3.1光阑-渐晕光阑

光学与电子科技学院

College of Optical and Electronic Technology

浙江省精品课程

光学原理

第三章光阑与像差

沈常宇

§3.3 渐晕光阑

-y

P

P 1

P 2

y'Q 1

Q 2

Q

入射光瞳

孔径光阑

L 1

L 2

1、渐晕现象—轴外物点

轴外物点B 的下光线被L 1阻挡，上光线被L 2阻挡。B 点的实际成像光束要小。

A

B

轴外物点发出的充满入瞳的光被部分遮挡的现象叫渐晕，引起

2、渐晕系数k

实际设计时起拦光作用的光阑是渐晕光阑。

为什么叫渐晕？因为它所限制的视场边界是不

清晰的。

光孔离孔阑越远越容易引起渐晕。

面渐晕系数=轴外点光束在入瞳上的截面积/入

瞳面积

线渐晕系数=轴外点光束在入瞳上的高度/入瞳

直径

K=1表示无渐晕，K=0表示极限情况，可得到极

2、求渐晕系数k

方法1：直接计算渐晕光阑上的光束宽度，进行比较

方法2：将光束光度折算到入瞳平面上进行比较

光路中有一个透镜L，其焦距为f’，半径为R

L ；有一

个开孔屏QQ’，相对透镜L的距离l

Q ，内孔半径R

Q

；有一

个观察屏（或底片框）PP’，窗口半径为R

P ；问：渐晕系

数分别为1，0.5和0时对应的线视场是多少？

3、渐晕与视场联用相关求解

提示：系统中有三个

光阑：透镜边框，孔

屏，观察屏。一般设

计是要使孔屏为孔径

光阑，观察屏为视场

光阑，所以观察屏应

放在透镜后方的像面

位置，而孔屏可在透

镜前方或后方。

第1种情况，K

=1

D

第3种情况，K

=0

D

第2种情况，K

=0.5

D

举例：第2种情况，K

=0.5，计算物方线视场

D

-R

l

-l Q

-l

讨论3种特殊情况：

（1）无渐晕视场。y 值较小，通过孔阑的光束也能通过透镜，则就不存在渐晕。当y 增加到临界情况，即光线通过透镜边缘也通过孔阑的边缘，对应渐晕系数等于1，由K D =1代入（3.1.5）式，得无渐晕线视场。

（2）50%渐晕视场。继续增大y 值，则实际能通过系统的光束宽度将减小，渐晕系数等于0.5时，由K D =0.5代入（3.1.5）式，得线视场

（3）极限视场。当y 值增加渐晕系数等于0，这是能看到物点的极限情况，由K D =0确定y 极限值

三种视场分别对应图3.1.1中的M点位于孔阑下端、中心、上端，如图3.1.2所示。

例题：一个薄透镜安装在圆筒正中间，圆筒长200mm，内径50mm，透镜焦距50mm。（1）如果物面设在圆筒端面上，则像面在何处？系统的孔径光阑在何处？最大孔径角多大？视场光阑在何处？线视场多大？是否存在渐晕？如果有渐晕，渐晕系数多大？（2）若透镜焦距改为75mm，则上述结论又如何？

物面

L

f’

f’解答：

1.

2. 很显然透镜边框是孔径光阑。

f’解答：

3. 圆筒最右端是视场光阑。

4. 无渐晕。L

f’

（2）若透镜焦距改为75mm ，则上述结论又如何？L f’

物面1.2.

很显然透镜边框是孔径光阑。

L

f’物面y

3. 圆筒最左端是视场光阑。

4. 有渐晕k=0.5。

L

f’

只要入射窗（决定了物方视场的大小）与

物平面重合，出射窗与像平面重合就可消除渐晕。

一般的，多个透镜组成的结构复杂的光学系统，为了提高其轴外点成像质量，会设置渐晕光阑。但对于单组光学系统，如简单的望远镜，显微镜，可以没有渐晕光阑，分划板就是视场光阑，分划板的像大致成像于入窗和出窗面上，满足消除渐晕的条件。

注意：

•视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的，当孔径光阑位置改变时，原来的视场光阑将可能被另外的光孔所代替。•孔径光阑限制成像光束的孔径，即决定成像的照度、分辨率；

•视场光阑决定视场，即物体成像的范围；

•孔径光阑缩小时，每一物点成像光束孔径角变小，像面照度减小，但成像范围不变；

•视场光阑缩小时，成像范围变小，但像的照度不变。

•轴外物点发出的充满入瞳的光被部分遮挡的现象叫渐晕，引起渐晕的光阑称为渐晕光阑。---光孔离孔阑越远越容易引起渐晕。

4、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