确定孔径光阑-青岛理工大学

Chapter 5 光束限制
5.1 孔径光阑
M1 M2 N1 N2
孔径光阑对轴上点的光束和轴外光束限制
L
1
2
Chapter 5 光束限制
出射光瞳
P1′
L
1
入射光瞳
L
P1
2
Q
-U
Q
U'
y'
-y
P'
Q
2
P
U— 物方孔径角 P2′
孔径光阑
P2
U′— 像方孔径角
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入瞳(Entrance pupil) :孔径光阑被其前面的光学镜组在物空 间所成的像.
D1
A
F1,F2
D2
D3
L1
d1
d2
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图解法 为了使各光阑和物点A产生直接联系，把它们全部 成像到物空间去。 D3 '
工程光学
Engineering Optics
郭 峰
青岛理工大学 机械工程学院
Chapter 5 光束限制
第五章 光学系统中光束限制
5.1 孔径光阑 5.2 视场光阑
5.3 渐晕光阑与渐晕系数
5.4 光学系统的景深
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5.1 孔径光阑
实际光学系统与理想光学系统不同，其参与成 像的光束宽度和成像范围都是有限的。限制来自于 光学零件的尺寸大小和其他金属框。从光学设计的 角度看，如何合理的选择成像光束是必须分析的问 题。光学系统不同，对参与成像的光束位置和宽度 要求也不同。
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当实际光组中有多个光阑时，确定方法为： ⑴：各个光学孔径成像到物空间； ⑵：由物点向光阑像边缘引光线，找出光线与光轴的夹角； ⑶：夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑。
确定方法可以通过图解法，也可以通过解析法。
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Engineering Optics Dr. F. Guo Qingdao TECH Spring 2013
P1P2 : 入瞳
入射光瞳对轴上物点A的张角P1AP2: 物方孔径角U 对轴上点边缘光线做光路计算时所取的孔径角为该角. 通过物点和入射光瞳中心的光线称为主光线(Chief ray) 通过物点和入瞳边缘的光线称为边缘光线 (marginal ray)
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主光线是物面各点发出的成像光束的中心光线. 通过入瞳边缘的光线也必通过孔径光阑和出瞳的边缘。 光学系统中的孔径光阑只是对一定的物体而言. 物体位置变化, 原来的孔阑可能会失去限制光束的作用, 成像光束被其他光孔限 制.
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5.1 孔径光阑 若孔径光阑位于系统的最前边，则系统的入瞳就是孔径光 阑；若孔径光阑位于系统的最后边，则孔径光阑是系统的出 瞳

光孔的大小是可变化的，这种光阑称为“可变光阑” 。 光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可少的零件。
பைடு நூலகம்
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5.1 孔径光阑 孔径光阑 (Aperture stop)--- 限制成像光束立体角, 决定了 轴上点成像光束中最边缘光线的倾斜角(光束的孔径角)
例
已知一光学系统由三个零件组成，透镜1其焦距 f1′= - f1 =100mm，口径D1 = 40mm；透镜2的焦距f2′= - f2 =120mm， 口径D2 = 30mm，它和透镜1之间的距离为d1 = 20mm；光阑3 口径为20mm，它和透镜2之间的距离d2 = 30mm。物点A的位 置L1 = -200mm，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。
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5.1 孔径光阑
光阑 --- 在光学系统中限制成像光束口径、或者 是限制成像范围的光孔或框称为光阑。 分为: 孔径光阑 视场光阑 渐晕光阑
A2
B2 B A1 B1
L
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5.1 孔径光阑
夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）限制了成像 光束的大小。
The aperture stop (AS) is defined to be the stop or lens ring, which physically limits the solid angle of rays passing through the system from an on-axis object point. The aperture stop limits the brightness of an image.
5.1 孔径光阑 Q1Q2: 孔径光阑 P’1P’2 : 出瞳
出射光瞳对像面中心点A’的张角P’1A’P’2: 像方孔径角U
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5.1 孔径光阑
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5.1 孔径光阑
入射光瞳经整个光学系统成的像为出射光瞳, 两者对整个光学 系统共轭.
主光线必然通过孔径光阑中心和出瞳中心.
实际离开光学系统的光量由出瞳决定. 出瞳是物面上各点成像光束自系统出射时的公共出口. 出瞳是入瞳经整个系统成的像.
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5.1 孔径光阑 Q1Q2: 孔径光阑
实际进入光学系统的光量由入瞳决定. 入瞳决定了物点成像光束的最大孔径,并且是物面上 各点成像光束的公共入口.
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出瞳(Exit Pupil): 孔径光阑被其后面的镜组在系统像空间所 成的像.
主光线（或主光线的延长线）必通过入瞳、孔径光阑和出 瞳的中心。
主光线是物面上各点成像光束的的中心线,他们构成了以入 瞳中心为顶点的同心光束.
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5.1 孔径光阑 确定孔径光阑的方法 1) 把光具组中所有光阑当作物，逐个地相对其前方系 统成像。 2) 由轴上物点向每个像的边缘引直线，其中与主光轴 所夹锐角最小的入射孔径角对应的像即为入射光瞳， 入射光瞳对应的共轭物即为孔径光阑。