工程光学-第四章光阑和光束限制

时间：2025-05-16

工程光学-第四章光阑和光束限制

第四章

光学系统中光阑和光

束限制

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前面的研究没有对光学零件的大小加以限制。

组成光学系统的所有零件都有一定的尺寸大小。

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 光阑及其作用

由一点发出能进入透镜或光学系统的光束，其立体角大小决定于透镜的直径

装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边缘就是限制光束的光孔，这个光孔对光学零件来说被称为“通光孔径”。

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光阑的定义：

夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）或者人为设置的装置限制了成像光束的大小，光学中这种限制成像光束的光孔称为。

有些光孔的大小是可变化的，这种光阑称为“”

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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。

光阑是实际光学系统成完善（满意）像必不可少的零件。

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光阑按上述的作用分为：

孔径光阑视场光阑渐晕光阑消杂光光阑

也就是起到决定能通过光学系统的光能多少（即像平面照度）的光阑。

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视场：

物平面或物空间能被光学系统成像的最大范围称为视场。

视场光阑

限制物平面或物空间能被光学系统成像的最大范围的光阑称为视场光阑。2011-5-17哈工大测控技术与质量工程研究所7

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渐晕

由于轴外点成像光束部分被遮挡，造成像的边缘部分亮度比像平面中心暗，这种现象叫渐晕。

渐晕光阑

光阑以减少轴外像差为目的，使物空间轴外点发出的、原本能通过上述两

种光阑的成像光束只能部分通过，这

种光阑称为渐晕光阑。

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消杂光光阑

这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只限制那些从非成像物体射来的光、光学系统各折射面反射的光和仪器内壁反射的光等，这些光阑称为消杂光光阑。

物镜消杂光光阑

分划板

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老式相机中的消杂光阑

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§2 孔径光阑、入瞳、出瞳

一、孔径光阑的确定

当实际光组中有多个光阑时，确定方法为：

⑴：将各个光阑成像到物空间；

⑵：由物点向光阑像边缘引光线，确定光线与光轴的夹角；⑶：夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑。确定方法可以通过图解法，也可以通过解析法。2011-5-17哈工大测控技术与质量工程研究所11

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例已知一光学系统由三个零件组成，透镜1其焦距f1′= -f1=100mm，口径D1= 40mm；透镜2的焦距f2′= -f2=120mm，口径D2= 30mm，它和透镜1之间的距离为d1= 20mm；光阑3口径为20mm，它和透镜2之间的距离d2= 30mm。物点A的位置L1= -200mm，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。

D1D2D3

AF1

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1、图解法

按照孔径光阑确定方法，需把各个光阑成像到物空间去（将F与F’对调）。D3'

D1D2D2'D3

D1前面没有任何光组，所以它本身就是在物空间的像。2011-5-17哈工大测控技术与质量工程研究所13

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由物点向各个像边缘引光线，得到夹角最小者所对应的光阑即为孔径光阑。D’3

D1，D’1

D’2