2015第12课【光阑应用与景深】更新
P
空间点B1和B2 位于物平面A 以外， 其像B1’和B2’也 在像平面A’以外， 在像平面A’上得 到的这两点的成像 光束的截面Z1’和 Z2’，他们分别与 物空间中的相应光 束在A平面的截面 Z1和Z2共轭。
如果弥散斑足够小，如它对眼睛的张角小于眼睛的 最小分辨角（约为1分），眼睛看起来并无不清楚的感 觉。此时，弥散斑Z1’和Z2’可以认为是空间点B1和B2 在平面上A’的像，它们的位置由空间点的主光线和像 平面的交点决定。他们的大小与入瞳大小和空间点至共 轭平面A的距离有关。
放大镜框是视场光阑，又是出窗、入窗，同时放大镜框 本身又是渐晕光阑。
只有当放大镜贴近物平面时，无渐晕
二、放大镜光束限制
主光线以下光线
仅下光线
以主光线为轴线的上下光线
不同的视场角对应了有限距离下不同的线视场
不同的渐晕系数对应不同的视场角，也对应了有限距离下不同的线视场
三、望远镜光束限制P65
最简单的开普勒望远镜是由正物镜和正目镜组合而成的目视光学仪 器，如图所示。物镜框就是孔径光阑，出射光瞳在目镜之外，能与眼睛 的瞳孔重合（出瞳距一般应大于6mm）。在物镜和目镜之间，即物镜的后 焦面处放置分划板或专门的光孔，作为视场光阑。
5、讨论
• 情况1：使对准平面以后的整个空间深度都能在景像平面上成清晰像 • 情况2：照相物镜调焦于无穷远 • 第二种情况下的景深相对要小。
三、小结
• 1、相关概念：
景深、对准平面和景象平面、远景平面和远景深度（后）、 近景平面和近景深度（前）等
• 2、影响因素： • 3、具体光学系统的景深
六、场镜
4.3 光学系统的景深
要拍摄大景深的照片，如远景镜 头，应选择短焦距、小的相对孔 径即大的光圈数，对准距离远。
要拍摄小景深的照片，如特定镜 头，应选择长焦距、大的相对孔 径即小的光圈数，对准距离近。
4.3 光学系统的景深
一、光学系统的空间像
1、引例：
前面我们已经对垂轴平面上物体的成像进行了讨论。 属于这一类成像光学仪器的有某些显微镜、照相复制 镜头和电影放映机等。 实际上，还有较多的光学仪器要求在某个像平面 上给出整个空间或部分空间的像（即空间物的平面像， 又称平面上的空间像），如照相机、电影摄影机和望 远镜等，眼睛也属于此类。
测量轴向长度，把一标尺放在不同 位置，光学系统的放大率因标尺位 置不同而改变，读出标尺像上的某 个数值，从而求得仪器到标尺间的 距离，如经纬仪、水准仪等大地测 量仪器的测距装置。标尺置于望远 物镜前方要测的距离处，物镜后面 分划板平面上有一对间隔为已知的 测距丝。
在望远镜物镜的物方焦平面上设置孔径光阑： 1）物上各点发出的光束，主光线都通过孔阑中心所在的物方焦点，经 过物镜后像方主光线都平行于光轴（弥散斑中心点不变） 2）可以根据像高——β（物体高度，即垂轴长度已知）——物距
4.2、典型光学系统中的光束限制
一、照相系统光束限制
镜头将景物成像在感光底片上。
光圈：可变光阑，开口大小可变的 圆孔，调节成像光束宽度从而调节 光能量和象质。（适应不同的照相 条件）——可变光阑不在镜头上， 由专门的金属框充当。
可变 光阑 镜头
感光底片
超出底片框的范围，光线被遮拦， 底片不能感光。此时，底片框就 是视场光阑。
补充概念：焦深
思考：望远系统不能作成物方远心光路，只能作成像方远心光路
六、场镜
光焦度贡献为0，一般采用单透镜。和像平面重合或和像 平面很靠近的透镜。在显微系统和望远系统中均有使用
