光学系统中光束的限制

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光束系统中光束的限制包括两方面的内容：①成像光束 口径的限制；②成像空间的限制。成像光束 口径增大，使像面照度增加，但像的清晰度下降，同样，成像空间增大，导致像质变坏。为了获得良好的像质，必须对光学系统的成像光束 口径和成像空间进行限制，光学系统中的光阑为此 目的而设计。

2 光阑在光学系统中的作用光阑在光学系统中的作用是，决定能通过光学系统的光能，亦即决定像平面的照度；决定物空间中多大-部分物体可以被光组成像，也就是决定系统的视场；限制光束中偏高理想位置最大的-些光线，以改善系统的成像质量；拦截系统中有害的杂散光。因此，光阑可以分为：孔径光阑，视场光阑和消杂光光阑。

在-个光学系统的若干个光阑中，-定有-个光阑起着限制轴上物点(或成像点)成像光束光锥角的作用，这种限制光速光锥角的光阑称为孔径光阑，由于限制成像光束方式的不同，孔径光阑在光组中的位置也不同，如图 1所示。

A图 1整个光组由-个透镜组成，显然，透镜框就是孔径光阑，它决定了物点A的光锥角 U 这种由孔径光阑决定的光锥角称为孔径角，如图 2所示，若光组由光阑 1和透镜 2所组成，光阑位于透镜之前，此时可由物点A向光阑边缘孔光线，u∏大于U 角，因此，从物点 A发出能进入光组的光束孔径由光阑 1所决定，1就是孔径光阑，如图 3所示。

2 A图 2-图 3若光组由透镜 1和光阑2组成，光阑在透镜之后，显然，由物点A向透镜 1边缘孔光线是可以的，但是由A直接向光阑2的边缘孔光线却不行，因此它前面有透镜 1，物点 A和它不发生直接关系，这条光线通过透镜时要发生折射，它不再通过光阑2的边缘，为了确定该光组的孔径光阑，必须先求出A点发生并通过光阑 2边缘的光线，可利用物像共轭在概念来解决这个问题。当光阑和透镜的位置及光阑大小确定后，可用计算法或图解法求出该光阑被前面透镜所成的像 2 的位置和大小，此时，光阑像位于物空间，它与物点A产生了直接联系(如图4所示)从 A点向透镜 1的边缘和光阑像 2 的边缘孔光线，发现 1u 1角小于 lu：1角，因此，可以断定光阑像 2 限制了物点A的孔径角。因光阑像 2 与光阑2时透镜 1而言共轭的，所以通过光阑像2 边缘的光线经透镜后必通过光阑2的边缘，由此可知是光阑2限制了物点 A的孔径角，故光阑2为孔径光阑。

图 4孔径光阑被其前面光组在系统物空间所成的像，称为系统的入射光瞳，孔径光阑被其后面的光组在像空间所成的像，称为光学系统的出射光瞳。入射光瞳决定了能进入系统成像的最大光束孔径，是物面上各点发生的成像光束进入系统的公共入口。出射光瞳是物面上各点的成像光束经系统后，射出系统的公共出口。对整个光学系统来说，入射光瞳和出射光瞳是共轭的，而光束孔径角决定像的照度和光学系统的分辨本领。

3光阑限制在任何光学系统中，根据它的用途和要求，总需要对-定大小的物平面和空间范围成清晰可用的像，这-成像范围由光阑进行限制，这种限制物体成像范围的光阑称为视场光阑。与孔径光阑相同，在光学系统中，视场光阑可以是其中的某个(或某组)光学零件的镜框，也可以是专门设置的光阑.某-光组，当其孔径光阑确定后，即可由下述方法确定视场光阑。

先用计算法或作图法求出每-光阑被之前面光组所成的像，再由入射光瞳中心向各光阑有物空间所成的像的边缘孔光线，找出其中对入瞳中心张角最小的那个光阑像。显然，与此张角最小的光阑像所对应的那个光阑即为视场光阑。

视场光阑被其前面的光组在物空内中所成的像称为光学系统的入射窗，它是除孔径光阑以外的所有光阑被其前面的光组在系统物空内所成的像中对入射光瞳中 tl，张角为最小的-个。视场光阑被其厉面的光组在系统像空内中所成的像称为光学系统的出射窗。入射窗和出射窗对整个光组共轭。入射窗决定物空内成像范围出射窗决定像空内的成像范围，此述是指入射光瞳为无限小的情况，实际上，光学系统的入瞳总有-定大小，有时甚至相当大，在此情况下，入射窗并不能完全决定光学系统的成像范围，轴外点发出的部分光来还可能被其他光阑所阴拦，这种现像称为轴外点光束的渐晕，物点离光轴越远，渐晕越大，通常为了消除渐晕，物平面常与入射窗重合把视场光阑设在像平面上。

4 结束语综上所述，孔径光阑和视场光阑是光学系统中起重要作用的两种光阑，前者主要了限制成像光束的孔径，即决定像的照度，后者决定视场，即物定被成像的范围。