光学_郭永康_第二章1光阑

1、本章内容Contentschapter 2光阑和光瞳光阑和光瞳像差像差 optical system of humans eyes放大镜和目镜放大镜和目镜stop and pupilenlarging lens and eye lens人眼的光学系统人眼的光学系统显微镜和望远镜显微镜和望远镜microscope and telescopeaberration CH 2-1 光光 阑阑 和和 光光 瞳瞳 stop and pupils2.1 光阑光阑 系统中的一些固定或可变的系统中的一些固定或可变的带孔屏障带孔屏障或光学元或光学元件的件的边缘边缘光阑光阑光阑（或其像）对入射光束的限制光阑（或其像

2、）对入射光束的限制光阑的像（或光阑）对共轭出射光束的限制光阑的像（或光阑）对共轭出射光束的限制PMNDDPDDNM光阑光阑孔径光阑孔径光阑视场光阑视场光阑孔径光阑孔径光阑 A. S.：限制成像光束限制成像光束口径口径控制到达像面的光能控制到达像面的光能视场光阑视场光阑 F. S.：限制物面上能成像的限制物面上能成像的范围范围限制视场的大小限制视场的大小LPQDDSA.PQP1QQFLFSF.DDPQ1Q一一. .孔径光阑和孔径光阑和视场光阑视场光阑二二. . 光阑限制的共轭原理光阑限制的共轭原理DDPDDPMNNM结论：结论：光阑（或其像）对入射光束的限制与光阑的像光阑（或其像）对入射光束的限

3、制与光阑的像（或光阑）对其共轭出射光束的限制，两者完全等价。（或光阑）对其共轭出射光束的限制，两者完全等价。 如果任意入射线如果任意入射线PM与与DD的边框部分相交，的边框部分相交，其共轭出射线必被其共轭出射线必被DD阻挡；同理，另一入射阻挡；同理，另一入射线线PN能能“通过通过” DD，其共轭出射线必能通过其共轭出射线必能通过DD。 三三. .孔径光阑的确定孔径光阑的确定 入瞳和出瞳入瞳和出瞳原则原则: :将系统中各光阑将系统中各光阑分别经其前面的光学元分别经其前面的光学元件成像于系统的物空间件成像于系统的物空间, ,其中对轴上点其中对轴上点张角最小张角最小的那个像所对应的光阑的那个像所对应

4、的光阑即为孔径光阑即为孔径光阑A.S.孔径光阑孔径光阑 与轴上物点位置有关与轴上物点位置有关, ,具有限制轴上物具有限制轴上物 点的成像光束孔径角的作用。点的成像光束孔径角的作用。FPLDDDDF入瞳入瞳孔径光阑通过其孔径光阑通过其前面前面光学系统所成的像光学系统所成的像 (En.P.) 决定进入系统光束的大小决定进入系统光束的大小, ,如如DD入射孔径角入射孔径角由轴上物点对入瞳半径的张角由轴上物点对入瞳半径的张角出瞳出瞳孔径光阑通过它孔径光阑通过它后面后面光学系统所成的像光学系统所成的像 (Ex.P.) 决定从系统出射光束的大小决定从系统出射光束的大小，如，如DD出射孔径角出射孔径角出瞳半

5、径对轴上物点的共轭点所出瞳半径对轴上物点的共轭点所 形成的张角形成的张角注意：注意：入瞳、孔径光阑、出瞳三者入瞳、孔径光阑、出瞳三者相互共轭相互共轭主光线主光线（chief ray） 通过物点和入瞳中心的光通过物点和入瞳中心的光线线轴上物点的主光线为光轴轴上物点的主光线为光轴边缘光线边缘光线 (marginel ray) 通过物点和入瞳边缘的光线通过物点和入瞳边缘的光线边缘光线必通过孔径光阑和出瞳边边缘光线必通过孔径光阑和出瞳边缘缘入瞳出窗入窗 出瞳2O2ODDP1QQP1QLABF.SF.SA00DD四四. .视场光阑的确定方法视场光阑的确定方法 入窗和出窗入窗和出窗物物 PQ 上上Q1 1

6、点以上的主光线都被透镜边缘挡住而不能点以上的主光线都被透镜边缘挡住而不能通过系统通过系统透镜边缘的边框限制着通过系统的主光透镜边缘的边框限制着通过系统的主光线线限制着物面上的成像范围限制着物面上的成像范围视场光阑视场光阑将系统中各光阑将系统中各光阑逐个地对其前面光学系统逐个地对其前面光学系统成像，求出系统的入瞳。成像，求出系统的入瞳。将所有这些像对入瞳中心将所有这些像对入瞳中心张角，其中最小张角者所张角，其中最小张角者所对应的光阑即系统的视场对应的光阑即系统的视场光阑光阑. .入窗入窗视场光视场光 阑经前面光阑经前面光 学系统的像学系统的像-限制物方限制物方视场的大小视场的大小出窗出窗视场光视

7、场光 阑经后面光阑经后面光 学系统的像学系统的像 -限制像方限制像方视场的大小视场的大小注意：视场光阑、入窗、出窗共轭注意：视场光阑、入窗、出窗共轭确定方法确定方法并不是所有视场以外各点的光线都被视场光阑挡住而并不是所有视场以外各点的光线都被视场光阑挡住而不能进入系统参加成像，不能进入系统参加成像，QQ1上的各点仍有光线进入系上的各点仍有光线进入系统，离轴越远像点越弱统，离轴越远像点越弱渐晕渐晕规定规定：以主光线能进入系统的物点为视场的边缘点：以主光线能进入系统的物点为视场的边缘点物方视场物方视场能进入系统的主光线相应的物点在物面上能进入系统的主光线相应的物点在物面上 的范围（的范围（PQ1）

8、像方视场像方视场物方视场的共轭像点在像面上的范围物方视场的共轭像点在像面上的范围 （PQ1）物方视场角物方视场角 0像方视场角像方视场角0三三. .光阑与景深光阑与景深三维物体成像在一个像面上的清晰度问题三维物体成像在一个像面上的清晰度问题-用光用光阑对成像光束的口径加以限制阑对成像光束的口径加以限制如果在如果在O点前后一段距离点前后一段距离内，物体上各点在屏上生成内，物体上各点在屏上生成的像都可以认为是清晰的，的像都可以认为是清晰的，则物空间内这一段距离则物空间内这一段距离景深景深xdxd像空间内相应的距离像空间内相应的距离-焦深焦深光束越细光束越细景深越长景深越长光阑越大光阑越大景深越短景

9、深越短AOBLDDBOA例例2.1-1 两个薄透镜两个薄透镜L1、L2的孔径为的孔径为4.0cm，L1为凹透镜为凹透镜L2为凸透镜，它们的焦距分别为为凸透镜，它们的焦距分别为8cm和和6cm，镜间距离，镜间距离为为3cm，光线平行于光轴入射。求系统的孔径光阑、入，光线平行于光轴入射。求系统的孔径光阑、入瞳和出瞳及视场光阑。瞳和出瞳及视场光阑。解：解：首先将首先将L1和和L2分别对其前面光学系统成像，分别对其前面光学系统成像，L1对其对其前面光学系统的像就是他本身，而前面光学系统的像就是他本身，而L2经其前面光学系统经其前面光学系统即即L1所成的像，所成的像，ssfsf ss L1的右侧的右侧2.2cm出高出高2.9cmcm的缩小虚象的缩小虚象L2平行光入射平行光入射, ,