机,应小于底片的感光剂颗粒大小,或者CCD像素点;AB现在学习的是第15页,共28页眼睛的分辨率眼睛的分辨率o两个物点的像分别落在被分隔开的两个视网膜细胞上,即得到两个点的视觉。可见,眼睛的分辨率与视网膜上两像点距离及视觉细胞的直径大小有关。o视网膜上能分辨的两像点间最小距离应至少要大于2个视神经细胞的直径,即不少于0.006mm。o眼能够分辨最靠近两相邻点的能力称为眼的分辨能力,或视觉敏锐度。现在学习的是第16页,共28页视角分辨率视角分辨率o人眼能分辨的物点间最小视角称为眼的人眼能分辨的物点间最小视角称为眼的视角分辨率视角分辨率o
7、而当眼睛处于放松状态时,而当眼睛处于放松状态时,f=16.5mm,上式可得:,上式可得:0.006tgf0.006arctan116.5现在学习的是第17页,共28页何谓焦深(何谓焦深(depth of focus)?ADAP1 P2P入瞳入瞳P1 P2P出瞳出瞳(对焦面)(对焦面)对准平面对准平面景像平面景像平面l11l22l-lA11A22o 对于确定的对准平面(即物平面),能获得清晰像的像空间深度为焦深。对于确定的对准平面(即物平面),能获得清晰像的像空间深度为焦深。即前焦深(即前焦深(1)与后焦深()与后焦深(2)之和)之和 =1+2现在学习的是第18页,共28页焦焦 深深现在学习的是
8、第19页,共28页由相似三角形关系,并设 1=2=,可得焦深的关系式为All1l2DAP1 P2P入瞳P1 P2P出瞳(对焦面)对准平面景像平面12-lA1A21 2122 lD 焦 深现在学习的是第20页,共28页影响焦深的相关因素影响焦深的相关因素o随入瞳直径(也即孔径角)的增大而减小;o但随像距的增大而增大;o若对弥散斑大小限制要求不高时,则焦深可相应增大。122 lD 现在学习的是第21页,共28页应用应用:摄影时怎样控制景深?摄影时怎样控制景深?要拍摄小景深的照片要拍摄小景深的照片(人物人物),如特定镜头,应选择,如特定镜头,应选择长焦距、大的相对孔径即小的光圈数,对准距长焦距、大的
9、相对孔径即小的光圈数,对准距离近。离近。要拍摄大景深的照片(风景),如远景镜头,应选择要拍摄大景深的照片(风景),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。短焦距、小的相对孔径即大的光圈数,对准距离远。222222Df l ZD fl Z 现在学习的是第22页,共28页F-number光圈大小#1ffND相对孔径f/#0.50.71.01.422.845.68111622Standard full-stop f-number scale 2-20.5,2-10.5,200.5,210.5,220.5,230.5 etc.现在学习的是第23页,共28页At f/32,the
10、 background is distracting At f/5.6,the flowers are isolated from the background.22222DlDl 景深景深 (DOF)现在学习的是第24页,共28页Shot with a 50mm lens Shot from the same distance with a 100mm lens 现在学习的是第25页,共28页作业作业1.有一个焦距为50mm的放大镜,其孔径D=40mm,眼睛离放大镜20mm处观看位于物方焦平面附近的物体,眼睛直径为4mm(1)试判断此系统中,哪一个光孔为孔径光阑?哪一个为视场光阑?并求入瞳和
11、出瞳、入窗和出窗的位置和大小?(2)人眼所看到的视场有多大?2.有一f=140mm的薄透镜组,通光直径为40mm,在镜组前50mm处有一直径为30mm的圆形光孔。问实物处于什么范围时,光孔为入射光瞳?处于什么范围时,镜组本身为入射光瞳?对于无穷远物体,镜组无渐晕成像的视场角和渐晕一半时的视场角各为多少?现在学习的是第26页,共28页1.有一个焦距为50mm的放大镜,其孔径D=40mm,眼睛离放大镜20mm处观看位于物方焦平面附近的物体,眼睛直径为4mm(1)试判断此系统中,哪一个光孔为孔径光阑?哪一个为视场光阑?并求入瞳和出瞳、入窗和出窗的位置和大小?(3)(2)人眼所看到的视场有多大?(1)孔阑(出瞳)视阑(入窗)入瞳33.336.66200出窗1005080现在学习的是第27页,共28页2.有一f=140mm的薄透镜组,通光直径为40mm,在镜组前50mm处有一直径为30mm的圆形光孔。问实物处于什么范围时,光孔为入射光瞳?处于什么范围时,镜组本身为入射光瞳?对于无穷远物体,镜组无渐晕成像的视场角和渐晕一半时的视场角各为多少?1501)离光孔)离光孔150mm,光孔为入瞳;,光孔为入瞳;150mm,镜组为入瞳(,镜组为入瞳(1)2)W0=actg0.1=5.71;W0.5=actg0.4=21.80;(2)5+15=2050W0W0.5现在学习的是第28页,共28页
限制150内