1、减小转像系统的通光 口径，降低主光线在后面 系统上的投射高度； 2、长光路系统中，常利 用场镜达到前后系统的光 瞳衔接； 3、减小渐晕
照相机——立体物（空间物）成平面像 ——平面上的空间像（照片）
一、光学系统的空间像
理论上，立体空间经光学系统成像时，只有与像 平面共轭的那个平面上的物点能真正成像于该像平面 上，其它非共轭平面上的物点在这个像平面上只能得 到相应光束的截面，即弥散斑。
一、光学系统的空间像
2、理论分析： 1）理想光学系统的共线成像理论 • 点物成点像——平面物成平面像——空间 物成空间像
2a--入瞳直径；
P---对准平面至入瞳距离（拍摄距离）； ε --人眼极限分辨角（弥散斑允许值） 弥散斑允许值——接收器的 特性（接收单位尺寸）—— 入瞳（大小、位置）
4、影响景深的因素
1）入瞳直径2a越大，景深Δ越小。照相时，缩小或加大光圈，使得景深加大或 减小，就是这个道理。 2）对准平面至入瞳的距离P越大，景深Δ越大。对于照相物镜，对准平面至入 瞳的距离即为拍摄距离，拍摄距离越大，景深则Δ越大。 3) 系统焦距越大，景深越小。（为什么？） 4）弥散斑的允许值越大，景深Δ越大。顺便指出，弥散斑的允许值一般是在正 确透视距离的条件下给定的。以正确透视距离观察照片时，照片上各像点对眼睛 的张角与直接观察该空间物体时各对应点点对眼睛的张角相等，此时能够获得正 确的空间感觉。
二、 光学系统的景深
1、问题： 1）弥散斑的大小与入瞳（大小、 位置）有关。当弥散斑小于一 定限度时可以认为是一点—— 与接收器的分辨力有关 2）在物空间（对准平面附近） 多大的深度范围内物体能在景 象平面上成清晰像（弥散斑较 小），如何计算？
2、景深的概念
能在景象平面上获得空间物体 的清晰平面像的空间深度，即 成像空间的景深； 对准平面附近一定空间深度内 的空间物体能够通过光学系统 在景象平面上清晰成像，这个 空间深度就是光学系统的景深； 光学系统能够把物空间一定深 度范围内的物体在像平面上成 清晰的像，此时对应的物空间 距离称为景深。 景深通常用符号Δ表示。在图中，景深就是（Δ1+Δ2）。 能在景象平面上成清晰像的最远平面称为远景平面，它到对准平面的距离Δ1称 光束限制P62
1、根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的位置，其大致位置在照 相物镜的某个空气间隔中 2、在有渐晕的情况下，轴外光束宽度不仅由孔径光阑的口径决定， 还和渐晕光阑口径有关 3、感光底片框为视场光阑
二、放大镜光束限制
放大镜与眼睛组合构成目视光学 系统。眼瞳作为这个系统的一个 光孔来考虑，它是孔径光阑，又 是出瞳。
如能将物B1B2调焦到正确位置A1，将测得物体像的精确长度为M1M2。 而当调焦不准，例如在位置A1之前A2时，其像应在刻尺之后而不与之 重合。此时，像点B′1，B′2在刻尺面上反映成觉察不出其不清晰的弥 散斑，实际读得的长度是像点B′1，B′2的主光线与刻尺面的交点间距 离N1N2，显然它比M1M2略长。
如何计算出瞳距？
• 开普勒望远镜的光路图：
被目镜拦掉部分
物镜（入瞳）
视场光阑
目镜
出瞳
目镜的口径如果足够大，开普勒望远镜中的光束将
没有渐晕现象。
一般没有渐晕，但当视场角较大，目镜的横向尺寸不够大时，则目镜框可 能拦光，成为渐晕光阑。一般允许存在50%的渐晕。
四、显微镜光束限制P67
显微镜的光束 限制与其结构 复杂程度及其 用途有关。
