5.1.4 消杂光光阑
消杂光光阑是限制那些非成像物体射来的光、光学 系统各折射面反射的光和仪器壳体内壁反射的光。一 般系统中，常把镜管内壁加工成内螺纹并使其发黑， 用来消除杂光。
5.2 孔径光阑和视场光阑的确 定方法
• 5.2.1 确定孔径光阑的方法 • 5.2.2 确定视场光阑的方法
P'1
主光线
B
-
P1 Q1 O2 O1 P
U
A
U'
P' Q2
P2
孔径光阑
P'2
孔径光阑在像方对光线的限制在本质上是在物方对光 线的限制。
5.2.1 确定孔径光阑的方法
P'1
O'2 A P1 F'1 P2 图5.2-1 P'2
O1
O2
P'
首先，将系统中所有零件的光孔成像到物空间， 用计算方法确定其位置和大小 。 第二步，由物面中心A点对各个像的边缘引直线， 入射光瞳是其中张角最小者，对应的物为孔径光阑。
-
P1
U
U'
P
P2
孔径光阑
减小孔径光阑并不会对视场产生影响
视场光阑在像方对光线的限制在本质上是在物方对光 线的限制。
照相系统中的光阑
照相系统组成
f/1
f/1.4
f/2
f/2.8
f/4
f/5.6
f/8
f/11
f/16
f/22
f/32
f/45
f/64
光阑位置对成像光束的影响
光阑位置对成像光束的影响
光阑
孔径光阑
1、孔径光阑的定义与作用 限制轴上物点光束大小的光孔，也称为“有效光阑” P1P2是孔径光阑,主要用于控制成像面的光能！
B
-
P1
A
U
O1
P
P2
O2
U'
A’ B’
孔径光阑
孔径光阑
2、入射光瞳和出射光瞳
P'1
主光线
B
-
P1 O2 O1 P Q1
U
A
U'
P' Q2
P1P2孔径光阑经 前方光学系统 所成的像 P'1P'2 称为入射光瞳， 简称入瞳，入 瞳边缘对物点A 的张角称为物 方孔径角2U．
轴外物点充满孔径光阑的光束被部分地拦截，称为 “渐晕”。该光阑称为“渐晕光阑”，渐晕光阑多为 透镜框。渐晕光阑的作用是参与限制轴外点成像光束。
渐晕光阑
D D

“渐晕系数”：
D K D
光阑位置对成像光束的影响
光阑位置对成像光束的影响
光阑位置对成像光束的影响
孔径光阑
3、关于孔径光阑需要注意的几个问题
若物体位于无限远，此时仅比较各个像本身的大 小，其口径最小者即为入射光瞳。 确定孔径光阑的方法，也可以先确定出射光瞳。
对称于光阑的对称式系统：入射光瞳和出射光瞳的 大小和倒正都一样，入瞳和出瞳之间的倍率为+1，入 射光瞳面和出射光瞳面分别与光学系统的物方主平面 和像方主平面重合。
渐晕光阑1 孔径光阑 渐晕光阑2
视场光阑
O3
F’1，F2
O2
A' F'2 O4 B'
图5.2-3
5.3.2 入射窗和物平面不重合产生渐晕
物 平 面 A B1 B2 B3 第一个区域是以B1A为半径的圆形区. 第二个区域是以B1B2绕光轴一周所形成的环形区域。产生 100％到50％的渐晕。 第三个区域是B2B3绕光轴一周所形成的环形区域。由B2点到B3 点，其渐晕系数由50%降低到零。 入 射 窗 入瞳
若物体位于无限远，此时仅比较各个像本身的大 小，其口径最小者即为入射光瞳。 确定孔径光阑的方法，也可以先确定出射光瞳。
对称于光阑的对称式系统：入射光瞳和出射光瞳 的大小和倒正都一样，入瞳和出瞳之间的倍率为+1， 入射光瞳面和出射光瞳面分别与光学系统的物方主平 面和像方主平面重合。
入瞳的大小是由光学系统对成像光能的要求或者 对物体细节的分辨能力(分辨率)的要求来确定的。常 D 以入瞳直径和焦距之比值来表示， / f ' 称为相对孔径， 它是光学系统的一个重要的性能指标。
孔径光阑
3、关于孔径光阑需要注意的几个问题
入瞳的大小是由光学系统对成像光能的要求或者 对物体细节的分辨能力(分辨率)的要求来确定的。常 D 以入瞳直径和焦距之比值来表示， / f ' 称为相对孔径， 它是光学系统的一个重要的性能指标。
孔径光阑
3、关于孔径光阑需要注意的几个问题
孔径光阑的安放要遵循一定原则。
渐晕光阑1 孔径光阑 渐晕光阑2 F1 F2
O1
视场光阑
O3
O2
