光学系统中的光束限制

l2
P2
入瞳
l 2
光学系统
三光阑系光学统系统中中的光各束限光制 阑在物空间的像
出射光瞳：孔径光阑在像空间的像，简称出瞳
像方孔径角：出瞳对像面中心A’所张的角度最 小，称为光学系统的像方孔径角2U’。
孔阑
P1
Q1
A
P 2
l1
Q2
l1
l2
出瞳
光学系统
三光阑系统中各光阑在像空间的像
通过入瞳中心的光线必通过孔阑中心，并必过出瞳中心。
入瞳
整个光学系统 共轭
出瞳
孔
阑
前共
光
轭
学
系
统
共 轭
孔阑
孔 阑 后 光 学 系 统
光学系统中的光束限制
三、入瞳大小的确定
入瞳大小是由光学系统对成像光能量的要求 或者对物体细节的分辨能力的要求确定的。
相对孔径：入瞳直径和焦距之比。——表示 入瞳大小。
在照相系统中，以光阑指数（ F数，俗称光 圈）来表示入瞳大小，是相对孔径的倒数。
通过入瞳边缘的光线必通过孔阑边缘，并必过出瞳边缘。
光学系统中的光束限制
物点与入瞳中心的连线称为主光线。 主光线也通过孔阑和出瞳中心。 入瞳中心是所有主光线的交点。
入瞳是物面上所有物点发出的光束的共同入口； 出瞳是物面上各点发出光束经整个光学系统后从 最后一个光孔出射的共同出口。
光学系统中的光束限制
P1
Q1
A
U
孔 阑
Q2
l1
l2
P2
l 2
光学系统
入瞳
A()
P1 Q1
Q2
入瞳
l1
l2
P2
l 2
光学系统 光学系统中的光束限制
c
ab
A()
BC
a、b、c为物空间 的三个光孔
1.物体位置变了，孔阑可能会改变； 2.当物体位置一定时，有一个光孔最
限制成像光束宽度——孔阑。
光学系统中的光束限制
物体位于无限远时如何确定孔阑？
F f D
显微物镜的入瞳用数值孔径表示。
NAnsinu
光学系统中的光束限制
例题1：有一个物镜焦距为f10m 0，m其框直径 为 D4，0m在m它前面50mm处有一个光孔，直 径 D1 35，m问m物点在-500mm和-300mm时， 是否都由同一光孔起孔径光阑的作用？相应的 入瞳和出瞳的位置和大小如何？
透镜
A
A
B
渐晕光阑光学孔系统径中的光光束阑限制
视场光阑
渐晕光阑多为透镜框。在一些系统中，允许有 一定渐晕——改善成像质量，但像面上轴外点 照度小于轴上点照度。
A 2u
B
孔径光阑 渐晕光阑
光学系统中的光束限制
B
A
视场光阑
4.消杂散光光阑 定义：限制杂散光（视场外的光、金属表面、
光学表面、镜筒内壁的反射散射光）。
例题2：薄透镜焦距为 f12，m 0通m光孔径为 AB5，0m在m 其后30mm处有圆形光孔直径 Q1Q2 30mm 物在1320mm处，求入瞳、孔径光阑、出瞳。
光学系统中的光束限制
5.3视场光阑、入射窗和出射窗
第5章 光学系统中的光束限制
教学目标：
牢固掌握孔径光阑的确定方法，掌握入瞳、 出瞳概念。
掌握视场光阑的确定方法，掌握入射窗和 出射窗的概念。
理解渐晕的概念和成像范围。 了解景深的概念和影响因素。 了解物、像方远心光路。
光学系统中的光束限制
5.1 光阑及其作用
主要内容： 光阑的概念 光阑的分类 光阑的位置
远心光路，孔阑在焦平面上。
其他光学系统，可以选择，以改善成像质量。
2
1
A
B
减小横向尺 寸，改善成
像质量
注：光阑位置改变时，应改变光阑孔径，以保证轴上 点光束孔径角不变。 光学系统中的光束限制
2.视场光阑： ①视场光阑的位置是固定的，总是设在实像面或 中间实像面上。如：照相机底片。如果系统没有 这种实像面，则不存在视场光阑。 ②形状可以是圆形的，如显微系统和望远系统； 可以是方形的，如照相系统。 ③物、像方线视场：物、像高的2倍——线视场 视场角：物方视场角 2和像方视场角 2。是物像 方线视场上下边缘主光线之间的夹角。
视场光阑 限制物空间能被光学系统成像的范围
光
阑
渐晕光阑 限制轴外成像光束宽度，改变轴外点 成像质量
消杂光光阑
限制杂散光（视场外的光、金属表面、 光学表面、镜筒内壁的反射散射光）
二者至少 有其一
光学系统中的光束限制
三、光阑的位置
1.孔径光阑：位置随系统而异。
目视光学系统，孔阑或孔阑的实像一定要在外 面，眼睛能与之重合，以接受全部成像光束。
错误观点1：光孔小的为孔阑 错误观点2：第一个光孔为孔阑
透镜
A
B
渐晕光阑光学系统中孔的光束径限制光阑
A
视场光阑
二、孔径光阑的确定
如何来确定一个光学系统中对给定物体 位置 时的孔径光阑？
应使所有光孔处于同一空间
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p1
A
U
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A
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透
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孔径光
镜
阑
光学系统中的光束限制
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入 瞳
注：光学系统的孔阑是对给定位置的物体而 言的。如果物体位置发生变化，原来的孔阑 失去作用，光束被其他光阑所限制。
光学系统中的光束限制
5.1 光阑及其作用
一、光阑的概念
通光孔径：限制进入光学系统中光束尺寸的 光孔的内孔大小称为通光孔径。
光阑：透光孔，起限制光束的作用。
B
P1
Q1
A
A
P2
Q2
L1
L2
孔径光阑
光学系统中的光束限制
二、光阑的分类 所有光学系
统中都有
孔径光阑 限制轴上物点成像光束立体角或平 面光束孔径角的光阑
只需比较各光阑通过其前面光组在整个系统的 物空间成像的大小，以直径最小者为入瞳。
入瞳
c
A()
ab
a、b、c为物空间 的三个光孔
光学系统中的光束限制
三、入瞳和出瞳
入射光瞳：孔径光阑在物空间的像，简称入瞳。 光学系统物方孔径角：孔径光阑在物空间的像所 决定的对轴上物点A的张角2U。
P1
Q1
A
U
Q2
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杂散光成像到像面，增加像面亮背景，使像 对比度下降。
把管壁加工成螺纹状并涂黑——消杂光。
B
A 2u
B
孔径 光阑
渐晕光阑
光学系统中的光束限制
A
消杂光 光阑
视场光阑
5.2 孔径光阑
主要内容： 孔阑概念 孔径光阑的确定 入瞳和出瞳 入瞳的大小
光学系统中的光束限制
5.2孔径光阑
一、孔径光阑
一个光学系统有若干个透光孔，何为孔阑—— 限制轴上物点成像光束立体角的光孔。
B2
2y A
2
2
B 1
投影屏幕框
A 2 y
物平面 B1
透 镜 光学系统中的光束限制
像平面 B2
3.渐晕光阑
定义：限制轴外成像光束宽度，改变轴外点成 像质量。
渐晕：轴外物点发出的能通过孔径光阑和视场 光阑的成像光束被部分拦截，这种现象称为渐 晕。
作用：提高轴外物点成像质量（慧差），减小 仪器体积。