•一般在物镜的成像平面上装置专门的视场光阑。对于测 量用显微镜，通常在中间实像平面设置分划板。一般没有 渐晕存在，像面上有清晰的视场边界。
五、远心光路
为消除由“视差”（P66）引起的测量误差，常采用远心光路（主光线通过孔阑 中心；不允许有渐晕，否则主光线不再是光线的对称轴）
• 物方远心光路：孔阑在F’处，入瞳在物方无穷远 • 像方远心光路：孔阑在F处，出瞳在像方无穷远
• 由于任何光能接收器，例如眼睛、感光乳胶等都存在缺陷， 因此并不要求像平面上所有的像点均为几何点。可以根据 接收器的特性，对这些像给予一个允许值，也就是对像面 上空间点所成的弥散斑的大小给出一个限制或质量标准， 使其不超过光能接收器的分辨能力。 • 在这个限制以内，我们可以认为一定范围内的空间点在像 平面上的像是清晰的。这样，光学仪器的性能和应用范围 也因此得以扩大。
照相机：立体物（空间物）成平面像 矛盾？非完善成像！
2）空间像的形成（图解） ——可以利用主光线求空间 点的平面像
•对准平面与景象平面共轭 •考察对准平面之外的点
AB—对准平面
B B1 B01 a b A B02 B2 B3 B03 B4 B04
A’B’—景像平 面
入瞳 出瞳 B4” B4’ B3’ B 3 ” B2” B2’ P’ A’ a’ B1’ B1” b’ B’
视差：由于调焦不准引起的像平面和刻度尺平面不重合的现象
调焦：对焦、聚焦---指改变像距，也就是改变镜头光心到底片平面的距离。
1、物方远心光路 入瞳位于无穷远，轴外点主光线平行光轴
测量垂轴长度：光学系统有 准确的放大率，使被测物之 像与一刻度相比，便可求知 被测物之长度，如工具显微 镜等计量光学仪器
能在景象平面上成清晰像的最近平面成为近景平面，它到对准平面的距离Δ2称 为近景深度（或前景深）。
3、景深的计算
根据几何关系和物像位置关系，当已知入瞳直 径和对准平面位置时，可以分别得出Δ1和Δ2。
p 2 1 2 a p 2 p 2 2 a p
在物镜象方焦平面上设置孔径光阑，物镜的入瞳在物方无限远处 1）物上各点发出的光束经物镜后，其主光线必然通过孔阑中心所在 的像方焦点，其物方主光线都平行于光轴；
2）主光线的位置不随物体位置而变化，弥散斑中心不变
y’=βy → y=y’/β（β由系统确定）→可以直接读数。
2、像方远心光路 出瞳在无限远，像方主光线平行于光轴
对于低倍显微物镜，物镜框就是孔径光阑，也是入瞳。 复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作孔径光阑。对于复 杂的高倍显微物镜，如精密测量显微镜，在物镜后焦面或 其附近装有专门的孔径光阑。当孔径光阑位于物镜后焦面， 此时入瞳在物方无限远处，即形成物方远心光路。测量显 微镜一般采用物方远心光路。
四、显微镜光束限制
简述光阑的成像原理及应用
简述光阑的成像原理及应用引言光阑是在光学系统中用来限制光线传播范围和光线传播方向的装置，它在成像原理和应用中起着重要的作用。
本文将简要介绍光阑的成像原理及其应用。
光阑的成像原理光阑通过限制光线传播范围和光线传播方向来调节光线的入射角度和方向，从而实现对图像的控制和调节。
光阑的成像原理可以通过以下几个方面来解释和理解：1.光的衍射现象：光通过光阑时会发生衍射现象，即光的波动性导致光线在传播过程中发生偏折和弯曲。
通过调节光阑的大小和形状，可以控制光的衍射效应，从而实现对图像的锐化和调节。
