应用光学光阑

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1、2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院1第五章第五章 光学系统中成像光束光学系统中成像光束的选择的选择2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2 组成光学系统的所有零件都有一定的组成光学系统的所有零件都有一定的尺寸大小尺寸大小 实际的光学系统除了应满足前述的实际的光学系统除了应满足前述的物象物象共轭位置关系和成像放大率共轭位置关系和成像放大率的要求外，的要求外，还要有一定的还要有一定的成像范围成像范围 没有对光学零件的大小加以限制没有对光学零件的大小加以限制 2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试

2、工程学院3 装夹透镜和其他零件的金属框的内孔边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，这个光孔对光缘就是限制光束的光孔，这个光孔对光学零件来说被称为学零件来说被称为“通光孔径通光孔径” 由一点发出能进入透镜或光学系统的光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束，其立体角大小决定于透镜的直径 5-1 光阑及其作用光阑及其作用 2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院4 光阑的定义： 夹持光学零件的金属框（透镜框、夹持光学零件的金属框（透镜框、棱镜框）限制了成像光束的大小，棱镜框）限制了成像光束的大小，光学中这种限制成像

3、光束的光孔称光学中这种限制成像光束的光孔称为为。 光孔的大小是可变化的，这种光阑光孔的大小是可变化的，这种光阑称为称为“” 光阑是实际光学系统成满意（完善）像必光阑是实际光学系统成满意（完善）像必不可少的零件。不可少的零件。 2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院5光阑在光学系统中的作用： 决定像面的照度。决定像面的照度。 决定系统的视场。决定系统的视场。 限制光束中偏离理想位置的一些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光线，用以改善系统的成像质量 拦截系统中有害的杂散光。拦截系统中有害的杂散光。2022-5-30中国计量学院计量测试工程

4、学院中国计量学院计量测试工程学院6光阑按上述的作用分为：光阑按上述的作用分为：孔径径光阑阑视场视场光阑阑消杂杂光光阑阑渐晕渐晕光阑阑它是它是限制轴上物点成像光束限制轴上物点成像光束立体角（锥角）的光阑。立体角（锥角）的光阑。 也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像也就是起到决定能通过光学系统的光能（即像平面照度）作用的光阑。平面照度）作用的光阑。 2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院7以普通照相机来说明光阑以普通照相机来说明光阑可变光阑可变光阑底片底片2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院8孔径光阑A()BCv孔阑孔阑

5、依当时的条件而定。物体位置变，孔阑可能依当时的条件而定。物体位置变，孔阑可能也变。也变。2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院9例一应使所有光孔处于同一空间应使所有光孔处于同一空间A AA AF F2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院10 视场视场光阑阑 限制物平面或物空间能被光学系统成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像的最大范围的光阑称为视场光阑称为视场光阑。 渐晕渐晕光阑阑 光阑以减少轴外像差为目的，使物空光阑以减少轴外像差为目的，使物空间轴外点发出的、原本能通过上述两间轴外点发出的、原本能通过上述

6、两种光孔的成像光束只能部分通过，这种光孔的成像光束只能部分通过，这种光阑称为渐晕光阑。种光阑称为渐晕光阑。2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院11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 AB B1 1B B3 3渐晕系数：渐晕系数：K=DK=DW W/D/DB B2 22022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院12 消杂杂光光阑阑 这种光阑不限制通过光学系统中的成像光束，只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、光学系统各折限制那些从非成像物体射来

7、的光、光学系统各折射面反射的光和仪器内壁反射的光等，这些光阑射面反射的光和仪器内壁反射的光等，这些光阑称为称为消杂光光阑消杂光光阑。 物镜物镜消杂光光阑消杂光光阑分划板2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院135-2 孔径光阑、入瞳、出瞳孔径光阑、入瞳、出瞳v例例5-1 已知一光学系统由三个零件组成，已知一光学系统由三个零件组成，v透镜透镜1其焦距其焦距 f1= - f1 =100mm，口径，口径D1 = 40mm；v透镜透镜2的焦距的焦距f2= - f2 =120mm，口径，口径D2 = 30mm，v它和透镜它和透镜1之间的距离为之间的距离为d1 = 20

8、mm；v光阑光阑3口径为口径为20mm，它和透镜，它和透镜2之间的距离之间的距离d2 = 30mm。v物点物点A的位置的位置L1 = -200mm;v试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑。 2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院14 解：由于透镜解：由于透镜1 1的前面没有任何光组，所以它本身的前面没有任何光组，所以它本身就是在物空间的像。就是在物空间的像。 先求透镜镜2被透镜镜1所成的像。因为为 f1= - f1 =100mm，l = 20mm，利用高斯公式：100112011111111l fl lmml251202

9、2-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院1580252011.l ly ymmy75.188 . 015 再求光阑再求光阑3 3被前面光组所成的像被前面光组所成的像。 必须注意：必须注意：为了求得光阑为了求得光阑3 3在物空间的像，要使它在物空间的像，要使它对透镜对透镜1 1、2 2成像。成像。2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院16 先求光阑先求光阑3 3被透镜被透镜2 2所成的像，在求该像被透所成的像，在求该像被透镜镜1 1在物空间所成的像。在物空间所成的像。mmll401201130122 求法如上，因为为l 2 = 30

10、mm， y2 = D3 / 2 = 10mm，利用高斯公式得2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院17 y2对对透镜镜1来说来说是像，故 y1 = y2 =13.33mm mm.yy,.llyy331375010750403022222222mmdl l602040121 因为为l2 = l1 d1 ，所以 2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院18 再对对透镜镜1求此像所对应对应的物，仍利用高斯公式：mmll1501001160111mm.yy,.l lyy3333403313401506011111111mm.yD66

11、66213 求物平面中心点A对对各光阑阑像的张张角（在物空间间的像）2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院19 物点A对对光阑阑D1 的张张角102002020011.Dtgu0833022575182.tgu0952035033333.tgu 对对D2 的张张角 对对光阑阑D3 的张张角 u2 为为最小，说说明光阑阑像D2 限制了物点的孔径径角，故透镜镜2为为孔径径光阑阑。 2022-5-30中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院20-y -UPP1P2PP1P2UyQQ2Q出射光瞳出射光瞳入射光瞳入射光瞳孔径光阑孔径光阑L1L2U 物方