A
L1
P L2
入瞳和出瞳
• 孔径光阑在物方空间的共轭“像”称为入 射光瞳，简称入瞳
• 孔径光阑在像方空间的共轭像称为出射光 瞳，简称出瞳
• 孔径光阑、入瞳、出瞳三者互为共轭关系 • 入瞳在整个系统的物方对光束进行限制，
出瞳在整个系统的像方对光束进行限制
入瞳和出瞳
Center Ray
C.R.
Aperture Stop
2 将Q点和L1和L2’边缘相连接，
tan 1

D1 2
QO
40

0.065
tan 2

D2' 2 QO 40 30

0.(l lZ ) tan 0.2D 3.5mm 2 y 7mm
渐晕光阑
• 当孔径光阑和视场光阑确定以后，其余 限制轴外光束的光阑对轴外点将产生渐 晕作用，称为渐晕光阑。
视场光阑 B y A
孔径光阑
(如投影仪中被投影的图片框）
y D视 2
tg y
l lZ
其中 lZ 为入瞳的位置
视场光阑设在中间像面
视场光阑 (如在显微镜和望远镜系统中） 入窗：视场光阑在物方空间的共轭像 出窗：视场光阑在像方空间的共轭像 入窗，出窗，视场光阑三者互为共轭
第三节 渐晕光阑
• 描述成像范围大小的参量称为视场，近
距离物体成像的视场一般用物体的高度y
表示，无限远物体成像的视场用视场角ω
表示。
• 主光线：通过入
孔径光阑
视场光阑
瞳中心的光线
y'

F
返回
视场光阑设在像面
孔径光阑
视场光阑
y'

F
(如照相机底片框）
物在有限远
y y'

物在无限远
tg y'
f'
视场光阑设在物面
渐晕光阑
物镜
视场光阑
限制轴外光束
目镜 的光阑对轴外点
-
将产生渐晕作用，
f 1'
-f 2
称为渐晕光阑
光束限制的共轭原理
• 一条光线如果被某一光学器件限制,则该 光线的共轭光线也一定会受到该器件的 共轭像所限制
I
II
I'
A
A'
第一节 孔径光阑
• 定义：用于限制成像光束大小的光阑称 孔径光阑, 一般用轴上物点确定。
孔径光阑
焦距最短的镜头对准无限远聚焦 时，其最小的有效光圈能产生最 大景深。也就是说光圈越大，焦 距越长，被摄体距离越近，景深 就越小。
孔径光阑
限制成像光束 大小的光阑
物
L
A.S.
像
（Aperture Stop）
视场光阑
限制成像范围 大小的光阑
入瞳
y
ω
孔径光阑
视场光阑
y' F
线视场与视场角
例题 5-4
例题 5-4
场镜
场镜：在系统的 中间像面或者附 近加入正透镜， 场镜能改变成像 光束的位置，不 影响系统的光学 特性。
第五节 景深和焦深
• 景深 • 焦深 • 结束
z2 z1
2a z'2
z'1
对准平面 B1
A B2
景深
入射光瞳 出射光瞳 P'1
P1 P P'
景像平面 B"2
A'
第四章 光学系统中的光束限制
一、光阑的作用 二、孔径光阑、入瞳、出瞳 三、视场光阑、入窗、出窗 四、渐晕光阑 五、景深、焦深 六、远心光路
光阑的作用
光学系统中，对光束起限制作用的光学元 件称为光阑。如透镜的边框、光孔等。光 阑按限制光束的目的，分为：
1． 孔径光阑 图 2． 视场光阑 3． 渐晕光阑 4． 消杂光光阑
M.R.
物
Marginal Ray
L1
L2
Ex.P
Exit Pupil
A.S.
En.P
Enter Pupil
Q 像
Q'
入瞳和出瞳
孔径光阑离透镜越远，透镜 物高与视场角关系
尺寸越大，远近与口径调节， 保证通光孔径
y (lz l) tan
第二节 视场光阑
• 定义：限制成像范围大小的光阑称为视 场光阑
3 由该点向各器件物方共轭像边缘作连线并延长至物 面，允许成像范围最小的器件就是视场光阑。
例题 5-3
• 对例5-2给出的系统，求渐晕系数KD≥0.7的 系统视场光阑和最大视场范围。
1 找入瞳 2 找Q点
3 划连线 做比较
30
40 100
例题 5-3求解
• 解：1根据渐晕系数0.7，截取Q点，
D 0.7DP, 1.4mm
1. 渐晕的概念及渐晕系数 2. 渐晕情况下的视场计算（★） 3. 渐晕光阑的作用及相关计算（★） 4. 场镜
渐晕的概念
❖视场光阑与物面像面均不重合 （必然渐晕） ❖轴外物点成像无清晰的视场边界 （逐渐减弱） ❖轴上与轴外点成像光束大小不同－－渐晕
渐晕系数
入瞳面
轴外点通过的光束直径
KD

D Do
3. 比较找出其中孔径角为最小（物在无限远 时为孔径高度最小）所对应的器件，该光 学元件就是系统的孔径光阑。
A
F
举例
D1 D2 F'
题解图
例题5-2
• 两个直径相等的正薄透镜，已知透镜的焦 距 f1' 20mm， f2 ' 10mm，物距为-100mm 即 l1 100mm ，间距60mm，直径 D1=D2=6mm，求此系统的孔径光阑。
• 描述成像光束大小的参量称为孔径，近 距离物体成像的孔径用孔径角U表示，无 限远物体成像的孔径用孔径高度h表示；
孔径光阑
-U
A
U
视场光阑
B y
A
A=
孔径光阑 孔径光阑 h
返回
系统孔径的确定----孔径光阑的识别
1. 求出所有的通光元件在系统物方的共轭 “像”。。
2. 对给定的轴上物点在物空间确定各器件允 许通过光束的最大孔径角（当物在无限远 时，确定所允许通过光束的最大高度）。
• 渐晕光阑的作用 1。 减小光学系统的横向尺寸 2。 改善轴外点的成像质量
减小光学系统的横向尺寸
-
返回
物镜
视场光阑 目镜
f 1'
-f 2
例题 5-4
一个望远系统由两个正薄透镜组成，已知物 镜的焦距F1’＝1000mm，通光孔径D1＝ 50mm，物镜与目镜相隔1200mm，目镜通 光口径为D2＝20mm，物镜与目镜的光学间 隔Δ＝0。在F1’处设置D3=16mm的圆孔，求 此光学系统的瞳、窗及物方视场角，判断系 统有无渐晕，及满足无渐晕时的目镜通光口 径。
P2
线渐晕系数
轴上点通过的 光束直径
这部分轴外光束通不 过视场光阑！
上图 B1,B2,B3点的线渐晕系数分别为1，0.5，0
渐晕情况下的视场计算
描述视场
物高（视场范围） 视场角（平行光）
已知渐晕系数值，求视场范围的方法：
1 求出所有通过孔径在物方共轭像，找到入瞳
2 按渐晕系数值在入瞳上取点，作为光线和入瞳交点