光学理论读书笔记

1、    光圈变化对成像质量的影响？
由于光阑限制光学系统的成像光束口径，从像差的角度考虑，当光圈变化时，凡是与口径有关的像差，如球差（与口径有关）、彗差（既与口径又与视场有关）将会发生变化。小光圈时，由于光阑挡去了远轴光线，弥散圆的直径就小，图像就会清晰。大光圈时弥散圆直径就大，图像就会比较模糊，从而直接影响成像质量。
在照相镜头中，光圈数增加一档（光孔缩小一档，此时通光面积减小一倍），球差就缩小一半。因此在拍摄时，只要光线条件允许，可以考虑使用较小的光圈来减小球差的影响。
同样，在拍摄时也可以采取适当采用较小的光圈来减少彗差对成象的影响。
与彗差不同，像散仅仅与视场有关，与孔径没有关系。即使光圈开得很小，在子午和弧矢方向仍然无法同时获得非常清晰的像。在广角镜头中，由于视场角比较大，像散现象就比较明显。
场曲是一种与孔径无关的像差。靠减小光圈并不能改善因场曲带来的模糊。
畸变并不会影响像的清晰度，而只影响像与物的相似性。畸变与镜头的光圈大小无关，只与镜头的视场有关。因此，缩小光圈并不能改善畸变。
结论：当光圈变化时，由于球差和慧差发生变化，导致成像质量也随之变化。(瞳像差)
2、    相对口径与数值孔径的区别在哪里？
相对口径即F数的倒数，其值为：  =入瞳直径/系统的有效焦距；
数值孔径定义为：
表示最后一个光学表面与后焦点之间的介质折射率；
表示会聚在焦点的光锥的半角。
数值孔径和F数都可用来表示物镜的聚光能力。物在有限远时（如显微系统）较多用数值孔径。物在无穷远时（如望远系统）较多用F数。
若光学系统在空气中使用，。故F数和数值孔径可通过以下关系换算：
理论上数值孔径的最大值为1，即F数为0.5，其物理意义是在焦点形成的光锥具有
180°的角度。由于像质太差，F数为0.5的光学系统是没有实用价值的。
3、    随着光线高度和视场角的改变，光线入射角如何变化？
当标准光学表面上的入射光角度开始增大时，像差就产生了。对于给定的曲率，它可以在两种方式下产生。
对于与光轴平行的光线，如图a和b所示，入射高度的增加也就使光线角度的增加（从图a的3.5°到图b中的17°）。
如果光线来自不同视场角，但是到达相同高度，那么入射角会有所增加（如图所显示的，上部光线从图a的3.5°到图c的23°）。当两种情况同时发生时，入射角甚至会变得更大（从图a的3.5°到图d中的37°）。对于图c和图d的下部光线，入射角是有所减小的。下部和上部光线之间的不对称就会表示为离轴像差。

随着光线高度和视场角改变的入射角
当一个系统的F数减少，视场角增加，还有光谱带宽增加时，（需要保持好的成像质量的）光学系统的复杂性也会增加。

越小的 f/# 意味着越大的光学直径(f/#1小,口径大于f/#2)

黑光	2010-05-26 15:25
理论上数值孔径的最大值为1，即F数为0.5，这个不明白?

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