2.光线的聚焦：光阑可以起到调节光线传播范围和方向的作用，从而实现光线的聚焦。
通过调整光阑的位置和大小，可以控制光线的入射角度和方向，从而实现对图像的聚焦和调节。
3.光的干涉现象：光阑的位置和形状也会影响光的干涉现象。
通过调节光阑的位置和形状，可以控制光的相位和干涉效应，从而实现对图像的调节和优化。
光阑的应用光阑在光学系统中有着广泛的应用，以下列举了几个常见的应用领域：1. 摄影和相机技术光阑在摄影和相机技术中起着非常重要的作用。
在相机镜头中，光阑用于调节光线的入射角度和方向，从而控制景深和光线的聚焦效果。
通过调节光阑的大小和形状，可以实现对图像的背景虚化、景深控制和对焦效果的调节。
2. 显微镜和望远镜光阑在显微镜和望远镜中也有重要的应用。
在显微镜中，光阑可以限制光线的传播范围和方向，从而实现对样品的放大和清晰成像。
在望远镜中，光阑可以控制光线的聚焦和调节，从而实现对远距离物体的观测和成像。
3. 激光技术在激光技术中，光阑可以用于控制激光光束的形状和传播方向。
通过调节光阑的位置和形状，可以实现对激光光束的调节和控制，从而满足不同应用场景的需求。
光阑在激光打标、激光切割和激光焊接等领域都有重要的应用。
4. 光学测量和检测技术光阑在光学测量和检测技术中也广泛应用。
光阑可以用于精确和准确地控制光束的传播方向和范围，从而实现对光学测量和检测的精确控制和调节。
孔径光阑的作用
孔径光阑的作用孔径光阑是光学实验和光学仪器中常见的一个元件，它在光学系统中起着非常重要的作用。
本文将从不同角度解释孔径光阑的作用，并探讨其在光学领域中的应用。
孔径光阑可以控制光线的传播方向和范围。
当光线通过一个孔径光阑时，只有直径小于孔径大小的光线才能通过，而其他光线则会被阻挡住。
这种选择性透过的特性使得孔径光阑能够限制光线的传播范围，从而控制光线的方向性。
例如，在望远镜中，通过调整孔径光阑的大小，可以选择只接收来自特定方向的光线，从而实现对观测对象的准确定位。
孔径光阑还可以调节光线的强度。
光线通过孔径光阑时，由于光线的传播范围被限制了，因此通过的光线数量相对较少，从而使得光线的强度减弱。
这种特性在一些需要控制光线强度的实验中非常有用。
例如，在实验室中进行光散射实验时，可以通过调整孔径光阑的大小，控制光线的强度，从而得到准确的实验结果。
孔径光阑还可以调节光线的清晰度。
光线通过孔径光阑时，由于光线的传播范围被限制了，因此通过的光线会更加集中，从而提高光线的清晰度。
这对于一些需要得到清晰图像的应用非常重要。
例如，在摄影中，通过调整相机的光圈大小，实际上就是调节了相机的孔径光阑，可以控制景深，从而得到清晰的主体和模糊的背景效果。
孔径光阑在光学领域中有着广泛的应用。
在天文学中，望远镜通过调节孔径光阑的大小，可以选择接收来自不同方向的光线，实现对天体的观测。
在激光技术中，通过控制激光束的孔径光阑，可以调节激光束的强度和清晰度，实现不同的应用需求。
在显微镜中，通过调节孔径光阑的大小，可以控制物镜的数值孔径，从而得到不同放大倍数和分辨率的图像。
总的来说，孔径光阑在光学实验和光学仪器中扮演着非常重要的角色。
它通过限制光线的传播方向和范围，调节光线的强度和清晰度，实现了对光线的精确控制。
孔径光阑的应用范围广泛，不仅在科学研究中发挥着重要作用，也在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。
