第四章 光学系统中的光阑和光束限制

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1、第四章光学系统中的光阑和光束限制照相系统的光阑望远镜系统中成像光束的选择显微镜系统中的光束限制与分析光学系统的景深实际光学系统不是理想光学系统，光学元件的尺寸是有限度的，必须适当选择参与成像的光束大小和位置，以保证成像质量。光阑一、光阑光阑：限制成像光束的光孔，或者是限制成像范围的光孔或金属框,可分为孔径光阑和视场光阑。§4.1光阑L：照相镜头A：可变光阑B：感光底片图4-1照相系统简图光阑在光学系统中的作用：决定能通过光学系统的光束；决定系统的视场；限制光束中偏离理想位置最大的一些光线，以改善成像质量；拦截系统中有害杂散光；二、孔径光阑孔径光阑：

2、限制轴物点成像光束宽度、并有选择轴外物点成像光束位置作用的光阑1、定义(2)孔径光阑对轴外点成像光束的选择（图4-3）2、孔径光阑的位置对选择光束的作用(1)孔径光阑对轴上点光束的限制（图4-2）可以是系统中某个透镜的镜框，也可以是专门设置的光阑。-uu’-uu’-uu’-uu’图4-2孔径光阑对轴上物点光束的限制图4-3孔径光阑位置对轴外点成像光束的选择AABC入射光瞳（简称入瞳）：入射光线的入口。孔径光阑经其前面的透镜在光学系统物空间所成的像。出射光瞳（简称出瞳）：出射光线的出口。孔径光阑经其后面的透镜在光学系统像空间所成的像。主光线：通过入瞳

3、中心的光线。主光线（或其延长线）必须通过入瞳、孔径光阑、出瞳的中心。3、入射光瞳和出射光瞳（图4-4）图4-4入瞳与出瞳主光线入瞳孔径光阑（出瞳）4、孔径光阑位置及安放原则孔径光阑的安置通常和物镜镜框重合或在物镜附近，这可使同样孔径角的情况下，物镜的尺寸较小。ABUmax入瞳BAUmax入瞳ABUmax入瞳三、视场光阑及入射窗、出射窗（图4-6）入射窗：视场光阑经其前面的光组在物空间所成的像出射窗：视场光阑经其后面的光组在像空间所成的像视场角：轴外点主光线与光轴间的夹角。物方视场角：在物空间，入射窗边缘对入瞳中心所张的角度。像方视场角：在像空间，出

4、射窗边缘对出瞳中心所张的角度。能清晰成像的物面范围称为光学系统的物方视场，相应的像面范围称为像方视场。视场光阑：限制成像范围的光阑图4-6入射窗与出射窗图4-7照相系统简图L：照相镜头A：可变光阑B：感光底片§4.2照相系统中的光阑图4-8孔径光阑对轴上点光束的限制图4-9a可变光阑对成像光束的影响图4-10孔径光阑对轴外点光束的限制a)b)光阑处于A’位置时所需的透镜口径要比处于A位置的透镜口径大DDω图4-11轴外光束的渐晕K=Dw/D渐晕光阑渐晕系数：斜光束在子午面内光束宽度与轴上点光束的口径之比：渐晕：由于轴外斜光束宽度小于轴上点光束宽度，

5、而引起像平面边缘部分比像中心暗的现象照相光学系统小结：根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的位置。在有渐晕的情形下，轴外点光束的宽度不仅由孔径光阑的口径决定，而且与渐晕光阑的口径有关。在照相光学系统中，感光底片的框子就是视场光阑。孔径光阑的形状一般为圆形，视场光阑的形状为圆形或矩形。首页§4.3望远镜系统中成像光束的选择一、望远镜系统的基本结构：（图4-7）二、望远镜系统中的光束限制：光瞳衔接原则：（图4-8）前面系统的出瞳和后面系统的入瞳重合2.孔径光阑在不同位置处的计算（1）物镜左侧10mm；（2）物镜上；（3）物镜右侧10mm;图4-12双目望远

6、镜系统视角放大率：Г=6X视场角：2ω=8º30´出瞳直径：D’=5mm出瞳距离：lz’≥11mm物镜焦距：f物’=108mm目镜焦距：f目’=18mm图4-13望远镜系统简化图结构特点：第一个光组的像方焦点F1’与第二个光组的物方焦点F2重合，（Φ=0，无焦系统）f1’＞f2’垂轴放大率望远系统的垂轴放大率与物体所处位置无关表4-1通光口径阑位D物D棱D分D目l’z(1)31.531.5>D棱>161623.520.5(2)3030>D棱>161623.721(3)31.631.6>D棱>16162421.3在第二种位置时，即将物镜框作为系统的孔

7、径光阑，物镜口径最小。选择望远镜系统成像光束位置的基本原则：1、首先根据系统光学特性（D/f’、f’）的要求，对轴上点边缘光线进行光路计算，从而确定轴上点边缘光线在系统中每个光学零件或光澜上的口径，这些轴向光束口径是为保证光学系统的光学特性，系统中各个光学零件所必需的最小口径。2、一般情况下，使轴外光束的主光线，通过轴向光束口径最大的光学零件或光澜的中心，即一般情况下轴向光束口径最大的孔或框作为孔径光澜。根据这一原则望远镜系统中通常把孔径光澜选在物镜框上。轴外点成像光束位置确定后，计算边缘视场上、下边缘光线，以确定各个光学零件的实际通光口径望远镜光

8、学系统小结：两个光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则。目视光学系统的出瞳一般在外，且出瞳距不能短于6mm。望远镜系统的孔