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空间像的景深

发布时间:2021-06-29 14:58:11 浏览量:2715 作者:Joe

摘要

有许多的光学仪器要求在某个像平面上给出整个或者部分空间的像,如人眼、相机、摄影机等等。但是,理论上与光学仪器成像平面共

轭的那个特定平面上的物点才能真正成像在成像平面上,其他非共轭平面上的物点在仪器成像平面上只能得到相应成像光束的截面,表

现在仪器成像平面上,即为弥散斑,只要弥散斑直径不会超过实际使用中的光学仪器的分辨率,这些弥散斑依旧可以看做是清晰的像,

在物方空间能形成可以被认为是清晰的像的最远平面与真正物面的距离叫远景深度,相应的,最近平面与真正物面的距离叫近景深度,

最远平面与最近平面之间的距离叫景深。

正文


有许多的光学仪器要求在某个像平面上给出整个或者部分空间的像,如人眼、相机、摄影机等等。但是,理论上与光学仪器成像平面共

轭的那个特定平面上的物点才能真正成像在成像平面上,其他非共轭的平面上的物点在仪器成像平面上只能得到相应成像光束的截面,

表现在仪器成像平面上,即为弥散斑。如下图的光路,


A面为物面,B1和B2点位于物平面之外,它们的像点也在像平面A’之外,在像平面A’上得到的是这两点成像光束的截面,分别为

z1’和z2’。 z1’和z2’分别与在物空间A平面的截面z1和z2共轭。如果弥散斑z1’和z2’足够小,例如它们对眼睛的张角小于眼睛

的最小分辨角(约1分),那么我们实际感受起来并不会产生不清楚的感觉,那么,我们可以认为弥散斑z1’和z2’是空间点在像平面

A’上的像,它们在像平面上的位置由它们各自的主光线与像平面A’的交点来决定。


能在像平面上获得清晰的像的空间深度称为深,显然在上图中,景深就是∆_1+ ∆_2。真正的成像平面A’叫做景像平面,它的共轭

平面A叫对准平面,能在景像平面上呈清晰像(即弥散斑不超过景象平面上光学仪器的分辨能力)的最远平面称为远景,能在景像平面

上成清晰像的最近平面称为近景。现假设上述光路入瞳直径为α,景象平面上的光学仪器能分辨的最小弥散斑直径为Z’,在对准平面

上A上的截面直径相应为Z,放大率为β,有Z = Z’/β,放大率近似写作β=f^'/p。那么易得如下远景深度∆_1和近景深度∆_2的关系,

即景深。



从上述关系可知,当景像平面上可分辨最小弥散斑大小Z’确定之后,景深大小与系统的入瞳直径焦距以及和对准平面的距离有关。

入瞳直径越大,焦距越大,景深越小;对准平面和入瞳的距离越大,景深越大。


虽然景像平面上非共轭面上物点所成的弥散斑并不是真正意义上的像,但是在实际使用中,数学般准确的点既不可能获得,也没有必要

获得。因为所有的光学成像仪器包括人眼都有其自己的分辨极限,只要弥散斑直径不会超过实际使用中的光学仪器的分辨率,这些弥散

斑依旧可以看做是清晰的像,这样,光学仪器的性能和应用范围才能扩大。


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