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第五章 光学系统的光束限制 第五章 光学系统的光束限制 本章内容 §5.1 概述 §5.2 孔径光阑 §5.3 视场光阑 §5.4 渐晕光阑及场镜的应用 §5.5 景深和远心光路 §5.5 景深和远心光路 有的光学系统不允许有渐晕，又不希望透镜有过大的 口径，通常采用场镜来实现这一目的。场镜就是在系统的中间像面或其附近加入的正透镜，场镜能够改变成像光束的位置，而不影响系统的光学特性。 无限远物体经物镜所成的像要恰好落在场镜的物方主面上，通过场镜所成的像在场镜的像方主面上，大小相等，所以场镜的加入不影响系统的光学特性，但场镜对轴外物点的光线产生作用，降低了它们射向目镜时的高度，由此，目镜的口径可以因此而变小。 某些光学系统要求部分空间或整个空间成像于一个像面上，这可能吗？ 某些光学系统要求部分空间或整个空间成像于一个像面上，这可能吗？ 为什么看照片时无立体感，远近皆清楚？ 理论上，只有共轭的物平面才能在像平面上成清晰像，其他物点所成的像均为弥散斑。但当此斑对眼睛的张角小于眼睛的最小分辨角1时，人眼看起来仍为一点。此时，该弥散斑可认为是空间点在平面上的像。 入瞳 出瞳 * 渐晕光阑及场镜的应用 4 概述 1 孔径光阑 2 视场光阑 3 景深和远心光路 5 设计时，光学系统对于要求成像范围以内的物点，以要求的孔径角光束成像。 D和2u大，传过的能量多，分辨率高 2y大，成像范围大 理论上希望大些，但会引起像差，反而使像的质量差，因此要给予适当的限制 透镜的大小限制A点发出的 光束孔径角 底片的大小限制成像范围 都是对光束的限制，称光阑 1. 光阑的定义： 光学系统中，对光束起限制作用的光学元件称为光阑。 光阑一般都是垂直于光轴放置的，且其中心与光轴中心相重合 2. 光阑的形状： 光阑的形状包含了圆形，正方形，长方形，有些光阑的尺寸大小是可以调节的。 3. 光阑的作用： 光阑用于限制成像光束的大小 光阑用于限制成像的范围。 4. 光阑的分类 1. 孔径光阑 光学系统中用于限制成像光束大小的光阑称为孔径光阑 。 描述成像光束大小的参量——孔径。 近距离物体成像——孔径角 限制轴上点成像光束中边缘光线的最大倾角（孔径角）。 远距离物体成像——孔径高度 限制平行入射的成像光束的最大高度。 孔径光阑的位置——随系统而异 有特定要求的，如目视光学系统，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；远心光学系统，孔阑在焦平面上。 其他的，可以选择，以改善成像质量。 2. 视场光阑 光学系统中用于限制成像范围大小的光阑称为视场光阑。 描述成像范围大小的参量——视场。 限制物平面或物空间中多大范围能被成像。 近距离物体成像——物高 远距离物体成像——视场角 视场光阑的位置 一般设在实像平面或中间实像平面上。有时也设置在物面上。 3. 渐晕光阑 光阑以减小轴外像差为目的，使物空间轴外点发出的、本来能通过孔径光阑和视场光阑的成像光束只能部分通过，称渐晕光阑。 渐晕光阑的设置使得轴外物点通过系统的光束小于轴上物点，其主要目的是为了改善轴外点的成像质量或减小部分光学元件的横向尺寸。 4. 消杂光光阑 用于限制一些非成像光线的光阑称为消杂光光阑。 只对那些从视场外射入系统的光能和由镜头内部的光学表面、金属表面及镜筒内壁的反射和散射所产生的杂散光起部分限制作用。 大型光学仪器，必须设置专门的消杂光光阑 一般光学仪器，将镜筒内部车成螺纹，并涂黑或作发黑处理来减少杂散光的影响。 何为孔径光阑要依当时的条件而定。物体位置变了，孔径光阑可能会变。当物体位置一定时，有一个光孔最限制成像光束的宽（角）度——孔径光阑 一个光学系统有若干个透光孔，何为孔径光阑 ——限制成像光束的最大光束的光孔 错误观点1：第一个光孔是孔径光阑 错误观点2：光孔小的是孔径光阑 假设同在物空间有三个光孔 ？ 怎样找？ 应使所有光孔处于同一空间 判断孔径光阑的步骤： （1）首先求出所有通光阑在系统物方的共轭“像”（位置和大小）。即对每一光阑，按从右到左，被其左方的光学系统成像，得到所有光阑在物方空间的共轭“像”。 （2）确定这些共轭“像”在物方的光束孔径角（当物在无限远时，确定所允许的光束高度），即计算给定的轴上物点对各光阑在物方的共轭“像”边缘的张角。 （3）比较得出其中最小的孔径角（物在无限远时为最小的孔径高度）所对