应用光学-第五章

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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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。
l3 150mm
y3 33.33mm
D’1 D’2
D’3
25mm 200 mm
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150 mm
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• 物点A对光阑D1’ 的张角 • 对D2’ 的张角 • 对光阑D3’ 的张角
D1 20 tgu1 0.1 200 200
18.75 tgu 2 0.0833 225
33.33 tgu 3 0.0952 350
• u2 为最小，说明光阑像D2‘ 限制了物点的物 方孔径角，故透镜2的镜框为孔径光阑。
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• 将孔径光阑Q1Q Q2通过其前面的透镜成像到物空间去， 则其像P1PP2 就决定了光学系统的物方孔径角U。
D’3
D’1 D’2
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2、解析法：
• 解：1.由于透镜1的前面没有任何光组，所以 它本身就是在物空间的像。
透镜2 在透镜1的右边，要使它成像光线须自右向左， 属于反向光路。而牛顿公式和高斯公式皆由正光路 导出，符号规则也由正光路规定，不可随便用于反 光路。 方法：认为透镜2是像，求物。
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•
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• 消杂光光阑
• 这种光阑不限制通过光学系统中的成像光 束，只限制那些从非成像物体射来的光、 光学系统各折射面反射的光和仪器内壁反 射的光等，这些光阑称为消杂光光阑。
物镜
消杂光光阑
分划板
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§5-2 孔径光阑、入瞳、出瞳
一、孔径光阑的确定
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•
渐晕 • 由于轴外点成像光束部分被遮挡，造 成像的边缘部分亮度比像平面中心暗， 这种现象叫渐晕。 渐晕光阑 • 光阑以减少轴外像差为目的，使物空 间轴外点发出的、原本能通过上述两 种光阑的成像光束只能部分通过，这 种光阑称为渐晕光阑。
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• 光阑按上述的作用分为： • • •
孔径光阑 视场光阑 渐晕光阑 消杂光光阑
孔径光阑：它是限制轴上物点成像光束
立体角（锥角）的光阑。
也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像 平面照度）作用的光阑。
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• 视场： • 物平面或物空间能被光学系统成像的 最大范围称为视场。 • 视场光阑 • 限制物平面或物空间能被光学系统成 像的最大范围的光阑称为视场光阑。
P2
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• 孔径光阑Q1QQ2被其后面的透镜（光组）在像空间所成的像P1' P'P2' 称为出射光瞳，简称出瞳，其决定了系统像方孔径角U'
L1
L2
P1
Q
-U -y
Q Q2
U'
y'
P
U— 物方孔径角
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孔径光阑
P2
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• 孔径光阑被其前面的光组在光学系统物空 间所成的像称为入射光瞳，简称入瞳。 入射光瞳
L1 L2
P1
Q
-U -y
Hale Waihona Puke Baidu
Q Q2
U'
y'
P
U— 物方孔径角
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孔径光阑
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D1
F1,F2
D2
D3
d1
d2
2、因为 f1’= - f1 =100mm，l 2’ = 20mm，利用 高斯公式：
1 1 1 l2 ' l2 f1 '
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1 1 1 20 l2 100
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l2 25mm
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y2 ' l2 ' 20 0.8 y2 l2 25
15 y2 18.75mm 0.8
• 3. 再求光阑3被前面光组所成的像。 • 必须注意：为了求得光阑3在物空间的像，要使它 分别对透镜1、2成像。
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同理，求得光阑3在物空间的像
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光阑在光学系统中的作用：
• 决定像面的照度。 • 决定系统的视场。
• 限制光束中偏离理想位置的一些 光线，用以改善系统的成像质量 • 拦截系统中有害的杂散光。 • 光阑是实际光学系统成满意（完善） 像必不可少的零件。
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• 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，这个光孔对光学零件来 说被称为“通光孔径”
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• 光阑的定义：
• 夹持光学零件的金属框（透镜框、 棱镜框）或者人为设置的装置限制 了成像光束的大小，光学中这种限
制成像光束的光孔称为光阑。
• 有些光孔的大小是可变化的，这种 光阑称为“可变光阑”
D1
A
F1,F2
D2
D3
L1
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d1
d2
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1、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 '
D1
D2
D2 '
D3
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由物点向各个像边缘引光线，得到夹角最小者所 对应的光阑即为孔径光阑。
• 组成光学系统的所有零件都有一定的 尺寸大小 • 前面的研究没有对光学零件的大小加以 限制 • 实际的光学系统除了应满足前述的物象 共轭位置关系和成像放大率的要求外， 还要有一定的成像范围
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§5-1 光阑及其作用
• 由一点发出能进入透镜或光学系统的光束， 其立体角大小决定于透镜的直径