光学系统中成像光束的选择----光阑(应用光学第六,七次课)2011

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1、因为每个光学零件都有一定的大小，能够进入系统成像的光束总有一定限制的。决定每个光学零件尺寸的就是系统中成像光束的位置和大小。光学系统中成像光束的选择光学系统除了物象共轭，成像放大率要求外，还要有一定成像范围的要求。因为像平面上要有一定的光能和反映物面细节的能力(分辨率，由衍射理论知与孔径成正比的)。同时也要限制光束的(原因)孔径角一.名词视场成像范围通光孔径光学系统中，装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘。二.光阑及其作用1.作用限制成像光束的孔径角，成像的范围，当然也就限制了进光量的多少，像的亮度；就限制了成像的大小了。通

2、光孔径例：在光学系统中，装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘就是限制光束的光孔。而仅仅靠他们来限制光束不远远不够的，还需要特意设置限制光束的装置的。2.光阑带孔的金属薄片。通常形状是圆的，其中心和光轴重合，其平面与光轴垂直。光阑三.光阑的分类1.孔径光阑它是限制轴上物点成像光束立体角的。在有些光学系统中是有特定要求的。它决定轴上点发出的平面光束的孔径角。M1N1光阑(1)在目视光学系统中，光阑或者光阑的像一定要在光学系统的外边，使眼睛的瞳孔可以与之重合，以达到良好的观察效果。例：(2)在计量光学系统中，为了达到精确的测量，光

3、阑常放在物镜的焦平面上。形成“远心光路”。除此以外，光学系统中的光阑位置是可以任意选择的，但是，合理的选择光阑的位置可以改善轴外点的成像质量。12M1M2N1N2光阑当光阑位置改变时，应相应的改变其大小，以保证轴上点光束的孔径角不变合理选择光阑的位置，在保证成像质量的前提下，可以使整个光学系统的尺寸减少，系统的结构均称。12M1M2N1N2光阑2.视场光阑它是决定物平面上或物空间中成像范围的光阑。以上的两种光阑是光学系统系统中最重要的光阑，任何系统都有这两种光阑的。3.消杂光光阑(3)该光阑不限制通过光学系统的成像光束，只限

4、制那些从非成像物体射来的光，例如：各反射面反射的光，仪器内壁反射的光等。(1)杂光(2)其危害：使像面产生明亮的背景，降低像的衬度非成像的光，来自反射面反射的光，仪器内壁反射的光等。(4)当然也只是一些重要的光学系统，专门设置消杂光光阑的，且可以有几个的。例如：天文望远镜，长焦距平行光管等。(5)一般的系统仅仅使用其镜管内壁加工成内螺纹，并涂以黑色无光漆或者煮黑来达到消杂光的目的。分划板消杂光光阑物镜光学系统的孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳光学系统中总有一个光孔是限制光束的大小的。看下图：入射光瞳出射光瞳孔径光阑-U说明(1)

5、孔径光阑通过其前面的透镜成像到物空间去，入射光瞳(入瞳)(2)孔径光阑通过其后面的透镜成像到像空间去，出射光瞳(出瞳)入瞳实际上限制着光学系统的物方孔径角U出瞳实际上限制着光学系统的像方孔径角(4)入射光瞳和出射光瞳对于整个光学系统是共轭的，即：入射光瞳通过整个系统所成的像就是出射光瞳。(3)入瞳位于物空间的；出瞳位于像空间的。入射光瞳出射光瞳孔径光阑-U物像中间像物(入射光瞳)经过透镜成像为孔径光阑经过透镜成像为像(出射光瞳)入射光瞳出射光瞳孔径光阑-U物像中间像物(出射光瞳)经过透镜成像为孔径光阑经过透镜成像为像(入射光

6、瞳)(5)将光学系统中所有光学零件的通光孔，分别通过其前面的光学零件成像到整个系统的物空间去，入射光瞳必然是其中对物平面中心的张角为最小的一个。入射光瞳的特性入射光瞳入射光瞳必定是对物面中心的张角最小的一个孔径光阑-U出射光瞳的特性出射光瞳出射光瞳必定是对像面中心的张角最小的一个孔径光阑将光学系统中所有光学零件的通光孔，分别通过其后面的光学零件成像到整个系统的像空间去，则出射光瞳必然是其中对像平面中心的张角为最小的一个。(6)光学系统的孔径光阑只是对一定位置的物体而言的。如果物体的位置发生变化，原来限制光束的孔径光阑将有可能

7、失去限制光束的作用。孔径光阑出射光瞳入射光瞳AB对于无限远的物体，透镜将是限制光束的。孔径光阑出射光瞳入射光瞳(7)在大多数情况下，轴外点发出并充满入射光瞳的光束，会被某些透镜遮拦的。AB(8)这种轴外光束被部分拦截的现象渐晕显然物点离光轴愈远，渐晕愈大。其成像的孔径角也比轴上点成像光束的孔径角小得多。渐晕的原因：轴外点的成像光束小于轴上点的成像光束。渐晕的危害：使得像面边缘的光照度相对于中心有所下降的。渐晕系数：轴外点成像光束与轴上点成像光束在光瞳面上的线度之比值。(9)对于无限远的物体而言，光学系统的所有光孔被其前面的光

8、学零件在物空间所成的像中，直径最小的一个光孔像就是系统的入射光瞳，能进入系统成像的光束直径就等于入射光瞳的直径。孔径光阑出射光瞳入射光瞳AB这个系统对于无限远的物体而言，是入射光瞳，也就是孔径光阑。当然被其后面零件所成的像就是出射光瞳。(10)通过入射光瞳中心的光线主光线。对于理想光学系统