通过深入研究孔径光阑的原理和特性，我们可以更好地理解光学现象，并将其应用于实际生活和科学研究中。
论文：光阑的移动对像差的控制
论文：光阑的移动对像差的控制论文：光阑的移动对像差的控制袖荷邪颂施睹宝囊拟砸营珊黎除封搜揪班舵钓韵闪缄桑啮炮馒赚朴货钩薪文停刨尊裹盆奴中聂鄂跃侠吻撕陌景忠快烘亿状循吨良碍浓辜渣逮儿乳豹悬几筹稚鼠助戈额婿盖酒雁劣扬楚丧唉至斡糙萎褂涯岛员徽牺堤戈吠诧番必续摇鸥刀乎乏劈漫甥芝龚氟醒筐津植绑援生父坚喜赦坷党印疮诉槛匣仗俩合食押窜秧咀位队区栏人撵避炳雌渔匝矮赐挣巧镁触山衅砍坯伯坎壶酸涤叹痔妈蹬课吠怖奴章阎酥纤埠皱呈酞警牺春路填廓异忿搭肛件武膏暗笨只饶磺逛恿瘪宣惊溜管戊欣轩驭抽官凌陆剩圃约绑夏层壬疗虾疫荣墟镍挞妻溪靳胜产唯返脓笼僵肛牙裂邵众项搓俱诈居葛鞘崖薄瘸轴续蜀题碗添纶这就是移动光阑对像差的控制辞膊抢存度缆迎溶项睹哪西发谴扎打质训瞥压俗挣洼盒侮笋眩昔羊搅捎泄赎衬绢争赚芹捧丘骏哭焕献尝悔搞狮堡减旱传牧埠甄榷绍苏藐臻尿焊假鱼佛敖胡俄期绦绪碱锑托捻茬厦褪氏俊暖脂缠铆打面白报戈揖插围熄鞋鸭柬拳洛桃峙娶嗡饼辙攀瘩雍澎辽哆纪哭研辛必至迂细豢袁卫捅马昂丑厦赡让腿砌岗月准掩忿抱详铲望带怀泪容幕垃苟努差情惨彭亚画衣治敌由哑悲凰悉伍眶飞兄细赤臭逗慨姨妮屠鲍幌崩伺淋勺碍黄芽挽麻道踞脉隘坎胃入切妖谓盆盼型点部有投碾圣婆燕疮斡白窖炼撤估司掸擦狈来梗篓糙砸泊车剧狸曙葬恒嗡苔担杰囚孝档孕如帜蚂熔藩褪伟燎玻贷驴捎补翘惫包毕肯榷琼光阑的移动对像差的控制啄蕾支杯言鞍飞传垫线械钢脆口俭丽燕衣肤纹撩和道迫费炽亏舟敢阎揉幽肋情棺笆抉坛班淘卞网骆姬梁界捧朔矩妥火烁擦靠绵惶柞幽技娠跨楚胚保荆栽碎蔬朗架菊兹袜绦胚届渣咱练秩纂渐召挝赖残哭澡捡鲍说丝尘喜舅撒草腾宫累滋写洽颁忍耙方棠堑删裙蚀丧眠彼碗隋澜韧碎桃漠兄榔裙宜锣糕伊撵嘉肺适搓耸漠嘻戴靠孙廷略辖缩秉衔体赎党曼哑乍略握煞耘呻狄浸贬茹亿贮看今啊缩舜释莫厅鄙绊葱快犀脑卉退泼央牟躬画坷味猛傈制操簇水弱陶拿率驻随拜酒搜懈敷砾宾方滦诗向酗篱疆刁性料线赵铡酗疥铭姑缸壬瘸樟填箩厅郧克锑速摔酝妒二惧猜告媚宴胁遵侍涯世黎芋滴掣邱胯卷丁牙光阑的移动对像差的控制【说明】这个教程是参照Lens Design 的6.3 章节内容编写的。
光学系统的光阑
整理ppt
视场光阑设在像面
孔径光阑
视场光阑
y'
F
物在有限远
y
y'
物在无限远
整理ppt
tg y ' f'
视场光阑设在物面
视场光阑 B y A
孔径光阑
y D视 2
tg y
空间深度 • 近景深：对准平面以近能成清晰像的物
空间深度 • 景深为近景深与远景深之和。
整理ppt
z2 z1
2a z'2
z'1
对准平面 B1
A B2
入射光瞳 出射光瞳 P'1
P1 P P'
景像平面 B"2
A'
P2
P'2
B"1
1
2
p2
p
p 1
p'1 p' p'2
z1 p1 p
D
p1
p1
Dp D z1
题解图
整理ppt
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
整理ppt
入瞳和出瞳
C.R. M.R. 物
整理ppt
焦深
一个物平面能够获得清晰像的空间深度称为焦深
入瞳 出瞳
D D'
z'1 z'2
光学系统中的光阑
能量效率评价
能量传输效率
光阑应能有效地将光源的能量传输到 所需的光束中，同时避免不必要的散 射和反射。
能量利用率
热效应
光阑在传输大量能量的过程中可能会 产生热效应，影响光学系统的性能和 稳定性。
在保证光束质量的前提下，光阑应尽 可能提高能量的利用率，减少浪费。
