几何光学第九讲

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1、4光学系统中的光束限制引言：1、实际光学系统：参与成像的光束宽度和成像范围有限（理想光学系统:无限大光束、任意大空间）2、光学零件的尺寸大小和其他金属框的存在4光学系统中的光束限制任何成像光学系统，均需要满足一系列根据使用要求提出的条件。首先，使物体在给定共轭距上成要求倍率的像，由此决定了光学系统的轴向尺寸，这就是我们前面讨论的物像位置关系。4光学系统中的光束限制其次，系统还要具有要求的成像范围，所成的像还应具有一定的光度水准，并能反映物体的微细结构，前者规定了成像的线视场或视场角，后者与成像光束的孔径角有关，也就是说，光学系统应对于要求成像范

2、围内的物点，以要求孔径角的光束成像。这实质上是一个如何确定光学零件的横向尺寸或通光孔径，从而给通过光学系统的光束以合理限制的问题。4光学系统中的光束限制因此，在每个光学仪器内都有一些限制光束通过仪器的障碍物，在仪器内除了个别的透镜框以外，有时候还必须安装一些带孔的平板形状的不透光的特殊障碍物，这些孔的中心在系统光轴上，它们同样有限制光束的作用。所有这些对通过光学系统的光束起限制作用的光孔统称为光阑。4.1、光阑概述一、照相系统的组成二、光阑的概念三、孔径光阑四、视场光阑五、渐晕现象与渐晕光阑六、结论一、照相系统的组成：镜头：将外界景物成像在底片

3、上。光圈：调节成像光束宽度从而调节光能量和象质。（适应不同的照相条件）——可变光阑不在镜头上，由专门的金属框充当。——孔径光阑——限制成像光束口径底片架框（感光胶片）：确定景物的成像范围。——视场光阑——限制成像范围普通照相系统由照相物镜L、可变光阑A和感光底片B三个部分组成。照相物镜将景物成像在感光底片上。一、照相系统的组成：可变光阑是一个开口大小可变的圆孔，随着可变光阑缩小或增大，参与成像的光束宽度就减小或加大，从而达到调节光能量以适应外界不同的照明条件。这个可变光阑就是孔径光阑。成像范围则是由感光底片框的大小确定的，超出底片框的范围，光线

4、被遮拦，底片不能感光。此时，底片框就是视场光阑。二、光阑的概念1、光阑：光学系统中用以限制光束的光孔（透镜的镜座、照相机的光圈、专门设置的其他光孔）统称为光阑2、光阑的分类：光阑对光束的限制作用主要体现在改善成像质量、决定光能、拦截杂散光等方面。根据其所起作用的不同，光阑可以分为孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑和消杂光光阑等四种。其中，孔径光阑和视场光阑是光学系统必不可少的两种最重要的光阑，前者用于限制通过光学系统的成像光束，后者用于限制成像范围。2、光阑的分类1）孔径光阑——限制成像光束口径（立体角）的光阑——有效光阑（光能、像质、分辨率）2）视

5、场光阑——限制成像范围的光阑3）渐晕光阑——拦截部分轴外点成像光束，产生“渐晕”现象（像面边缘比中心暗）——为减小系统中光学零件的口径而设置透镜边框，拦截成像质量不好的光束（能量弱），不使其到达像面——远轴光线球差大，将其拦截掉4）消杂光光阑——光学系统中限制杂光的光阑杂光：非成像光束——非成像物点进入系统的光束（由折射面或仪器内壁反射产生的光束）——杂光使像面产生明亮的背景、降低像的对比度，故加以限制——设置情况：重要仪器：需要专门设置（天文望远镜、长焦距平行光管）一般仪器：工艺处理——将镜筒加工成螺纹并发黑（涂黑色无光漆或煮黑）重要提示实际

6、光学系统：参与成像的光束宽度和成像范围有限。所有光学系统与照相系统一样，至少有两类光阑：——孔径光阑——限制成像光束口径——孔阑——视场光阑——限制成像范围——视阑三、孔径光阑1、孔径光阑定义及其作用定义：用来限制成像光束立体角的光阑称为孔径光阑，简称孔阑作用：1）决定通过光学系统的光能量-----像面照度。照相时调节光圈，就是调节孔径光阑的大小，从而起到改变曝光量的目的。2）决定光学系统的分辨率（光学像反映物体微细结构的程度）。由衍射理论可知，系统分辨率与光束的孔径成正比。决定了。1、孔径光阑定义及其作用3)孔径光阑对轴上点和轴外点成像光束均

7、有限制作用。如果改变孔径光阑的位置，需要同时改变其大小才能起到相同的限制作用。孔径光阑对轴上点成像光束的限制作用--------光束对称孔径光阑对于轴外点成像光束的限制作用对于轴外点成像光束来说，孔径光阑的位置不同，参与成像的轴外光束不一样，轴外光束通过透镜的部位也不一样，需要通过全部成像光束的透镜口径大小也就不一样。光阑位置的改变可以影响轴外点的成像质量。从这一点来看，孔径光阑的位置是由对轴外光束的要求决定的。光束选择2、孔径光阑的确定方法与设置原则孔径光阑的位置确定是针对某特定的轴上物点而言。将光学系统中所有光学零件的光孔，分别对其前面的光

8、组成像，对某一确定的轴上物点张角最小的那个像所对应的光孔就是孔径光阑，这个像就是入瞳。如果一个光学系统对无穷远物体成像，则要看系统中所有光孔被其前面光