最新工程光学第四章 光学系统中的光阑和光束限制

★含义3：孔径光阑的位置不同，则对应于选择轴外物点 发出光束的不同部分参与成像。
★ 孔径光阑的定义： 1）限制轴上物点成像光束孔径角的大小（宽度）； 2）选择轴外物点成像光束的位置。
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2、入射光瞳与出射光瞳(Entrance and Exit pupils)
U2
a rctg
D 2 2 ( l1 l2 )
B
A'
a rctg
44
2 3 .7 4 9
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。
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• 孔径光阑
光阑分为： • 视场光阑
第四章 光学系统中的光阑和光束限制
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第四章 光学系统中的光阑和光束限制
• §4.1 光阑 • §4.2 照相系统中的光阑 • §4.3 望远镜系统中成像光束限制 • §4.4 显微镜系统中的光束限制与分析 • §4.5 光学系统的景深
• 消杂光光阑 • 渐晕光阑
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一、孔径光阑(Aperture Stops)
• 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（即
像平面照度）作用的光阑。
A
D
2
D2
l2 l2
D2
44mm
B
A'
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3）D1，D2'对轴上物点A的张角：
U1
a rctg
D1 2 l1
2 2′
B'
1
a rctg 3 0 2 6 .5 6 5 2 (30)
A
) U 1 ) U 2 U 2(
★ 成像张角比较法：
a. 将光学系统所有光阑（各个透镜和光圈等），对其前面 的光学系统（物空间）成像，求像之大小和位置；
b. 由物位置（轴上点）向各像边缘、第一个透镜边缘分别 作连线，求张角最小值即为入瞳，相应的共轭物为孔径 光阑；
c. 孔径光阑对后面光学系统（像空间）所成像即是出瞳。
L1
L2
Q 1
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★ 含义2：孔径光阑的位置不同，但都起到了对轴上物点成像
光束宽度的限制作用；只需相应的改变光阑大小，即可保证
轴上物点成像光束的孔径角不变。
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(1) 轴上物点的位置发生变化，孔径光阑也会变化。
(2)几个口径一定的透镜组合，判断确定的轴上物点位置的孔径光阑：
★追迹光线法：过轴上物点的任一条近轴光线，求其在每个 折射面的投射高度与实际口径的比值，比值最大的折射面的 边框为透镜组的孔径光阑。
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L
2
Q1
)U
A
Q
Q
Q2
Q 2
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例1：已知物点A离透镜1的距离为-l1=30mm，透镜1的通光口 径D1=30mm,光孔2的直径D2=22mm，像点A’离透镜的距离 l1´=60mm，透镜与光孔之间距离为d=10mm，试确定这个系 统的孔径光阑、入瞳和出瞳。
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• 组成光学系统的所有零件都有一 定的尺寸大小
• 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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1）入瞳：决定光学系统的物方光束的孔径角。
2）出瞳：决定光学系统的像方光束的孔径角。 3）孔径光阑：实际起对光束限制作用的元件，决定了
入瞳、出瞳___；___三___者___互___为___物___像____关__系。 _______________________
3、关于孔径光阑需要注意的几个问题
解：判断孔径光阑：轴上物点的成像张角比较法
1）透镜1框内孔相对于前面光学系统的像与自身重合。
2）光孔2相对于前面透镜成像：
1 1 1 l l f
透 镜 焦 距 ： l1 60, l1 30 f 20;
2′
B'
光孔关于透镜的像：
2 1
l2 d 10, f 20， l2 20；
像的大小：
★ Pupils： The image of the Aperture Stops ★入射光瞳：孔径光阑经其前面光学系统所成的像（物空间） ★出射光瞳：孔径光阑经其后面光学系统所成的像（像空间）
照相机镜头中的孔径光阑 ___________________________ _______________________
§4-1 光阑
• 通常光学系统中用一些中心开孔的薄金 属片来合理地限制成像光束的宽度、位 置和成像范围。这些限制成像光束和成 像范围的薄金属片称为光阑。
• 如果光学系统中安放光阑的位置与光学 元件的某一面重合，则光学系统的边框 就是光阑
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孔径光阑
F
F
孔径光阑
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物像关系
入瞳
前面
光学
整
系统
个
光
孔径光阑 学
系
后面
统
光学
系统
出瞳
Hale Waihona Puke Baidu
★ 孔径光阑出、瞳入瞳与出孔径瞳
入瞳
光阑
A
y
Q
1
L1
) U Q
L2
Q1
Q
U (
Q2
Q 1
B
y
Q A
B
Q
2
Q 2