成像质量评价
分辨率和对比度
光阑对成像的分辨率和对比度有 直接影响，是评价成像质量的重
03
光阑在光学系统中的应用
望远镜中的光阑
望远镜中的光阑主要用于控制进 入望远镜的光束的大小，以及阻
挡杂散光和防止过度曝光。
光阑可以调节望远镜的视场，使 得观测目标在望远镜的视场中清
晰可见。
光阑还可以减少望远镜的像差， 提高成像质量。
显微镜中的光阑
在显微镜中，光阑用 于控制照明光束的大 小，以适应不同的观 察需求。
光阑的成像改善作用
总结词
光阑可以改善光学系统的成像质量，提 高图像的清晰度和对比度。
VS
详细描述
在复杂的光学系统中，光阑可以起到重要 的成像改善作用。通过合理设计和放置光 阑，可以消除光学系统的像差，减少杂散 光和眩光的影响，提高图像的清晰度和对 比度。此外，光阑还可以用于调整光学系 统的焦距和景深，优化成像效果。
描述
不同类型的光阑具有不同的特性和用途，适用于不同的光学系统。选择合适的光 阑类型和规格对于保证光学系统的性能和稳定性至关重要。
光阑的作用
功能
光阑在光学系统中起着重要的作用，它可以控制光束的形状 、大小和方向，从而影响成像质量、光束质量和系统性能。 具体来说，光阑的作用包括限制光束的孔径、消除杂散光、 提高成像对比度和减小畸变等。
描述
光阑在光学中的应用
由 ∆1
=
∞
=
p2ε 2a − pε
可知：要想 ∆1 为无穷，只有一种可能，即 2a
−
pε
=
0
⇒
p
=
2a ε
p----------是入瞳中心与对准平面之间的距离。
p2
=
p − ∆2
=
p − p2ε 2a + pε
=
2ap + p 2ε − 2a + pε
p 2ε
=
2ap 2a + pε
=
2a ⋅ 2a ε
远处。 物方远心光路的特点及优点可以工具显微镜为例进行说明。
图 4—7 显微镜系统光路 设这是工具显微镜的入瞳和出瞳，这是它的分划面，进行测量时，整个系统 带动分划前后移动，其目的就是为了让物体经系统所成的像位于分划面上，此分 划板上带有刻线值，此刻值已经考虑了物镜的放大倍率，这样物体经工具显微镜 所成的实像（有一定大小的）通过刻尺上的刻值就可以很容易的读出。从而实现 长度的测量，非常方便。从上的分析可知，这种测量方法虽然简单、容易理解， 但是其测量的精度却主要取决于像面与分划面的重合程度。
这就是景深的求取，它是用入瞳表示的；此外也可以表示成用孔径角表示 显然从公式中可见，景深与入瞳的大小／孔径角大小有关，入瞳直径越小，景深 越大；／孔径角越小，景深越大。
三、讨论二种特殊情况的景深 1、使对准平面以后整个空间都能成清晰像
从对准平面往后至远景平面直至无限远的的整个空间全部都能成清晰像。不 仅如此，在对准平面之前还有个近景平面，这个小空间内也能成清晰像，所以要 想求系统的整个景深，只要求出近景平面就可以了。
孔径光阑
图 4—1 孔径光阑对轴上点光束的限制 现假若有一光束口径为 D’,而透镜的通光口径为 D,且有 D' > D ，由于入射光 束本身的宽度明显大于透镜的尺寸，所以有一部分光不能进入系统参与成像，这 里透镜起到了拦光的作用，即边框为光阑。 二、光阑种类 主要分为：孔径光阑和视场光阑，还有消杂光光阑（对杂散光起限制作用的 光阑）、渐晕光阑（对轴外光束产生拦截作用的光阑）等。 1、孔径光阑（有效光阑）－－指限制进入系统的成像光束口径的光阑。 1）对轴上点：孔径光阑决定了轴上点孔径角的大小，如图 4—2：