A' F'2 O4 B'
图5.2-3
在一个光学系统中，可以有一个渐晕光阑，也可以 有两个渐晕光阑，也可以没有渐晕光阑。 显然，设置渐晕光阑拦掉部分轴外点的成像光束， 可改善轴外点成像质量，同时也为了减小光学零件的 口径。
入窗 B O'2 O'4 A F1 O1
光孔O4经透镜O2和O1成像。根据全对称系统，
l4 ' 150 mm, D4 ' 40 mm
各像对物点的张角为
25 1 tgU1 tgU2 150 6
10 1 tgU3 150 15
20 tgU4 0
U3角最小，入瞳在物方无穷远，O3为孔径光阑。O3的 像在像方无穷远，为出瞳。
对于目视光学系统，出瞳必须在目镜外，便于与 其衔接。 在投影计量光学中，要求入瞳或出瞳位于无穷远。 在光学设计时，可以合理设置孔径光阑位置用以 校正像差。 可以合理设置孔径光阑的大小来匹配光学镜组之 间的能量。
视场光阑
限制物平面或物空间范围的光阑称视场光阑。
P''1
Q2’
入射窗
P1
视场光阑 Q1Q2 是 视 场 光 (出射窗) 阑。 U'
(2)计算这些像的边缘对入瞳中心的张角大小。张角最 小者即为入射窗，入射窗对应的光学零件视场光阑.
入射窗边缘对入瞳中心的张角为物方视场角 2 ，同 时也决定了视场边缘点。视场光阑经后面光学零件所 成的像即为出射窗，出射窗对出瞳中心的张角即为像 方视场角 2' 。
视场光阑是对一定位置的孔径光阑而言的。
入 射 窗 出 射 光 瞳 P'' ω' O1 P 孔 径 光 阑 O2 入 射 光 瞳 P'
B' A'
A
O'2 ω
B 图5.2-2
O2是限制视场的光阑
确定视场光阑的方法： (1)把孔径光阑以外的所有光孔经前面的光学系统成 像到物空间，确定入瞳中心位置 (实际上在确定孔径 光阑时这一步骤已完成)。 (2)计算这些像的边缘对入瞳中心的张角大小。张角最 小者即为入射窗，入射窗对应的光学零件(图中为透镜 O2)或光孔即为视场光阑。 入射窗边缘对入瞳中心的张角为物方视场角 2 ， 同时也决定了视场边缘点。视场光阑经后面光学零件 所成的像即为出射窗，出射窗对出瞳中心的张角即为 像方视场角 2 ' 。
孔径光阑
3、关于孔径光阑需要注意的几个问题
物平面发生 变更，有可 能是孔径光 阑将易主。
孔径光阑
3、关于孔径光阑需要注意的几个问题
P'1 O'2 A
O1
P1
F'1 P2
O2
P'
孔径光阑的确定方法 首先，将系统中所有零件的光孔成像到物空间， 用计算方法确定其位置和大小 。
P'2
第二步，由物面中心A点对各个像的边缘引直线，入 射光瞳是其中张角最小者，对应的物为孔径光阑。
O1 P P2 O2 P'
B A
U
P''
U'
Q1 Q2
Q1’
P''2
孔径光阑
P'2
入射光瞳 线视场:物方线视场为物高的两倍，以2y表示。像方线视场为 像高的两倍，以2y'表示。
视场角:视场的角度表示。物方视场角为2 ，像方视场角为 2 ' ， 它们分别为物像方线视场上下边缘的主光线之间的夹角。
出射光瞳
Applied Optics
应用光学
授课教师：曹益平 办公地点：基教A-119 联系电话：85463879
第5章
光学系统中的光束限制
光阑 照相系统中的光阑 望远系统中成像光束的选择 显微镜系统中的光束限制与分析 光学系统的景深
本章重点
孔径光阑、视场光阑的确定方法 远心光路 景深
孔径光阑为无限小时，物面范围由入窗边缘与入瞳中 心连线决定。
入 射 窗 A 出 射 光 瞳 孔 径 光 阑 入 射 光 瞳
B'
O'2 ω
P'' ω' O1 P
O2
P'
A'
B
线视场:物方线视场为物高的两倍，以2y表示。像方 线视场为像高的两倍，以2y'表示。
Hale Waihona Puke 孔径光阑的变化主光线
B P'' A O1 P O2
P' Q2 Q1
P'1
B
-
A
U
P''
O1
P P2
O2
Q1’
P''2
孔径光阑
P'2
Q'1Q'2为入射窗; Q1Q2 本 身 也 为 出射窗。 通常设置在系统 的实像平面或物 平面
出射光瞳