工程光学讲稿(光阑)

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1、教学内容孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系。视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系。渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的关系。照相系统的基本结构、成像关系和光束限制。望远系统的基本结构、成像关系和光束限制。显微系统的基本结构、成像关系和光束限制。景深、远景景深、近景景深的概念，景深公式和影响因素重点内容光学系统的光阑的定义及作用，各种光学系统对光束的限制作用教学要求掌握光学系统的光阑的作用、光学系统的成像光束的选择；第四章光学系统中的光束限制§4.1光阑及其作用与分类光学系统都是由若干个透镜组或者再加上平面镜、棱镜组成

2、，每个光学零件都有一定的大小。因此、从物体发出的光束能够进入系统成像的只是其中一部分。显然，光学零件起到了限制光束的作用。更确切地说，是放置光学零件的金属框（如透镜框、棱镜框）限制了成像光束的位置和大小。因此，我们把系统中起限制成像光束作用的光学零件的金属框称作“光阑”。在光学系统中，不单用装夹光学零件的金属框的内孔来限制光束，有时还要专门设置一些带孔的金属薄片来限制光束，这些就是专用光阑。专用光阑的通光孔一般为圆形，其中心线和光轴重合。多数专用光阑的孔径是固定的，但也有可变的。孔径可变的光阑称为可变光阑，常用于照相物镜中。又如人眼的瞳孔也是一个可变光阑

3、，其孔径能随外界光线的强弱掌握孔径光阑、入瞳、出瞳和视场光阑、入窗、出窗的基本概念及相互关系；掌握光学系统景深的概念；理解光学系统景深的计算。而自动改变：当外界景物过亮时，瞳孔缩小以减少进入眼睛的光束，避免过度刺激视神经细胞；当外界景物较暗时,瞳孔的直径变大，使进入眼睛的光能增多，以便看清昏暗中的物体。光阑根据其在光学系统中的不同作用可分为以下几种：孔径光阑——用来限制进入光学系统的成像光束的光阑。孔径光阑的大小决定进入系统光能的多少，即决定像平面的照度。孔径光阑的位置在某些光学系统中有特殊要求。如在目视光学仪器中，孔径光阑被其后方光组所成的像一定要位于

4、光学系统之外，以便使眼睛的瞳孔与之重合，达到良好的观察效果。此外，合理地设计孔径光阑的位置，可以在一定程度上改善轴外物点的成像质量。视场光阑——决定物平面或物空间成像范围的光阑。在多数光学系统如照相机、显微系统中，视场光阑的位置常被设置在系统物镜的像平面上，这样，视场才能具有清晰的边界。渐晕光阑——就是对轴外物点的成像光束刻意产生部分限制作用的光阑。渐晕是指视场范围内某一部分区域的物点的成像光束较另外一部分区域物点的光束出现减弱的现象。渐晕光阑的作用是为了改善轴外点的成像质量或减小部分光学系统的横向尺寸。消杂光光阑——用来限制进入光学系统杂光的光阑。光学

5、系统的杂光一般是由折射面和镜简内壁的反射光产生，它会降低像平面的衬度。因此，在一些要求较高的长焦距照相物镜中必须设置几个光阑以遮拦杂光。通常，系统中并不设置消杂光光阑而是在镜管内壁加工细内螺纹或涂以黑色无光漆以消除杂光。§4.2孔径光阑（一）孔径光阑的定义和作用定义：用来限制进入光学系统的成像光束的光阑，被称为孔径光阑。作用：1、孔径光阑可以限制轴上点的成像光束，同时也具有限制轴外点的成像光束。2、孔径光阑的位置对于轴外点的成像有着非常大的影响。孔径光阑对轴上点光束的限制，由图可以看出，放在什么位置，效果一样。孔径光阑对轴外点光束的限制ABC-uu’u’

6、-u-uu’-uu’（二）入射光瞳、出射光瞳入射光瞳：孔径光阑经其前面的光组在物空间的像。也就是从透镜左向右方观察所看到的孔径光阑的像。出射光瞳：孔径光阑经其后面的光组在像空间成的像。入射光瞳、出射光瞳和孔径光阑三者是共轭关系。入射光瞳是光束进入系统的公共入口出射光瞳是成像光束射出系统的出口。-yABy’B’A’L1L2孔径光阑入瞳出瞳-ωω'当系统的入瞳确定后，通过入瞳中心的光线称为轴外物点的主光线，它代表了该物点的中心光束。主光线与光轴的夹角为视场角ω。如果设物距l,入瞳距lz，物高与视场角的关系为：入瞳主光线－ωy－llZ（三）孔径光阑的判断1．让

7、每一个透镜框和专用光阑分别由它前面光组依次作反向光路成像，得出各自像的位置和大小。系统最前面的那个透镜框的像与它本身重合，也计入这些像之内。2．自轴上物点向这些光阑的像做边缘延伸光线，然后比较它们的孔径角的大小。其中孔径角较小的光阑的像是入射光瞳，它所对应的光阑就是系统的孔径光阑。孔径光阑被它后面光组成像，这个像就是出射光瞳。3．当轴上物点位子无限远时，只须比较各镜框或专用光阑被其前面光组所成像的大小，其中径最小的光阑像所对应的光阑就是孔径光阑。例题：有个光路，它是由一个透镜和一个光阑组成，用作图法求它的孔径光阑。1.将D1，D2在物方求像。由于D1前面

8、没有光组，因而它在物方的共轭像D1’就是它自己。2.D2对D1成像，求D1’、D