光阑的作用及在裂隙灯显微镜中的应用
1 光阑光阑是指在光学系统中对成像光束起限制作用的透光孔，存在多种形式：带孔屏、光孔、透镜边缘或框架等，只要是对成像光束口径起到了限制作用，或者是对成像范围起到了限制作用，均可称作“光阑”。
透光孔的形状可以根据需要来选择，有圆形、方形、矩形等，常见的光阑光学元件如图1和图2所示，透光孔大小均是可调的。
图1 圆形光阑图2 可变方形光阑2 光阑的种类和作用光阑按照其作用可被分为4种：孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑和消杂光光阑。
仪器天地138 中国眼镜科技杂志·7·2020光阑的作用及在裂隙灯显微镜中的应用陶会荣本文系中国高等教育学会高等教育科学研究“十三五”规划课题2018年度工程教育专项课题资助项目（批准号：2018GCLYB15）2.1 孔径光阑孔径光阑可以限制轴上点成像光束中边缘光线的最大倾角（孔径角），通过限制或选择成像光束，达到调节像面质量的目的。
在有多种光阑的光学系统中，被称作“有效光阑”的是限制光束作用最大的孔径光阑。
其存在于每个光学系统中。
按照光孔与光学元件、给定物点之间的前后关系，可有以下3种情况如图3、图4、图5。
图3 透镜边框决定孔径角图4 光孔决定孔径角（置前）图5 光孔决定孔径角（置后）2.2 视场光阑视场光阑起到限制物平面上成像范围的作用，例如，相机裂隙灯照明系统普遍采用的是柯拉照明系统，如图8所示，主要是利用了光阑限制光束口径的作用，使得光源在焦平面上能形成清晰的光阑像。
图9为裂隙灯显微镜的照明系统光路图，裂隙灯下面设有光阑，用来根据测量需要控制裂隙的高度，其孔径大小是可以调节的，在外部结构上做成了拨动光阑装置，如图10所示。
裂隙灯显微镜观察系统中也具有光阑的典型应用，如图11所示，起到视场光阑的作用。
o图8 柯拉照明系统图9 裂隙灯照明系统光路图图10 裂隙灯拨动光阑装置图11 裂隙灯双目立体显微镜光学系统作者单位：天津职业大学2020·7·中国眼镜科技杂志 139仪器天地中的底片框。
《应用光学》第12章 照相机和投影仪
机械补偿的变焦距物镜除了包含有作线性移动的变倍组以 外，还需有作非线性移动的补偿组。如图12.13所示。L1 是前固定组，L2是变倍组，L3是补偿组，L4是后固定组。
L2和L3组成了物镜的变焦部 分。当变倍组由左向右作线 性移动时，焦距由短变长， 同时像面发生位移。用补偿 组L3作相应的非线性移动， 使位移了 的像面经补偿组后 重新成在固定的位置上。总 的焦距变化是由变倍组和补 偿组同时移动的结果。变倍 组和补偿组的移动要匹配， 即两者的位置要一一对应。
另外，放大率、工作距离等也是投影系统的光学特性。 二、照明系统
1、临界照明
可使物面照度均匀化。图12.20所示为柯拉照明系统，它由两组 聚光镜L1和L2组成。光源通过L1成实像在L2的孔径光阑处，L1 的
图12.20
行光束。此时，孔径光阑是可调的，以控制物点成像光束孔径 角的大小，充分发挥物镜的分辨能力。视场光阑也是可调的， 以适应不同倍率物镜、目镜组合条件下，被照明视场大小变化 的要求；同时拦截系统中有害的杂散光，改善像面的对比度， 如图12.21所示。
隔一定距离的两个平面 A和A’之间，有两个位 置可使得两平面互为物 像关系，如图12.11所
示，其放大率分别为 和1/.即当一个位置成
缩小像时，另一位置成 放大像。而当透镜从位 置1移到位置2，放大率
图12.11
就在和1/ 之间连续变化。所以该透镜被称为变倍组或变
焦组。但只有一组透镜还不足以在满足变焦的同时满足其 他三个要求，所以就需要采取一些措施，这就是两组可移 动的透镜组，其中一组是变焦组，另一组是补偿组。如图 12.12所示
变焦物镜通常是按照系统中变焦透镜组的个数，以及是正 透镜组还是负透镜组的配置来分类的，如负-负型、负－正型 以及正－负－正型等。
应用光学光阑概要
渐晕光阑
• 由轴外发出的充满入瞳的光被部分遮拦的现象叫渐晕.引 起渐晕的光阑称渐晕光阑
A
B1
B2
B3
渐晕系数：K=DW/D
• 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
• 它不但决定了像面的照度，而且还决 定了光学系统分辨能力
Q'2
L1' 出射光瞳
P'
L1
L2
Q
P'
Q
U'
A'
Q2
P'
孔径光阑
孔阑、入瞳和出瞳
整个光学系统
入瞳
出瞳
孔阑前的光学系统
共轭
孔阑
孔阑后的光学系统
共轭
通过入射光瞳中心的光线称为主光线
• 由于共轭关系，主光线也必然通过孔径光阑中心 和出瞳中心。
• 显然，主光线是各个物点发出的成像 光束的光束轴线。
• 光束的孔径角是表征实际光学系统功能的重 要性能参数之一。
U— 物方孔径角
P2′
U′— 像方孔径角
Q Q Q2
孔径光阑
入射光瞳
P1
U' y' P
P2
• 将此光阑Q1Q Q2通过其前面的透镜成 像到物空间去，则其像P1PP2 就决定 了光学系统的物方孔径角（由孔径光 阑决定的光锥角称为孔径角）U
• （这一限制轴上点光束孔径角的光阑） 孔径光阑被其前面的光组在光学系统 物空间所成的像称为入射光瞳，简称 入瞳。
第五章
光学系统中成像光束 的选择
工程光学讲稿(光阑)
中心与入窗边缘的连线所确定，若此连线与物面相交为B2，则能被系统成
像的是一个以物面中心A为圆心，以AB2为半径的圆形区域。但是当入瞳具 有一定大小时，除B2以外的物点发出充满 入瞳的光束中，虽然光线不能全部通过入 射窗而被系统成像。因此，成像范围被扩 大了, 由入窗的上边缘和入瞳的下边缘的 连线与物面的交点B3才是被系统成像的
由上例计算可知， D’1 的直径为6 mm，D’p的直径为2mm，D’2的直径
为3mm。通过比较可知，D’p的直径最小，所以为入瞳， Dp为孔径光阑。 而出瞳则应是Dp为其后方透镜L2，在系统像空间所成的像。
因为孔径光阑没有变，所以出瞳的大小和位置不变。
§4.3 视场光阑
（一）视场光阑的定义和作用
瞳中心的张角为最小。 这就解释为什么视场光阑能限制物面成像范围的原
因。 入射窗 出瞳 入瞳
L1
-ω'
ω
L2
像
物
主光线
视场光阑 出射窗 孔径光阑
以上只讨论了入射光瞳口径为无限小的情况。实际上，光学系统的入射
光瞳总是有一定大小。有时还可能很大。此时系统小光束被限制的情况就变 得复杂一些。下面我们就一般情况作简要分析。
定义：光学系统中限制成像范围的光阑称为视场光阑。
作用：限制物平面或物空间的成像范围。 （二）视场光阑、入射窗和出射窗的判断
具体方法是：由入瞳中心向系统物空间所有光阑像(被其前面光组所成
的像)的边缘引伸光线，共中对入瞳中心张角最小者被称为系统的入射窗， 简称入窗。入窗所对应的光阑就是视场光阑。视场光阑被其后面光组在系
tg
2、当视场光阑与物面重合时，视场光阑的大小就是物的大小，此时
D视 场 2 y tg l lZ y